电力电子技术总结

1 / 47 电力电子技术总结 电力电子技术 期末复习题 第 1 章 绪 论 1 电力电子技术定义：是使用电力电子器件对电能进行变换和控制的技术，是应用于电力领域的电子技术，主要用于电力变换。 2 电力变换的种类 交流变直流 AC-DC：整流 直流变交流 DC-AC：逆变 直流变直流 DC-DC：一般通过直流斩波电路实现 交流变交流 AC-AC：一般称作交流电力控制 3 电力电子技术分类：分为电力电子器件 制造技术和变流技2 / 47 术。 第 2 章 电力电子器件 1 电力电子器件与主电路的关系 主电路：指能够直接承担电能变换或控制任务的电路。 电力电子器件：指应用于主电路中，能够实现电能变换或控制的电子器件。 2 电力电子器件一般都工作于开关状态，以减小本身损耗。 3 电力电子系统基本组成与工作原理 一般由主电路、控制电路、检测电路、驱动电路、保护电路等组成。 检测主电路中的信号并送入控制电路，根据这些信号并按照系统工作要求形成电力电子器件的工作信号。 控制信号通过驱动电路去控制主电路中电力电子器件的导3 / 47 通或关断。 同时，在主电路和控制电路中附加一些保护电路，以保证系统正常可靠运行。 4 电力电子器件的分类 根据控制信号所控制的程度分类 半控型器件：通过控制信号可以控制其导通而不能控制其关断的电力电子器件。如 SCR晶闸管。 全控型器件：通过控制信号既可以控制其导通，又可以控制其关断的电力电子器件。如 GTO、 GTR、 MOSFET和 IGBT。 不可控器件：不能用控制信号来控制其通断的电力电子器件。如电力二极管。 根据驱动信号的性质分类 电流型器件：通过从控制端注入或抽出电流的方式来实现导通或关断的电力电子器件。如 SCR、 GTO、 GTR。 4 / 47 电压型器件：通过在控制端和公共端之间施加一定电压信号的方式来实现导通或关断的电力电子器件。如 MOSFET、 IGBT。 根据器件内部载流子参与导电的情况分类 单极型器件：内部由一种载流子参与导电的器件。如 MOSFET。 双极型器件：由电子和空穴两种载流子参数导电的器件。如SCR、 GTO、 GTR。 复合型器件：有单极型器件和双极型器件集成混合而成的器件。如 IGBT。 5 半控型器件 晶闸管 SCR 晶闸管的结构与工作原理 晶闸管的双晶体管模型 将器件 N1、 P2半导体取倾斜截面，则晶闸管变成 V1-PNP 和V2-NPN 两个晶体管。 5 / 47 晶闸管的导通工作原理 当 AK 间加正向电压 EA，晶闸管不能导通，主要是中间存在反向 PN结。 当 GK 间加正向电压 EG， NPN 晶体管基极存在驱动电流 IG，NPN晶体管导通，产生集电极电流 Ic2。 集电极电流 Ic2 构成 PNP 的基极驱动电流， PNP 导通，进一步放大产生 PNP集电极电流 Ic1。 Ic1与 IG构成 NPN 的驱动电流，继续上述过程，形成强烈的负反馈，这样 NPN 和 PNP两个晶体管完全饱和，晶闸管导通。 晶闸管是半控型器 件的原因 晶闸管导通后撤掉外部门极电流 IG，但是 NPN基极仍然存在电流，由 PNP集电极电流 Ic1供给，电流已经形成强烈正反馈，因此晶闸管继续维持导通。 因此，晶闸管的门极电流只能触发控制其导通而不能控制其6 / 47 关断。 晶闸管的关断工作原理 满足下面条件，晶闸管才能关断： 去掉 AK间正向电压； AK间加反向电压； 设法使流过晶闸管的电流降低到接近于零的某一数值以下。 晶闸管正常工作时的静态特性 当晶闸管承受反向电压时，不论门极是否有触发电流，晶闸管都不会导通。 当晶闸管承受正向电压时，仅在门极有触发电流的情况下晶闸管才能导通。 晶闸管一旦导通，门极就失去控制作用，不论门极触发电流是否还存在，晶闸管都保持导通。 7 / 47 若要使已导通的晶闸管关断，只能利用外加电压和外电路的作用使流过晶闸 管的电流降到接近于零的某一数值以下。 GTO的结构 GTO与普通晶闸管的相同点：是 PNPN 四层半导体结构，外部引出阳极、阴极和门极。 GTO 与普通晶闸管的不同点： GTO 是一种多元的功率集成器件，其内部包含数十个甚至数百个供阳极的小 GTO 元，这些GTO 元的阴极和门极在器件内部并联在一起，正是这种特殊结构才能实现门极关断作用。 GTO的静态特性 当 GTO承受反向电压时，不论门极是否有触发电流，晶闸管都不会导通。 当 GTO承受正向电压时，仅在门极有触发电流的情况下晶闸管才能导通。 8 / 47 GTO 导通后，若门极施加反向驱动电流，则 GTO 关断，也即可以通过门极电流控制 GTO导通和关断。 通过 AK间施加反向电压同样可以保证 GTO 关断。 电力场效应晶体管 MOSFET 电力 MOSFET 是用栅极电压来控制漏极电流的，因此它是电压型器件。 当 UGS 大于某一电压值 UT 时，栅极下 P 区表面的电子浓度将超过空穴浓度，从而使 P型半导体反型成 N型半导体，形成反型层。 绝缘栅双极晶体管 IGBT GTR 和 GTO 是双极型电流驱动器件，其优点是通流能力强，耐压及耐电流等级高，但不足是开关速度低， 所需驱动功率大，驱动电路复杂。 电力 MOSFET 是单极型电压驱动器件，其优点是开关速度快、所需驱动功率小，驱动电路简单。 9 / 47 复合型器件：将上述两者器件相互取长补短结合而成，综合两者优点。 绝缘栅双极晶体管 IGBT是一种复合型器件，由 GTR和 MOSFET两个器件复合而成，具有 GTR 和 MOSFET 两者的优点，具有良好的特性。 IGBT的结构和工作原理 IGBT是三端器件，具有栅极 G、集电极 C 和发射极 E。 IGBT由 MOSFET和 GTR组合而成。 第 3 章 整流电路 整流电路定义：将交流电能变成直流电能供给直流用电设备的变流装置。 单相半波可控整流电路 触发角 ?： 10 / 47 从晶闸管开始承受正向阳极电压起，到施加触发脉冲为止的电角度，称为触发角或控制角。 几个定义 “ 半波 ” 整流：改变触发时刻， ud和 id波形随之改变，直流输出电压 ud 为极性不变但瞬时值变化的脉动直流，其波形只在 u2正半周内出现，因此称 “ 半波 ” 整流。 单相半波可控整流电路：如上半波整流，同时电路中采用了可控器件晶闸管，且交流输入为单相，因此为单相半波可控整流电路。 电力电子电路的基本特点及分析方法 电力电子器件为非线性特性，因此电力电子电路是非线性电路。 电力电子器件通常工作于通态或断态状态，当忽略器件的开通过程和关断过程时，可以将器件理想化，看作理想开关，即 通态时认为开关闭合，其阻抗为零；断态时认为开关断开，11 / 47 其阻抗为无穷大。 单相桥式全控整流电路 带电阻负载的工作情况 单相桥式全控整流电路带电阻负载时的原理图 由 4个晶闸管组成单相桥式全控整流电路。 VT1 和 VT4组成一对桥臂， VT2 和 VT3组成一对桥臂。 单相桥式全控整流电路带电阻负载时的波形图 0? ： ? VT1 VT4 未触发导通，呈现断态，则 ud?0、 id?0、i2?0。 ? uVT1?uVT4?u2， uVT1?uVT4?1u2。 2 ? ： ? 在 ?角度 时，给 VT1 和 VT4加触发脉冲，此时 a点12 / 47 电压高于 b点， VT1 和 VT4承受正向电压，因此可靠导通， uVT1?uVT4?0。 ? 电流从 a 点经 VT1 、 R、 VT4 流回 b 点。 ? ud?u2， i2?id，形状与电压相同。 ?(?) ： ? 电源 u2过零点， VT1 和 VT4承受反向电压而关断，uVT1?uVT4?1。 u22? 同时， VT2 和 VT3 未触发导通，因此ud?0、 id?0、 i2?0。 (?)2? ： ? 在 (?)角度时，给 VT2 和 VT3加触发脉冲，此时b 点电压高于 a点， VT2 和 VT3承受正向电压，因此可靠导 通， uVT2?uVT3?0。 ? ? 13 / 47 ? VT1 阳极为 a点，阴极为 b 点； VT4 阳极为 a点，阴极为 b 点；因此 uVT1?uVT4?u2。 电流从 b 点经 VT3 、 R、VT2流回 b 点。 ud?u2， i2?id。 全波整流 在交流电源的正负半周都有整流输出电流流过负载，因此该电路为全波整流。 直流输出电压平均值 1?22U21?cos?1?cos? ?22? 负载直流电流平均值 Id?Ud?2U2sin?td(?t)?Ud22U21?cos?U1?cos? R?R2R2 晶闸管参数计算 14 / 47 承受最大正向电压： 1(2U2) 2 承受最大反向电压： 2U2 触发角的移相范围： ?0 时， Ud?； ?180o时， Ud?0。因此移相范围为 180o。 晶闸管电流平均值： VT1 、 VT4 与VT2 、 VT3 轮流导电，因此晶闸管电流平均值只有输出直流电流平均值的一半，即 IdVT?U1?cos?1。 Id? 2R2 带阻感负载的工作情况 单相桥式全控整流电路带阻感负载时的原理图 单相桥式全控整流电路带阻感负载时的波形图 ? 15 / 47 ? 分析时，假设电路已经工作于稳态下。 假设负载电感很大，负载电流不能突变，使负载电流 id 连续且波形近似为一水平线。 ? ： ? 在 ?角度时，给 VT1 和 VT4加触发脉冲，此时 a点电压高于 b点， VT1 和 VT4承受正向电压，因此 可靠导通， uVT1?uVT4?0。 ? ? ? 电流从 a 点经 VT1 、 L、 R、 VT4 流回 b点， ud?u2。 id为一水平线， iVT1,4?id?i2。 VT2 和 VT3为断态， iVT2,3?0 PPT总结 1 总论 电力电子技术定义、电能变换类型、电力电子技术的研究内容、应用领域 现代电力电子技术的发展特点 16 / 47 现代电力电子技术的热点研究方向、电力电子技术在智能电网的发、输、配、用电各环节发挥的作用 2 新型电力电子器件及其应用 电力电子器件的应用特征、理想功率开关器件具有的特征、电力电子器件的分类 特别提醒对以下三种物理现象的理解：电导调制效应、反向雪崩击穿与热击穿、 PN结的电容效应，软因子 Sr、 SBD的应用特点、 SIC功率器件的优势特点 普通晶闸管优势 应用领域、 IGCT分类及其结构特点、典型开关电路及其波形 影响开关速度的外在因素、 IEGT的优点、 CoolMos 的特性、同步整流 智能功率模块、 PIC、 PM、单 片功率系统 17 / 47 3 DC/DC变换电路 基本电路及其稳态工作原理、调节占空比 D方式、控制电路的任务、 Boost基本电路及其稳态工作原理、 Buck-Boost电路、 Cuk电路、 Sepic电路、 Zeta电路 开关电源通用结构形式、反激电路、正激电路、半桥全桥电路、推挽电路 4 DC/AC变换电路 有源无源逆变及其应用、电压电流型逆变电路、电压型逆变电路输出电压调节方式、 PWM 波的生成方法、同步调制、异步调制、分段同步调制 电路生成方法、 SPWM 逆变电路存在问题、 SPWM 逆变输出的波形及其改善、常见控制策略及其特点 5 AC/DC变换电路 单相半波整流的缺点、减少整流输出电压谐波的措施、无源/有源功率因数校正、单级 PFC 的优缺点、晶闸管相控整流18 / 47 电路的缺点、直接电流控制原理 6 AC/AC变换电路 交流调压电路典型应用、直流调速传动系统缺点、交流调速传动系统优点、恒压频比控制、转差频率控制、矢量控制、直接转矩控制 7 PWM多电平电路 三重降压斩波电路、 3 种基本型多电平变换器、控制时序特点、特定次谐波消除 PWM 控 制方式、电压空间矢量 PWM控制方式 8 现代电力电子应用及面临的挑战 应用领域、电能质量可靠性、微电网 智能电网、 MG领域的关键技术、高功率脉冲电源 电力 电子技术总结 1 晶闸管是三端器件，三个引出电极分别是阳极，门极和阴极。 19 / 47 2 单向半波可控整流电路中，控制角 最大移相范围是0180 3 单相半波可控整流电路中，从晶闸管开 始导通到关断之间的角度是导通角 4 在电感性负载三相半波可控整流电路中，晶闸管承受的最大正向电压为 6U2 5 在输入相同幅度的交流电压和相同控制角的条件下，三相可控整流电路与单相可控整流电路比较，三相可控可获得较高的输出电压 6 直流斩波电路是将交流电能转化为直流电能的电路 7 逆变器分为有源逆变器和无源逆变器 8 大型同步发电机励磁系统处于灭磁运行时，三相全控桥式变流器工作于有源逆变 9 斩波器的时间比控制方式分为点宽调频，定频调宽，调宽调频三种 20 / 47 10 DC/DC 变换的两种主要形式为斩波电路控制型和直交直电路 11 在三相全控桥式变流电路中，控制角和逆变角的关系为+= 12三相桥式可控整流电路中，整流二极管在每个输入电压 基波周期内环流次数为 6 次 13 在三相全控桥式整流逆变电路中，直流侧输出电压 Ud=- 14 在大多数工程应用中，一般取最小逆变角 的范围是=30 15 在桥式全控有源逆变电路中，理论上你逆变角 的范围是 030 16单相桥式整流电路能否用于有源逆变电路中 是 17改变 SPWM逆变器中的调制比，可以改变输出电压的幅值 电流型逆变器中间直流环节贮能元件是大电感 21 / 47 19三相半波可控整流电路能否用于有源逆变电路中？ 能 20 在三相全控整流电路中交流非线性压敏电阻过电压保护电路的连接方式有星型和三角形 21 抑制过电压的方法之一是用储能元件吸收可能产生过电压的能量，并用电阻将其消耗 22 为了利用功率晶闸管的关断，驱动电流后延应是一个负脉冲 23 180 导电型电压源型三相桥式逆变电路，其换相是在同一桥臂的上下两个开关元件之间进行 24 改变 SPWM 逆变器的调制波频率，可以改变输出电压的基波频率。 25 恒流驱动电路中抗饱和电路的主要作用是减小器件的存储时间，从而加快关断时间。 26 在三相全控桥式整流电路单脉冲触发方式中，要求脉冲宽度大于 60 27整流电路的总的功率因数 P/S 28 PWM跟踪控制法的常用的有滞环比较方式和三角波比较方式 22 / 47 29 单相 PWM 控制整流电路中，电 源 IsY 与 Us 完全相位时，该电路工作在整流状态 30 PWM 控制电路中载波比为载波频率与调制信号之比 Fc/Fr 31 电力电子就是使用电力电子器件对电能进行变换和控制的技术，是应用于电力领域的电子技术，主要用于电力变换。分为电力电子器件制造技术和变流技术 32电力电子系统由主电路， 控制电路，检测电路，驱动电路和保护电路组成。 33整流电路：将交流电能变成直流电能供给直流用电设备的变流装置。 34逆变电路定义：把直流电逆变为交流电的电路 35有源逆变 电路：将交流侧和电网连接时的逆变电路，实质是整流电路形式。 36无源逆变电路：将交流侧不与电网连接，而直接接到负载的电路。 23 / 47 逆变电路分类：为电压型逆变电路和电源型逆变电路 38 PWM控制定义：脉冲宽度控制技术 39 SPWM 波形： PWM 波形脉冲宽度按正弦规律变化，与正弦波等效时。 40异步调制：载波信号和调制信号不保持同步的调制方式，即 N 值不断变化。 41 控制方式：保持载波频率 Fc 固定不变，这样当调制信号频率 Fr变化时，载波比 N 试变化的 42同步调制：在逆变器输出变频工作时，使载波与调制信号波保持同步的调制方式，即改变调制信号波频率的同时成正比的改变载波频率，保持载波比 N 等于常数。 43分段同步调制：把逆变电路的输出频率范围划分成若干个频段，每个频段内保持载波比 N为恒定，不同频段内的载波比不同。 电力电子技术关于新能源的利用 通过这学期十几周的学习，我对电力电子学有了简单地了24 / 47 解。采用半导体电力开关器件构成各种开关电路，按一定的规律，周期性地，实时、适式的控制开关器件的通、断状态，可以实现电子开关型电力变化和控制。这种电力电子变换和控制，被称为电力电子学或电力电子技术。至于，什么事电力电子，强 电与弱电的联系是什么，它有什么用途等等。这些都将是我们这门课程的需要解决的主要问题和传达给我们的知识和要点，通过这门课的学习我们队这些问题都将会有一个比较深刻的理解和学习，为我们以后的学习和工作都会有一定的基础积累。这门课程虽说知识考查课，但是它的作用是非同寻常的，它帮助我们学习弱电的学生们更好的理解和掌握我们本专业所需要学习和掌握的主要知识，同时它又帮助我们加深我们专业与强电专业的差别以及联系，让我们在看到两种之间的差别的同时又让我们明白两者之间的联系和交叉。为我们的知识盲区划清界限，同时也为我们的专业寻 找了另一个出路和用途为我们以后的学习方向和工作提供了一定的方向和出路。所以说这门课程所提供我们的不仅仅知识课本上的那一点点知识要点，更可贵的事它为我们提供了许多我们在自己专业上以及以后工作的道路上的方向。它就像一盏指明灯一样，虽只是星星点灯，但它却为我们的前进方向指明了航行的方向，起到的作用是非常巨大的。这也就是为什么说虽说它只是一门考查课但却非常重要的课程。 25 / 47 如今，关于电力电子有关新能源的利用 的话题越来越热烈，有关新能源的利用有很大的前景和客观的效益。 世界能源结构正在发生巨大的变革。以资源有限、污染严重的石化能源为主的能源结构将逐步转变为以资源无限，清洁干净的可再生能源为主的多样性，复合型的能源结构。太阳能作为一种新兴的绿色能源，以其永不枯竭、无污染、不受地域资源限制等优点，正得到迅速的推广应用。 随着太阳能光伏发电应用的发展，太阳能光伏发电已经不再只是作为偏远无电地区的能源供应，而是向逐渐取代常规能源的方向发展。在国外，并网发电逐渐成为太阳能光伏发电的主要应用领域，太阳能光伏产业已经逐渐形成，并持续高速发展。 目前国外并网逆变器技术发展十分迅速。目前的研究主要集中在空间矢量 PWM 技术、数字锁相控制技术、数字 DSP控制技术、最大功率点跟踪和孤岛检出技术，以及综 合考虑以上方面的系统总体设计等。国外的有些并网逆变器还设计同时具有独立运行和并网运行功能。 国内太阳能光伏应用仍以独立供电系统为主，并网系统则刚刚起步。目前国内自主研26 / 47 制的并网逆变器存在有系统运行不稳定，可靠性低的弱点 ;且保护措施不全，容易引起事故，与建筑一体化等问题也没有得到很好考虑。 由于太阳能电池只能在白天光照条件下输出能量，根据负载需要，系统一般选用铅酸蓄电池作为储能环节来提供夜间所需电力 。整个光伏系统由太阳能电池、蓄电池、负载和控制器组成。虚线框中部分即为系统控制部分的结构框图，一般由充电电路、放电电路和状态控制电路 3 部分组成。 系统各部分容量的选取配合，需要综合考虑成本、效率和可靠性。随着光伏产业的迅速发展，太阳能电池的价格正在逐步下降，然而它仍是整个系统中最昂贵的部分 。它的容量选取影响着整个系统的成本。相比较而言，蓄电池价格较为低廉，因此可以选取相对较大容量的蓄电池，尽可能充分利用太阳能电池所发出的功率。另外，在与负载容量配合时，应该考虑到连续阴天的情况，对系统容量留出一定裕度。 与独立供电的光伏系统相比，并网系统一般都没有储能环节，直接由并网逆变器接太阳能电池和电网。并网逆变器的基本功能是相同的。那就是，在太阳能电池输出较大范围内变化时，能始终以尽可能高的 效率将太阳能电池输出的低压27 / 47 直流电转化成与电网匹配的交流电流送入电网。太阳能电池输出的大范围变动，主要原因是白天日照强度的变化，范围在 200W/m2到 1000W/m2 之间 . 通过回顾在这门课程学习到的知识，我们科一更加清楚的了解它的重要和作用。在第一章电力电子变化和控制技术导论的学习中，我了解了电力电子学科的形成、四类基本的开关型电力电子变换电路、两种基本的控制方式、两类应用领域，以及电力电子变换 器的基本特性。经过这一章的学习，我对电力电子变换和控制技术有了一个全貌的认识。接下来的一章里学习了各类半导体电力开关器件的基本工作原理和静态特性。然后又学习了直流 -直流，直流 -交流，交流 -直流，交流 -交流四类电力电子变换的工作原理和特性以及电力电子变换器中的辅助元器件和系统，还分析了开关器件的开通关断过程和各种缓冲器，以及电力电子变换电路的两类典型应用：多级开关电路组合型交流、直流电源和电力电子开关型电力补偿、控制器等。 在这学期的学习中，我们学习到了许多有用得知识和技巧，同时我们在老师的指导下还尝试了多种新的学习方法，例如分组学习并做 PPT 重点总结、自主学习后课堂讲解等，这些方法都大大的调动了我们课下学习的积极性，课前的预习也28 / 47 使我们上课时能更好的理解以及吸收学科知识，更重要的是通过相关实验课的学习和积累加深了我们相关课程和知识的映像，也为我们的知识储备加深了更加深的一笔储备，而且通过实践掌握了这门课的掌握的要点，更是提升了我们处理和分析的能力，通过自己搭建电路，调试电路以及分析电路的实验结果为我 们进一步掌握电学知识的要点加深了更加有力的知识储备。 太阳能光伏发电是当今备受瞩目的热点之一，光伏产业正以年均增长量 40%的速率发展。 太阳能光伏发电装置主要有光伏电池模块和逆变器构成。光伏逆变器按是否采用隔离方式，可分为工频隔离的光伏逆变器、高频隔离的光伏逆变器和非隔离光伏逆变器。 工频变压器隔离的光伏逆变器是目前较常用的结构，具有安全性高，可以防止逆变器输出的直流偏置电流注入电网，但存在工频变压器体积大、笨重的问题。工频隔离的光伏逆变器效率约在 94%96%之间。 高频隔离的光伏逆变器一般通过前级 DC/DC变换器实现高频隔离，如图 1(a)所示。它具有高频隔离变压器体 积小、重量轻的特点。隔离 DC/DC变换器电路有全桥移相 DC/DC变换器，29 / 47 双正激 DC/DC变换器等。由于引入隔离 DC/DC变换器，将引起 3-4%效率损耗。高频隔离的光伏逆变器整体效率在93-95%。 非隔离的光伏逆变器具有功率密度高、整机效率高的特点。目前，非隔离光伏逆变器效率已高达 %。非隔离光伏逆变器又可分为单级结构、两级结构。单级结构中，光伏模块的输出电压必须与电网电压相匹配，因此单级结构对光 伏阵列的额定电压等级有较苛刻的要求，但在大功率光伏系统中不成为问题。两级结构中，光伏模块的输出首先通过前级 DC/DC变换器升压，再送入逆变器。两级结构对光伏模块的额定电压等级的要求比较宽松，因此在小功率光伏系统中较受青睐。非隔离光伏逆变器越来越得到广泛应用，在欧洲约占 80%市场，在日本约占 50%市场。 由于非隔离光伏逆变器中，光伏模块与电网之间没有电气隔离，需特殊考虑安全性问题。图 2 为一个非隔 离并网光伏逆变器示意图。图 2(a)所示，光伏电池硅片与接地框架之间存在寄生电容。对于单晶体硅光伏电池，寄生电容约为50150nF/kWp，对于薄膜光伏电 5池，约为 1F/kWp 。图 2(b)为考虑 PV 寄生电容光伏系30 / 47 统模型， Cpv 为光伏模块等效对地 寄生电容。逆变器调制将 在 Cpv两端引起的高频电压，造成地电流。寄生电容 Cpv的大小与光伏阵列的框架结构有关，光伏电池表面及间距、框架结构、天气条件、湿度、覆盖于光伏阵列表面的尘埃。地电流对人造成安全隐患，也造成电磁干扰。因此，对于非隔离光伏逆变并网系统， 需要抑制由光伏模块寄生电容引起的地电流问题。 地电流与光伏阵列输出端电压波动的幅度及频率密切相关，即与逆变器拓扑及开关策略的选择有关。地电流抑制有多种方法，主要有采 用特殊的并网逆变拓扑和 PWM调制方法、在交流侧安装共模电抗器、有源地电流抑制电路。 我们都知道，随着大功率半导体开关器件的发明和变流电路的进步和发展，产生了利用这类器件和电路实现电能变换与控制的技术 电力电子技术。电力电子技术横跨电力、电子和控制三个领域，是现代电子技术的基础之一，是弱电子对强电力实现控制的桥梁和纽带，已被广泛应用于工农业生产、国防、交通、能源和人民生活的各个领域，有着极其广阔 的应用前景，成为电气工程中的基础电子技术。 31 / 47 电力电子的诞生 ,上世纪五十年代未第一只晶闸管问世，电力电子技术开始登上现代电气传动技术舞台，以此为基础开发的可控硅整流装置，是电气传动领域的一次革命，使电能的变换和控制从旋转变流机组和静止离子变流器进入由电力电子器件构成的变流器时代。这标志着电力电子的诞生。 第一代电力电子器件 ,进入 70年代晶闸管开始形成由低电压小电流到高电压大电流的系列产品，它们是普通晶闸管不能自关断的半控型器件，被称为第一代电力电子器件。 第二代电力电子器件 ,随着电力电子技术理论研究和制造工艺水平的不断提高，电力电子器件在容量和类型等方面得到了很大发展，是电力电子技术的又一次飞跃，先后研制出大功率双极型晶体管 (GTR)，门极可关断晶闸管 (GTO)，功率MOSFET等自关断全控型第二代电力电子器件。 第三代电力电子器件 ,以绝缘栅双极型晶体管 (IGBT)为代表，开始向大容量高频率、响应快、低损耗方向发展。 现代电力电子时代 ,八十年代末期 和九十年代初期发展起来的、以功率 MOSFET 和 IGBT 为代表的、集高频、高压和大电流于一身的功率半导体复合器件 ,表明传统电力电子技术已32 / 47 经进入现代电力电子时代。电力电子器件正朝着标准模块化、智能化、功率集成的方向发展。在国际上电力电子技术是竞争最激烈的高新技术领域。 功率半导体器件是电力电子电路的基础，通过学习掌握了多种电力电子器件的工作原理、基本特性、主要参数等内容。其中包括功率二极管、大功率晶 体管、晶闸管、场效应晶体管、绝缘栅双极型晶体管等。 整流管是电力电子器件中结构最简单，应用最广泛的一种器件。目前已形成普通型，快恢复型和肖特基型三大系列产品，电力整流管对改善各种电力电子电路的性能，降低电路损耗和提高电流使用效率等方面都具有非常重要的作用。 单相整流电路可分为单相半波电路和单相桥式电路。单相整流电流电路比较简单、成本也低、控制方便，但输出电压波形差，谐波分量较大，使用场合受到限制 。 多相整流电路以三相整流电路为主。三相整流电路也可分为三相半波和三相桥式电路。三相整流电路输出直流电压波形较好，脉动小。因此它应用较广，尤其是三相桥式整流电路在直流电机拖动系统中得到了广泛应用。多相整流电路通常在大功率整流装置中应用。 33 / 47 按照负载性质又可分为电阻性负载、电感性负载、反 电动势负载和电容性负载。 a.阻性负载：负载为电阻时，输出电压波形与电流波形形状相同，移相控制角较大时，输出电流会出现断续。 b.电感性负载：负载有电感和电阻，以电感为主时，由于电感有维持电流导通的能力，当电感数值较大时，输出直流电流可连续而且基本保持不变。 c.反电势负载：即负载中有反电势存在。如蓄电池充电为反电势电阻性负载，直流电机拖动系统为反电势电感性负载。反电势越大，晶闸管导通角越小。 d.电容性负载一般在变频器、不间断电源、开关电源等场合使用。 可控整流电路的工作原理、特性、电压电流波形以及电量间的数量关系与整流电路所带负载的性质密切相关，必须根据负载性质的不同分别进行讨论。然而实际负载的情况是复杂的，属于单一性质负载的情况是很少，往往是几种性质负载34 / 47 的综合，所以在分析时还要根据具体情况进行详细区别讨论。在学习整流电路过程中，根据交流电源的电压波形、功率半导体器件的通断状态和负载的性质，分析电路中各点的电压、电流波形，掌握整流电压和移相控制的关系。掌握了电路中的电压、电流波形，也就掌握了电路的工作原理。 逆变：在生产实际中除了需要将交流电转变为大小可调的直流电供给负载外，常常还要将直流电转换成交流电，即逆变过程。变流器工作在逆变状态时，如交流侧接至电网上，直流电将被逆变成与电网同频的交流电并反馈回电网，因为电网有源，则称为有源逆变。有源逆变是整流电路在特定条件下的工作状态，其分析方法与整流状态时相同，在直流电机拖动系统中可通过有源逆变将直流电机的能量传送到电网。 当前 ,电力电子作为节能、自动化、智能化、机电一体化的基础 ,正朝着应用技术高频化、硬件结构模块化、产品性能绿色化的方向发展。现代电力电子技术的发展方向 ,是从以低频技术处理问题为主的传统电力电子学 ,向以高频技术处理问题为主的现代电力电子学方向转变。 电 力电子技术的创新与电力电子器件制造工艺改进，已成为世界各国工业自动化控制和机电一体化领域竞争最激烈的35 / 47 阵地，各个发达国家均在这一领域注入极大的人力，物力和财力，使之进入高科技行业，就电力电子技术的理论研究而言，目前日本、美国及法国、荷兰、丹麦等西欧国家可以说是齐头并进，在这些国家先进的电力电子技术不断开发完善，促进电力电子技术向着高频化迈进，实现用电设备的高效节能，为真正实现工控设备的小型化，轻量化，智能化奠定了重要的技术基础，也为电力电子技术的不断拓展创新描绘了广阔的前景。而我国开发研制电力电子器件的综合技 术能力与国外发达国家相比，仍有较大的差距，要发展和创新我国电力电子技术，并形成产业化规模，就必须走有中国特色的产学创新之路，即牢牢坚持和掌握产、学、研相结合的方法走共同发展之路 本人对这门课程开始就是心怀重视态度对待它，奈何一看教学模式竟然是考查，然后又见到旁边那么多的同学都是采取消极的态度，所以本人的态度也是一落千丈，至此就是心情好时就听老师讲，心情不好抑或是有其他比较有趣的事情的时候就干自己 的事情去了，虽然偶尔也会忌惮于老师的发威而艰难的将眼睛往黑板上挪，但心中始终想的是自己的事情，好了，废话不扯了，还是说正事吧，以下就是我本人对电力电子的一些想法和理解以及从网上了解的相关应用，当然这些仅仅只是从我听了课的那几次课来介绍，其他没有介36 / 47 绍的请见谅 (原因就不多说了哈 )。 首先解释一下，什么是电力电子技术。书本上如是说：电力电子技术就是应用于电力领域的电子技术。我理解是，就是强电模块的电力 和弱电模块的电子相结合从而形成的一门新兴技术，主要是由电力学，电子学以及控制理论三个学科相互交叉相互补充而成的，已经成为现代电气工程与自动化专业不可缺少