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太原科技大学研究生院 现代电力电子技术教学心得 学院 （系） 电子信息工程学院 专 业 电力电子与电力传动 班 级 研 1206 姓 名 江心利 学 号 S20120292 2013 年 3 月 6 日现代电力电子技术教学心得摘 要：随着大功率半导体器件的发明和发展，产生了利用这类器件作为工具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”与“控制”三个领域，是电力电子技术的基础之一，已被广泛地应用在工农业生产、国防、交通等各个领域，有着极其广阔的应用前景。正是由于其这样的作用，更应该教导学生们深入地理解地学习这门课程，本文从其发展和应用的领域等相关角度分析说明了这门课程的重要性，使同学们能够积极地学习，同时也介绍了一些对学生们学习而有用的方法。关键词：半导体；电能变换与控制；电力电子；学习方法Abstract:With the invention and development of high power semiconductor devices, the use of such devices as a tool to achieve power conversion and control technology -the power electronic technology. Power electronic technology across the “power”,”electronic” and “control” three areas, it is one of the bases of power electronic technology, has been widely used in various industrial and agricultural production, national defense,traffic and other fields, has a very broad application prospects. It is precisely because of its such a role, this paper analyzes the development and application of field and other related aspects. The importance of the subject, so that the students can actively learning, at the same time, the method and some useful for students learning is also introduced.Keyword: Semiconductor; The power converter and control; Power electronics; Learning method电力电子技术是建立在电子学、电工原理和自动控制三大学科上的新兴学科。因它本身是大功率的电技术，又大多是为应用强电的工业服务的，故常将它归属于电工类。电力电子技术的内容主要包括电力电子器件、电力电子电路和电力电子装置及其系统。电力电子器件以半导体为基本材料，最常用的材料为单晶硅；它的理论基础为半导体物理学；它的工艺技术为半导体器件工艺。近代新型电力电子器件中大量应用了微电子学的技术。电力电子电路吸收了电子学的理论基础，根据器件的特点和电能转换的要求，又开发出许多电能转换电路。这些电路中还包括各种控制、触发、保护、显示、信息处理、继电接触等二次回路及外围电路。利用这些电路，根据应用对象的不同，组成了各种用途的整机，称为电力电子装置。这些装置常与负载、配套设备等组成一个系统。电子学、自动控制、信号检测处理等技术常在这些装置及其系统中大量应用。 利用电力电子器件实现工业规模电能变换的技术，有时也称为功率电子技术。一般情况下，它是将一种形式的工业电能转换成另一种形式的工业电能。例如，将交流电能变换成直流电能或将直流电能变换成交流电能；将工频电源变换为设备所需频率的电源；在正常交流电源中断时，用逆变器（见电力变流器）将蓄电池的直流电能变换成工频交流电能。应用电力电子技术还能实现非电能与电能之间的转换。例如，利用太阳电池将太阳辐射能转换成电能。与电子技术不同，电力电子技术变换的电能是作为能源而不是作为信息传感的载体。因此人们关注的是所能转换的电功率。 一什么是电力电子技术 电力电子技术是一门新兴的应用于电力领域的电子技术，就是使用电力电子器件（如晶闸管，GTO，IGBT等）对电能进行变换和控制的技术。电力电子技术所变换的“电力”功率可大到数百MW甚至GW，也可以小到数W甚至1W以下，和以信息处理为主的信息电子技术不同电力电子技术主要用于电力变换。 利用电力电子开关器件组成电力开关电路，利用集成电路和微处理器构成信号处理和控制系统，对电力开关电路进行实时、适式的控制，经济有效地实现开关模式的电力变换和电力控制，包括电压（电流）的大小、频率、相位和波形的变换和控制，是综合了电子技术、控制技术和电力技术的新兴交叉学科。 电力电子技术分为电力电子器件制造技术和交流技术（整流，逆变，斩波，变频，变相等）两个分支。现已成为现代电气工程与自动化专业不可缺少的一门专业基础课，在培养该专业人才中占有重要地位。二现代电力电子技术的主要内容和教学要求 结合工程应用实际与现状，电力电子技术内容主要包括：电力电子器件应用知识，交流-直流变换、直流-直流变换、直流-交流变换和交流-交流变换四大类变换技术；课程知识以PWM开关技术为主干，对于软开关技术、多电平变换技术等较复杂的内容进行了概要性介绍，适当压缩了相控变换技术方面的内容。 结合现代工程应用实际，在传统内容基础上加强了应用相关的内容电力电子技术的理论教学传统上一直偏重于介绍电路结构、工作原理、电路工作过程分析，本书针对现代工程应用实际，加强了如下内容。 （1）在有关电力电子器件应用知识方面，增加电力电子器件主要参数、器件典型驱动电路结构、典型缓冲吸收电路结构及设计方法等内容的介绍。 （2）在电路分析过程中，加强电路核心元器件的电流、电压等应力的分析，为元器件的合理选择打下基础。 （3）根据电力电子技术应用现状，压缩相控整流部分内容，重点介绍开关整流APFC技术的原理及分析方面的内容，并概要介绍不控整流、倍压整流、倍流整流、自同步整流等内容。 （4）针对SPWM逆变技术实际应用的需要，增加LC滤波器设计的内容，并作为了解性知识，简要介绍了电压空间矢量PWM变换技术。 （5）为了使读者对电力电子新技术有所了解，增加软开关技术、多电平变换技术等内容的简要介绍。 以工程应用需要为导向面向应用型人才培养，以工程应用需要为导向，教学内容组织体现系统性、基础性、应用性相结合，具体体现在如下几个方面。 （1）在介绍电力电子器件应用知识时，适当简化器件物理方面的内容，以动静态特性、器件主要参数、驱动控制方法的介绍为主。 （2）对于变换技术，重点介绍直流-直流变换、直流-交流变换、交流-直流变换方面的内容，而适当压缩交流-交流变换方面的内容。 （3）对于直流-交流变换方面的内容，以单、三相方波逆变和单、三相SPWM逆变为核心进行介绍。 （4）对于相控整流方面的内容，主要介绍桥式全控电路纯阻负载、大电感负载和反电动势负载三种典型负载的应用分析，大幅度加强PWM整流技术的介绍。 （5）对于交流-交流变换方面的内容，以相控、斩控调压、周波控制为核心，简要介绍交-交变频、矩阵式变频等内容。 三现代电力电子技术的应用和发展展望在电力电子技术的应用及各种电源系统中，开关电源技术均处于核心地位。对于大型电解电镀电源，传统的电路非常庞大而笨重，如果采用高顿开关电源技术，其体积和重量都会大幅度下降，而且可极大提高电源利用效率、节省材料、降低成本。在电动汽车和变频传动中，更是离不开开关电源技术，通过开关电源改变用电频率，从而达到近于理想的负载匹配和驱动控制。高频开关电源技术，更是各种大功率开关电源（逆变焊机、通仪电源、高频加热电源、激光器电源、电力操作电源等）的核心技术。高频化高频化理论分析和实践经验表明，电气产品的变压器、电感和电容的体积重量与供电频率的平方根成反比，所以当我们把频率从工频提高到，提高倍的话，用电设备的体积重量大体下降至工频设计的。无论是逆变式整流焊机，还是通仪电源用的开关式整流器，都是基于这一原理。同样，传统“整流行业”的电镀、电解、电加工、充电、浮充电、电力合闸用等各种直流电源也可以根据这一原理进行改造，成为“开关变换类电源”，其主要材料可以节约或更高，还可节电或更多。由于功率电子器件工作频率上限的逐步提高，促使许多原来采用电子管的传统高频设备固态化，带来显著节能、节水、节约材料的经济效益，更可体现技术含量的价值。模块化模块化随着电源频率的不断提高，致使引线寄生电感、寄生电容的影响愈加严重，对器件造成更大的电应力（表现为过电压、过电流毛刺）。为了提高电源的可靠性，国际上一些研究机构正在开发“用户专用”功率模块，把一台整机的几乎所有硬件都以芯片的形式安装到一个模块中，使元器件之间不再有传统的引线连接，这样的模块经过严格、合理的热、电、机械方面的设计，达到优化完美的境地。它类似于微电子中的用户专用集成电路（）。只要把控制软件写入该模块中的微处理器芯片，再把整个模块固定在相应的散热器上，就构成一台新型的开关电源装置。另外，大功率电源装置，由于器件容量的限制和增加冗余提高可靠性方面的考虑，一般采用多个独立的模块单元并联工作，采用均流技术，所有模块共同分担负载电流，一旦其中某个模块失效，其他模块再平均分担负载电流。这种多单元并联方式已经从直流电源延伸到系统，多台（可达到台）并联，可以组成容量更大的电源系统。通过增加相对整个系统来说功率很小的冗余电源单元，可以大幅度提高整个电源系统的可靠性和可用性。数字化数字化在世纪六七十年代，电力电子技术完全是建立在模拟电路基础上的。随着微电子技术的发展，数字信号处理技术日趋完善成熟，显示出越来越多的优点：便于计算机处理控制、避免模拟信号的畸变失真、减小杂散信号的干扰（提高抗干扰能力）、便于自诊断等。以和变频器为例，早期产品的控制部分主要依靠模拟电路，在世纪年代，开始逐渐采用单片微处理器进行控制，目前已开始采用数字信号处理器（，简称）进行控制。而静止无功补偿装置（）、静止无功发生器（）、电力有源滤波器等电源装置，需要对各种信号进行处理、运算，更离不开高性能的微处理器。现代电力电子技术是高效节能、节约原材料、实用性极强的高新技术，有很强的渗透性、基础性，有助于实现自动化、智能化控制。随着新型电力半导体器件和适于更高开关频率的电路拓扑的不断出现，现代电力电子技术将在实际需要的推动下快速发展，新技术的出现又会使许多应用产品更新换代，还会开拓更多更新的应用领域，为国民经济许多重要行业服务，将成为国民经济支柱产业的重要组成部分，成为机电一体化的基础。四学生应如何学习现代电力电子技术这门课现在电力电子技术这门课不同于一般的其他科目，这门课基础知识多，理论性强。对于一些基础性的东西需要学生们牢牢地记住，只有这样，学生们在学习这门科目时才能把前后的知识点或者一些技术电路原理联系起来或者组合起来，发挥这种组合电路的作用来达到一些设计的要求和期望 。针对这种情况我提出以下 几种方法：1 比较性的学习每种原件的工作原理和性能大家都知道电力电子技术是发挥了一种或多种电力电子器件的效用来达到效果目的的， 每种电力电子器件的功能和原理可能相似或者相近，所以在学习和记忆时很容易混淆，严重些可能张冠李戴，所以在学习时我们应当分门别类的记忆，比较各种器件的相同处和不同处， 只有这样我们才能分清楚他们的性能，才能有效的组合他们用以实现某种效用。2 分模块化地学习各种电路的原理电力电子技术这门课介绍了不少的电路原理，比如“整流电路” “直流斩波电路” “逆变电路”等等，而且每种电路里面又有不同的细节性的电路，所以在记忆和学习时就十分的困难，但是每种电路原理图内部的各种不同的原理图在结构和性能上相近，或许只有某些细节上不同而已，这类型的可以把它们分成不同的模块，分别去学习和掌握。多画一画他们的结构图，同时又要多分析他们的工作原理，对于每种电路图都要这样学习，久而久之，就会很牢固的，不混淆地掌握了它们。3 多联系实际应用电力电子技术应用的很广泛，可以说涉及到了几乎每个电的领域。我们要想深入型的学好它们必须要多联系实际生活中的应用，应用时因为有了各种不同性能的电路原理，而电路原理是有不同的电子器件组合而成，所以这前前后后存在着很多必然性的联系，我们只有抓住了这些联系，在分析