电力电子技术论文范文
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第1篇
通常情况下，电力电子得理论教学都是按照教科书的章节顺序进行，难免枯燥乏味，高深难懂。电力电子学科涉及面比较广，如果将电力电子学科理论划分为多个部分会起到更好的效果。比如划分为四大变换电路部分、器件与控制部分以及电力电子前沿技术等三部分进行教学，三部分既可以先后进行也可以同时穿行。
1.分析电路尽量使用多媒体。
电力电子技术的核心就是整流、逆变、斩波和交交变换四大基本电路，在电路工作过程的分析中，通常一个电路都有多个工作状态，不同的工作状态又分别对应着不同的电压电流波形，也就是说电路的工作过程往往都是动态的过程，而传统的书本上的文字和原理图是无法很好地展现动态过程的。这时，如果采用幻灯片等多媒体形式，可以将电路工作的动态过程很好地展现给学生们观看，把书本上静态的电路以及波形图动起来，这样就能够让学生们更好地理解电力电子电路的工作过程。与此同时，结合书本上的理论，再将不同电路的特点进行总结，使同学们复习时结合着书中的理论，头脑中联想着多媒体演示动画，便会在学习中事半功倍，容易记忆，提高学生的分析计算和实际解题的能力。
2.器件与控制部分应注重练习。
电力电子器件及控制部分具有覆盖面大、定性与定量相结合的特点，学好这一部分，就必须将概念的理解与相关的计算进行练习，在习题式的教学中，不断提高分析问题和解决问题的能力。研究生阶段，各高校几乎很少带领学生做与课程相关的习题，多数学生也只有在考试的时候才有机会在试卷中解答一些问题，虽说现在不提倡传统针对考试的题海战术，但是平时适当做一些典型的练习还是有必要的，电力电子器件种类多、特点各不相同，而控制方法也有很多，甚至与自动控制原理等其他学科相关联，在教学中适当找一些典型例题进行讲解，可以让同学们在繁杂的知识中抓住重点内容进行突破，最终掌握这部分知识要点。
3.学生自主参与新技术教学。
电力电子技术具有发展速度快的特点，新的技术和应用领域不断出现，加强电力电子新技术的教学可以扩展学生知识面，掌握电力电子技术发展新方向。这一部分的特点是没有定量计算、难度不大、但对于资料的收集工作量比较大，根据这些特点，在教学中，可以将这部分安排给每个学生进行讲解，在讲解前每个同学查找相关资料，然后对资料进行分类总结，加入自己的理解，在讲解过程中既可以使用多媒体也可使用板书的形式，讲解后学生之间可以相互提出问题，相互讨论，形成良好的研究氛围。在这种学生自主教学的过程中，既提高了学生查找资料的能力，也能提高学生的概括的创新能力，还为研究生毕业学术论文的撰写提供了相关的经验。
二、实验教学应进行分类
电力电子技术是一个应用性很强的一门学科，在理论教学的同时一定要有相应的实验来配合和补充，开设实验课是对理论课的延伸和补充，更能够突出应用型学科的特色。在实验教学上，应分为验证实验、探究实验、拓展实习三个部分进行教学。
1.验证实验应紧密结合课本。
验证性实验的特点是对已经有的理论进行实验验证，与学生的理论教学紧密衔接，通过书上的理论来指导实验的操作，同时实验的结果又可以加深学生对于书本理论的深度理解。在理论课程之后，应当有相应的实验课程相跟进，在实验开始前，老师带领学生对课本知识点进行回顾，确定实验目的和实验步骤，同学们按照实验要求完成相应的实验操作，并能够运用书本上的知识来解释实验中的现象，最后通过实验报告的形式进行总结，得出验证性的结论。
2.鼓励开展探究性试验。
电力电子技术是一门正在快速发展的学科，在实验教学中，应当鼓励学生进行自主探究，通过对已有知识的学习让学生们充分发挥想象力，制作一些相关的小制作、小发明，在探究性试验的过程中培养学生的创新能力。学生根据自己掌握的知识，结合当今电力电子发展的前沿技术，加上自己的想象力和创造力，独立设计出属于自己的电子作品，而在探究的过程中难免会遇到一些问题，这时老师应进行适当指导，给出一些方案，让学生自主解决实际问题。平时尽可能地开放实验室，使学生增加动手操作机会。此外还应当鼓励学生参加“挑战杯”等科技比赛，增加在创新方面的交流合作，从而学会更多解决问题的新方法。
3.拓展实习应突出实际应用。
在传统的教学环节之外，对于电力电子技术这种应用型很强的学科，应适当组织学生到某个单位进行参观学习。学习的目的是为了应用，当今电力电子技术已经应用在了许多领域之中，在实验教学中可以联系某个具体单位进行参观，在实际的生产过程中，让学生们更加具体地了解电力电子技术的应用。除了参观之外，也可由老师或者学生找一些与电力电子技术应用相关的视频资料，分享给大家进行观看，也可以起到非常好的效果。实习结束之后，学生以报告的形式写出自己学到了什么或者是心得体会。这样，理论联系实际，对于理工科的教学是有很大帮助的。
三、总结
第2篇
1.分析电路尽量使用多媒体。
电力电子技术的核心就是整流、逆变、斩波和交交变换四大基本电路，在电路工作过程的分析中，通常一个电路都有多个工作状态，不同的工作状态又分别对应着不同的电压电流波形，也就是说电路的工作过程往往都是动态的过程，而传统的书本上的文字和原理图是无法很好地展现动态过程的。这时，如果采用幻灯片等多媒体形式，可以将电路工作的动态过程很好地展现给学生们观看，把书本上静态的电路以及波形图动起来，这样就能够让学生们更好地理解电力电子电路的工作过程。与此同时，结合书本上的理论，再将不同电路的特点进行总结，使同学们复习时结合着书中的理论，头脑中联想着多媒体演示动画，便会在学习中事半功倍，容易记忆，提高学生的分析计算和实际解题的能力。
2.器件与控制部分应注重练习。
电力电子器件及控制部分具有覆盖面大、定性与定量相结合的特点，学好这一部分，就必须将概念的理解与相关的计算进行练习，在习题式的教学中，不断提高分析问题和解决问题的能力。研究生阶段，各高校几乎很少带领学生做与课程相关的习题，多数学生也只有在考试的时候才有机会在试卷中解答一些问题，虽说现在不提倡传统针对考试的题海战术，但是平时适当做一些典型的练习还是有必要的，电力电子器件种类多、特点各不相同，而控制方法也有很多，甚至与自动控制原理等其他学科相关联，在教学中适当找一些典型例题进行讲解，可以让同学们在繁杂的知识中抓住重点内容进行突破，最终掌握这部分知识要点。
3.学生自主参与新技术教学。
电力电子技术具有发展速度快的特点，新的技术和应用领域不断出现，加强电力电子新技术的教学可以扩展学生知识面，掌握电力电子技术发展新方向。这一部分的特点是没有定量计算、难度不大、但对于资料的收集工作量比较大，根据这些特点，在教学中，可以将这部分安排给每个学生进行讲解，在讲解前每个同学查找相关资料，然后对资料进行分类总结，加入自己的理解，在讲解过程中既可以使用多媒体也可使用板书的形式，讲解后学生之间可以相互提出问题，相互讨论，形成良好的研究氛围。在这种学生自主教学的过程中，既提高了学生查找资料的能力，也能提高学生的概括的创新能力，还为研究生毕业学术论文的撰写提供了相关的经验。
二、实验教学应进行分类
电力电子技术是一个应用性很强的一门学科，在理论教学的同时一定要有相应的实验来配合和补充，开设实验课是对理论课的延伸和补充，更能够突出应用型学科的特色。在实验教学上，应分为验证实验、探究实验、拓展实习三个部分进行教学。
1.验证实验应紧密结合课本。
验证性实验的特点是对已经有的理论进行实验验证，与学生的理论教学紧密衔接，通过书上的理论来指导实验的操作，同时实验的结果又可以加深学生对于书本理论的深度理解。在理论课程之后，应当有相应的实验课程相跟进，在实验开始前，老师带领学生对课本知识点进行回顾，确定实验目的和实验步骤，同学们按照实验要求完成相应的实验操作，并能够运用书本上的知识来解释实验中的现象，最后通过实验报告的形式进行总结，得出验证性的结论。
2.鼓励开展探究性试验。
电力电子技术是一门正在快速发展的学科，在实验教学中，应当鼓励学生进行自主探究，通过对已有知识的学习让学生们充分发挥想象力，制作一些相关的小制作、小发明，在探究性试验的过程中培养学生的创新能力。学生根据自己掌握的知识，结合当今电力电子发展的前沿技术，加上自己的想象力和创造力，独立设计出属于自己的电子作品，而在探究的过程中难免会遇到一些问题，这时老师应进行适当指导，给出一些方案，让学生自主解决实际问题。平时尽可能地开放实验室，使学生增加动手操作机会。此外还应当鼓励学生参加“挑战杯”等科技比赛，增加在创新方面的交流合作，从而学会更多解决问题的新方法。
3.拓展实习应突出实际应用。
在传统的教学环节之外，对于电力电子技术这种应用型很强的学科，应适当组织学生到某个单位进行参观学习。学习的目的是为了应用，当今电力电子技术已经应用在了许多领域之中，在实验教学中可以联系某个具体单位进行参观，在实际的生产过程中，让学生们更加具体地了解电力电子技术的应用。除了参观之外，也可由老师或者学生找一些与电力电子技术应用相关的视频资料，分享给大家进行观看，也可以起到非常好的效果。实习结束之后，学生以报告的形式写出自己学到了什么或者是心得体会。这样，理论联系实际，对于理工科的教学是有很大帮助的。
三、总结
第3篇
一、电力电子技术的发展
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。电力电子技术起始于五十年代末六十年代初的硅整流器件,其发展先后经历了整流器时代、逆变器时代和变频器时代,并促进了电力电子技术在许多新领域的应用。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经进入现代电力电子时代。
1、整流器时代
大功率的工业用电由工频(50Hz)交流发电机提供,但是大约20%的电能是以直流形式消费的,其中最典型的是电解(有色金属和化工原料需要直流电解)、牵引(电气机车、电传动的内燃机车、地铁机车、城市无轨电车等)和直流传动(轧钢、造纸等)三大领域。大功率硅整流器能够高效率地把工频交流电转变为直流电,因此在六十年代和七十年代,大功率硅整流管和晶闸管的开发与应用得以很大发展。当时国内曾经掀起了-股各地大办硅整流器厂的热潮,目前全国大大小小的制造硅整流器的半导体厂家就是那时的产物。
2、逆变器时代
七十年代出现了世界范围的能源危机,交流电机变频惆速因节能效果显著而迅速发展。变频调速的关键技术是将直流电逆变为0~100Hz的交流电。在七十年代到八十年代,随着变频调速装置的普及,大功率逆变用的晶闸管、巨型功率晶体管(GTR)和门极可关断晶闸管(GT0)成为当时电力电子器件的主角。类似的应用还包括高压直流输出,静止式无功功率动态补偿等。这时的电力电子技术已经能够实现整流和逆变,但工作频率较低,仅局限在中低频范围内。
3、变频器时代
进入八十年代,大规模和超大规模集成电路技术的迅猛发展,为现代电力电子技术的发展奠定了基础。将集成电路技术的精细加工技术和高压大电流技术有机结合,出现了一批全新的全控型功率器件、首先是功率M0SFET的问世,导致了中小功率电源向高频化发展,而后绝缘门极双极晶体管(IGBT)的出现,又为大中型功率电源向高频发展带来机遇。MOSFET和IGBT的相继问世,是传统的电力电子向现代电力电子转化的标志。据统计,到1995年底,功率M0SFET和GTR在功率半导体器件市场上已达到平分秋色的地步,而用IGBT代替GTR在电力电子领域巳成定论。新型器件的发展不仅为交流电机变频调速提供了较高的频率,使其性能更加完善可靠,而且使现代电子技术不断向高频化发展,为用电设备的高效节材节能,实现小型轻量化,机电一体化和智能化提供了重要的技术基础。
二、电力电子技术的应用
1、一般工业
工业中大量应用各种交直流电动机。直流电动机有良好的调速性能，给其供电的可控整流电源或直流斩波电源都是电力电子装置。近年来，由于电力电子变频技术的迅速发展，使得交流电机的调速性能可与直流电机相媲美，交流调速技术大量应用并占据主导地位。大至数千kW的各种轧钢机，小到几百W的数控机床的伺服电机，以及矿山牵引等场合都广泛采用电力电子交直流调速技术。一些对调速性能要求不高的大型鼓风机等近年来也采用了变频装置，以达到节能的目的。还有些不调速的电机为了避免起动时的电流冲击而采用了软起动装置，这种软起动装置也是电力电子装置。电化学工业大量使用直流电源，电解铝、电解食盐水等都需要大容量整流电源。电镀装置也需要整流电源。电力电子技术还大量用于冶金工业中的高频、中频感应加热电源、淬火电源及直流电弧炉电源等场合。
2、交通运输
电气化铁道中广泛采用电力电子技术。电气机车中的直流机车中采用整流装置，交流机车采用变频装置。直流斩波器也广泛用于铁道车辆。在未来的磁悬浮列车中，电力电子技术更是一项关键技术。除牵引电机传动外，车辆中的各种辅助电源也都离不开电力电子技术。电动汽车的电机靠电力电子装置进行电力变换和驱动控制，其蓄电池的充电也离不开电力电子装置。一台高级汽车中需要许多控制电机，它们也要靠变频器和斩波器驱动并控制。飞机、船舶需要很多不同要求的电源，因此航空和航海都离不开电力电子技术。如果把电梯也算做交通运输，那么它也需要电力电子技术。以前的电梯大都采用直流调速系统，而近年来交流变频调速已成为主流。3、电力系统
电力电子技术在电力系统中有着非常广泛的应用。据估计，发达国家在用户最终使用的电能中，有60%以上的电能至少经过一次以上电力电子变流装置的处理。电力系统在通向现代化的进程中，电力电子技术是关键技术之一。可以毫不夸张地说，如果离开电力电子技术，电力系统的现代化就是不可想象的。直流输电在长距离、大容量输电时有很大的优势，其送电端的整流阀和受电端的逆变阀都采用晶闸管变流装置。近年发展起来的柔流输电（FACTS）也是依靠电力电子装置才得以实现的。无功补偿和谐波抑制对电力系统有重要的意义。晶闸管控制电抗器（TCR）、晶闸管投切电容器（TSC）都是重要的无功补偿装置。近年来出现的静止无功发生器（SVG）、有源电力滤波器（APF）等新型电力电子装置具有更为优越的无功功率和谐波补偿的性能。在配电网系统，电力电子装置还可用于防止电网瞬时停电、瞬时电压跌落、闪变等，以进行电能质量控制，改善供电质量。
在变电所中，给操作系统提供可靠的交直流操作电源，给蓄电池充电等都需要电力电子装置。
4、电子装置用电源
各种电子装置一般都需要不同电压等级的直流电源供电。通信设备中的程控交换机所用的直流电源以前用晶闸管整流电源，现在已改为采用全控型器件的高频开关电源。大型计算机所需的工作电源、微型计算机内部的电源现在也都采用高频开关电源。在各种电子装置中，以前大量采用线性稳压电源供电，由于高频开关电源体积小、重量轻、效率高，现在已逐渐取代了线性电源。因为各种信息技术装置都需要电力电子装置提供电源，所以可以说信息电子技术离不开电力电子技术。
5、家用电器
照明在家用电器中占有十分突出的地位。由于电力电子照明电源体积小、发光效率高、可节省大量能源，通常被称为“节能灯”，它正在逐步取代传统的白炽灯和日光灯。变频空调器是家用电器中应用电力电子技术的典型例子。电视机、音响设备、家用计算机等电子设备的电源部分也都需要电力电子技术。此外，有些洗衣机、电冰箱、微波炉等电器也应用了电力电子技术。电力电子技术广泛用于家用电器使得它和我们的生活变得十分贴近。
6、其他
第4篇
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。电力电子技术起始于五十年代末六十年代初的硅整流器件,其发展先后经历了整流器时代、逆变器时代和变频器时代,并促进了电力电子技术在许多新领域的应用。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经进入现代电力电子时代。
1、整流器时代
大功率的工业用电由工频(50Hz)交流发电机提供,但是大约20%的电能是以直流形式消费的,其中最典型的是电解(有色金属和化工原料需要直流电解)、牵引(电气机车、电传动的内燃机车、地铁机车、城市无轨电车等)和直流传动(轧钢、造纸等)三大领域。大功率硅整流器能够高效率地把工频交流电转变为直流电,因此在六十年代和七十年代,大功率硅整流管和晶闸管的开发与应用得以很大发展。当时国内曾经掀起了-股各地大办硅整流器厂的热潮,目前全国大大小小的制造硅整流器的半导体厂家就是那时的产物。
2、逆变器时代
七十年代出现了世界范围的能源危机,交流电机变频惆速因节能效果显著而迅速发展。变频调速的关键技术是将直流电逆变为0~100Hz的交流电。在七十年代到八十年代,随着变频调速装置的普及,大功率逆变用的晶闸管、巨型功率晶体管(GTR)和门极可关断晶闸管(GT0)成为当时电力电子器件的主角。类似的应用还包括高压直流输出,静止式无功功率动态补偿等。这时的电力电子技术已经能够实现整流和逆变,但工作频率较低,仅局限在中低频范围内。
3、变频器时代
进入八十年代,大规模和超大规模集成电路技术的迅猛发展,为现代电力电子技术的发展奠定了基础。将集成电路技术的精细加工技术和高压大电流技术有机结合,出现了一批全新的全控型功率器件、首先是功率M0SFET的问世,导致了中小功率电源向高频化发展,而后绝缘门极双极晶体管(IGBT)的出现,又为大中型功率电源向高频发展带来机遇。MOSFET和IGBT的相继问世,是传统的电力电子向现代电力电子转化的标志。据统计,到1995年底,功率M0SFET和GTR在功率半导体器件市场上已达到平分秋色的地步,而用IGBT代替GTR在电力电子领域巳成定论。新型器件的发展不仅为交流电机变频调速提供了较高的频率,使其性能更加完善可靠,而且使现代电子技术不断向高频化发展,为用电设备的高效节材节能,实现小型轻量化,机电一体化和智能化提供了重要的技术基础。
二、电力电子技术的应用
1、一般工业
工业中大量应用各种交直流电动机。直流电动机有良好的调速性能，给其供电的可控整流电源或直流斩波电源都是电力电子装置。近年来，由于电力电子变频技术的迅速发展，使得交流电机的调速性能可与直流电机相媲美，交流调速技术大量应用并占据主导地位。大至数千kW的各种轧钢机，小到几百W的数控机床的伺服电机，以及矿山牵引等场合都广泛采用电力电子交直流调速技术。一些对调速性能要求不高的大型鼓风机等近年来也采用了变频装置，以达到节能的目的。还有些不调速的电机为了避免起动时的电流冲击而采用了软起动装置，这种软起动装置也是电力电子装置。电化学工业大量使用直流电源，电解铝、电解食盐水等都需要大容量整流电源。电镀装置也需要整流电源。电力电子技术还大量用于冶金工业中的高频、中频感应加热电源、淬火电源及直流电弧炉电源等场合。
2、交通运输
电气化铁道中广泛采用电力电子技术。电气机车中的直流机车中采用整流装置，交流机车采用变频装置。直流斩波器也广泛用于铁道车辆。在未来的磁悬浮列车中，电力电子技术更是一项关键技术。除牵引电机传动外，车辆中的各种辅助电源也都离不开电力电子技术。电动汽车的电机靠电力电子装置进行电力变换和驱动控制，其蓄电池的充电也离不开电力电子装置。一台高级汽车中需要许多控制电机，它们也要靠变频器和斩波器驱动并控制。飞机、船舶需要很多不同要求的电源，因此航空和航海都离不开电力电子技术。如果把电梯也算做交通运输，那么它也需要电力电子技术。以前的电梯大都采用直流调速系统，而近年来交流变频调速已成为主流。3、电力系统
电力电子技术在电力系统中有着非常广泛的应用。据估计，发达国家在用户最终使用的电能中，有60%以上的电能至少经过一次以上电力电子变流装置的处理。电力系统在通向现代化的进程中，电力电子技术是关键技术之一。可以毫不夸张地说，如果离开电力电子技术，电力系统的现代化就是不可想象的。直流输电在长距离、大容量输电时有很大的优势，其送电端的整流阀和受电端的逆变阀都采用晶闸管变流装置。近年发展起来的柔流输电（FACTS）也是依靠电力电子装置才得以实现的。无功补偿和谐波抑制对电力系统有重要的意义。晶闸管控制电抗器（TCR）、晶闸管投切电容器（TSC）都是重要的无功补偿装置。近年来出现的静止无功发生器（SVG）、有源电力滤波器（APF）等新型电力电子装置具有更为优越的无功功率和谐波补偿的性能。在配电网系统，电力电子装置还可用于防止电网瞬时停电、瞬时电压跌落、闪变等，以进行电能质量控制，改善供电质量。
在变电所中，给操作系统提供可靠的交直流操作电源，给蓄电池充电等都需要电力电子装置。
4、电子装置用电源
各种电子装置一般都需要不同电压等级的直流电源供电。通信设备中的程控交换机所用的直流电源以前用晶闸管整流电源，现在已改为采用全控型器件的高频开关电源。大型计算机所需的工作电源、微型计算机内部的电源现在也都采用高频开关电源。在各种电子装置中，以前大量采用线性稳压电源供电，由于高频开关电源体积小、重量轻、效率高，现在已逐渐取代了线性电源。因为各种信息技术装置都需要电力电子装置提供电源，所以可以说信息电子技术离不开电力电子技术。
5、家用电器
照明在家用电器中占有十分突出的地位。由于电力电子照明电源体积小、发光效率高、可节省大量能源，通常被称为“节能灯”，它正在逐步取代传统的白炽灯和日光灯。变频空调器是家用电器中应用电力电子技术的典型例子。电视机、音响设备、家用计算机等电子设备的电源部分也都需要电力电子技术。此外，有些洗衣机、电冰箱、微波炉等电器也应用了电力电子技术。电力电子技术广泛用于家用电器使得它和我们的生活变得十分贴近。
6、其他
第5篇
一、电力电子技术的发展
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。电力电子技术起始于五十年代末六十年代初的硅整流器件,其发展先后经历了整流器时代、逆变器时代和变频器时代,并促进了电力电子技术在许多新领域的应用。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经进入现代电力电子时代。
1、整流器时代
大功率的工业用电由工频(50Hz)交流发电机提供,但是大约20%的电能是以直流形式消费的,其中最典型的是电解(有色金属和化工原料需要直流电解)、牵引(电气机车、电传动的内燃机车、地铁机车、城市无轨电车等)和直流传动(轧钢、造纸等)三大领域。大功率硅整流器能够高效率地把工频交流电转变为直流电,因此在六十年代和七十年代,大功率硅整流管和晶闸管的开发与应用得以很大发展。当时国内曾经掀起了-股各地大办硅整流器厂的热潮,目前全国大大小小的制造硅整流器的半导体厂家就是那时的产物。
2、逆变器时代
七十年代出现了世界范围的能源危机,交流电机变频惆速因节能效果显著而迅速发展。变频调速的关键技术是将直流电逆变为0~100Hz的交流电。在七十年代到八十年代,随着变频调速装置的普及,大功率逆变用的晶闸管、巨型功率晶体管(GTR)和门极可关断晶闸管(GT0)成为当时电力电子器件的主角。类似的应用还包括高压直流输出,静止式无功功率动态补偿等。这时的电力电子技术已经能够实现整流和逆变,但工作频率较低,仅局限在中低频范围内。
3、变频器时代
进入八十年代,大规模和超大规模集成电路技术的迅猛发展,为现代电力电子技术的发展奠定了基础。将集成电路技术的精细加工技术和高压大电流技术有机结合,出现了一批全新的全控型功率器件、首先是功率M0SFET的问世,导致了中小功率电源向高频化发展,而后绝缘门极双极晶体管(IGBT)的出现,又为大中型功率电源向高频发展带来机遇。MOSFET和IGBT的相继问世,是传统的电力电子向现代电力电子转化的标志。据统计,到1995年底,功率M0SFET和GTR在功率半导体器件市场上已达到平分秋色的地步,而用IGBT代替GTR在电力电子领域巳成定论。新型器件的发展不仅为交流电机变频调速提供了较高的频率,使其性能更加完善可靠,而且使现代电子技术不断向高频化发展,为用电设备的高效节材节能,实现小型轻量化,机电一体化和智能化提供了重要的技术基础。
二、电力电子技术的应用
1、一般工业
工业中大量应用各种交直流电动机。直流电动机有良好的调速性能，给其供电的可控整流电源或直流斩波电源都是电力电子装置。近年来，由于电力电子变频技术的迅速发展，使得交流电机的调速性能可与直流电机相媲美，交流调速技术大量应用并占据主导地位。大至数千kW的各种轧钢机，小到几百W的数控机床的伺服电机，以及矿山牵引等场合都广泛采用电力电子交直流调速技术。一些对调速性能要求不高的大型鼓风机等近年来也采用了变频装置，以达到节能的目的。还有些不调速的电机为了避免起动时的电流冲击而采用了软起动装置，这种软起动装置也是电力电子装置。电化学工业大量使用直流电源，电解铝、电解食盐水等都需要大容量整流电源。电镀装置也需要整流电源。电力电子技术还大量用于冶金工业中的高频、中频感应加热电源、淬火电源及直流电弧炉电源等场合。
2、交通运输
电气化铁道中广泛采用电力电子技术。电气机车中的直流机车中采用整流装置，交流机车采用变频装置。直流斩波器也广泛用于铁道车辆。在未来的磁悬浮列车中，电力电子技术更是一项关键技术。除牵引电机传动外，车辆中的各种辅助电源也都离不开电力电子技术。电动汽车的电机靠电力电子装置进行电力变换和驱动控制，其蓄电池的充电也离不开电力电子装置。一台高级汽车中需要许多控制电机，它们也要靠变频器和斩波器驱动并控制。飞机、船舶需要很多不同要求的电源，因此航空和航海都离不开电力电子技术。如果把电梯也算做交通运输，那么它也需要电力电子技术。以前的电梯大都采用直流调速系统，而近年来交流变频调速已成为主流。3、电力系统
电力电子技术在电力系统中有着非常广泛的应用。据估计，发达国家在用户最终使用的电能中，有60%以上的电能至少经过一次以上电力电子变流装置的处理。电力系统在通向现代化的进程中，电力电子技术是关键技术之一。可以毫不夸张地说，如果离开电力电子技术，电力系统的现代化就是不可想象的。直流输电在长距离、大容量输电时有很大的优势，其送电端的整流阀和受电端的逆变阀都采用晶闸管变流装置。近年发展起来的柔流输电（FACTS）也是依靠电力电子装置才得以实现的。无功补偿和谐波抑制对电力系统有重要的意义。晶闸管控制电抗器（TCR）、晶闸管投切电容器（TSC）都是重要的无功补偿装置。近年来出现的静止无功发生器（SVG）、有源电力滤波器（APF）等新型电力电子装置具有更为优越的无功功率和谐波补偿的性能。在配电网系统，电力电子装置还可用于防止电网瞬时停电、瞬时电压跌落、闪变等，以进行电能质量控制，改善供电质量。
在变电所中，给操作系统提供可靠的交直流操作电源，给蓄电池充电等都需要电力电子装置。
4、电子装置用电源
各种电子装置一般都需要不同电压等级的直流电源供电。通信设备中的程控交换机所用的直流电源以前用晶闸管整流电源，现在已改为采用全控型器件的高频开关电源。大型计算机所需的工作电源、微型计算机内部的电源现在也都采用高频开关电源。在各种电子装置中，以前大量采用线性稳压电源供电，由于高频开关电源体积小、重量轻、效率高，现在已逐渐取代了线性电源。因为各种信息技术装置都需要电力电子装置提供电源，所以可以说信息电子技术离不开电力电子技术。
5、家用电器
照明在家用电器中占有十分突出的地位。由于电力电子照明电源体积小、发光效率高、可节省大量能源，通常被称为“节能灯”，它正在逐步取代传统的白炽灯和日光灯。变频空调器是家用电器中应用电力电子技术的典型例子。电视机、音响设备、家用计算机等电子设备的电源部分也都需要电力电子技术。此外，有些洗衣机、电冰箱、微波炉等电器也应用了电力电子技术。电力电子技术广泛用于家用电器使得它和我们的生活变得十分贴近。
6、其他
第6篇
从70年代开始，在自关断器件发展中就是的电力电子技术进入到了逆变时代，在这一时期由于能源危机就让交流电机变频调速因节能效果明显而有了很大程度上的发展，虽然已经实现了逆变以及整流，但在工作的频率方面还不高。到了80年代，集成电路技术开始从大规模和超大规模的方向得到了迅猛发展，一些以MOSFET和IGBT作为代表的大电流以及高频和高压功率的半导体复合器出现以来，电力电子技术在这一阶段已经进入到了发展的重要时期，多样化的新型器件都已经应用在了电路技术当中，同时向着复合化和模块化的方向进行发展，在性能上更加的完善可靠，为用电的设备高效节能等提供了重要基础。
2电力电子技术在现阶段的实际应用探究
2.1电力电子技术在交通运输中的实际应用
新时期电力电子技术得到了迅速发展过程中，已经在诸多的领域有了应用，其中在电气化的铁道交通当中就对电力电子技术有了广泛应用，在电气机车当中的直流机车就是对整流装置进行的应用，而交流机车方面就是对变频装置进行的应用。另外，在磁悬浮列车当中的电力电子技术的应用比较关键，有着诸多的地方需要电力电子技术的支持才能够使得磁悬浮列车得以顺利的运行，不仅在牵引电机传动方面，在各种的辅助电源方面也需要这一技术的支持。而在电动汽车的电机方面也是需要电子装置对电力进行转换才能够起到控制驱动的作用。在船舶以及飞机等对电源的使用也有着很大的不同，所以在对电力电子技术的应用上也比较的关键。
2.2电力电子技术在家用电器中的实际应用
新时期电力电子技术在人们日常生活中的家用电器方面的应用也比较的广泛，这对人们的生活提供了很大的方便，其中洗衣机是生活中常用的家用电器，在电力电子技术的应用下能够代替人工工作，只需要将衣服放进洗衣机按下按钮，就能够通过电力电子技术的功能支持完成整整个洗衣的过程。还有就是在厨房洗碗机家用电器的电力电子技术的应用上和洗衣机的原理类似，在空调器的电力电子技术的应用上能够起到节能作用，实践证明能够节约30%的电能，而电频荧光灯在工作效率上要比普通的能的效率高很多。
2.3电力节能中的电力电子技术的实际应用
在我国的经济得到迅速发展的过程中，也在能源的消耗上付出了很大的代价，尤其是在电力能源的消耗上比较严重。当前的工业和电力的结合已经成了发展的必需条件，所以在电力能源的消耗上逐渐的增加，主要就是由于电力能源而对稳定以及利用率高等诸多优点。从我国整体的工业发展情况来看，在工业的用电方面还存在着一些不合理的情况，尤其是在用电的效率上得不到有效提高，从而造成了严重浪费的现象，在当前的可持续发展理念深化背景下节约电力能源是可持续发展理念实践的一个内容，通过对电力电子技术的实际应用能够有效的将电源的消耗程度有效的降低，在电力电子技术的作用下，能够对电力设备得到性能上的优化以及节约原材料的使用，这样就能够最大化的对电力能源进行节约。
2.4电力电子技术在发电环节中的实际应用
随着我国对新能源的开发利用，例如风力发电以及水力发电等，这其中就涉及到发电机的电流频率的变换，水力发电功率要取决于水头压力以及流量，而这对机组的最佳转速变化也会产生影响，为能够将最大的有效功率得以实现，就需要通过调整转子励磁电流频率促进机组的变速运行。另外在大型的发电机相对静止励磁控制方面正是采用的晶闸管整流自并励的方式，省去了励磁机中间的惯性环节。
3结语
第7篇
1.1电力电子技术的重要性分析
随着我国的科技不断进步，电力电子技术的重要性也愈来愈得到了显著体现，电力电子技术能够对电能的使用加以优化，在其作用下可以将电能的应用得以高效节约，这样就能够对电能的使用达到优化的目标。另外就是对传统相关产业和机电一体化发展有着改造作用，再者就是电力电子技术的智能化可将信息化和功率处理进行统一，进而将微电子技术与之相结合，推动电子技术的改革发展。
1.2电力电子技术的发展分析
电力电子技术的发展经过了几个重要阶段，首先就是在20世纪50年代末时，第一个晶闸管问世，在这一阶段属于晶闸管整流时代。大功率的工业用电通过工频交流发电机来提供，在实际的应用过程当中，大约有百分之二十电能是通过直流形式进行消费的，到了60年代及70年代，大功率硅整流管与晶闸管的开发应用比较迅速，这一阶段就是电力电子技术的晶闸管时期。从70年代开始，在自关断器件发展中就是的电力电子技术进入到了逆变时代，在这一时期由于能源危机就让交流电机变频调速因节能效果明显而有了很大程度上的发展，虽然已经实现了逆变以及整流，但在作的频率方面还不高。到了80年代，集成电路技术开始从大规模和超大规模的方向得到了迅猛发展，一些以MOSFET和IGBT作为代表的大电流以及高频和高压功率的半导体复合器出现以来，电力电子技术在这一阶段已经进入到了发展的重要时期，多样化的新型器件都已经应用在了电路技术当中，同时向着复合化和模块化的方向进行发展，在性能上更加的完善可靠，为用电的设备高效节能等提供了重要基础。
2电力电子技术在现阶段的实际应用探究
2.1电力电子技术在交通运输中的实际应用
在我国的电力电子技术得到了迅速发展过程中，已经在诸多的领域有了应用，其中在电气化的铁道交通当中就对电力电子技术有了广泛应用，在电气机车当中的直流机车就是对整流装置进行的应用，而交流机车方面就是对变频装置进行的应用。另外，在磁悬浮列车当中的电力电子技术的应用比较关键，有着诸多的地方需要电力电子技术的支持才能够使得磁悬浮列车得以顺利的运行，不仅在牵引电机传动方面，在各种的辅助电源方面也需要这一技术的支持。而在电动汽车的电机方面也是需要电子装置对电力进行转换才能够起到控制驱动的作用。在船舶以及飞机等对电源的使用也有着很大的不同，所以在对电力电子技术的应用上也比较的关键。
2.2电力电子技术在家用电器中的实际应用
电力电子技术在人们日常生活中的家用电器方面的应用也比较的广泛，这对人们的生活提供了很大的方便，其中洗衣机是生活中常用的家用电器，在电力电子技术的应用下能够代替人工工作，只需要将衣服放进洗衣机按下按钮，就能够通过电力电子技术的功能支持完成整整个洗衣的过程。还有就是在厨房洗碗机家用电器的电力电子技术的应用上和洗衣机的原理类似，在空调器的电力电子技术的应用上能够起到节能作用，实践证明能够节约30%的电能，而电频荧光灯在工作效率上要比普通的能的效率高很多。
2.3电力节能中的电力电子技术的实际应用
在我国的经济得到迅速发展的过程中，也在能源的消耗上付出了很大的代价，尤其是在电力能源的消耗上比较严重。当前的工业和电力的结合已经成了发展的必需条件，所以在电力能源的消耗上逐渐的增加，主要就是由于电力能源而对稳定以及利用率高等诸多优点。从我国整体的工业发展情况来看，在工业的用电方面还存在着一些不合理的情况，尤其是在用电的效率上得不到有效提高，从而造成了严重浪费的现象，在当前的可持续发展理念深化背景下节约电力能源是可持续发展理念实践的一个内容，通过对电力电子技术的实际应用能够有效的将电源的消耗程度有效的降低，在电力电子技术的作用下，能够对电力设备得到性能上的优化以及节约原材料的使用，这样就能够最大化的对电力能源进行节约。
2.4电力电子技术在发电环节中的实际应用
随着我国对新能源的开发利用，例如风力发电以及水力发电等，这其中就涉及到发电机的电流频率的变换，水力发电功率要取决于水头压力以及流量，而这对机组的最佳转速变化也会产生影响，为能够将最大的有效功率得以实现，就需要通过调整转子励磁电流频率促进机组的变速运行。另外在大型的发电机相对静止励磁控制方面正是采用的晶闸管整流自并励的方式，省去了励磁机中间的惯性环节。
3结语
第8篇
关键词：电力电子技术；发展趋势；应用
0 前言
现代电力电子技术的发展经历了几个不同的阶段，整流器时代、逆变器时代和变频器时代，现代电力电子技术属于变频器时代，同时又与微电子技术有效地进行了结合，这不仅使其应用范围十分广泛，而且在国民经济中的地位也变得越来越重要。
1 现代电力电子技术的发展趋势
在当前科学技术快速发展的新形势下，随着电力电子技术的不断革新，其发展达到了一个较高的水平。现代电力电子技术主要是对电源技术进行开发和应用，可以说电源技术的发展是当前电力电子技术发展的主要方向。
1.1 现代电力电子技术向模块化和集成化转变
电源单元和功率器件作为现代电力电子技术的重要组成部分，是电子器件智能化的核心所在，其组成器件具有微小性，因此电力电子器件结构也更为紧凑，体积较小，但其能够与其他不同器件的优点进行有效综合，所以其具有显著的优势。也加快了现代电力电子技术向模块化和集成化转变的进程，为电力系统使用性能的提升奠定了良好的基础。
1.2 现代电力电子技术从低频向高频化转变
变压器供电频率与变压器的电容体积、电感呈现反比的关系，在电力电子器件体积不断缩小的情况下，现代电力电子技术必然会加快向高频化方向转化。可控制关断型电力电子器件的出现即是现代电力电子技术向高频转化的重要标志。而且随着科学技术发展速度的加快，电力电子技术也必然会向着更高频的方向发展。
1.3 现代电力电子技术向全控化和数字化转变
传统的电力电子器件在使用过程中存在着一些限制，而且关断电器时还会产生一些危险，自关断的全控型器件在市场上出现后，有效地弥补了这些限制和避免了危险的发生，这也是现代电力电子技术变革的重要体现，表明现代电力电子技术加快了数字化发展的进程。
1.4 现代电力电子技术向绿色化转变
现代电力电子技术向绿色化转变主要表现在节能和电子产品两个方面。相比于传统的电力电子技术来讲，现代电力电子技术的节能性更好，这也实现了发电容量的有效节约，对环境保护带来了较好的效果。一直以来一些电子设备会将严重的高次谐波电流入到电网中，给电网带来较大的污染，导致电网总功率质量下降，电网电压出现不同程序的畸变。到了上世纪末期，各种有源滤波器和补偿器的面世，实现了对功率参数的修正，从而为现代电力电子技术的绿色化发展奠定了良好的基础。
2 现代电力电子技术的应用
现代电力电子技术的功能具有多样性的特点，其在多个领域都有着广泛的应用，这也决定了现代电力电子技术在国民经济发展中占据非常重要的地位，有着不可替代的作用。
2.1 电源方面
（1）一般电源。现代电力电子技术在开关电源和供电电源方面都取得了较大的进展，交流电直接由整流器转变为直流电，这部分直流电一部分由逆变器转换为交流，然后经由转换开关到达负载，而另一部分则直接对蓄电池组进行充电。一旦逆变器发生故障，蓄电池组则作为备用电源开始直接向负载提供能量。在现在的电力电子器件中普遍采用MOSFET和IGBT作为电源，不仅具有较好的降噪性，而且电源的效率和可靠性也能够得到有效的保障。
（2）专用电源。高频逆变式焊机电源和大功率开关型高压直流电源是比较典型的两种应用现代电力电子技术的专用电源。高频逆变式焊机电源是一种高性能的电源，由于大容量模块IGBT的普遍使用，使得这种电源有着更加广阔的应用前景，逆变式焊机电源基本采用的都是交流-直流-交流-直流的转换方法，由于焊机工作的环境条件恶劣，所以燃弧、短路等就成为了司空见惯的问题，而采用IGBT组成的PWM相关控制器，能够提取和分析参数和信息，进而预先对系统做出处理和调整。大功率开关型高压直流电源主要应用CT机、静电除尘等比较大型的设备上，因为这类设备电压比较高，甚至达到了50 ～ 159kV，将市电经过整流器整流变为直流，然后与谐振逆变电路串联，逆变为高频电压，再升压，最后整流成为直流高压。
2.2 传动控制及牵引
这主要应用在无轨电车、地铁列车、电动车的无级变速和控制等等方面，通过将一个固定的直流电压转换为一个可以变化的直流电压，这样就能够使控制更加的平稳和快速，而且还可以节能。
2.3 在电力系统中的应用
在发电系统中现代电力电子技术的应用更是广泛，比如说水力风力发电、用电系统、配电、输电等等都和现代电力电子技术有着密切的联系。目前的风力电力机组已经结合了机械制造、空气动力学、计算机控制技术、电力电子技术等等，而现代电力电子技术就是发电系统中不可或缺的重要技术，它对于电能的转换、机组的控制和改善电能质量等都很重要。
2.4 在节能和改造传统行业中的应用
现代工作的开展离不开电能的支持，电能是现代工业的重要动力和能量源头。随着我国工业用电量不断增加，用电的不合理及浪费现象也日益显现出来。这就需要有效地降低能源的消耗，提高电能的利用效率，以便于能够对当前能源紧缺的局面起到一定的缓解作用。因此需要充分的发挥现代电力电子技术的性能优势，有效地提高现代电力电子技术的效率，应用现代电力电子技术，通过工业控制有效地将电能转换为劳动力，建成现代化的智能车库，从而降低工人的劳动强度，实现人力资源的节约，确保劳动生产力的提高，以便于推动传统行业的改造进程。
2.5 在家用电器方面的应用
现代电力电子技术在我们日常生活中应用也较为广泛，当前家用电器普遍应用现代电力电子技术，给我们的日常生活带来了较大的便利。许多电器都只需要按下按钮就能进行工作，而不需要人们亲自动手。
3 应用展望
在今后现代电力电子技术应用过程中，需要重视以下几个方面的问题：首先，需要对节能和环保给予充分的重视，通过完善控制设备和设计专用的电机来有效地提高电机系统的使用性能和效率；其次，为了实现节能和环保，则需要使用中高压直流转电系统，使其实现低能耗及低污染；最后，需要加快解决电力系统中储电装置的设置问题，需要电力系统设计者从控制技术等方面来制定切实可行的解决方案，从而对电能储备中存在问题进行有效解决，更好地推动电力系统的持续、稳定发展。
4 结语
现代电力电子技术在多个领域都得到了广泛的应用，特别是对电网的控制和转换上发挥着非常重要的作用。通过现代电力电子技术的应用，使大功率电能成为其他高新技术的重要基础，这也决定了现代电力电子技术在国民经济发展中的重要地位具有不可替代性，对推动经济和社会的发展发挥着非常重要的作用。
参考文献：
[1] 刘增金.电力电子技术的发展及应用探究[J].电子世界，2011（9）：19+25.
[2] 冷海滨.现代电力电子技术的发展趋势探析[J].电子技术与软件工程，2014（1）：156-157.
[3] 韦和平.现代电力电子及电源技术的发展[J].现代电子技术，2005（18）：102-105.
作者简介：益聪（1994―），男，陕西西安人，沈阳理工大学学生。
第9篇
关键词：直流输电；电力电子；发电机
一、前言
电力电子技术是一个以功率半导体器件、电路技术、计算机技术、现代控制技术为支撑的技术平台。经过50年的发展历程，它在传统产业设备发行、电能质量控制、新能源开发和民用产品等方面得到了越来越广泛的应用。最成功地应用于电力系统的大功率电力电子技术是直流输电(HVDC)。自20世纪80年代，柔流输电(FACTS)概念被提出后，电力电子技术在电力系统中的应用研究得到了极大的关注，多种设备相继出现。本文介绍了电力电子技术在发电环节中、输电环节中、在配电环节中的应用和节能环节的运用。
二、电力电子技术的应用
自20世纪80年代，柔流输电(FACTS)概念被提出后，电力电子技术在电力系统中的应用研究得到了极大的关注，多种设备相继出现。已有不少文献介绍和总结了相关设备的基本原理和应用现状。以下按照电力系统的发电、输电和配电以及节电环节，列举电力电子技术的应用研究和现状。
(一)在发电环节中的应用
电力系统的发电环节涉及发电机组的多种设备，电力电子技术的应用以改善这些设备的运行特性为主要目的。
1大型发电机的静止励磁控制
静止励磁采用晶闸管整流自并励方式，具有结构简单、可靠性高及造价低等优点，被世界各大电力系统广泛采用。由于省去了励磁机这个中间惯性环节，因而具有其特有的快速性调节，给先进的控制规律提供了充分发挥作用并产生良好控制效果的有利条件。
2水力、风力发电机的变速恒频励磁
水力发电的有效功率取决于水头压力和流量，当水头的变化幅度较大时(尤其是抽水蓄能机组)，机组的最佳转速便随之发生变化。风力发电的有效功率与风速的三次方成正比，风车捕捉最大风能的转速随风速而变化。为了获得最大有效功率，可使机组变速运行，通过调整转子励磁电流的频率，使其与转子转速叠加后保持定子频率即输出频率恒定。此项应用的技术核心是变频电源。
3发电厂风机水泵的变频调速
发电厂的厂用电率平均为8％，风机水泵耗电量约占火电设备总耗电量的65％，且运行效率低。使用低压或高压变频器，实施风机水泵的变频调速，可以达到节能的目的。低压变频器技术已非常成熟，国内外有众多的生产厂家，并不完整的系列产品，但具备高压大容量变频器设计和生产能力的企业不多，国内有不少院校和企业正抓紧联合开发。
(二)在输电环节中的应用
电力电子器件应用于高压输电系统被称为“硅片引起的第”，大幅度改善了电力网的稳定运行特性。
1直流输电(HVDC)和轻型直流输电(HVDCLight)技术
直流输电具有输电容量大、稳定性好、控制调节灵活等优点，对于远距离输电、海底电缆输电及不同频率系统的联网，高压直流输电拥有独特的优势。1970年世界上第一项晶闸管换流器，标志着电力电子技术正式应用于直流输电。从此以后世界上新建的直流输电工程均采用晶闸管换流阀。
2柔流输电(FACTS)技术
FACTS技术的概念问世干20世纪80年代后期，是一项基于电力电子技术与现代控制技术对交流输电系统的阻抗、电压及相位实施灵活快速调节的输电技术，可实现对交流输电功率潮流的灵活控制，大幅度提高电力系统的稳定水平。
20世纪90年代以来，国外在研究开发的基础上开始将FACTS技术用于实际电力系统工程。其输出无功的大小，设备结构简单，控制方便，成本较低，所以较早得到应用。
(三)在配电环节中的应用
配电系统迫切需要解决的问题是如何加强供电可靠性和提高电能质量。电能质量控制既要满足对电压、频率、谐波和不对称度的要求，还要抑制各种瞬态的波动和干扰。电力电子技术和现代控制技术在配电系统中的应用，即用户电力(customPower)技术或称DFACTS技术，是在FACTS各项成熟技术的基础上发展起来的电能质量控制新技术。可以将DFACTS设备理解为FACTS设备的缩小版，其原理、结构均相同，功能也相似。由于潜在需求巨大，市场介入相对容易，开发投入和生产成本相对较低，随着电力电子器件价格的不断降低，可以预期DFACTS设备产品将进入快速发展期。
(四)在节能环节的运用
1变负荷电动机调速运行
电动机本身挖掘节电潜力只是节电的一个方面，通过变负荷电动机的调速技术节电又是另一个方面，只有将二者结合起来，电动机节电方较完善。目前，交流调速在冶金、矿山等部门及社会生活中得到了广泛的应用。首先是风机、泵类等变负荷机械中采用调速控制代替挡风板或节流阀控制风流量和水流量具有显著的效果。国外变负荷的风机、水泵大多采用了交流调速，我国正在推广应用中。
变频调速的优点是调速范围广，精度高，效率高，能实现连续无级调速。在调速过程中转差损耗小，定子、转子的铜耗也不大，节电率一般可达30％左右。其缺点主要为：成本高，产生高次谐波污染电网。
2减少无功损耗，提高功率因数
在电气设备中，变压器和交流异步电动机等都属于感性负载，这些设备在运行时不仅消耗有功功率，而且还消耗无功功率。因此，无功电源与有功电源一样，是保证电能质量不可缺少的部分。在电力系统中应保持无功平衡，否则，将会使系统电压降低，设备破坏，功率因数下降，严惩时会引起电压崩溃，系统解裂，造成大面积停电事故。所以，当电力网或电气设备无功容量不足时，应增装无功补偿设备，提高设备功率因数。
第10篇
结合几年教学实践和CDIO工程教育的特点，对原有的教学模式进行了改革，将授课内容中规律和特点并加以灵活利用，引导学生采用发现学习和掌握学习等创造性学习方法、加强理论联系实际;从系统角度、实践角度出发建立了一套适合于“电力电子技术”课程教学的教学体系。
教学思路
在明确教学目标的基础上，首先，教师一定要意识到，兴趣是最好的老师，兴趣是学习的动力和源泉。只要通过有效的兴趣培养和教学方式，就可以让这些学生达到甚至超过自己的水平。以科研的态度和精神贯穿于教学之中，让学生在“学生做”和“做中学”激发课程学习热情。鼓励学生走上讲台，敢于大胆走进实验室;敢于向老师发难，以“我”为中心，全然不顾“名家颜面。
其次在教学理念上，以发展学生思考能力为本，结合课程实验和教师现有的课题进行实践，建立系统设计理念，通过对主电路和控制电路、保护电路、检测电路同时分组进行设计。CDIO强调以熟悉产品研发的生命周期为工程背景的
“做中学”的学习方式，这不是对教师主导作用的弱化，相反对教师在整个教学活动过程中的掌控能力、自身的知识水平提出了更高的高求。“教师”兼为“导师”，实现学生在知识获取过程中的地位由“被动”到“主动”的角色转变:学生在教师指导下积极、主动地参与实践，从独立学习转向合作学习;从深层次角度讲，就是大学中“物质教育”与“自由教育”的转变。在探索、实验和应用中行动上给与相当的灵活性，这样可以唤起学生的好奇心，使其热切地寻求有助于解决问题的知识，同时又具备相当的实行工具。学生所具有的创造性的和富有想象力的远见都将发挥作用，并能控制其冲动和习惯。他自己的目的就能指导他的行动。
再次，就教学方法而言，坚持把工程科学基础和工程专业知识紧密地揉合在一起进行教学，学生仍然需要坚实的科学基础。在讲述定理、结论时，要注意理论基础与专业知识的结合。除了应用高等数学和大学物理分析内容的机理之外，还要讲定理、结论的提出背景、前提条件以及应用情况和近展状况等等。在教学手段上注意应用现代信息技术，如多媒体动画和系统仿真技术。熟练的、精心的准备过的课堂讲授仍然是最有效的学习和教授经验。
最后，在重点和难点教学模式上，采用项目或者案例教学模式，基于问题解决模式的模式;教师引导学生效仿教师、专家学者做项目的方法，如专题研讨、方案和技术设计、仿真模拟和实验操作等，探索并解决课程内容相关工程应用中的现实问题;培养学生发现问题与综合分析问题的能力。因此恰当地设计题目是项目教学法运用成功的保证，既不能太难，让学生望而却步，又不能太简单，没有挑战性。这要求教师平时有一定知识积累。“电力电子技术”实力较强的几个院校的积极尝试为我们提供了较好的参考。浙江大学将“功率因数校正实验”等部分实验项目列为创新设计型实验，由学生自主设计实验内容和方法，提高学生创新能力。哈尔滨工业大学以直流脉宽调速系统驱动电源的设计为课程设计的主要内容。南京航空航天大学开发了“软开关逆变电源实验装置”课程设计教学平台，以此设计若干个课程设计题目。中国石油大学选择反激式开关电源为课程设计题目。这些题目既紧密联系书本知识，又有创新的空间，值得借鉴。
实验教学在方式上注重启发，引导学生积极参与实验设计的同时;在时间和内容安排上注意了验证实验、仿真实验和综合设计实验的循序渐进。在实践平台装置的设计上，注意
“先进性、实用性、开放性、安全性”的特点，满足基础型和综合设计型的实验教学和实践活动的要求。使学生既动手又动脑，丰富工程实践知识，培养学生的创新能力和综合能力。同时学生小组成员之间密切协作和互相配合，锻炼学生的责任感和协作、互助的团队精神。
教学案例
以“电力电子技术”内容直流一直流变流技术为例。首先，教师备课时要把自己想象成学生，想象二下学生的已知与未知，研究学生认知与情感发展的需求，要想到学生在课堂教学过程中可能有的变化，从而使备课活动不再是琢磨怎么讲能讲得清楚、透彻、到位，让学生听得懂、记得牢，要注重的是课堂上学生怎么学、怎么动以及为了实践活动的有效开展，激发学生的学习兴趣，如何点起学生创新的火花，促使学生生动活泼地参与，使课堂教学丰富多样，把课堂真正还给学生。引言部分如讲到buck变换器时，先介绍变换器的背景。授课时，按照“识电路”“画波形”“会计算”“输出（电压或电流）控制”四部曲进行。显然，第四部曲是压轴大戏。buck变换器的电路原理图如图1所示，先讲每一个功率器件的工作原理。再从有源开关V导通，到无源开关VD因反偏而截止，再到输出滤波电感储能（或励磁），并向负载提供能量；反过来从有源开关V截止，到电感电流不能突变。故使无源开关VD正偏而导通，此时电感电流经二极管续流，其储存的能量继续供向负载，并由输出电压对其进行去磁。输出滤波电容作用：主要用来限制输出电压上的开关频率纹波分量，使之远小于稳态的直流输出电压。内容强调讲稳态关系和特征。buck变换器的特征公式如式1所示，让学生对比以前学过的理想变压器的特征公式，说明为什么buck也叫“直流变压器”。第二部曲是利用多媒体动画技术演示功率器件开通和关断时电路的电流流经路径和主要物理量的波形变化情况。采用MATLAB仿真时所得的波形与课本的波形进行对比，反映了理论知识的现实性。同时对比图1（b）、（c）图，对电流下降及上升的原因及“断续”和“连续”概念结合高等数学中“连续”的概念不一样的地方进行辨析。当改变参数使得仿真结果变化时，也能通过理论分析与仿真调试，使输出达到理想状态。第三部曲讲授在已知输入电压范围、负载电流范围和给定的输出电压下，利用获得的稳态关系，可以方便计算buck变换器的开关占空比范围，从而来计算buck变换器中的元器件电压稳态应力、电流峰值、电流平均值和电流有效值。在讲第四部曲即“输出（电压或电流）控制”时，学生不易明白也看不到。有些内容理解不够具体，如何控制实现的疑问产生。此时重要的是培养学生有精细、认真、穷追不舍的态度和敢于提出问题、勇于解决问题的创新精神。学生参与设计教师的100V/600A大功率开关斩波恒流源科研项目，共分四组，每一组完成一个功能设计调试或仿真。第一组学生设计不控整流部分的电路结构如图2所示，具体参数：滤波电抗为1200A/0.71mH，整流二极管600A/1600V，铝电解电容0.3F/400V。第二组学生参与斩波电路设计，设计的斩波电路图如图3所示。通过计算得出电抗器1200A/300μH，C2电容大小190μF/400V。阻容吸收单元选择电容C3为80μF/450V，选取电阻R1为10Ω。IGBT模块2MBI1200U4G-120，驱动模块在教师的指导下选用瑞士CONCEPT公司的IGBT驱动模块2SD315A，该驱动模块集成智能驱动、自检、状态反馈、隔离等功能于一身，能够驱动1200A/1200V的IGBT。有的学生还画了驱动电路图。第三组学生设计了基于TMS320F28335DSP作为控制回路的核心的数字PI调节器。学生在CCS集成开发环境下编写的数字PI调节器，在软仿真下可以明显看到给定变化引起PWM脉宽的变化。第四组学生负责基于MATLAB下仿真。在实际设计中，学生体会到了控制环节如何闭环、控制量如何检测，控制算法如何实现，控制信号如何发出，能量流动必须要有电动势以及流经通路等等。学生们主动、积极利用老师的科研项目，构思、设计、调试以及实验。教师注意发挥激励和导向作用，注重肯定、赞赏学生的点滴进步，让学生感受到成功的欢乐，心中唤起自豪感和自尊感。当设计或实验受到目的的指引，进行时还有措施和方法时，试验就变成合理的了。此外注意事实的分析和重组是增进知识、增长解释能力和正确分类的能力所不可缺少的。总之，“CDIOInitiative”是一个资源开放、宽松自由、包容性强的改革计划。
第11篇
1仿真模型构建
起动Matlab软件，打开Simulink仿真模块，通过拖拽元件构建单相桥式全控整流电路电阻性负载和电感性负载仿真模型。仿真电路中主要的元件的提取路径如下所示。
2单相桥式全控整流电路电阻性负载触发角度为450仿真
利用3.1中描述的元件的提取，根据单相桥式全控整流电路电阻性负载原理图，对所选择的仿真元件进行连线，仿真模型如图1所示。模块参数设置分别针对电源、触发脉冲、负载电阻进行设置。电源电压为100V，50HZ交流电；VT1、VT4触发脉冲设定为幅值为10、周期为0.02S、延时时间为0.0025S；VT2、VT3触发脉冲设定为幅值为10、周期为0.02S、延时时间为0.0125S；电阻R=2、H=0、F=inf；晶闸管为默认值设定。开始时间设置为0，终止时间设置为0.05，算法设置为ode23tb。参数设定完毕后进行仿真，仿真波形如图2所示。
3单相桥式全控整流电路电感性负载触发角度为45̊仿真
模块参数设置分别针对电源、触发脉冲、负载电阻进行设置。电源电压为100V，50HZ交流电；VT1、VT4触发脉冲设定为幅值为10、周期为0.02S、延时时间为0.0025S；VT2、VT3触发脉冲设定为幅值为10、周期为0.02S、延时时间为0.0125S；电阻R=2、H=0.1、F=inf；晶闸管为默认值设定。开始时间设置为0，终止时间设置为0.05，算法设置为ode23tb。电感性负载不带续流二极管和带续流二极管仿真模型和仿真波形如图3、4所示。
4结论
第12篇
我校把部分理论教学课程搬到实验室，在教师理论分析的学生利用实验仪器进行验证，通过理性认识与感性认识的结合，加强了学生对理论知识的理解．在教师讲解完理论知识，学生可以进行验证性实验，以巩固刚学的理论知识．对于不同的学生结合在操作过程中所遇到的具体问题，给予学生必要的讲解，实现电力电子技术实验教学中的因材施教．同时在电力电子技术实验教学过程中，教师整理常见的错误，并组织学生讨论解决，达到学生强化电力电子技术学习的目的．现在实验室的仪器基本可以满足基础性实验的需要，但综合设计性实验需要逐渐增加．在电力电子技术实验中为了改革以基础性实验为主的教学模式，实验教学可由基础实验、课程设计、创新型研究课题组成．我校可在实验教学的选择上，按照验证性、设计性与综合性实验相结合的原则编写教学大纲，大纲中每个实验后都有思考题，让学生独立完成思考题，提高学生分析问题的能力，进而扩宽知识面．我校依据各工科专业的需要和理论教学的进度，电力电子技术实验教学由三个层次组成．基础实验:根据电力电子技术理论课的进度，以单元实验为主，通过验证基础性实验，使学生熟悉典型电路的基本原理．在有关章节的理论教学结束后，学生就可以进行验证性实验，进而使学生掌握所学的理论知识．在实验中保留整流电路和逆变电路的验证性实验，可以使学生对电力电子技术的实际应用有清楚的认识．设计性实验:在完成基础实验的前提下，教师提出设计性实验，充分发挥学生的主动性，仅给出基本的设计方法与设计思想，不给出学生具体的电路图，通过学生自己查看相关资料后，自定设计方案和设计电路．通过完成设计性实验，可以提高学生独立解决实际问题和知识的应用能力．对于直流斩波、交－交变频及PWM控制技术相关的实验，教师可以提出设计性实验．在教师提供电路参数后，学生可设计主电路、驱动电路及保护电路等，最终设计出合适的电路．综合性实验:是基于上述实验完成后开展的，目的在于使学生熟悉所学的知识，并提高学生利用所掌握的知识解决难题的能力．设计的内容是自选题目，培养学生在实验中提高自己的创造力．实验中学生需要运用所学的知识独立设计和调试，分析实验结果，并撰写实验报告．目的在于培养学生实验设计与调试的能力，还可以培养学生的科学研究能力与综合能力．综合设计性实验有较大的难度，但是具有一定的吸引力．对于学生，不但可以提高学生的操作技能，也发挥了学生的主动性．增加综合性实验内容:基于单片机的三相桥式整流电路的设计，就是利用单片机硬件与软件，设计一种触发脉冲产生的方法，以满足三相桥式整流电路的需要，教师提出实验要求，学生自主设计并调试电路．此实验内容把《单片机》与《电力电子技术》相结合，能够使学生理解它们之间的联系及单片机的实际应用．另外，《电力电子技术》也可以和《工厂供电》相结合，比如提出“高压直流输电系统设计”的实验．以往的实验教学，学生对教师具有依赖性，实验过程中出现了问题即找教师解决．为了使学生认识到实验的重要性，在实验教学改革过程中教师采用启发式进行指导，并提出如何分析问题和指出解决问题的方法，通过学生独立思考并寻找解决问题的途径，通过在实验中检验，进而提高学生自行解决实际问题的能力．
2增加课程设计环节
学生在完成基本实验后可参加课程设计，并在课程设计过程中发现问题，学生需要通过自学相关内容才可以设计出方案，课程设计是在整个学习过程中的综合实践，是实验教学的重要环节．以往电力电子技术教学过程中没有课程设计，部分学生学完课程后，仅仅知道书本上的一些原理知识，对于电力电子技术的实际应用并不了解．课程设计可以是3～4名学生做一个专题，学生相互合作完成设计题目．由于时间的限制，课程设计要求用仿真软件仿真出结果．通过课程设计促使学生把电力电子技术及其它课程的理论知识相融合，使学生认识到课程之间的知识点是相互联系的，进而培养学生分析实际问题的综合能力．
3利用仿真软件增加虚拟实验
电力电子技术实验教学用到的是各功率器件，三相交流电源与示波器等，其成本高昂且具有危险性．可以在电力电子技术实验中引入计算机仿真，把电子仿真软件PSPICE和MATLAB引入到电力电子技术实验中，不仅可弥补实验设备数量不足的缺点，还不用担心实验设备损坏和人身安全问题．仿真实验没有时间与地点的限制，学生也可在课外用计算机仿真，从而克服了实验课时有限的不足．计算机仿真是使用仿真软件对被控对象的数学模型进行仿真，直观地显示电路的工作状态与系统波形，可以起到虚拟实验的教学目标，计算机仿真的优点是精度高和重复性好．让学生按照课题设计的重点和需要对实际模型进行建模，这样有利于学生加深所学的理论知识，而且为学生将来从事工程设计打下基础．
4结束语
第13篇
上世纪50年代末晶闸管在美国问世，标志着电力电子技术就此诞生。第一代电力电子器件主要是可控硅整流器(SCR)，我国70年代将其列为节能技术在全国推广。然而，SCR毕竟是一种只能控制其导通而不能控制关断的半控型开关器件，在交流传动和变频电源的应用中受到限制。70年代以后陆续发明的功率晶体管(GTR)、门极可关断晶闸管(GTO)、功率MOS场效应管(PowerMOSFET)、绝缘栅晶体管(IGBT)、静电感应晶体管(SIT)和静电感应晶闸管(SITH)等，它们的共同特点是既控制其导通，又能控制其关断，是全控型开关器件，由于不需要换流电路，故体积、重量较之SCR有大幅度下降。当前，IGBT以其优异的特性已成为主流器件，容量大的GTO也有一定地位[1][2][3]。
许多国家都在努力开发大容量器件，国外已生产6000V的IGBT。IEGT(injectionenhancedgatethyristor)是一种将IGBT和GTO的优点结合起来的新型器件，已有1000A/4500V的样品问世。IGCT(integratedgateeommutatedthyristor)在GTO基础上采用缓冲层和透明发射极，它开通时相当于晶闸管，关断时相当于晶体管，从而有效地协调了通态电压和阻断电压的矛盾，工作频率可达几千赫兹[2][3]。瑞士ABB公司已经推出的IGCT可达4500一6000V，3000一3500A。MCT因进展不大而引退而IGCT的发展使其在电力电子器件的新格局中占有重要的地位。与发达国家相比，我国在器件制造方面比在应用方面有更大的差距。高功率沟栅结构IGBT模块、IEGT、MOS门控晶闸管、高压砷化稼高频整流二极管、碳化硅(SIC)等新型功率器件在国外有了最新发展。可以相信，采用GaAs、SiC等新型半导体材料制成功率器件，实现人们对“理想器件”的追求，将是21世纪电力电子器件发展的主要趋势。
高可靠性的电力电子积木(PEBB)和集成电力电子模块(IPEM)是近期美国电力电子技术发展新热点。GTO和IGCT，IGCT和高压IGBT等电力电子新器件之间的激烈竞争，必将为21世纪世界电力电子新技术和变频技术的发展带来更多的机遇和挑战。
二、变频技术的发展过程
变频技术是应交流电机无级调速的需要而诞生的。电力电子器件的更新促使电力变换
技术的不断发展。起初,变频技术只局限于变频不能变压。20世纪70年代开始,脉宽调制变压变频(PWM-VVVF)调速研究引起了人们的高度重视。20世纪80年代,作为变频技术核心的PWM模式优化问题吸引着人们的浓厚兴趣,并得出诸多优化模式,如:调制波纵向分割法、同相位载波PWM技术、移相载波PWM技术、载波调制波同时移相PWM技术等。
VVVF变频器的控制相对简单,机械特性硬度也较好,能够满足一般传动的平滑调速要求,已在产业的各个领域得到广泛应用。但是,这种控制方式在低频时,由于输出电压较小,受定子电阻压降的影响比较显著,故造成输出最大转矩减小。
矢量控制变频调速的做法是:将异步电动机在三相坐标系下的定子交流电流Ia、Ib、Ic通过三相——二相变换,等效成同步旋转坐标系下的直流电流Iml、Itl,然后模仿直流电动机的控制方法,求得直流电动机的控制量,经过相应的坐标反变换,实现对异步电动机的控制。
直接转矩控制直接在定子坐标系下分析交流电动机的数学模型,控制电动机的磁链和转矩。它不需要将交流电动机化成等效直流电动机,因而省去了矢量旋转变换中的许多复杂计算;它不需要模仿直流电动机的控制,也不需要为解耦而简化交流电动机的数学模型。
VVVF变频、矢量控制变频、直接转矩控制变频都是交—直—交变频中的一种。其共同缺点是输入功率因数低,谐波电流大,直流回路需要大的储能电容,再生能量又不能反馈回电网,即不能进行四象限运行。为此,矩阵式交—交变频应运而生。
三、变频技术与家用电器
20世纪70年代,家用电器开始逐步变频化,出现了电磁烹任器、变频照明器具、变频空调、变频微波炉、变频电冰箱、IH(感应加热)饭堡、变频洗衣机等[4]。
20世纪末期期,家用电器则依托变频技术,主要瞄准高功能和省电。
首先是电冰箱,由于它处于全天工作,采用变频制冷后,压缩机始终处在低速运行状态,可以彻底消除因压缩机起动引的噪声,节能效果更加明显。其次,空调器使用变频后,扩大了压缩机的工作范围,不需要压缩机在断续状态下运行就可实现冷、暖控制,达到降低电力消耗,消除由于温度变动而引起的不适感。近年来,新式的变频冷藏库不但耗电量减少、实现静音化,而且利用高速运行能实现快速冷冻。
在洗衣机方面,过去使用变频实现可变速控制,提高洗净性能,新流行的洗衣机除了节能和静音化外,还在确保衣物柔和洗涤等方面推出新的控制内容;电磁烹任器利用高频感应加热使锅子直接发热,没有燃气和电加热的炽热部分,因此不但安全,还大幅度提高加热效率,其工作频率高于听觉之上,从而消除了饭锅振动引起的噪声。
四、电力电子装置带来的危害及对策
电力电子装置中的相控整流和不可控二极管整流使输入电流波形发生严重畸变,不但大大降低了系统的功率因数,还引起了严重的谐波污染。
另外,硬件电路中电压和电流的急剧变化,使得电力电子器件承受很大的电应力,并给周围的电气设备及电波造成严重的电磁干扰(EM1),而且情况日趋严重。许多国家都已制定了限制谐波的国家标准,国际电气电子工程师协会(IEEE)、国际电工委员会(IEC)和国际大电网会议(CIGRE)纷纷推出了自己的谐波标准。我国政府也制定了限制谐波的有关规定[5]。
（一）谐波与电磁干扰的对策
1、谐波抑制
为了抑制电力电子装置产生的谐波,一种方法是进行谐波补偿,即设置谐波补偿装置,使输入电流成为正弦波[3]。
传统的谐波补偿装置是采用IC调谐滤波器,它既可补偿谐波,又可补偿无功功率。其缺点是,补偿特性受电网阻抗和运行状态影响,易和系统发生并联谐振,导致谐波放大,使LC滤波器过载甚至烧毁。此外,它只能补偿固定频率的谐波,效果也不够理想。
电力电子器件普及应用之后,运用有源电力滤波器进行谐波补偿成为重要方向。其原理是,从补偿对象中检测出谐波电流,然后产生一个与该谐波电流大小相等极性相反的补偿电流,从而使电网电流只含有基波分量。这种滤波器能对频率和幅值都变化的谐波进行跟踪补偿,且补偿特性不受电网阻抗的影响。
大容量变流器减少谐波的主要方法是采用多重化技术:将多个方波叠加以消除次数较低的谐波,从而得到接近正弦的阶梯波。重数越多,波形越接近正弦,但电路结构越复杂。小容量变流器为了实现低谐波和高功率因数,一般采用二极管整流加PWM斩波,常称之为功率因数校正(PEC)。典型的电路有升压型、降压型、升降压型等。
2、电磁干扰抑制
解决EMI的措施是克服开关器件导通和关断时出现过大的电流上升率di/dt和电压上升率du/dt,目前比较引入注目的是零电流开关(ZCS)和零电压开关(ZVS)电路。方法是:
(1)开关器件上串联电感,这样可抑制开关器件导通时的di/dt,使器件上不存在电压、电流重叠区,减少了正关损耗;
(2)开关器件上并联电容,当器件关断后抑制du/dt上升,器件上不存在电压、电流重叠区,减少了开关损耗;
(3)器件上反并联二极管,在二极管导通期间,开关器件呈零电压、零电流状态,此时驱动器件导通或关断能实现ZVS、ZCS动作。
目前较常用的软件开关技术有部分谐振PWM和无损耗缓冲电路。
（二）功率因数补偿
早期的方法是采用同步调相机,它是专门用来产生无功功率的同步电机,利用过励磁和欠励磁分别发出不同大小的容性或感性无功功率。然而,由于它是旋转电机,噪声和损耗都较大,运行维护也复杂,响应速度慢。因此,在很多情况下已无法适应快速无功功率补偿的要求。
另一种方法是采用饱和电抗器的静止无功补偿装置。它具有静止型和响应速度快的优点,但由于其铁心需磁化到饱和状态,损耗和噪声都很大,而且存在非线性电路的一些特殊问题,又不能分相调节以补偿负载的不平衡,所以未能占据静止无功补偿装置的主流。
随着电力电子技术的不断发展,使用SCR、GTO和IGBT等的静止无功补偿装置得到了长足发展,其中以静止无功发生器最为优越。它具有调节速度快、运行范围宽的优点,而且在采取多重化、多电平或PWM技术等措施后,可大大减少补偿电流中谐波含量。更重要的是,静止无功发生器使用的抗器和电容元件小,大大缩小装置的体积和成本。静止无功发生器代表着动态无功补偿装置的发展方向。
五、结束语
我们相信，电力电子技术将成为21世纪重要的支柱技术之一，变频技术在电力电子技术领域中占有重要的地位，近年来在中压变频调速和电力牵引领域中的发展引人注目。随着全球经济一体化及我国加人世界贸易组织，我国电力电子技术及变频技术产业将出现前所未有的发展机遇。
参考文献:
[1]周明宝.电力电子技术[M].北京:机制工业出版社,1985.
[2]陈坚.电力电子学－电力电子变换和控制技术.北京：高等教育出版社,2002.
[3]王兆安黄俊.电力电子技术[M].北京:机械工业出版社,2003.
[4]陈国呈,周勤利.变频技术研究[J].上海大学自动化学院学报,1995(6):23-26.
第14篇
当前,电力电子作为节能、节才、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。在不远的将来,电力电子技术将使电源技术更加成熟、经济、实用,实现高效率和高品质用电相结合。
1.电力电子技术的发展
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。电力电子技术起始于五十年代末六十年代初的硅整流器件,其发展先后经历了整流器时代、逆变器时代和变频器时代,并促进了电力电子技术在许多新领域的应用。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经进入现代电力电子时代。
1.1整流器时代
大功率的工业用电由工频(50Hz)交流发电机提供,但是大约20%的电能是以直流形式消费的,其中最典型的是电解(有色金属和化工原料需要直流电解)、牵引(电气机车、电传动的内燃机车、地铁机车、城市无轨电车等)和直流传动(轧钢、造纸等)三大领域。大功率硅整流器能够高效率地把工频交流电转变为直流电,因此在六十年代和七十年代,大功率硅整流管和晶闸管的开发与应用得以很大发展。当时国内曾经掀起了-股各地大办硅整流器厂的热潮,目前全国大大小小的制造硅整流器的半导体厂家就是那时的产物。
1.2逆变器时代
七十年代出现了世界范围的能源危机,交流电机变频惆速因节能效果显著而迅速发展。变频调速的关键技术是将直流电逆变为0~100Hz的交流电。在七十年代到八十年代,随着变频调速装置的普及,大功率逆变用的晶闸管、巨型功率晶体管(GTR)和门极可关断晶闸管(GT0)成为当时电力电子器件的主角。类似的应用还包括高压直流输出,静止式无功功率动态补偿等。这时的电力电子技术已经能够实现整流和逆变,但工作频率较低,仅局限在中低频范围内。
1.3变频器时代
进入八十年代,大规模和超大规模集成电路技术的迅猛发展,为现代电力电子技术的发展奠定了基础。将集成电路技术的精细加工技术和高压大电流技术有机结合,出现了一批全新的全控型功率器件、首先是功率M0SFET的问世,导致了中小功率电源向高频化发展,而后绝缘门极双极晶体管(IGBT)的出现,又为大中型功率电源向高频发展带来机遇。MOSFET和IGBT的相继问世,是传统的电力电子向现代电力电子转化的标志。据统计,到1995年底,功率M0SFET和GTR在功率半导体器件市场上已达到平分秋色的地步,而用IGBT代替GTR在电力电子领域巳成定论。新型器件的发展不仅为交流电机变频调速提供了较高的频率,使其性能更加完善可靠,而且使现代电子技术不断向高频化发展,为用电设备的高效节材节能,实现小型轻量化,机电一体化和智能化提供了重要的技术基础。
2.现代电力电子的应用领域
2.1计算机高效率绿色电源
高速发展的计算机技术带领人类进入了信息社会,同时也促进了电源技术的迅速发展。八十年代,计算机全面采用了开关电源,率先完成计算机电源换代。接着开关电源技术相继进人了电子、电器设备领域。
计算机技术的发展,提出绿色电脑和绿色电源。绿色电脑泛指对环境无害的个人电脑和相关产品，绿色电源系指与绿色电脑相关的高效省电电源,根据美国环境保护署l992年6月17日“能源之星"计划规定,桌上型个人电脑或相关的设备,在睡眠状态下的耗电量若小于30瓦,就符合绿色电脑的要求,提高电源效率是降低电源消耗的根本途径。就目前效率为75%的200瓦开关电源而言,电源自身要消耗50瓦的能源。
2.2通信用高频开关电源
通信业的迅速发展极大的推动了通信电源的发展。高频小型化的开关电源及其技术已成为现代通信供电系统的主流。在通信领域中,通常将整流器称为一次电源,而将直流-直流(DC/DC)变换器称为二次电源。一次电源的作用是将单相或三相交流电网变换成标称值为48V的直流电源。目前在程控交换机用的一次电源中,传统的相控式稳压电源己被高频开关电源取代,高频开关电源(也称为开关型整流器SMR)通过MOSFET或IGBT的高频工作,开关频率一般控制在50-100kHz范围内,实现高效率和小型化。近几年,开关整流器的功率容量不断扩大,单机容量己从48V/12.5A、48V/20A扩大到48V/200A、48V/400A。
因通信设备中所用集成电路的种类繁多,其电源电压也各不相同,在通信供电系统中采用高功率密度的高频DC-DC隔离电源模块,从中间母线电压(一般为48V直流)变换成所需的各种直流电压,这样可大大减小损耗、方便维护,且安装、增加非常方便。一般都可直接装在标准控制板上,对二次电源的要求是高功率密度。因通信容量的不断增加,通信电源容量也将不断增加。
2.3直流-直流(DC/DC)变换器
DC/DC变换器将一个固定的直流电压变换为可变的直流电压,这种技术被广泛应用于无轨电车、地铁列车、电动车的无级变速和控制,同时使上述控制获得加速平稳、快速响应的性能,并同时收到节约电能的效果。用直流斩波器代替变阻器可节约电能(20~30)%。直流斩波器不仅能起调压的作用(开关电源),同时还能起到有效地抑制电网侧谐波电流噪声的作用。
通信电源的二次电源DC/DC变换器已商品化,模块采用高频PWM技术,开关频率在500kHz左右,功率密度为5W~20W/in3。随着大规模集成电路的发展,要求电源模块实现小型化,因此就要不断提高开关频率和采用新的电路拓扑结构,目前已有一些公司研制生产了采用零电流开关和零电压开关技术的二次电源模块,功率密度有较大幅度的提高。
2.4不间断电源(UPS)
不间断电源(UPS)是计算机、通信系统以及要求提供不能中断场合所必须的一种高可靠、高性能的电源。交流市电输入经整流器变成直流,一部分能量给蓄电池组充电,另一部分能量经逆变器变成交流,经转换开关送到负载。为了在逆变器故障时仍能向负载提供能量,另一路备用电源通过电源转换开关来实现。
现代UPS普遍了采用脉宽调制技术和功率M0SFET、IGBT等现代电力电子器件,电源的噪声得以降低,而效率和可靠性得以提高。微处理器软硬件技术的引入,可以实现对UPS的智能化管理,进行远程维护和远程诊断。
目前在线式UPS的最大容量已可作到600kVA。超小型UPS发展也很迅速,已经有0.5kVA、lkVA、2kVA、3kVA等多种规格的产品。
2.5变频器电源
变频器电源主要用于交流电机的变频调速,其在电气传动系统中占据的地位日趋重要,已获得巨大的节能效果。变频器电源主电路均采用交流-直流-交流方案。工频电源通过整流器变成固定的直流电压,然后由大功率晶体管或IGBT组成的PWM高频变换器,将直流电压逆变成电压、频率可变的交流输出,电源输出波形近似于正弦波,用于驱动交流异步电动机实现无级调速。
国际上400kVA以下的变频器电源系列产品已经问世。八十年代初期,日本东芝公司最先将交流变频调速技术应用于空调器中。至1997年,其占有率已达到日本家用空调的70%以上。变频空调具有舒适、节能等优点。国内于90年代初期开始研究变频空调,96年引进生产线生产变频空调器,逐渐形成变频空调开发生产热点。预计到2000年左右将形成。变频空调除了变频电源外,还要求有适合于变频调速的压缩机电机。优化控制策略,精选功能组件,是空调变频电源研制的进一步发展方向。
2.6高频逆变式整流焊机电源
高频逆变式整流焊机电源是一种高性能、高效、省材的新型焊机电源,代表了当今焊机电源的发展方向。由于IGBT大容量模块的商用化,这种电源更有着广阔的应用前景。
逆变焊机电源大都采用交流-直流-交流-直流(AC-DC-AC-DC)变换的方法。50Hz交流电经全桥整流变成直流,IGBT组成的PWM高频变换部分将直流电逆变成20kHz的高频矩形波,经高频变压器耦合,整流滤波后成为稳定的直流,供电弧使用。
由于焊机电源的工作条件恶劣,频繁的处于短路、燃弧、开路交替变化之中,因此高频逆变式整流焊机电源的工作可靠性问题成为最关键的问题,也是用户最关心的问题。采用微处理器做为脉冲宽度调制(PWM)的相关控制器,通过对多参数、多信息的提取与分析,达到预知系统各种工作状态的目的,进而提前对系统做出调整和处理,解决了目前大功率IGBT逆变电源可靠性。
国外逆变焊机已可做到额定焊接电流300A,负载持续率60%,全载电压60~75V,电流调节范围5~300A,重量29kg。
2.7大功率开关型高压直流电源
大功率开关型高压直流电源广泛应用于静电除尘、水质改良、医用X光机和CT机等大型设备。电压高达50~l59kV,电流达到0.5A以上,功率可达100kW。
自从70年代开始,日本的一些公司开始采用逆变技术,将市电整流后逆变为3kHz左右的中频,然后升压。进入80年代,高频开关电源技术迅速发展。德国西门子公司采用功率晶体管做主开关元件,将电源的开关频率提高到20kHz以上。并将干式变压器技术成功的应用于高频高压电源,取消了高压变压器油箱,使变压器系统的体积进一步减小。
国内对静电除尘高压直流电源进行了研制,市电经整流变为直流,采用全桥零电流开关串联谐振逆变电路将直流电压逆变为高频电压,然后由高频变压器升压,最后整流为直流高压。在电阻负载条件下,输出直流电压达到55kV,电流达到15mA,工作频率为25.6kHz。
2.8电力有源滤波器
传统的交流-直流(AC-DC)变换器在投运时,将向电网注入大量的谐波电流,引起谐波损耗和干扰,同时还出现装置网侧功率因数恶化的现象,即所谓“电力公害”,例如,不可控整流加电容滤波时,网侧三次谐波含量可达(70~80)%,网侧功率因数仅有0.5~0.6。
电力有源滤波器是一种能够动态抑制谐波的新型电力电子装置,能克服传统LC滤波器的不足,是一种很有发展前途的谐波抑制手段。滤波器由桥式开关功率变换器和具体控制电路构成。与传统开关电源的区别是:(l)不仅反馈输出电压,还反馈输入平均电流;(2)电流环基准信号为电压环误差信号与全波整流电压取样信号之乘积。
2.9分布式开关电源供电系统
分布式电源供电系统采用小功率模块和大规模控制集成电路作基本部件,利用最新理论和技术成果,组成积木式、智能化的大功率供电电源,从而使强电与弱电紧密结合,降低大功率元器件、大功率装置(集中式)的研制压力,提高生产效率。
八十年代初期,对分布式高频开关电源系统的研究基本集中在变换器并联技术的研究上。八十年代中后期,随着高频功率变换技术的迅述发展，各种变换器拓扑结构相继出现,结合大规模集成电路和功率元器件技术,使中小功率装置的集成成为可能,从而迅速地推动了分布式高频开关电源系统研究的展开。自八十年代后期开始,这一方向已成为国际电力电子学界的研究热点,论文数量逐年增加，应用领域不断扩大。
分布供电方式具有节能、可靠、高效、经济和维护方便等优点。已被大型计算机、通信设备、航空航天、工业控制等系统逐渐采纳,也是超高速型集成电路的低电压电源(3.3V)的最为理想的供电方式。在大功率场合,如电镀、电解电源、电力机车牵引电源、中频感应加热电源、电动机驱动电源等领域也有广阔的应用前景。
3.高频开关电源的发展趋势
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、通讯电源、高频加热电源、激光器电源、电力操作电源等)的核心技术。
3.1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50Hz提高到20kHz,提高400倍的话,用电设备的体积重量大体下降至工频设计的5~l0%。无论是逆变式整流焊机,还是通讯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90%或更高,还可节电30%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。
3.2模块化
模块化有两方面的含义,其一是指功率器件的模块化,其二是指电源单元的模块化。我们常见的器件模块,含有一单元、两单元、六单元直至七单元,包括开关器件和与之反并联的续流二极管,实质上都属于“标准”功率模块(SPM)。近年,有些公司把开关器件的驱动保护电路也装到功率模块中去,构成了“智能化”功率模块(IPM),不但缩小了整机的体积,更方便了整机的设计制造。实际上,由于频率的不断提高,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)。为了提高系统的可靠性,有些制造商开发了“用户专用”功率模块(ASPM),它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(ASIC)。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。由此可见,模块化的目的不仅在于使用方便,缩小整机体积,更重要的是取消传统连线,把寄生参数降到最小,从而把器件承受的电应力降至最低,提高系统的可靠性。另外,大功率的开关电源,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,其它模块再平均分担负载电流。这样,不但提高了功率容量,在有限的器件容量的情况下满足了大电流输出的要求,而且通过增加相对整个系统来说功率很小的冗余电源模块,极大的提高系统可靠性,即使万一出现单模块故障,也不会影响系统的正常工作,而且为修复提供充分的时间。
3.3数字化
在传统功率电子技术中,控制部分是按模拟信号来设计和工作的。在六、七十年代,电力电子技术完全是建立在模拟电路基础上的。但是,现在数字式信号、数字电路显得越来越重要,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)、便于软件包调试和遥感遥测遥调,也便于自诊断、容错等技术的植入。所以,在八、九十年代,对于各类电路和系统的设计来说,模拟技术还是有用的,特别是:诸如印制版的布图、电磁兼容(EMC)问题以及功率因数修正(PFC)等问题的解决,离不开模拟技术的知识,但是对于智能化的开关电源,需要用计算机控制时,数字化技术就离不开了。
3.4绿色化
电源系统的绿色化有两层含义:首先是显著节电,这意味着发电容量的节约,而发电是造成环境污染的重要原因,所以节电就可以减少对环境的污染;其次这些电源不能(或少)对电网产生污染,国际电工委员会(IEC)对此制定了一系列标准,如IEC555、IEC917、IECl000等。事实上,许多功率电子节电设备,往往会变成对电网的污染源:向电网注入严重的高次谐波电流,使总功率因数下降,使电网电压耦合许多毛刺尖峰,甚至出现缺角和畸变。20世纪末,各种有源滤波器和有源补偿器的方案诞生,有了多种修正功率因数的方法。这些为2l世纪批量生产各种绿色开关电源产品奠定了基础。
第15篇
[论文摘要]汽车是当前重要的交通工具，汽车的发明和汽车相关技术的发展极大地改变了人们的出行方式，加快了商品和人员的流通。
随着汽车工业与电子工业的不断发展，在现代汽车上，电子技术的应用越来越广泛，汽车电子化的程度也越来越高。汽车技术与电子技术相结合催生出汽车电子技术概念。电子技术在现代汽车工业中的广泛应用加快了电子汽车的发展趋势，推动了汽车功能的多元化和便捷化。
一、汽车电子技术
现代电子技术与汽车工业的结合促成了电子汽车概念的诞生和实现，概括地来说当前的汽车电子技术主要包括：智能化集成传感器：提供用于模拟和处理的信号，而且还能对信号作坊大处理。同时，他还能自动进行时漂、温漂和非线性的自动校正，具有较强的抵抗外部电磁干扰的能力，保证传感器信号的质量不受影响；嵌入式微处理机已广泛地应用与安全、环保、发动机、传动系、速度控制和故障诊断中。软件技术：随着汽车电子技术应用的增加，对有关控制软件的需求也相应增加，并可能要求进一步计算机联网。因此，要求使用多种语言，并开发出通用的高水平软件，以满足多种硬件的要求。轿车上多通道传输网络将大大地依赖于软件；多通道传输技术，多通道传输技术的采用，对电子控制集成化的实现是十分必要和有效的。采用这种技术后，使各个数据线成为一个网络，以便分享汽车中心计算机的信息。汽车车载电子网络：汽车电子设备发展的一个重要趋势是大量使用微处理机来改善汽车的性能。随着电控器件在汽车上越来越多的应用，车载电子设备间的数据通信变得越来越重要。为了进一步提高行使的经济性，温度及车速等信息必须在不同控制单元间交换。由此，以分布式控制系统为基础构造汽车车载电子网络系统是很有必要的。集成化技术：汽车电子技术的一个发展趋向是功能集成化，从而实现更经济、更有效以及可诊断的数据中心。光导纤维：汽车电子技术的进步，已使各系统控制走向集中，形成整车控制系统。这一系统除了中心电脑外，甚至包括多达23个微处理器及大量传感器和执行部件，组成一个庞大而复杂的信息交换与控制系统等。
二、国内汽车电子技术发展
电子技术在汽车工业中的应用加快了汽车技术的升级和突破，自20世纪80年代以来，汽车工业的长足发展，也是以电子技术（特别是计算机、集成电路技术）为动力而实现的。采用电子技术是解决汽车所面临的诸多技术问题的最佳方案。因此一国电子产业的发展水平及其在汽车工业领域的应用情况决定了其在未来轨迹汽车行业竞争中的地位和影响力。目前，国产汽车的电子技术应用多数还处于初级阶段。只有少数厂家，主要集中在一些中外合资和国内较为先进的汽车生产厂家，开始将电子控制装置应用在汽车工业中。国内现在采用的电子装置主要包括发动机的燃油喷射、电子点火控制、汽车安全性方面的安全气囊，ABS等领域，而且多数为直接引进国外产品组装，国内科研院所目前有关汽车电子技术应用的研究也主要集中在发动机控制、电控悬架、ABS系统等几个方面，在汽车的电子网络化技术、GPRS导航及智能交通系统的研究等方面与国外还有一定差距。
三、现代电子技术促进汽车智能管理的发展
随着经济的快速发展和人民群众对汽车工业要求的逐步提高，当前的电子技术在汽车工业领域里得到了很好较快较好的应用。汽车智能管理系统就是这一应用的重要体现。车辆智能管理仪（以下简称管理仪）硬件构成主要由CPU，数据存储器扩展电路、IC卡接口电路、GPS接收电路、光电隔离的输入、输出电路、数码相机控制电路、指示灯、蜂鸣器及电源部分组成。采用GPS接收机接收卫星的信号，经过计算后可得出车辆所处的经纬度、行驶速度、行驶方向等参数。管理仪还能够采集与司机操作有关的数据，如刹车、远光灯、近光灯、左右转向灯、喇叭、雾灯、制动气压、车门开关等参数。管理仪根据预先设定的时间间隔和特殊事件的触发，将有关数据保存入IC（IntelligentCard）卡中。根据这些数据，车辆管理部门就可以对车辆的历史运行状况进行检查、管理，以确定车辆是否按照规定的要求运行。管理仪还能够对最近15次停车前，每次停车前50秒的所有信息进行详细记录，GPS数据的采集速度受GPS系统的限制，每秒钟记录1次，其他参数每隔0.2秒记录一次。管理仪还具有数码照相机的控制接口，可以根据外部触发信号，对车内的情景拍照。
汽车工业是高科技工业，汽车性能的每一步提升都伴随着新技术、新工艺的运用。电子技术是21世纪推动经济发展和社会变革的重要技术之一，电子技术的发展及其在汽车工业领域的广泛应用将有效提升汽车工业的发展水平。
参考文献：
[1]高艳青：《现代电力电子及电源技术的发展趋势》，载《电脑与电信》2007，1.
[2]张庆湘：《浅析电子技术在现代汽车工业中的发展与应用》，载《企业技术开发》2007，6.
[3]李卫东：《浅谈电子技术在现代汽车工业领域中的应用》，载《中国职工教育》2005，9.
[4]陈长军、张敏、马红岩、林希峰、闫文清，《激光技术在汽车工业上的应用》，载《机械工程师》2007，9.
