电力电子器件论文范文
时间：2023-03-07 13:59:38
电力电子器件论文范文第1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.
[5]王正元.面向新世纪的电力电子技术电源技术应用，2001论文关键词:电力电子器件；变频技术；谐波；功率因数
电力电子器件论文范文第2篇
论文首先介绍了电力电子技术及器件的发展和应用,具体阐明了国内外开关电源的发展和现状,研究了开关电源的基本原理,拓扑结构以及开关电源在电力直流操作电源系统中的应用,介绍了连续可调开关电源的设计思路、硬件选型以及TL494在输出电压调节、过流保护等方面的工作原理和具体电路,设计出一种实用于电力系统的开关电源,以替代传统的相控电源。该系统以MOSFET作为功率开关器件,构成半桥式Buck开关变换器,采用脉宽调制(PWM)技术,PWM控制信号由集成控制TL494产生,从输出实时采样电压反馈信号,以控制输出电压的变化,控制电路和主电路之间通过变压器进行隔离,并设计了软启动和过流保护电路。该电源在输出大电流条件下,能做到输出直流电压大范围连续可调,同时保持良好的PWM稳压调节运行。 开关电源结构
以开关方式工作的直流稳压电源以其体积小、重量轻、效率高、稳压效果好的特点,正逐步取代传统电源的位置,成为电源行业的主流形式。可调直流电源领域也同样深受开关电源技术影响,并已广泛地应用于系统之中。
开关电源中应用的电力电子器件主要为二极管、IGBT和MOSFET。
SCR在开关电源输入整流电路及软启动电路中有少量应用, GTR驱动困难,开关频率低,逐渐被IGBT和MOSFET取代。在本论文中选用的开关器件为功率MOSFET管。
开关电源的三个条件:
1. 开关:电力电子器件工作在开关状态而不是线性状态;
2. 高频:电力电子器件工作在高频而不是接近工频的低频;
3. 直流:开关电源输出的是直流而不是交流。
根据上面所述,本文的大体结构如下:
第一章,为整个论文的概述,大致介绍电力电子技术及器件的发展,简单说明直流电源的基本情况,介绍国内外开关电源的发展现状和研究方向,阐述本论文工作的重点;
第二章,主要从理论上讨论开关电源的工作原理及电路拓扑结构;
第三章,主要将介绍系统主电路的设计;
第四章,介绍系统控制电路各个部分的设计;
第五章,集中在系统的仿真与调试。对系统的整体性能做出评价,指出系统的优缺点。
电力电子器件论文范文第3篇
关键词 电力电子技术 教学方法 动手能力 教学质量
中图分类号：G424 文献标识码：A DOI：10.16400/ki.kjdkz.2015.02.054
Exploration Teaching Method of Power Electronic Technology
GU Bo
（School of Electric Power， North China University of Water Resources and Electric Power， Zhengzhou， He'nan 450011）
Abstract Power electronic technology is a professional basic course of automation and electrical professional. Power electronic technology is an interdisciplinary which is formed by the power of science， electronics and control theory of three disciplines， and this determines the power electronics technology is not only important， but also difficult to learn. This paper discussed the teaching method of the power electronic technology， including improving teaching methods， and strengthening students' practical ability and enthusiasm for learning etc.， the purpose is to improve the teaching quality of power electronic technology.
Key words power electronic technology; teaching method; manipulative ability; quality of teaching
0 引言
作为强电和弱电之间的转换和连接技术，电力电子技术在电类专业中具有重要作用，因此，自动化专业及电力系统自动化专业都将电力电子技术课程作为专业基础课进行学习，而相关的电类专业也将其作为重要课程进行学习。随着电力系统和控制技术发展，特别是新能源发电与控制技术的发展，使得电力电子技术得到了空前进步和应用，不少新型电力电子器件和电力电子控制技术不断涌现，给电力电子技术的教学工作带来了极大的挑战。在电力电子技术不断进步过程中，如何提高电力电子技术的教学水平和教学质量，使学生既能掌握传统电力电子技术原理，又能实时掌握当前发展的新技术，是目前电力电子技术教学的难点之一。论文从明确重点难点、改进课堂教学方法、增强学生动手能力及学习积极性等方面对电力电子技术的教学方法进行探讨，以达到提高电力电子技术教学质量的目的。
1 明确课程内容重点难点
本文所述的电力电子技术教材以王兆安编著的第五版为讨论对象，该教材的整体框架如图1所示。整个教材由10章构成，可分为5部分。各部分之间紧密联系，层次和结构合理。本文接下来将对该教材各部分的重点和难点进行详细说明，以便于进一步促进教学质量。
第一部分为教材的第1章，该部分为绪论部分，主要讲述电力电子技术与电子技术、电力学和控制理论之间的相互关系，及电力电子技术在各个学科之间的地位，同时也介绍了电力电子技术的发展历史和应用领域。本章的讲授主要以提高学生对该课程的整体认识和学习积极性为主要目标。
图1 电力电子技术整体结构
第二部分包括教材第2章和教材第9章。第2章主要讲述电力电子器件，第9章讲述电力电子器件的共性问题。在教学过程中，应将这两章内容进行融合，一起进行讲解，使学生在掌握电力电子器件基本结构、工作原理、主要参数和应用特性的同时，能够理解和掌握电力电子器件的共性问题，包括电力电子器件的驱动、电力电子器件的保护及电力电子器件的使用特性。
教材的第三部分包括第3章、第4章、第5章和第6章，主要讲述基本的电力电子电路，包括整流电路、逆变电路、直流-直流变流电路和交流交流变流电路。其中，第3章所讲授的整流电路是第三部分的基础，也是变流电路的重点和难点。在教学过程中应让学生充分理解和掌握单相整流电路和三相整流电路的电路结构、整流原理和输入输出波形。在学生充分掌握单相和三相整流电路原理的基础上，再概要讲述电容滤波不可控整流电路、整流电路的谐波和功率因素及整流电路的有源逆变等内容。在充分掌握第3章内容的基础上，理解和掌握第4章的逆变电路、第5章的直流-直流变流电路和第6章的交流-交流变流电路。
教材的第四部分内容包括第7章和第8章。第7章为脉宽调制技术，第8章为软开关技术。第7章是本部分的重点和难点，在进行第7章的讲授过程中，应将实验、仿真和理论相结合，使学生充分理解PWM控制的基本原理;在学生理解PWM控制原理的基础上，详细讲授PWM逆变电路及其控制方法。PWM逆变电路及其控制方法是第7章的主要内容，在讲授过程中以掌握原理为目标，适当结合理论。在第8章的讲授过程中，主要让学生理解软开关的基本思想，以及典型的软开关电路。
教材第五部分主要讲授电力电子技术在生产生活中的应用。包括晶闸管直流电动机系统、变频器和交流电动机系统、不间断电源、开关电源、功率因素校正技术、电力电子技术在电力系统中的应用及电力电子技术的其他应用。这部分内容在讲授过程中，可根据授课专业具体情况选择授课内容，让学生能够充分认识到该课程与本专业的紧密关系。
2 改进课堂教学方法
通过改进课堂教学方法，提高学生学习兴趣，增强学生对该课程的掌握程度是教学的主要目标。电力电子技术是一门多学科交叉课程，该课程电路种类、输入输出波形复杂，在教学过程中，应使学生充分理解电路原理及输入输出波形，这是该课程教学的难点。作者通过对多年电力电子技术教学经验的总结，提出了在课堂上对电路进行现场仿真的讲授方法，这样即可让学生掌握电路的工作原理，同时教会学生利用仿真软件实现电力电子电路的能力。
图2 单相全波整流电路图
在讲授电力电子技术的第3章、第4章、第5章和第6章时，作者结合MATLAB仿真软件进行讲解。例如，在进行单相全波整流的讲授时，可根据单相全波整流电路的原理，在MATLAB仿真软件中搭建仿真模型，理论与仿真相结合，让学生能够更加直观理解整流电路的工作原理。单相全波整流电路的原理图如图2所示。
图3为单相全波MATLAB仿真模型图。在课堂讲授过程中，可向学生详细介绍整个模型的建模过程及模型中每个模块的功能，便于学生课堂下自己实现模型的建立。
图4 单相全波MATLAB仿真结果图
图4为单相全波MATLAB仿真模型的结果图。图4中顶部图形表示电源侧电压的变化过程;中间图形表示负载侧电压波形的变化过程;底部图形表示电源侧输入电流波形变化过程。从图4中可以看出，输出电压波形趋于稳定，输入电压和电流呈周期性变化，符合单相全波整流电路原理，增强学生认知程度。
3 增强学生动手能力
电力电子技术是一门实践性很强的课程，仅仅从理论教学上要使学生完全掌握该课程知识是不现实的。借助实验教学提高学生理解能力是电力电子技术教学过程的重要手段，但现阶段，课程的讲授时间被大量压缩，无法安排足够的实验时间培养学生动手能力，这成为目前电力电子技术教学的另一个难题。作者在电力电子技术课堂讲授过程中，增加电力电子技术MATLAB的仿真方法，既可增加学生对电力电子技术理论的认知程度，同时也能增强学生的动手能力。
图5是作者在讲授第7章过程中增加的MATLAB仿真内容，包括PWM控制的直流-直流斩波电路、PWM控制的直流-交流半桥逆变电路及PWM控制直流-交流全桥逆变电路。整个仿真模型简单易懂，便于学生自己实现模型的构建。
图6是PWM控制的直流-直流斩波电路输出波形图，图6中上部图形是输出电压波形图，下部图形是输入脉冲。图6中的结果与理论教学中的结论相一致，增强了学生对PWM控制技术的认知程度和学习兴趣，提高电力电子技术的教学质量。
图6 PWM控制直流斩波电路输出波形
图7 PWM控制的直流-交流半桥逆变电路输出波形
图8 PWM控制的直流-交流全桥逆变电路输出波形
图7和图8是PWM控制的直流-交流半桥逆变电路和直流-交流全桥逆变电路输出波形，从两幅图中可以看出，输出波形基本一致，但是，全桥输出的谐波含量少于半桥的谐波含量，这与理论讨论的结论相一致。
4 结论
电力电子技术是一门多学科交叉的课程，并且在电学专业中具有重要地位，在有限课时内，清楚明了地讲授完该课程，提高教学质量、增强学生学习兴趣，是电力电子技术授课的主要目标。
论文从明确重点难点、改进课堂教学方法、增强学生动手能力及学习积极性等方面，对电力电子技术的教学方法进行探讨，达到提高电力电子技术教学质量的目的。
参考文献
[1] 于晶荣，吴伟标.“电力电子”课程教学改革与实践[J].课程教材改革，2012.237：61-62.
[2] 陶俊珍.“电力电子技术”教学内容更新例析[J].中国电力教育，2011.9：165-166.
[3] 蒋伟，莫岳平.“电力电子技术”课程教学模式研究[J].电气电子教学学报，2013.35（1）：44-46.
[4] 张波，丁金林.电力电子技术的教学体会与思考[J].科技信息，2008.19：268-269.
电力电子器件论文范文第4篇
论文摘要:介绍了电力电子器件和变频技术的发展过程，以及变频技术在家用电器的应用,分析了变频技术的应用也带来了谐波、电磁干扰和电源系统功率因数下降等问题。提出了相关的谐波抑制方法及提高电源系统功率因数的措施。
引言
随着电力电子、计算机技术的迅速发展，交流调速取代直流调速已成为发展趋势。变频调速以其优异的调速和启、制动性能被国内外公认为是最有发展前途的调速方式。变频技术是交流调速的核心技术，电力电子和计算机技术又是变频技术的核心，而电力电子器件是电力电子技术的基础。电力电子技术是近几年迅速发展的一种高新技术，广泛应用于机电一体化、电机传动、航空航天等领域，现已成为各国竞相发展的一种高新技术。专家预言，在21世纪高度发展的自动控制领域内，计算机技术与电力电子技术是两项最重要的技术。
一、电力电子器件的发展过程
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(power mosfet)、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(injection enhanced gate thyristor)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(integrated gate eommutated thyristor)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.
电力电子器件论文范文第5篇
中图分类号：TM715文献标识码： A 文章编号：
l 全控型电力电子开关逐步取代半控型晶闸管
50 年代末出现的晶闸管标志着运动控制的新纪元。它是第一代电子电力器件，在我国至今仍广泛用于直流和交流传动控制系统。随着交流变频技术的兴起，相继出现了全控式器件 ― CTR、 GTO 、 P - MOSEFT 等。这是第二代电力电子器件。由于目前所能生产的电流／电压定额和开关时间的不同，各种器件各有其应用范围。 GTO 是一种用门极可关断的高压器件，它的主要缺点是关断增益低，一般为 4~5，这就需要一个十分庞大的关断驱动电路，且它的通态压降比普通晶闸管高，约为 Zv ~ 4 . 5v ， 开通 di /d t 和关断 dv / dt 也是限制 GTO推广运用的另一原因，前者约为 500A /us ，后者约为 500V /u s ，这就需要一个庞大的吸收电路。
由于GIR 、GTO 等双极性全控性器件必须要有较大的控制电流，因而使门极控制电路非常庞大，从而促进厂新一代具有高输人阻抗的 MOS 结构电力半导体器件的一切。功率 MOSFET 是一种电压驱动器件，基本上不要求稳定的驱动电流，驱动电路只需要在器件开通时提供容性充电电流，而关断时提供放电电流即可，因此驱动电路很简单。它的开关时间很快，安全工作区十分稳定，但是 P - MOSFET 的通态电压降随着额定电压的增加而成倍增大，这就给制造高压 P - MOSFET 造成了很大困难。
IGBT是 P -MOSFET 工艺技术基础上的产物，它兼有 MOSFET 高输人阻抗、高速特性和 GTR 大电流密度特性的混合器件。其开关速度比 P -MOSFET 低，但比 GTR 快；其通态电压降与 GTR 相拟约为 1 .5 V ~ 3 .5v ，比 P - MOSFET 小得多，其关断存储时间和电流卜降时间为别为 0 . 2 us一 04 us和 0 . 2us ~ 1 . 5us，因而有较高的工作频率，它具有宽而稳定的安个工作区，较高的效率，驱动电路简单等优点。 MOS 控制晶闸管（ MCT ）是一种在它的单胞内集成了 MOSFET的品闸管，利用M OS 门来控制品闸管的开通和关断，具有晶闸管的低通态电压降，但其工作电流密度远高 IGBT和 GTR ，在理论上可制成几千伏的阻断电压和几十千赫的开关频率，且其关断增益极高
IGBT和MGT 这一类复合型电力电子器件可以称为第三代器件。在器件的复合化的同时，模块即把变换器的双臂、半桥乃至全桥组合在一起大规模生产的器件也已进入实用。在 模块化和复合化思路的基础卜，其发展便是功率集成电路 PIC ( Powerl ， lntegratcd Cirrrrcute ) ， 在 PIC，不仅主回路的器件，而且驱动电路、过压过流保护、电流检测甚至温度自动控制等作用都集成到一起，形成一个整体，这可以算作第四代电力电子器件。2 变换器电路从低频向高频方向发展
随着电力电子器件的更新，由它组成的变换器电路也必然要换代。应用普通晶闸管时，直流传功的变换器主要是相控整流，而交流变频船动则是交一直一交变频器。当电力电子器件进入第二代后，更多是采用PWM 变换器了。采用PWM方式后，提高了功率因数，减少 了高次谐波对电冈的影响，解决了电动机在低频区的转矩脉动问题。但是PWM 逆变器中的电压、电流的谐波分量产生的转矩脉动作用在定转子上，使电机绕组产生振动而发出噪声。为了解决这个问题，一种方法是提高开关频率，使之超过人耳能感受的范围，但是电力电子器件在高电压大电流的情况下导通或关断，开关损耗很大。开关损耗的存在限制了逆变器工作频率的提高。 1986 年美国威斯康星大学 Divan 教授提出谐振式直流环逆变器。传统的逆变器是挂在稳定的直流母线上，电力电子器件是在高电压下进行转换的‘硬开关’，其开关损耗较大，限制了开关在频率上的提高。而谐夺式直流环逆变器是把逆变器挂在高频振荡过零的谐振路上，使电力电子器件在零电压或零电流下转换，即工作在所谓的‘软开关’状态下，从而使开关损耗降低到零。这样，可以使逆器尺寸减少，降低成本，还可能在较高功率上使逆变器集成化。因此，谐振式直流逆变器电路极有发展前途。
3 交流调速控制理论日渐成熟
1971 年，德国学者 F ， Blaschke 阐明了交流电机磁场定向即矢量控制的原理，为交流传动高性能控制奠定了理论基础。矢量控制的基本思想是仿照直流电动机的控制方式，把定子电流的磁场分量和转矩分量解耦开来，分别加以控制。这种解耦，实际上是把异步电动机的物理模型设法等效地变换成类似于直流电动机的模式，这种等效变换是借助于坐标变换完成的。它需要检测转子磁链的方向，且其性能易受转子参数，特别是转子回路时间常数的影响。加上矢量旋转变换的复杂性，使得实际的控制效果难于达到分析的结果。
1985 年德国鲁尔大学的 Depenbrock 教授首次提出了直接转矩控制的理论，接着 1987 年又把它推 广到弱磁调速范围。大致来说，直接转矩控制，用空间矢量的分析方法，直接在定子坐标系下分析计算与控制电流电动机的转矩。采用定子磁场定向，借助于离散的两点式调节（Band 一 Band 控制）产生 PWM 信号，直接对逆变器的开关状态进行最佳控制，以获得转矩的高动态性能。它省掉了复杂的矢量变换与电动数学模型的简化处理，大大减少了矢量控制中控制性能参数易受参数变化影响的问题，没有通常的 PWM 信号发生器，其控制思想新颖，控制结构简单，控制手段直接，信号处物理概念明确，转矩响应迅速，限制在一拍之内，且无超调，是一种具有高静动态性能的新型交流调速方法。
4 通用变频器开始大量投入实用
电力电子器件论文范文第6篇
Abstract: China electric automation and opened the first in the s, due to its wide range, applicability, wide, so to now has been very popular, according to the education department released the latest undergraduate professional set list, it belongs to electrical engineering information. This paper mainly for this kind of electrical automation technology of some of the development trends are discussed.
Keywords: power engineering, electrical automation, automation technology
中图分类号：F407.61文献标识码：A 文章编号：
一、全控型电力电子开关逐步取代半控型晶闸管
50 年代末出现的晶闸管标志着运动控制的新纪元。它是第一代电子电力器件，在我国至今仍广泛用于直流和交流传动控制系统。随着交流变频技术的兴起，相继出现了全控式器件 CTR、 GTO 、 P - MOSEFT 等。这是第二代电力电子器件。由于目前所能生产的电流／电压定额和开关时间的不同，各种器件各有其应用范围。GTR 的二次击穿现象以及其安全工作区受各项参数影响而变化和热容量小、过流能力低等问题，使得人们把主要精力放在根据不同的特性设计出合适的保护电路和驱动电路上，这也使得电路比较复杂，难以掌握。 GTO 是一种用门极可关断的高压器件，它的主要缺点是关断增益低，一般为 4~5，这就需要一个十分庞大的关断驱动电路，且它的通态压降比普通晶闸管高，约为 Zv ~ 4 . 5v , 开通 di /d t 和关断 dv / dt 也是限制 GTO推广运用的另一原因，前者约为 500A /us ，后者约为 500V /u s ，这就需要一个庞大的吸收电路。
由于GIR 、GTO 等双极性全控性器件必须要有较大的控制电流，因而使门极控制电路非常庞大，从而促进厂新一代具有高输人阻抗的 MOS 结构电力半导体器件的一切。功率 MOSFET 是一种电压驱动器件，基本上不要求稳定的驱动电流，驱动电路只需要在器件开通时提供容性充电电流，而关断时提供放电电流即可，因此驱动电路很简单。它的开关时间很快，安全工作区十分稳定，但是 P - MOSFET 的通态电压降随着额定电压的增加而成倍增大，这就给制造高压 P - MOSFET 造成了很大困难。
IGBT是 P -MOSFET 工艺技术基础上的产物，它兼有 MOSFET 高输人阻抗、高速特性和 GTR 大电流密度特性的混合器件。其开关速度比 P -MOSFET 低，但比 GTR 快；其通态电压降与 GTR 相拟约为 1 .5 V ~ 3 .5v ，比 P - MOSFET 小得多，其关断存储时间和电流卜降时间为别为 0 . 2 us一 04 us和 0 . 2us ~ 1 . 5us，因而有较高的工作频率，它具有宽而稳定的安个工作区，较高的效率，驱动电路简单等优点。MOS 控制晶闸管（ MCT ）是一种在它的单胞内集成了 MOSFET的品闸管，利用M OS 门来控制品闸管的开通和关断，具有晶闸管的低通态电压降，但其工作电流密度远高 IGBT和 GTR ，在理论上可制成几千伏的阻断电压和几十千赫的开关频率，且其关断增益极高。
二、变换器电路从低频向高频方向发展
随着电力电子器件的更新，由它组成的变换器电路也必然要换代。应用普通晶闸管时，直流传功的变换器主要是相控整流，而交流变频传动则是交一直一交变频器。当电力电子器件进入第二代后，更多是采用PWM 变换器了。采用PWM方式后，提高了功率因数，减少了高次谐波对电冈的影响，解决了电动机在低频区的转矩脉动问题。但是PWM 逆变器中的电压、电流的谐波分量产生的转矩脉动作用在定转子上，使电机绕组产生振动而发出噪声。为了解决这个问题，一种方法是提高开关频率，使之超过人耳能感受的范围，但是电力电子器件在高电压大电流的情况下导通或关断，开关损耗很大。开关损耗的存在限制了逆变器工作频率的提高。1986 年美国威斯康星大学 Divan 教授提出谐振式直流环逆变器。传统的逆变器是挂在稳定的直流母线上，电力电子器件是在高电压下进行转换的‘硬开关’，其开关损耗较大，限制了开关在频率上的提高。而谐夺式直流环逆变器是把逆变器挂在高频振荡过零的谐振路上，使电力电子器件在零电压或零电流下转换，即工作在所谓的‘软开关’状态下，从而使开关损耗降低到零。这样，可以使逆器尺寸减少，降低成本，还可能在较高功率上使逆变器集成化。因此，谐振式直流逆变器电路极有发展前途。
三、交流调速控制理论日渐成熟
1971 年，德国学者 F , Blaschke 阐明了交流电机磁场定向即矢量控制的原理，为交流传动高性能控制奠定了理论基础。矢量控制的基本思想是仿照直流电动机的控制方式，把定子电流的磁场分量和转矩分量解耦开来，分别加以控制。这种解耦，实际上是把异步电动机的物理模型设法等效地变换成类似于直流电动机的模式，这种等效变换是借助于坐标变换完成的。它需要检测转子磁链的方向，且其性能易受转子参数，特别是转子回路时间常数的影响。加上矢量旋转变换的复杂性，使得实际的控制效果难于达到分析的结果。1985 年德国鲁尔大学的 Depenbrock 教授首次提出了直接转矩控制的理论，接着 1987 年又把它推 广到弱磁调速范围。大致来说，直接转矩控制，用空间矢量的分析方法，直接在定子坐标系下分析计算与控制电流电动机的转矩。采用定子磁场定向，借助于离散的两点式调节（Band 一 Band 控制）产生 PWM 信号，直接对逆变器的开关状态进行最佳控制，以获得转矩的高动态性能。
四、通用变频器开始大量投入实用
一般把系列化、批量化、占市场量最大的中小功率如 400KVA 以下的变频器称为通用变频器。从产品来看，第一代是普通功能型 U / F 控制型，多采用 16 位 CPU ，第二代为高功能型 U /F 型，采用 32位DSP或双 16 位CPU 进行控制，采用了磁通补偿器、转差补偿器和电流限制拄制器．具有挖土机和“无跳闸”能力，也称为“无跳闸变频器”。这类变频器，目前占市场份额最大。第三代为高动态性能矢量控制型。它采用全数字控制，可通过软件实现参数自动设定，实现变结构控制和自适应控制，可选择 U /F频率开环控制、无速度传感器矢量控制和有速度传感器矢量控制，实现了闭环控制的自优化。从技术发展看，虽然电力半导体器件有GTO、GTI、 IGBT，但以后两种为主，尤以 IGBT为发展趋势：变频器的可靠性、可维修性、可操作性即所谓的 RAs (Availability，Serviceability）功能也由于采用单片机控制动技术而得以提高。
结束语：
电气自动化技术是当今世界最活跃、最充满生机、最富有开发前景的综合性学科与众多高新技术的合成。其应用范围十分广泛,几乎渗透到国民经济各个部门，随着我国科技技术的发展，电气自动化技术也随之提高。
参考文献：
[1]. 潘大文,牛兵. 电力工程建设场地“五通一平”综述[J]. 电力建设. 2005.(03)
[2]. 戴宝生. 在电力工程建设中贯彻以人为本[J]. 农电管理. 2005.(02)
[3]. 湖南省人民政府办公厅关于提高重点电力工程建设资金征收标准的通知[J]. 湖南政报. 1994.(03)
[4]. 苏瑞姬. 分析电力工程建设档案管理[J]. 广东科技. 2008.(22)
电力电子器件论文范文第7篇
【关键词】电力工程；电气自动化；技术
1.全控型电力电子开关逐步取代半控型晶闸管
50年代末出现的晶闸管标志着运动控制的新纪元。它是第一代电子电力器件，在我国至今仍广泛用于直流和交流传动控制系统。随着交流变频技术的兴起，相继出现了全控式器件GTR、GTO、P-MOSEFT等。这是第二代电力电子器件。由于目前所能生产的电流／电压定额和开关时间的不同，各种器件各有其应用范围。
GTR的二次击穿现象以及其安全工作区受各项参数影响而变化和热容量小、过流能力低等问题，使得人们把主要精力放在根据不同的特性设计出合适的保护电路和驱动电路上，这也使得电路比较复杂，难以掌握。
GTO是一种可关断的高压器件，它的主要缺点是关断增益低，一般为4~5，这就需要一个十分庞大的关断驱动电路，且它的通态压降比普通晶闸管高，约为2v~4.5v,开通di/dt和关断dv/dt也是限制GTO推广运用的另一原因，前者约为500A/us，后者约为500V/us，这就需要一个庞大的吸收电路。
由于GIR、GTO等双极性全控性器件必须要有较大的控制电流，因而使门极控制电路非常庞大，从而促进厂新一代具有高输人阻抗的MOS结构电力半导体器件的一切。功率MOSFET是一种电压驱动器件，基本上不要求稳定的驱动电流，驱动电路只需要在器件开通时提供容性充电电流，而关断时提供放电电流即可，因此驱动电路很简单。它的开关时间很快，安全工作区十分稳定，但是P-MOSFET的通态电压降随着额定电压的增加而成倍增大，这就给制造高压P-MOSFET造成了很大困难。
IGBT是P-MOSFET工艺技术基础上的产物，它兼有MOSFET高输人阻抗、高速特性和GTR大电流密度特性的混合器件。其开关速度比P-MOSFET 低，但比GTR快；其通态电压降与GTR相拟约为1.5V~3.5v，比P-MOSFET小得多，其关断存储时间和电流卜降时间为别为0.2us～04us和0.2us~1.5us，因而有较高的工作频率，它具有宽而稳定的安个工作区，较高的效率，驱动电路简单等优点。
IGBT和MGT这一类复合型电力电子器件可以称为第三代器件。在器件的复合化的同时，模块即把变换器的双臂、半桥乃至全桥组合在一起大规模生产的器件也已进入实用。在块化和复合化思路的基础上，其发展便是功率集成电路PIC( Powerl,lntegratcd irrrrcute),在PIC，不仅主回路的器件，而且驱动电路、过压过流保护、电流检测甚至温度自动控制等作用都集成到一起，形成一个整体，这可以算作第四代电力电子器件。
2.变换器电路从低频向高频方向发展
随着电力电子器件的更新，由它组成的变换器电路也必然要换代。当电力电子器件进入第二代后，更多是采用PWM变换器了。采用PWM方式后，提高了功率因数，减少了高次谐波对电网的影响，解决了电动机在低频区的转矩脉动问题。
但是PWM 逆变器中的电压、电流的谐波分量产生的转矩脉动作用在定转子上，使电机绕组产生振动而发出噪声。
1986 年美国威斯康星大学Divan教授提出谐振式直流环逆变器。传统的逆变器是挂在稳定的直流母线上，电力电子器件是在高电压下进行转换的‘硬开关’，其开关损耗较大，限制了开关在频率上的提高。而谐夺式直流环逆变器是把逆变器挂在高频振荡过零的谐振路上，使电力电子器件在零电压或零电流下转换，即工作在所谓的‘软开关’状态下，从而使开关损耗降低到零。这样，可以使逆器尺寸减少，降低成本，还可能在较高功率上使逆变器集成化。因此，谐振式直流逆变器电路极有发展前途。
3.交流调速控制理论日渐成熟
1971年，德国学者F・Blaschke阐明了交流电机磁场定向即矢量控制的原理，为交流传动高性能控制奠定了理论基础。矢量控制的基本思想是仿照直流电动机的控制方式，把定子电流的磁场分量和转矩分量解耦开来，分别加以控制。但在实际应用中控制效果难于达到分析的结果。
1985年德国鲁尔大学的Depenbrock教授首次提出了直接转矩控制的理论，接着 1987 年又把它推 广到弱磁调速范围。采用定子磁场定向，借助于离散的两点式调节（Band一Band控制）产生PWM信号，直接对逆变器的开关状态进行最佳控制，以获得转矩的高动态性能。它省掉了复杂的矢量变换与电动数学模型的简化处理，大大减少了矢量控制中控制性能参数易受参数变化影响的问题，没有通常的PWM信号发生器，其控制思想新颖，控制结构简单，控制手段直接，信号处物理概念明确，转矩响应迅速，限制在一拍之内，且无超调，是一种具有高静动态性能的新型交流调速方法。
4.通用变频器开始大量投入使用
一般把系列化、批量化、占市场量最大的中小功率如400KVA以下的变频器称为通用变频器。从产品来看，第一代是普通功能型U/F控制型，多采用16位CPU，第二代为高功能型U/F型，采用32位DSP或双16位CPU进行控制，采用了磁通补偿器、转差补偿器和电流限制拄制器，具有挖土机和“无跳闸”能力，也称为“无跳闸变频器”。这类变频器目前占市场份额最大。第三代为高动态性能矢量控制型。它采用全数字控制，可通过软件实现参数自动设定，实现变结构控制和自适应控制，可选择U/F频率开环控制、无速度传感器矢量控制和有速度传感器矢量控制，实现了闭环控制的自优化。
5.单片机、集成电路及工业控制计算机的发展
以MCS-51为代表的8位机虽然仍占主导地位，但功能简单，指令集短小，可靠性高，保密性高，适于大批量生产的PIC系列单片机及CMS97C系列单片机等正在推广，而且单片机的应用范围已开始扩展至智能仪器仪表或不太复杂的工业控制场合以充分发挥单片机的优势另外，单片机的开发手段也更加丰富，除用汇编语言外，更多地是采用模块化的语言、PL/M语言。
在集成电路方面，需要重点说明的是集成模拟乘法器和集成锁相环路及集成时基电路在自动控制系统中运用很广。在电机控制方面，还有专用于产生PWM控制信号的HEF4752、TL494、SLE4520和MA818等应用也相当广泛。
电力电子器件论文范文第8篇
1.课程建设与改革思路
教学内容和教学体系的改革是“电力电子技术”课程改革中最重要的环节，直接关系到教学质量的提高，关系到应用型人才培养的要求。我校按照电力电子器件—电力电子变换电路—电力电子电路的微机控制技术—电力电子技术应用的思路，以电力电子器件为电路服务，电路为电力电子系统服务，系统为电力电子应用服务的理念作为教学内容设置的主导思想，以应用能力和工程素质培养为核心，精选理论内容，强化技术应用，及时而恰当地引入电力电子技术的新知识、新技术、新工艺。
2.调整教学内容
在教学设计上理论与实践相结合，知识传授与应用能力培养相结合，课内与课外相结合，讲授与研讨相结合。将电力电子器件、变换电路作为传统内容，将电力电子技术应用作为实用内容，将最先进的自动控制生产线作为新技术，对典型电力电子及电气传动系统分析作为讨论内容，将科研课题引入课堂作为启发内容，通过典型案例分析，将理论与实际结合，培养学生解决实际问题的能力，并通过渗透行业规范、安全操作规程、文明生产等知识培养学生的工程素质。课程的讲授以电力电子器件的工作原理、特性、参数、选择、驱动与保护电路为基础，以AC/DC、DC/AC、DC/DC、AC/AC变换电路结构、工作原理、波形分析和参数计算及电路设计为核心，以微机控制的脉宽调制技术（PWM）和各种软开关技术作为新的控制方法和新技术，把电力电子学科的发展方向引入课堂。以电力电子器件的应用电路为教学的重点，解决实际工程问题，使学生能充分认识现代电力电子技术对交、直流电路的控制和变换能力，并掌握各种变换原理和方法，为后续课程“运动控制系统”深入学习及毕业设计打下坚实的基础。
二、强化实践教学，提高学生实践能力和创新能力
1.完善实践教学条件
“电力电子技术”课程具有很强的工程性和实用性，而实验是培养学生理论联系实际、动手能力、严谨的态度和科学研究方法的重要手段。因此，以营造真实的、先进的工程环境为目标，紧密结合工程实际应用，投入100多万元建设和完善了电力电子技术实验室。现实验室拥有实验设备24台套，开发了电力电子技术仿真研究平台，构建了电力电子技术实践教学体系（包括课内实验、课外实验、课程设计、生产实习和毕业设计等），编制相关的教学文件。实验室向学生全面开放，学生以团队的形式开展自主性实验和学科竞赛培训，并为学生提供实际工程技术资料、仿真实训教学软件，培养工程实践应用能力。
2.精心设计实验内容
课程组精心设计了实验教学项目和内容，引导学生从问题出发，逐步由基础实验走向设计性和综合性实验，再过渡到创新性实验。开设了晶闸管整流、逆变的验证性实验，使学生对本课程的应用有初步认识；对直流斩波、交交变换以及PWM控制技术部分的实验，则由教师给出电路参数要求，由学生自行设计主电路、驱动电路等，完成设计性实验，培养学生分析问题，解决问题的能力；软开关技术的实现等具有较高实用价值的实验项目，密切联系着当今电力电子技术发展的最前沿技术，并且在国民经济发展中起着重要作用。通过实验学生了解了电力电子新技术的发展动态，同时对本课程的应用领域、可以解决的问题有了更直观感性的认识。实验项目与科研、工程、社会应用实践密切联系，形成良性互动，实现基础与前沿、经典与现代的有机结合，有利于学生创新能力的培养和自主训练。3.增设课程设计与调试环节开设了1周“电力电子技术”课程设计与调试实践环节，以完整的电力电子系统为载体，将电力电子器件选择以及电力电子主电路、驱动电路、保护电路、检测电路、控制电路等内容有机地结合起来，使学生通过设计、组装、实验和调试“四位一体”的训练，培养学生的实践能力和创新能力。同时，在教学中使用计算机仿真软件Matlab/Simulink搭建各种常用电力电子电路，且可方便地调整电路的参数进行仿真，培养学生应用计算机处理复杂电力电子电路的能力，也为日后从事工程设计和科学研究打下良好的基础。
三、改进教学方法与手段，调动学生学习主动性和积极性
在实际教学实践中，笔者始终坚持以学生为主体、教师为主导、能力为主线的教育理念，根据课程内容合理采用不同的教学方法组织课堂教学，将“理论+实践+应用能力”的教学模式贯穿在整个教学活动中，由传统的教师满堂灌唱独角戏变成了教师学生共同参与的互动学习，教与学融为一体。教师有所教，学生有所学，极大地调动了学生的学习积极性，加深了学生的理解，加快了学习步伐。通过启发教学法、案例教学法、任务驱动教学方法等，增强学生主观能动性，活跃课堂气氛，挖掘学生潜力，增强专业素养，逐渐让学生由“学会”变成“会学”，由被动变主动汲取知识。为了分析电力电子器件和电路的工作状态，使学生弄清电路中能量的变换和传递，笔者制作了本课程比较完善的多媒体教学课件。利用多媒体技术将实际应用中的电路和电力电子装置做成影音资料带到课堂上，结合典型工程实例，并把电力电子前沿的研究状况、最新的研究成果以图表、图片等方式充实到教学课件中，提高学生的感性认识，激发学生学习的兴趣，不断提高教学效果及教学质量。同时，建设了本课程的教学网站，网站资料丰富，包括教学资料和典型工程实例等，学生可以在网上学习，教师可以在网上进行答疑，激发了学生学习的兴趣，提高了教学效果。
四、改革考核方式，提高学生对知识的综合运用能力
1.考试过程全程化
教师根据“电力电子技术”课程性质和不同阶段的教学要求，通过课堂提问、讨论、平时作业、单元测验、实际操作、撰写报告或论文等方式加强形成性考试评价，并安排阶段性考试以强化学生平时对课程教学内容的学习和掌握，弱化期末终结性考核。
2.考核内容能力化
考核内容围绕应用能力和工程素质培养为核心这个目标设置，结合新的“电力电子技术”教学内容体系，加大电力电子器件特性分析、实际电路分析、应用案例分析、实践技能的比例，侧重考查学生对知识的综合运用、解决问题的能力。
3.考核方式多元化
根据不同阶段的教学要求，考核采取口试、笔试（开卷、闭卷）、开发设计相结合的形式，变单一形式的考核为多种形式的考核。
五、组织课外科技创新活动，探索课内与课外培养的有效机制
按照课内培养与课外培养相结合的原则，把培养学生实践创新能力固化在教学任务中，成立了课外科技活动小组，注意引导和鼓励学生积极参加各种科技竞赛活动。依托电力电子实验室的硬件设施，积极组织学生参加全国大学生电子设计大赛和“挑战杯”竞赛，以培养和提高学生的自学能力、实践能力和创新意识。在运行中，加强课外实践活动的组织和管理，制订《大学生课外科技创新实践活动运行管理办法》和《实验室开放运行管理办法》，对大学生第二课堂教育的条件保障、激励政策、管理办法、评价办法等做了明确规定，形成了有效的大学生科技创新实践活动保障体系。
六、加强青年教师培养，提高课程组教师整体水平
师资队伍建设是课程建设的关键，课程组教师的理论教学水平、工程实践能力、科研水平直接关乎“电力电子技术”课程建设水平。按照校内培养与校外培养相结合、教学培养和科研培养相结合的原则，通过建立青年教师“导师制”、定期开展教学研讨和教学观摩、实行青年教师实验室坐班制、深入工业企业生产实际、选派教师参加新技术培训等措施，不断提高青年教师教学水平、学术水平和实践能力。
七、结语
电力电子技术随着社会科学技术的发展而不断地更新，其应用范围越来越广泛，不仅用于一般工业，也广泛用于交通运输、电力、通信、计算机、新能源系统等。“电力电子技术”课程教学应紧跟时代变化的步伐，不断更新和充实教学内容，改进教学方法与手段，完善实践教学条件建设，创新实验内容，将电力电子技术理论知识与实践紧密联系，培养学生的工程意识，提高实践能力和创新能力。
电力电子器件论文范文第9篇
【关键词】电力工程；电气自动化：自动化技术
1 全控型电力电子开关逐步取代半控型晶闸管
50年代末出现的晶闸管标志着运动控制的新纪元。它是第一代电子电力器件，在我国至今仍广泛用于直流和交流传动控制系统。随着交流变频技术的兴起，相继出现了全控式器件一CTR、GTO、P―MOSEFT等。这是第二代电力电子器件。由于目前所能生产的电流／电压定额和开关时间的不同，各种器件各有其应用范围。
GTR的二次击穿现象以及其安全工作区受各项参数影响而变化和热容量小、过流能力低等问题，使得人们把主要精力放在根据不同的特性设计出合适的保护电路和驱动电路上，这也使得电路比较复杂，难以掌握。
GTO是一种用门极可关断的高压器件，它的主要缺点是关断增益低，一般为4～5，这就需要一个十分庞大的关断驱动电路，且它的通态压降比普通晶闸管高，约为Zv～4.5v，开通di／dt和关断dv／dt也是限制GTO推广运用的另一原因，前者约为500A／us，后者约为500V／us，这就需要一个庞大的吸收电路。
由于GIR、GTO等双极性全控性器件必须要有较大的控制电流，因而使门极控制电路非常庞大，从而促进厂新一代具有高输入阻抗的MOS结构电力半导体器件的一切。功率MOSFfff是一种电压驱动器件，基本上不要求稳定的驱动电流，驱动电路只需要在器件开通时提供容性充电电流，而关断时提供放电电流即可，因此驱动电路很简单。它的开关时间很快，安全工作区十分稳定，但是P―MOSFET的通态电压降随着额定电压的增加而成倍增大，这就给制造高压P―MOSFET造成了很大困难。
IGBT是P―MOSFET工艺技术基础上的产物，它兼有MOS―FET高输入阻抗、高速特性和GTR大电流密度特性的混合器件。其开关速度比P―MOSFET低，但比GTR快；其通态电压降与GTR相拟约为1.5V～3.5v，比P―MOSFET小得多，其关断存储时间和电流下降时间为别为0.2us―04us和0.2us～1.5us，因而有较高的工作频率，它具有宽而稳定的安个工作区，较高的效率，驱动电路简单等优点。
MOS控制晶闸管(MCT)是一种在它的单胞内集成了MOSFET的品闸管，利用MOS门来控制品闸管的开通和关断，具有晶闸管的低通态电压降，但其工作电流密度远高IGBT和GTR，在理论上可制成几千伏的阻断电压和几十千赫的开关频率，且其关断增益极高。
IGBT和MGT这一类复合型电力电子器件可以称为第三代器件。在器件的复合化的同时，模块即把变换器的双臂、半桥乃至全桥组合在一起大规模生产的器件也已进入实用。在模块化和复合化思路的基础上，其发展便是功率集成电路PIC(Powerl，IntegratcdCirrrrcute)，在PIC，不仅主回路的器件，而且驱动电路、过压过流保护、电流检测甚至温度自动控制等作用都集成到一起，形成一个整体，这可以算作第四代电力电子器件。
2 变换器电路从低频向高频方向发展
随着电力电子器件的更新，由它组成的变换器电路也必然要换代。应用普通晶闸管时，直流传功的变换器主要是相控整流，而交流变频船动则是交一直一交变频器。当电力电子器件进入第二代后，更多是采用PWM变换器了。采用PWM方式后，提高了功率因数，减少了高次谐波对电冈的影响，解决了电动机在低频区的转矩脉动问题。
但是PWM逆变器中的电压、电流的谐波分量产生的转矩脉动作用在定转子上，使电机绕组产生振动而发出噪声。为了解决这个问题，一种方法是提高开关频率，使之超过人耳能感受的范围，但是电力电子器件在高电压大电流的情况下导通或关断，开关损耗很大。开关损耗的存在限制了逆变器工作频率的提高。
3 交流调速控制理论日渐成熟
1971年，德国学者F，Blaschke阐明了交流电机磁场定向即矢量控制的原理，为交流传动高性能控制奠定了理论基础。矢量控制的基本思想是仿照直流电动机的控制方式，把定子电流的磁场分量和转矩分量解耦开来，分别加以控制。这种解耦，实际上是把异步电动机的物理模型设法等效地变换成类似于直流电动机的模式，这种等效变换是借助于坐标变换完成的。它需要检测转子磁链的方向，且其性能易受转子参数，特别是转子回路时间常数的影响。加上矢量旋转变换的复杂性，使得实际的控制效果难于达到分析的结果。
4 通用变频器开始大量投入实用
电力电子器件论文范文第10篇
关键词：电力电子；教学改革；应用人才培养；工程能力
作者简介：茅靖峰（1976-），男，浙江宁波人，南通大学电气工程学院，副教授；顾菊平（1971-），女，江苏南通人，南通大学电气工程学院，教授。（江苏 南通 226019）
基金项目：本文系江苏省高校“青蓝工程”基金项目、南通大学教学研究基金项目（项目编号：2011B50、2010B10）的研究成果。
中图分类号：G642.0?????文献标识码：A?????文章编号：1007-0079（2012）33-0032-02
近20年来，电力电子技术受计算机技术、控制技术与材料科学等关键技术的推动，得到了快速发展，其工程应用领域得到了迅猛扩张。由现代电力电子技术支撑的新型产业和对传统行业的技术改造，如新能源、绿色交通、智能电网、先进伺服驱动、极端环境探索、节能减排等，都取得了巨大的技术经济效益与社会效益，展现出了良好应用前景。[1，2]
为了适应电气信息类工程应用学科的发展，保持教学内容的新颖性，跟踪电力电子技术的最新热点，自2006年以来，南通大学电气工程学院开设了“现代电力电子技术”课程，在传统“电力电子技术”课程学习的基础上，结合地方经济发展特色和技术需求，讲授现代电力电子技术高级原理、新器件与新型工程应用，以此提高学生理论联系实际的工作能力，培养市场应用型人才。本文从该课程的教学目标、教学内容、实践教学和网络教学等方面，介绍了课程教研组对这门课程的教学改革和实践情况。
一、传统教学存在的问题分析
1.装置与系统级的概念不突出
传统的“电力电子技术”课程教学，侧重于器件级的理论分析，强调基于电力电子器件的电路拓扑解算，即以电力电子器件为核心，在器件基本结构、原理和特性学习的基础上，针对典型电力电子拓扑原理电路，从电力电子器件的通和断两个状态入手，对电力电子电路换流的物理过程、波形特性、电参数之间的数量关系进行分析和计算。
该教学结构的优点是概念清楚、体系完备、机理分析透彻，但也存在诸多弊端。例如，学生将电力电子学过多地关注在了电力电子器件上，弱化了从装置级和系统级的角度对电力电子电路进行理解和认知；割裂了电力电子功率电路与基于反馈原理的数模电控制电路、自动控制原理、工程实际应用电路之间的关系；大篇幅的基于晶闸管器件的理论分析和计算，降低了学生学习的兴趣；单一和过少的工程应用实例，减少了学生对课程实用性的认同感等等。
2.实践教学环节薄弱
电力电子技术作为工程技术需要有一定量的实验和实践环节才能保障学习效果。但在传统的“电力电子技术”课程实验项目中，基础性和简单验证性实验较多，不能很好地与当前的工程实际应用相联系，致使许多新技术、新方法无法通过实验来直观的体验。
而且电力电子实验设备的常用形式为基于挂件结构的实验台和实验箱，基本上与实验内容相关的重要元器件、电路和系统都被封闭于内。实验过程中，学生们无法看到功率元器件、配件及电子仪表的外观和关键连线。学生依照原理图机械地连接主电路、记录实验数据和波形，即使不了解电路的工作原理，也能较顺利地完成实验。因此，无法发挥学生的主观能动性，没有探索学习的动力，锻炼创新思维和动手能力的教学内容和平台也不足。
二、课程教学改革措施
1.以服务地方经济发展为导向，确立教改思路和目标
作为地方综合性高校，南通大学的电气工程及其自动化专业的定位是培养应用型工程技术人才，为区域经济发展提供智力支撑和人才支持。因此，本课程作为电气工程及其自动化专业的主干专业课程之一，其教学目标的确立需结合本区域的产业分布与发展特点，同时又紧紧围绕本专业的学科方向。
形成了以帮助学生从装置和系统角度理解和掌握电力电子技术，培养理论与实践能力兼具的创新型电力电子应用技术人才为目的，以新能源、运动控制、电源技术、柔流输配电等应用领域为背景，以讲授电力电子技术在实际工程应用中所需要处理的相关问题为主要内容的课程教学思路和培养目标。
2.整合教学内容，突出应用能力培养
根据培养目标，在学院学科特色和现有教学资源的基础上，对课程体系和内容进行了合理调整。舍弃了传统的以大篇幅晶闸管半控器件分析为主线的教学内容体系，建立了“以基于全控器件的实际应用为主线，以电力电子主拓扑电路结合系统级的自动控制原理及其实现电路分析为主要技术内容，培养学生从整体的角度认识和设计电力电子电路的能力”的课程教学体系。
整合后的教学内容由三部分组成：功率器件、典型电路、应用及其系统。功率器件是基础，重点讲授开关全控器件及其驱动电路；典型电路是主体，重点讲授基于全控器件的直直、逆变和整流三种变换电路及其控制机理；应用及其系统是提升，重点讲授电力电子在新能源发电、运动控制、电源和柔流输配电技术中的应用原理及其典型系统设计案例。三者层次明晰，但学时又有所侧重。即前两部分作为前续“电力电子技术”课程内容的回顾与拓展，讲授学时占总理论学时的近一半，第三部分作为工程应用与系统提升的重要部分，需着重讲授，以逐次勾勒出一个电力电子技术及其工程应用的整体全貌。
在教学内容的组织与讲授中，凝炼理论教学的内容，在原理的讲授中注意培养学生面向工程的意识和思维，并及时动态地将教学团队获得的最新科研成果以及科研项目的最新进展融合到相关的课程内容中去，让学生接受到来自科研和工程研发第一线的新知识、新技术。
另外，针对基于电力电子技术应用的电气工程及其自动化专业发展的趋势和前沿内容，以及课程中被压缩掉或被取消的专业知识，设置为系列课外专题讲座，聘请对专题内容有深入研究和独特造诣的教师及企业的科技人员讲授，以开拓学生的知识面、培养学生理论联系实际的思维及能力。
3.加强课内实验环节教学，注重理论联系实际
课内实验是在课堂教学的基础上，巩固理论知识，培养动手能力和初步设计技能，增强解决问题和分析问题的能力的必要教学一环。为了突出课程的工程实用性，采取了优选验证性实验，增加了设计型和综合型实验项目的课内实验设置方法。
注重电路的工作机理分析与工程实际问题是验证性实验项目的选择标准。优选的该类实验项目包括：常用PWM控制器件及特性、不控整流的谐波与抑制、SPWM/SVPWM/方波PWM逆变策略的实现电路及特性等。
注重工程实用性是设计型和综合型实验项目的选择标准。我们要求学生们对该类型的实验项目遵循“理论设计计算—>计算机仿真验证—>硬件实验电路测试—>波形数据分析总结”的顺序开展路线，以强化学生对知识点的掌握和实验内容的理解，并促进学生形成理论联系实际的科学实验作风。
增设的实验项目包括：各型升/降压直直变换器设计、有源功率因数校正器设计、谐振软开关设计、三相高频PWM整流器设计，以及他们的复合系统设计等。
课内实验项目设置为必修和开放式的选修两类，以弥补实验授课学时不足的矛盾，同时采取“案例讲解法”、“实物演示法”等不同的教学方法，在实验课上认真讲解实验内容、步骤和注意事项，以激发学生兴趣，调动其积极性。
此外，应改革课内实验成绩的评定方式，突出对实验过程的考核，鼓励探索性的设计型实验。具体措施包括增加课内实验在课程总成绩中的权重，增加实验预习报告、实验操作测评、实验过程问辩三方面的成绩考核项等，通过确立科学合理的考核方法，调动学生自主学习的积极性，形成务实的学习风气。
4.优化课程设计环节，培养工程设计能力
课程设计是对学生工程设计和应用能力、创新意识和创新精神培养的重要环节，其课时安排在全部理论课程讲授完毕后进行。
该实践环节依托于以现代电力电子技术与运动控制实验室为主体，以工程训练中心、控制电机、虚拟仪器、风力发电动模实验室等其他专业实验室为辅助的课程设计开放式创新训练实验平台。[3，4]课程设计内容以学生熟悉并感兴趣的热点工程为背景，从南通大学电气工程学院专业与学科特色以及科研项目中，提炼出其中典型的技术问题，设计出合理的课程设计项目。可选的背景包括：风力发电、光伏发电、精密电机伺服驱动、电力无功与谐波控制、磁悬浮控制、特种电源等。其中的典型技术问题包括：整流、正弦逆变、直直变换、Delta逆变、闭环自动控制、检测技术等。
针对少部分优秀学生采用“导师制”的课程设计教学方法，通过细致的指导，紧密的设计过程跟踪，来进一步提高课程设计质量，并促进这部分学生研究性论文、专利、小制作等方面成果的形成。
针对大部分学生采用“项目驱动教学法”的课程设计教学方法。学生以小组为单位，在选题库中自由选题，利用书刊、网络查找相关资料，自主形成完成项目的各种设计思路，以培养学生独立思考问题、解决问题的能力。
通过课程设计的锻炼，使学生将书本上的理论知识和实践经验真正融入了自己的知识链，提高了其综合能力以及自主创新和团队协作能力。
5.注重网络教学资源建设，提高自主性学习能力
网络教学是弥补课堂教学学时局限，开拓课程学习的知识面，引导学生开展自主性学习，提高人才培养质量的重要途径。课程组以校Blackboard网络教学平台为基础，通过长期投入、持续积累、动态跟踪的建设方式，建立了课程的网络辅助教学平台。
网站的教学材料提供了与课程相关的丰富的资源，内容包括教学资源库（课程教学大纲、多媒体课件、实验指导书、数值仿真实验例程、实验设备操作视频等文件）、参考资源库（经典学术论文、典型芯片和模块的使用手册、常用仿真软件说明、典型应用设计案例、产业趋势和研究热点等信息）、复习思考题库等版面区。
此外，课程组充分利用Blackboard网络平台的交互功能，完成诸如教学信息、在线电子试卷测试、远程答疑和讨论等教学工作，提高了教学的效率和效果。
三、结语
通过上述教学改革措施，同学们在课程学习的主动性、系统级的分析设计能力、实践动手能力以及理论联系实际的工程应用能力等方面均得到了提高，培养的学生在近年来的挑战杯、机器人和电子设计大赛等学科竞赛中均取得了良好成绩。
显然，基于应用型人才培养的课程改革是一项持续而动态的工作，课程教学中需依据卓越工程师教育培养思想，以实现人才培养需求与区域经济社会发展需求的无缝对接为导向，明确树立学生的主体观，合理安排理论和实践教学内容，运用合理的教学方法和手段以及科学的评价体系，以切实提高教学效果和人才培养质量。
参考文献：
[1]陈坚，康勇.电力电子学：电力电子变换和控制技术[M].第三版.北京：高等教育出版社，2011.
[2]刘晋，牛印锁，文俊.国内外“电力电子技术”课程教学研究[J].中国电力教育，2012，（6）：64-65.
[3]堵俊，吴晓，羌予践，等.以综合能力培养为抓手，构建电气类开放实验教学平台[J].电气电子教学学报，2008，30（S1）：128-130，134.