電力電子綜述

1、現(xiàn)代電力電子技術(shù)課程綜述什么是電力電子技術(shù)？電力電子技術(shù)是利用電力電子器件對(duì)電能進(jìn)行變換和控制的技術(shù)，具體來(lái)說(shuō)， 就是為了給不同要求的負(fù)載提供適配的電源，對(duì)電能的電壓、電流、頻率、波形 和相數(shù)等參數(shù)進(jìn)行變換。電力電子技術(shù)與多種學(xué)科密不可分，因此出現(xiàn)了兩種不同的定義。一種是 1973年第四屆國(guó)際電力電子會(huì)議首次提出的Newevell定義，如右圖1；另一種 是1980年國(guó)際上出現(xiàn)的電力電子技術(shù)的新定義，如圖2.。圖1電力電子學(xué)的Newevell定義計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)CDA模擬和數(shù)字電子學(xué)二、|,岫州中/電力由】電力半導(dǎo)體器件微機(jī)應(yīng)用， f 電力電 f r 一一子技術(shù)J控制理論卜-j * 電力變換電路超

2、大規(guī)模集成電路圖2電力電子學(xué)的新定義兩種定義的差別，反映了電力電子技術(shù)的迅速發(fā)展和所涉獵以及應(yīng)用領(lǐng)域的 不斷擴(kuò)大，預(yù)示著電力電子技術(shù)無(wú)限的發(fā)展前景和未來(lái)。電力電子技術(shù)發(fā)展歷史隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，電力電子也經(jīng)歷了幾個(gè)發(fā)展階段。（1）第一階段一一水印整流器時(shí)代1902年出現(xiàn)了第一個(gè)玻璃的汞孤整流器；1910年出現(xiàn)了鐵殼汞孤整流器。用汞孤整流器代替機(jī)械式開(kāi)關(guān)和換流 器，這是電力電子技術(shù)的發(fā)端；20世紀(jì)40年代末出現(xiàn)了晶體管。（2 ）第二階段一一品閘管時(shí)代1957年，美國(guó)CE公司造出世界上第一支品閘管（中國(guó)當(dāng)時(shí)成為可控硅）， 拉開(kāi)了電力電子發(fā)展的第二階段序幕。（3）第三階段一一大功率晶體管時(shí)代從197

3、5年起，開(kāi)發(fā)出大功率晶體管代替品閘管，GTO、IGBT、MOSFET陸續(xù)出現(xiàn)。（4）第四階段一一智能化、模塊化功率器件時(shí)代從1980年開(kāi)始，美國(guó)GE公司首次發(fā)布功率器件智能化（intelligent ） 的概念（5）第五階段一一未來(lái)超高頻、超大容量高度功能的新元器件 一批新半導(dǎo)體材料的出現(xiàn)，必將帶來(lái)一批新型高壓、小型化的器件。 至于控制方面，人工智能的技術(shù)含量將會(huì)更高。電力電子器件的分類(lèi)電力電子器件常用的分類(lèi)方法有三種：（1）按電力電子器件能夠被控電路信號(hào)所控制的程度，可分為三種類(lèi) 型：1）半控型器件。如品閘管及大部分其派生器件。2）全控型器件。又稱(chēng)自關(guān)斷器件。包括 GTO、GTR、MOSFE

4、T、IGBT等。3）不可控器件。如整流二極管。（2）按器件內(nèi)部電子和空穴兩種載流子參與導(dǎo)電的情況，也可分為三 類(lèi)；1）單極型器件。這類(lèi)器件有電力 MOSFET和靜電感應(yīng)晶體管（SIT）。2）雙極型器件。屬于這類(lèi)器件的有電力二極管，品閘管、 GTO、GTR、 電感應(yīng)品閘管（SITH）。3）復(fù)合型器件。這類(lèi)器件有IGBT.（3）按驅(qū)動(dòng)信號(hào)的性質(zhì)，可分為兩類(lèi)：1）電流驅(qū)動(dòng)型。如品閘管、GTR、GTO等。這類(lèi)器件控制功率較大，控 制電路復(fù)雜，工作頻率較低，但容量較大。2）電壓驅(qū)動(dòng)型。如功率MOSFET、IGBT等。這類(lèi)器件驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單， 控制功率小，工作頻率高，性能穩(wěn)定，因此成為電力電子器件的重要發(fā)展

5、 方向。電力電子的技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域由于功率整流器、功率晶體管，品閘管、GTO、IGBT等功率器件取得很大 進(jìn)展，所以電力變換和控制領(lǐng)域不斷的擴(kuò)大。電力電子技術(shù)和器件在工業(yè)企業(yè)和日常生活的應(yīng)用領(lǐng)域有以下幾點(diǎn)：（1）工業(yè)企業(yè)領(lǐng)域。如機(jī)床、機(jī)器人、軋鋼機(jī)、冶金工業(yè)。（2） 家電領(lǐng)域。如空調(diào)、冰箱、洗衣機(jī)、熒光燈、微波爐、吸塵器、錄像 機(jī)。（3）電力系統(tǒng)領(lǐng)域。頻率變換、直流輸電、無(wú)功功率補(bǔ)償（SVC/SVG）、 不間斷電源（UPS）。（4）交通運(yùn)輸領(lǐng)域。鐵路電機(jī)車(chē)、地鐵、電動(dòng)汽車(chē)、電梯。（5）新能源領(lǐng)域。太陽(yáng)能發(fā)電、燃料電池、風(fēng)力發(fā)電。仿真課題介紹5.1研究IGBT全橋逆變的意義逆變電路是將低電壓變?yōu)楦唠?/p>

6、壓，把直流電變成交流電的電路稱(chēng)為逆變電 路。廣泛應(yīng)用在直流輸電、變頻器等領(lǐng)域。所謂直流輸電，是發(fā)電廠(chǎng)發(fā)出的交流電，經(jīng)整流器變換成直流電輸送至受電 端，再用逆變器將直流電變換成交流電送到受端交流電網(wǎng)的一種輸電方式。傳統(tǒng)的逆變器件采用品閘管、GTR等，但其開(kāi)關(guān)頻率低，輸入阻抗低，開(kāi) 關(guān)容量低等弱點(diǎn)，往往不能滿(mǎn)足大容量，高頻率的逆變要求。5.2研究的現(xiàn)狀及應(yīng)用前景隨著軌道交通的迅猛發(fā)展，從2000年至今，IGBT逆變電路在軌道交通領(lǐng)域 獲得廣泛應(yīng)用，在節(jié)能背景的要求下，新能源利用越來(lái)越受到人們的重視，IGBT逆變電路 在太陽(yáng)能逆變領(lǐng)域也獲得了廣泛應(yīng)用。隨著電力電子技術(shù)的迅猛發(fā)展，IGBT逆變電路應(yīng)用

7、會(huì)越來(lái)越廣泛，高性能 的變頻器以及交通領(lǐng)域，尤其是城市軌道交通和目前發(fā)展勢(shì)頭很猛的高速鐵路列 車(chē)，都會(huì)對(duì)逆變電路的應(yīng)用起到巨大的促進(jìn)作用。5.3 IGBT逆變電路的存在的問(wèn)題采用IGBT逆變電路后，高頻率的PWM控制脈沖將對(duì)器件長(zhǎng)生很大影響， 對(duì)快速換流提出更高要求，有串聯(lián)感性零件（電感，繼電器，變壓器）的時(shí)候。不能保 證IGBT可靠的工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)，反電動(dòng)勢(shì)有可能將其損壞。5.4解決方案在旁路設(shè)置一個(gè)續(xù)流二極管，吧uzhengIGBTkekaode工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)，防止 被反電勢(shì)損壞。本仿真課題模擬電路可用于直流輸電中的逆變部分，也可用于變頻器的逆變 部分，可以根據(jù)負(fù)載的實(shí)際要求，改變控制電路