電力電子的發(fā)展匯編

1、電力電子的發(fā)展1.1 什么是電力電子技術(shù)1.2 電力電子的特性 1.3 電力電子發(fā)展史 1.1 什么是電力電子技術(shù) 電力電子技術(shù) 由根據(jù)電力電子器件的特性，采用一種有效的靜態(tài)的變換、控制方法，把一種輸入變換為所需要的另一種輸出形式 。電力電子的發(fā)展下 頁返回下 頁上 頁返 回目的方法電氣和電子元件，線性以及非線性電路控制理論的應(yīng)用，成熟的設(shè)計(jì)技巧的使用；使用先進(jìn)的分析工具 。 控制功率從電源流向負(fù)載，實(shí)現(xiàn)高效、高可靠性、高實(shí)用性的控制并使用體積小、質(zhì)量輕、損耗低的器件。 電力電子的發(fā)展下 頁上 頁返 回高實(shí)用性不使用像發(fā)熱電子管以及電解電容器等等這些時(shí)限很短的器件 。高可靠性 避免使用需要周期

2、性維護(hù)或替換的旋轉(zhuǎn)器件 。電力電子的發(fā)展下 頁上 頁返 回電力電子設(shè)備的主要目的處理電氣功率控制交流或直流電源與一個(gè)或者多個(gè)需要此交流或直流電源的負(fù)載之間的功率的傳輸。 功能由接在變換器終端的電阻組成的一個(gè)或多個(gè)負(fù)載的需要來決定 。 功率傳輸1.2 電力電子的特征電力電子的發(fā)展下 頁上 頁返 回交直流電流變換器功率調(diào)節(jié)器電力電子的發(fā)展下 頁上 頁返 回四大類電力電子功率變換設(shè)備1. AC-AC變換器調(diào)節(jié)阻抗是電阻、電容或電感。這種變換器常用做交流功率控制器。 電源和負(fù)載之間的時(shí)間間隔是thigh ，則其呈現(xiàn)高阻抗 電源時(shí)間間隔是tlow，則呈現(xiàn)低阻抗 可變阻抗R,C或L交流負(fù)載交流電源電力電子

3、的發(fā)展下 頁上 頁返 回2. AC-DC變換器整流 交流通過特性不對(duì)稱的非線性電阻變換為直流。 整流過程可控 非線性電阻直流負(fù)載交流電源ui電力電子的發(fā)展下 頁上 頁返 回3. DC-AC變換器反向整流 用功率調(diào)節(jié)裝置，使直流電源得到負(fù)載為交流形式的功率。 無源（有源）阻抗交流負(fù)載直流電源+- 電源和負(fù)載之間能量的流動(dòng)由功率調(diào)節(jié)裝置控制 電力電子的發(fā)展下 頁上 頁返 回有源電阻的值在直流操作點(diǎn)（U1，I1）和（U2，I1）之間變化，電壓U2 U1時(shí)，電流I2 UIN或者IOUT IIN 。 該變換器輸出端平均電壓必須比輸入端平均電壓高，或輸出端平均電流比輸入端平均電流高。 +-UINUOUTR

4、LIINIOUT+ + - - 電力電子的發(fā)展下 頁上 頁返 回電力電子的發(fā)展如果UOUT UIN ，則DCDC變換過程中，交流輸入電源作為中間過程可能完全被轉(zhuǎn)換為交流電源。 DCDC變換過程必須由交流電源作為中間過程。如果 IOUT IIN ，最小交流功率為： 下 頁上 頁返 回電力電子的發(fā)展1.3 電力電子的發(fā)展史電力電子技術(shù)迅速發(fā)展，與全球能源、環(huán)境等問題息息相關(guān)。能源消費(fèi)是一個(gè)國家經(jīng)濟(jì)繁榮程度的標(biāo)準(zhǔn)。能源消耗帶來的環(huán)境污染和安全問題已成為社會(huì)的主要問題。利用電力電子技術(shù)可以有效地節(jié)約能源。節(jié)約能源不僅帶來經(jīng)濟(jì)效益，也為減少環(huán)境污染帶來了利益。下 頁上 頁返 回電力電子的發(fā)展內(nèi)燃機(jī)感應(yīng)電

5、動(dòng)機(jī)直流電機(jī)下 頁上 頁返 回電力電子的發(fā)展晶體管晶閘管集成電路下 頁上 頁返 回電力電子的發(fā)展功率放大器磁放大器下 頁上 頁返 回電力電子的發(fā)展磁放大器 可作為可飽和電抗器及飽和電抗器 +-RLNCRCNLNCNLiLiCUCUACRCRL+-NCNLNCNLiLiCUCUAC 串聯(lián)連接磁放大器 并聯(lián)連接磁放大器 輸出繞組 控制 繞組 不包含發(fā)熱裝置、電阻絲和旋轉(zhuǎn)元件。 磁放大電路是一種高效的電力電子電路。 下 頁上 頁返 回電力電子的發(fā)展電源是直流電壓，可使用電池 作為電源。相當(dāng)于一個(gè)阻抗元件，控制電 壓施加到柵極的終端，可以控 制阻抗的值在最大值與最小值 之間變化。通過陽極與柵極之間的反

6、饋，本身可以產(chǎn)生振動(dòng)，可作為高頻信號(hào)源用來調(diào)制聲音和其他通訊信號(hào)。真空電子管 下 頁上 頁返 回電力電子的發(fā)展真空電子管與磁放大器的區(qū)別 真空電子管電源是直流電壓，磁放大器電源是交流電壓。真空管本身可以產(chǎn)生振動(dòng)，磁放大器本身不能產(chǎn)生振動(dòng)。真空電子管只可以調(diào)制幾十瓦，磁放大器最大調(diào)制功率為70kW。 真空電子管在大部分低功率設(shè)備的應(yīng)用上由于其顯著的性能，得到了迅速發(fā)展。 下 頁上 頁返 回電力電子的發(fā)展充氣閘流管 汞弧引燃管 當(dāng)使能信號(hào)施加在第三個(gè)電極上時(shí)，氣體開始放電，有單向電流和一個(gè)相對(duì)較低的電壓流過。 閘流管的柵極防止陽極與陰極之間產(chǎn)生電弧，直到經(jīng)過預(yù)先設(shè)定的循環(huán)時(shí)間。 有一個(gè)電流脈沖流過

7、第三個(gè)電極（點(diǎn)火器），在每次導(dǎo)通開始時(shí)，點(diǎn)燃液體汞中的陰極點(diǎn)。 相同點(diǎn)下 頁上 頁返 回電力電子的發(fā)展電機(jī)放大器 是電動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)的有效組合，外面沒有旋轉(zhuǎn)軸。 自飽和磁放大器 改變整流器前向?qū)ê头聪蚰K之間阻抗的狀態(tài)，調(diào)整了非線性變換對(duì)鐵心的影響，用簡(jiǎn)單的電路配置實(shí)現(xiàn)高功率增益。 采用鎳鐵磁心材料和鎳鐵導(dǎo)磁合金，使干式氧化銅和硒整流器得到了發(fā)展和改進(jìn)。 下 頁上 頁返 回電力電子的發(fā)展汞弧的單向性 汞弧整流器 steel-tank整流器 引燃管汞氣整流器（閘流管） 柵極可控 下 頁上 頁返 回電力電子的發(fā)展半導(dǎo)體器件的發(fā)展 變換器拓樸結(jié)構(gòu)PWM技術(shù)分析及仿真方法控制和估算技術(shù)計(jì)算機(jī)數(shù)字信號(hào)處

8、理集成芯片硬件和軟件控制電力電子進(jìn)步 下 頁上 頁返 回電力電子的發(fā)展晶閘管（可硅控整流器）可控硅、門極可關(guān)斷晶閘管（GTO）雙極功率晶體管（BPT )雙極結(jié)型晶體管（BJT）電力場(chǎng)效應(yīng)晶體管（MOSFET）絕緣柵雙極晶體管（IGBT）靜態(tài)感應(yīng)晶體管（SIT）MOS控制晶閘管（MCT）集成門極換流晶閘管（IGCT）現(xiàn)代固態(tài)電力電子學(xué)下 頁上 頁返 回電力電子的發(fā)展 在低頻應(yīng)用當(dāng)中，晶閘管仍然是處理高功率所不可缺少的器件。 可控硅是反并聯(lián)晶體管組合，適用于低頻阻抗負(fù)載控制。 普通GTO應(yīng)用于高電壓（UBR3300V）、大功率（S 0.5MVA）場(chǎng)合的門控半導(dǎo)體器件。 MOSFET在高壓裝置中的導(dǎo)

9、通壓降大，開關(guān)損耗很低。廣泛應(yīng)用于低壓高頻電路中。 下 頁上 頁返 回電力電子的發(fā)展 IGBT開關(guān)頻率比BJT高很多，在正向偏置安全工作區(qū)內(nèi)可以不需要緩沖器。 IGBT模塊（IPM）應(yīng)用在內(nèi)置門極驅(qū)動(dòng)器。具有溝槽柵技術(shù)的現(xiàn)代（第四代）IGBT模塊比二極管的導(dǎo)通壓降稍高，具有較快的開關(guān)速度。 MCT開關(guān)頻率比IGBT模塊低許多，應(yīng)用到軟開關(guān)變流器中時(shí)，不受RBSOA的限制。下 頁上 頁返 回電力電子的發(fā)展IGCT比GTO的導(dǎo)通壓降低，有較快的開關(guān)速度，帶有旁路二極管的單片集成電路，不用緩沖器操作，容易實(shí)現(xiàn)連續(xù)運(yùn)行。有擎住結(jié)構(gòu)，其中載流子從陽極和陰極注入。 相控晶閘管快速晶閘管GTOIGCT 普通晶閘管不能自行關(guān)斷 下 頁上 頁返 回電力電子的發(fā)展帶有集成過電壓保護(hù)，簡(jiǎn)化了門極控制，提高了晶閘管應(yīng)用在大功率、高電壓中的可靠性。 雙向控制晶閘管在一個(gè)晶片上的兩個(gè)反并聯(lián)晶閘管組成，兩個(gè)門極相互獨(dú)立。保留了大功率變換器的鉗位、內(nèi)部結(jié)構(gòu)和技術(shù)。光控晶閘管下 頁上 頁返 回電力電子的發(fā)展在高壓、高溫、高頻以及低導(dǎo)通壓降場(chǎng)合應(yīng)用 功率范圍大擊穿場(chǎng)強(qiáng)高導(dǎo)熱性高飽和電子漂移速率高對(duì)化學(xué)反應(yīng)或高氣壓呈高惰性輻射電阻高碳化硅 電力電子的發(fā)展 碳化硅可以極大地降