電力電子技術(shù)PPT_第1章_緒論

1、電力電子技術(shù)（第五版）n教師：劉慧賢n辦公室：電氣樓306第一章 緒 論 小小 結(jié)結(jié)1.4、電力電子技術(shù)應(yīng)用概述、電力電子技術(shù)應(yīng)用概述1.3、電力電子技術(shù)研究的內(nèi)容、電力電子技術(shù)研究的內(nèi)容1.1、電力電子技術(shù)及特點、電力電子技術(shù)及特點 引引 言言1.2、電力電子技術(shù)的發(fā)展概述、電力電子技術(shù)的發(fā)展概述引 言 電力電子技術(shù)的概念電力電子技術(shù)的概念 對概念的理解對概念的理解 電力電子技術(shù)的發(fā)展過程電力電子技術(shù)的發(fā)展過程 以器件的發(fā)展為標(biāo)志以器件的發(fā)展為標(biāo)志 電力電子技術(shù)的應(yīng)用電力電子技術(shù)的應(yīng)用一、電力電子技術(shù)及特點1 . I E E E1 . I E E E 定 義 ：定 義 ：電 力 電 子 技

2、術(shù) （電 力 電 子 技 術(shù) （ P o w e r P o w e r ElectronicsElectronics）：）：有效地使用電力半導(dǎo)體器件，應(yīng)用有效地使用電力半導(dǎo)體器件，應(yīng)用電路和設(shè)計理論以及分析開發(fā)工具，實現(xiàn)對電路和設(shè)計理論以及分析開發(fā)工具，實現(xiàn)對電能電能的的高效能高效能變換變換和和控制控制的一門技術(shù)，它包括電壓、電流、的一門技術(shù)，它包括電壓、電流、頻率和波形等方面的變換。頻率和波形等方面的變換。解釋解釋電子技術(shù)包括：電子技術(shù)包括： 信息電子技術(shù)信息電子技術(shù) 和和 電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)信息電子技術(shù)信息電子技術(shù)電子器件和電子電路（主要目的是信息處理）電力電子技術(shù)電力電子器件制造

3、技術(shù)和變流技術(shù)（主要目的是電能變換）電力電子器件均用半導(dǎo)體制成，也稱電力半導(dǎo)體器件。電力電子技術(shù)變換的“電力”，可大到數(shù)百MW甚至GW，也可小到數(shù)W甚至1W以下。 電力電子技術(shù)包括：電力電子器件、變流電電力電子器件、變流電路和控制電路三個部分路和控制電路三個部分。 其中電力電子器件是電力電子技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)和關(guān)鍵。 圖1-1 電力電子變換系統(tǒng)框圖 2. 2. 電力電子技術(shù)和其它學(xué)科的關(guān)系電力電子技術(shù)和其它學(xué)科的關(guān)系電力電子實際上是一門交叉學(xué)科交叉學(xué)科。Power Electronics名稱60年代出現(xiàn)。1974年，美國的W. Newell用圖1-2的倒三角形對電力電子學(xué)進行了描述，被全世界普遍接

4、受。 電力電力電子技術(shù)電子技術(shù)電子學(xué)電子學(xué)電力學(xué)電力學(xué)控制控制理論理論連續(xù)、離散 電路、器件靜止器、旋轉(zhuǎn)電機圖1-2 描述電力電子學(xué)的倒三角形電力電子技術(shù)和電子學(xué)的關(guān)系（1）電子學(xué)電子學(xué)中的電子器件 對應(yīng)于 電力電子器件電子學(xué)電子學(xué)中的電子電路 對應(yīng)于 電力電子電路電力電子器件制造技術(shù)和電子器件制造技術(shù)的理論基礎(chǔ)是一樣的。大多數(shù)工藝也相同，現(xiàn)代電力電子器件制造大都使用集成電路制造工藝，采用微電子制造技術(shù)，許多設(shè)備都和微電子器件制造設(shè)備通用，二者同根同源。電力電子技術(shù)和電子學(xué)的關(guān)系（2） 電力電子電路和電子電路電力電子電路和電子電路許多分析方法一致，僅應(yīng)用目的不同應(yīng)用目的不同：廣義而言，電子電路

5、中的功放和功率輸出也可算做電力電子電路；電力電子電路廣泛用于電視機、計算機等電子裝置中，其電源部分都是電力電子電路；器件的工作狀態(tài)器件的工作狀態(tài)： 信息電子，既可處于放大狀態(tài)，也可工作在開關(guān)狀態(tài)； 電力電子，為避免功率損耗過大，總在開關(guān)狀態(tài) 。 電力電子技術(shù)與電力學(xué)的關(guān)系 主要關(guān)系主要關(guān)系：電力電子技術(shù)廣泛用于電力工程中。 電力電子裝置廣泛用于高壓直流輸電、靜止無功補償、電力機車牽引、交直流電力傳動、電解、勵磁、電加熱、高性能交直流電源等電力系統(tǒng)和電氣工程中。 通常把電力電子技術(shù)歸屬于電氣工程學(xué)科。 電力電子技術(shù)是電氣工程學(xué)科中一個最為活躍的分支，其不斷進步給電氣工程的現(xiàn)代化以巨大的推動力。電

6、力電子技術(shù)與控制理論的關(guān)系 控制理論廣泛用于電力電子技術(shù)，使電力電子裝置和系統(tǒng)的性能滿足各種需求； 電力電子技術(shù)可看成“弱電控制強電”的技術(shù)，是“弱電和強電的接口”，控制理論是實現(xiàn)該接口的強有力紐帶； 控制理論和自動化技術(shù)密不可分，電力電子裝置是自動化技術(shù)的基礎(chǔ)元件和重要支撐。3. 3. 電力電子技術(shù)分支和特點：電力電子技術(shù)分支和特點：分為電力電子分為電力電子器件制造技術(shù)器件制造技術(shù)和和變流技術(shù)變流技術(shù)兩個分支。兩個分支。特點特點電力電子技術(shù)的發(fā)展集中體現(xiàn)在電力電子器件的發(fā)展上；這些器件一般均工作在開關(guān)狀態(tài)，這是重要特征；電力電子技術(shù)是電氣工程學(xué)科中目前最為活躍的分支。有人預(yù)言：電力電子技術(shù)和

7、運動控制一起，和計算機技術(shù)共同成為未來科學(xué)技術(shù)的兩大支柱未來科學(xué)技術(shù)的兩大支柱。二、電力電子技術(shù)的發(fā)展概述 12四個階段四個階段史前期史前期（1957年以前）： 使用水銀整流器（汞整流器），其性能和晶閘管類似。 這段時間，各種整流、逆變、周波變流的電路和理論已經(jīng)成熟并廣泛應(yīng)用。晶閘管時代晶閘管時代（195770年代）：全控型器件時代全控型器件時代（70年代后期）：復(fù)合器件時代復(fù)合器件時代（80年代中后期）：即為電力電子器件的發(fā)展史。以即為電力電子器件的發(fā)展史。以19571957年美通用電氣公司年美通用電氣公司第一只第一只晶閘管的誕生晶閘管的誕生為標(biāo)志，標(biāo)志電力電子器件和技術(shù)為標(biāo)志，標(biāo)志電力電子

8、器件和技術(shù)的誕生。的誕生。 電力電子技術(shù)的發(fā)展史是以電力電子器件的發(fā)展史為綱的晶閘管問世，(公元元年)IGBT出現(xiàn) 功率集成器件晶閘管時代水銀（汞?。┱髌鲿r代電子管問世全控型器件迅速發(fā)展史前期（黎明期）190419301947 19571970 1980 1990 2000t(年)晶體管誕生1、電力電子技術(shù)的史前期晶閘管出現(xiàn)前的時期，用于電力變換的電子技術(shù)已經(jīng)存在：1904年出現(xiàn)了電子管電子管（Valve），能在真空中對電子流進行控制，并應(yīng)用于通信和無線電，從而開了電子技術(shù)之先河；后來出現(xiàn)了水銀整流器水銀整流器（mercury-vapour thyratrons），其性能和晶閘管很相似。在3

9、0年代到50年代，是水銀整流器發(fā)展迅速并大量應(yīng)用的時期。它廣泛用于電化學(xué)工業(yè)、電氣鐵道直流變電所以及軋鋼用直流電動機的傳動，甚至用于直流輸電；各種整流電路、逆變電路、周波變流電路的理論已經(jīng)發(fā)展成熟并廣為應(yīng)用。在晶閘管出現(xiàn)以后的相當(dāng)一段時期內(nèi)，所使用的電路形式仍然是這些形式；交流電變?yōu)橹绷麟姷姆椒ǔy整流器外，還有發(fā)展更早的電動機直流發(fā)電機組，即變流機組。和旋轉(zhuǎn)變流機組相對應(yīng)，靜止變流器的稱呼從水銀整流器開始并沿用至今；1947年美國貝爾實驗室發(fā)明晶體管晶體管（transistor)，引發(fā)了電子技術(shù)的一場革命；最先用于電力領(lǐng)域的半導(dǎo)體器件是硅二極管硅二極管。2、晶閘管時代（1957年開始）晶閘

10、管 SCR(Silicon Controlled Rectifier)可通過門極控制開通，但通過門極不能控制關(guān)斷，屬于半控型器件。晶閘管因其電氣性能和控制性能優(yōu)越，很快取代了水銀整流器和旋轉(zhuǎn)變流機組，應(yīng)用范圍也迅速擴大。電化學(xué)工業(yè)、鐵道電氣機車、鋼鐵工業(yè)（軋鋼用電氣傳動、感應(yīng)加熱等）、電力工業(yè)（直流輸電、無功補償?shù)龋┑难杆侔l(fā)展也有力地推動了晶閘管的進步。電力電子技術(shù)的概念和基礎(chǔ)就是由于晶閘管及晶閘管變流技術(shù)的發(fā)展而確立的。對晶閘管電路的控制方式主要是相位控制方式。晶閘管的關(guān)斷通常依靠電網(wǎng)電壓等外部條件來實現(xiàn) 。目前由于其能承受的電壓、電流容量仍是目前器件中最高的，而且工作可靠，所以許多大容量場

11、合仍大量使用SCR。3、全控型器件時代（70年代后期） GTO 可關(guān)斷晶閘管 BJT(GTR) 電力雙極型晶體管 Power-MOSFET 電力場效應(yīng)管這些器件可以通過門極（或柵極、基極）控制開通和關(guān)斷。同時，這些器件可以達到的開關(guān)頻率均較高。這些器件大大推進了電力電子技術(shù)的發(fā)展。和SCR電路的相位控制方式相對應(yīng)，全控型器件電路常使用脈沖寬度調(diào)制（PWM Pulse Width Modulation）方式進行控制。4、復(fù)合型器件時代（80年代后期）復(fù)合型器件復(fù)合型器件：以絕緣柵極雙極型晶體管（IGBT Insulated-Gate Bipolar Transistor）為代表： IGBTMOS

12、FETBJT 它集MOSFET的驅(qū)動功率小、開關(guān)速度快的優(yōu)點和BJT通態(tài)壓降小、載流能力大的優(yōu)點于一身，性能十分優(yōu)越，使之成為現(xiàn)代電力電子技術(shù)的主導(dǎo)器件。 與IGBT相對應(yīng)，MOS控制晶閘管（MCT）和集成門極換流晶閘管（IGCT）都是MOSFET和GTO的復(fù)合，它們也綜合了MOSFET和GTO兩種器件的優(yōu)點。 功率集成電路：把驅(qū)動、控制、保護電路和功率器件集成在一起，構(gòu)成功率集成電路（PIC）。目前其功率都還較小，但代表了電力電子技術(shù)發(fā)展的一個重要方向 。 這些器件實現(xiàn)了功率器件與電路的總體集成，它使微電子技術(shù)與電力電子技術(shù)相輔相成，把信息科學(xué)融入功率變換。 器件實現(xiàn)了多功能化，不但具有開關(guān)

13、功能，還增加了保護、檢測、驅(qū)動等功能，有的器件還具有放大、調(diào)制、振蕩及邏輯運算的功能，使強電與弱電達到了完美的結(jié)合，應(yīng)用電路結(jié)構(gòu)大為簡化，電力電子應(yīng)用范圍進一步拓寬。 功率集成電路又分為高壓集成電路HVIC和智能功率集成電路SPIC，而IPM則是IGBT的智能化模塊。目前PIC和IPM器件的發(fā)展非常迅速。 5、電力電子技術(shù)的前景電力電子器件發(fā)展的目標(biāo)是：大容量、高頻率、易驅(qū)動、低損耗、小體積（高芯片利用率）、模塊化。新的控制技術(shù)的使用，以減小電力電子器件的開關(guān)損耗，如軟開關(guān)技術(shù)：通過諧振電路使得器件在零電壓（ZVS）或零電流（ZCS）的狀態(tài)下進行開關(guān)。電力電子應(yīng)用系統(tǒng)向著高效、節(jié)能、小型化和智

14、能化的方向發(fā)展。三、電力電子技術(shù)研究的內(nèi)容 包括三個方面：電力電子器件變流電路控制電路 1、電力電子開關(guān)器件 一般特征（與信息處理器件比較）表現(xiàn)在以下幾個方面： 1)電力電子器件所能處理電功率的大小能處理電功率的大小，即承受電壓電流的能力遠大于處理信息的電子器件。 2)電力電子器件一般工作于開關(guān)狀態(tài)開關(guān)狀態(tài)。 3)電力電子器件需要由信息電子電路來控制需要由信息電子電路來控制。 4)由于耗散功率大，在器件封裝時需考慮散熱設(shè)計及工作時外部需安裝散熱器需安裝散熱器。 按照器件能夠被控制電路信號所控制的程度按照器件能夠被控制電路信號所控制的程度，分為以下分為以下三類：三類：1）半可控器件）半可控器件絕

15、緣柵雙極晶體管（Insulated-Gate Bipolar TransistorIGBT）電力場效應(yīng)晶體管（PowerMOSFET）門極可關(guān)斷晶閘管（GTO）、巨型晶體管GTR3）不控型器件）不控型器件電力二極管（Power Diode）常見的有大功率二極管、快速恢復(fù)二極管及肖特基二極管。只有兩個端子，器件的通和斷是由其在主電路中承受的電壓和電 流決定的。通過控制信號既可控制其導(dǎo)通又可控制其關(guān)斷，又稱自關(guān)斷器件。晶閘管（Thyristor）及其大部分派生器件器件的關(guān)斷由其在主電路中承受的電壓和電流決定2）全控型器件）全控型器件通過控制信號可以控制其導(dǎo)通而不能控制其關(guān)斷。不能用控制信號來控制其

16、通斷, 因此也就不需要驅(qū)動電路。電力電子器件的分類電力電子器件的分類基本分類按電力電子器件的驅(qū)動性質(zhì)按電力電子器件的驅(qū)動性質(zhì)可以將器件分為電壓型和電流型器件。u1、電流型器件、電流型器件必須有足夠的驅(qū)動電流才能使器件導(dǎo)通，因而一般情況下需要較大的驅(qū)動功率，這類器件有SCR、GTR、GTO等。u2、電壓型器件、電壓型器件的導(dǎo)通只需要有足夠的電壓和很小的驅(qū)動電流，因而電壓型器件只需很小的驅(qū)動功率，這類器件有IGBT、MOSFET、MCT等。 基本分類按照器件內(nèi)部電子和空穴兩種載流子參與按照器件內(nèi)部電子和空穴兩種載流子參與導(dǎo)電的情況導(dǎo)電的情況分為三類： 1、雙極型電力電子器件、雙極型電力電子器件：是

17、指器件內(nèi)部電子和空穴兩種載流子都參與導(dǎo)電過程的半導(dǎo)體器件,這類器件具有通態(tài)壓降低、阻斷電壓高、電流容量大等優(yōu)點,適用于中大容量的變流裝置和電動機的驅(qū)動控制。 這類器件有巨型晶體管(GTR)、可關(guān)斷晶閘管(GTO)、靜電感應(yīng)晶閘管(SITH)等?；痉诸?2、單極型電力電子器件、單極型電力電子器件：是指器件內(nèi)只有多數(shù)載流子參與導(dǎo)電過程的半導(dǎo)體器件,這類器件具有驅(qū)動功率小、工作速度高、無二次擊穿問題、安全工作區(qū)寬、電流負溫度系數(shù)良好的電流自動調(diào)節(jié)能力、良好的熱穩(wěn)定性和較高的抗干擾能力等優(yōu)點,適用于中小功率、開關(guān)頻率高的變流裝置和電動機的驅(qū)動控制,如高保真度的音頻放大,多種通訊設(shè)備和宇航空間技術(shù)等領(lǐng)

18、域。 這類器件包括有功率場效應(yīng)晶體管(MOSFET)和靜電感應(yīng)晶體管(SIT)等?；痉诸?3、混合型電力電子器件、混合型電力電子器件：是由雙極型和單極型兩種器件混合集成。 利用耐高壓、電流容量大的雙極型器件(如SCR、GTR、GTO)作為輸出級; 利用輸入阻抗高、頻率響應(yīng)快的單極型器件(如MOSFET)作為輸入級。 從而具備雙極和單極器件的優(yōu)點。這類器件有絕緣柵雙極晶體管(IGBT)、MOS晶體管(MCT)、功率集成電路(PIC)等,其中功率集成電路PIC分為高壓集成電路(HVIC)和智能功率集成電路(SPIC)。2、電力電子應(yīng)用系統(tǒng)組成電力電子應(yīng)用系統(tǒng)或變流電路：電力電子應(yīng)用系統(tǒng)或變流電路

19、：以電力半導(dǎo)體器件為核心，通過不同的電路拓撲和控制方式來實現(xiàn)對電能的轉(zhuǎn)換和控制，。 由控制電路、驅(qū)動電路和以電力電子器件為核心的主電路組成。 控制電路檢測電路驅(qū)動電路RL主電路V1V2圖1-3 電力電子應(yīng)用系統(tǒng)或變流電路 控制電路控制電路通過檢測電路按系統(tǒng)的工作要求形成控制信號，通過驅(qū)動電路去控制主電路中電力電子器件的通或斷，來完成整個系統(tǒng)的功能。 主電路中的電壓和電流一般都較大，而控制電路的元器件只能承受較小的電壓和電流，因此在主電路和控制電路連接的路徑上，一般需要進行電氣隔離電氣隔離，通過其它手段如光、磁等來傳遞信號。 由于主電路中往往有電壓和電流的過沖，而電力電子器件一般比主電路中普通的

20、元器件要昂貴，但承受過電壓和過電流的能力卻要差一些，因此，在主電路和控制電路中附加一些保護電路保護電路，以保證電力電子器件和整個電力電子系統(tǒng)正常可靠運行。 確定變換主電路結(jié)構(gòu)的基本方法被稱為電力電確定變換主電路結(jié)構(gòu)的基本方法被稱為電力電子電路拓撲研究和綜合分析子電路拓撲研究和綜合分析。 變換器拓撲變換器拓撲可以理解為變換器主回路所有元器件的平面布置。概括地說，變換器拓撲實質(zhì)上是按一定規(guī)則聯(lián)接的一組半導(dǎo)體器件陣列，其中包括無源及有源功率元件。 現(xiàn)代電力電子工程的主要研究方向之一是尋求變換主電路的拓撲優(yōu)化拓撲優(yōu)化，即在功率變換主回路設(shè)計中，按照經(jīng)濟指標(biāo)和變換性能指標(biāo)為約束條件，優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)中各元件的物

21、理位置。 電力電子變換器工作時，各開關(guān)器件輪流導(dǎo)通向負載傳遞電源能量，因此流向負載的電能一定要從一個或一組元件向另一個或另一組元件轉(zhuǎn)移，這個過程叫做換流或換流或換相換相。 換流過程換流過程總是在一個開關(guān)被開通的同時關(guān)斷原來導(dǎo)通著的開關(guān)，按照導(dǎo)通元件在下一個元件開通時的關(guān)斷的方式。 電力電子電路有四種換流方式 1、電源換流。、電源換流。由電源電壓極性改變向?qū)ㄔ峁┓聪蚍怄i電壓使其關(guān)斷。這種換流方式只適用于交流電源供電，以不控或半控開關(guān)器件組成的變流電路，如整流器等。 2、負載換流。、負載換流。由負載電壓或電流極性改變向?qū)ㄔ┘臃聪蚍怄i電壓使其關(guān)斷。它用于直流供電、負載可振蕩的直流交流變換

22、電路。 3、強迫換流。、強迫換流。由外部電路向?qū)ㄔ娦刑峁┓聪蚍怄i電壓或從導(dǎo)通元件控制極施加關(guān)斷信號迫使其關(guān)斷。這種方式常見于晶閘管直流直流變換電路和所有斬控式變換電路。 4、無換相方式。、無換相方式。負載電流因方向改變過零使原來導(dǎo)通元件自行關(guān)斷。這種方式見于晶閘管交流電壓控制器。 3、電力電子功率變換的基本類型 常見的電力變換種類 （1）ACDC變換定義：定義：把交流電壓變換成固定或可調(diào)的直流電壓，即為ACDC變換。 傳統(tǒng)的ACDC變換是利用晶閘管和相控技術(shù)，依靠電網(wǎng)電壓換流實現(xiàn)的。其主要特點是控制簡單，運行可靠，適宜超大功率應(yīng)用。存在的問題是產(chǎn)生低次諧波，對電網(wǎng)是滯后功率因數(shù)的負載，這

23、種非線性負載的迅速增多對電網(wǎng)產(chǎn)生了嚴(yán)重影響。 20世紀(jì)80年代后期，開始采用PWM技術(shù)和靜電感應(yīng)晶閘管構(gòu)成有源電網(wǎng)調(diào)節(jié)器，它同時具有濾波和無功補償?shù)墓δ?。高功率因?shù)整流器克服了相控整流的缺點，可以使電網(wǎng)電壓和電流同相位，還能夠調(diào)節(jié)電容電壓以抵消電網(wǎng)電壓波動使輸出穩(wěn)定。 傳統(tǒng)電力技術(shù)如何將交流電變?yōu)橹绷麟姡?在直流電機調(diào)速應(yīng)用中，近年來直接用自關(guān)斷功率器件構(gòu)成PWM整流器，不僅控制直流電流，而且使交流側(cè)線電流成為正弦波并保持功率因數(shù)為1。（2）DCAC變換定義：定義：把直流電變換成頻率固定或可調(diào)的交流電通常被稱為逆變器DCAC。 按電源性質(zhì)可分為電壓型和電流型。 按控制方式可分為六拍(六階梯)方

24、波逆變器、PWM逆變器和諧振直流環(huán)節(jié)(軟性開關(guān))逆變器。 按換流性質(zhì)可分為依靠電網(wǎng)換流的有源逆變和自關(guān)斷元件構(gòu)成的無源逆變。 逆變裝置主要被用于機車牽引、電動車輛和其他交流電機調(diào)速、不間斷電源(UPS)系統(tǒng)、APLC系統(tǒng)和感應(yīng)加熱。 （3）ACAC變換定義：定義：把固定或變化的交流頻率、電壓變換成可調(diào)或固定的交流頻率、電壓即為ACAC變換，通常稱為變頻器變頻器。 傳統(tǒng)的交傳統(tǒng)的交交變頻交變頻采用晶閘管相控技術(shù)，可運行于有環(huán)流模式，通過對環(huán)流大小進行控制，可以使輸人端的無功功率不隨負載而變化。因而，用固定容量的電容器便可使輸入端功率因數(shù)恢復(fù)到1，也可將有源濾波器用于這種變換裝置吸收有害諧波。 交

25、交交變頻器的新發(fā)展交變頻器的新發(fā)展是基于PWM變換理論的矩陣式變換器。采用9只交流開關(guān)(由具有反向阻斷能力的自關(guān)斷器件反并聯(lián)構(gòu)成)組成一個半導(dǎo)體陣列。 其優(yōu)點優(yōu)點是在所有工作范圍內(nèi)總可以保持功率因數(shù)為1。 困難困難之處是高頻PWM開關(guān)的阻斷能力往往不對稱。 矩陣式變換器構(gòu)成調(diào)壓器可獲得調(diào)幅正弦波電源；矩陣式交-交變頻器可獲得高達0200Hz的調(diào)頻調(diào)幅交流電源。 傳統(tǒng)電力技術(shù)如何將一種頻率的交流電 變?yōu)榱硪环N頻率的交流電？（4）DCDC變換定義：定義：把固定或變化的直流電壓變換成可調(diào)或恒定的直流電壓即為DCDC變換器。 按變換電壓體制可分為降壓式、升壓式和升降壓式。 按線路拓撲可分為單端、雙端及

26、橋式電路。通常以直流PWM方式控制。 DCDC變換器廣泛地用于計算機電源、各類儀器儀表、直流電機調(diào)速及金屬焊接等。 諧振型開關(guān)技術(shù)是DCDC變換的新發(fā)展，可減小變換器體積、重量并提高可靠性。這種變換器有效地解決了開關(guān)損耗和器件應(yīng)力問題。 其中性能優(yōu)良的是諧振直流環(huán)節(jié)變換器。在軟性開關(guān)變換器中，諧振開關(guān)頻率可高達10MHz級，從而可設(shè)計出結(jié)構(gòu)緊湊的電源，甚至可以使電源分布在電路板上。在帶有諧振環(huán)節(jié)的DCDC變換器中，直流電流首先由諧振逆變電路變成高頻交流，然后再經(jīng)過高頻整流和濾波得到直流。這類變換原理是DCDC變換的主要發(fā)展方向。 （5）控制方式 控制電路的主要功能是為變換器拓撲中功率器件提供門

27、極(控制極)驅(qū)動信號。 主要由時序控制、各種保護電路、電位隔離及驅(qū)動功率放大等部分組成，完成輸入電能對負載的接通和斷開，從而實現(xiàn)所需的能量控制與形式變換。 電力電子電路控制方式一般都按器件開關(guān)按器件開關(guān)信號與控制信號間的關(guān)系信號與控制信號間的關(guān)系分類。 1、相控型。、相控型。器件開通信號相位，即導(dǎo)通時刻的相位，受控于控制信號幅度的變化。晶閘管相控整流和交流調(diào)壓電路均采用這種方式。通過改變導(dǎo)通相位角以改變輸出電壓的大小。 2、頻控型。、頻控型。用控制電壓的幅值變化來改變器件開關(guān)信號的頻率，以實現(xiàn)器件開關(guān)工作頻率的控制。這種控制方式多用于直流-交流變換電路中。 3、斬控型。、斬控型。器件以遠高于輸

28、入、輸出電壓工作頻率的開關(guān)頻率運行，利用控制電壓(即調(diào)制電壓)的幅值來改變一個開關(guān)周期中器件導(dǎo)通占空比，如PWM，從而實現(xiàn)電能的變換與控制。采用自關(guān)斷器件，通過這種控制方式可完成各種形式的電能變換與控制，并獲得比移相控制、頻率控制更好的整體性能。四、電力電子技術(shù)應(yīng)用 電力電子技術(shù)應(yīng)用非常廣泛，國防軍事、工業(yè)、交通、農(nóng)業(yè)、商業(yè)、文體、醫(yī)藥等以至家用電器無不滲透著電力電子技術(shù)的新成就。 (1)電機調(diào)速 (2)電源 (3)電源電網(wǎng)凈化技術(shù) (4)電力控制和電能傳輸 (5)照明 (6)新能源開發(fā)及新蓄能系統(tǒng)(1)電機調(diào)速 電力電子在交、直流電機調(diào)速中的應(yīng)用可歸納為兩個目的： 一是運動控制運動控制，為了

29、滿足自動化生產(chǎn)線、特殊生產(chǎn)工藝及某些品質(zhì)要求對電機進行調(diào)速控制。 第二個目的是節(jié)約電能節(jié)約電能。電機傳動軋鋼機軋鋼機數(shù)控機床冶金工業(yè)富士高速機車在運動控制中在運動控制中的主要應(yīng)用領(lǐng)域有： 電動汽車及各種電瓶車、地鐵、輕軌車以及機車牽引、超導(dǎo)磁懸浮鐵道系統(tǒng)； 石油工業(yè)中鉆井機械、管線輸油、石油精煉及采油機械； 軋鋼工業(yè)中可逆熱軋機、熱連軋機、帶鋼冷連軋機、可逆冷軋機、飛剪機控制、壓下螺絲位置控制及活套支持器自動控制等； 港口機械中翻車機、輸送機、碼頭起重機、堆料機、取料機、裝船機、碼頭管理和裝卸自動化； 各類起重機械及礦井提升機、機床及各種自動化生產(chǎn)線、高爐控制系統(tǒng)、調(diào)速電梯、供水系統(tǒng)、造紙、印

30、染及化工工業(yè)、紡織工業(yè)、船舶推進系統(tǒng)等。在節(jié)能運行控制中在節(jié)能運行控制中主要應(yīng)用于交流電動機的變頻調(diào)速。隨著電力電子技術(shù)的飛速發(fā)展，SFC(static frequency converter,靜止變頻裝置)已經(jīng)進入與直流調(diào)速相競爭的階段，并有取而代之的優(yōu)勢。SFC技術(shù)在電力系統(tǒng)的應(yīng)用主要有兩個： 發(fā)電廠的風(fēng)采、水泵使用變頻調(diào)速控制，會具有非常大的節(jié)電效益。 抽水蓄能機組采用SFC技術(shù)，可減小機組起動過程對電網(wǎng)的沖擊，并且機組在低水頭運行時，還可提高機組的效益。 近年來電力電子變頻技術(shù)的迅速發(fā)展，使交流電機的調(diào)速性能可與直流電機媲美，交流調(diào)速技術(shù)大量應(yīng)用并占據(jù)主導(dǎo)地位。幾百W到數(shù)千kW的變頻調(diào)

31、速裝置，軟起動裝置等；用電效率明顯提高，使節(jié)電達到30%以上。(2)電源 電力電子應(yīng)用的另一個重要的領(lǐng)域是在各種各樣的電源中。根據(jù)工業(yè)過程的需要，電源通常需電源通常需要變換成各種各樣的波形和功率等級要變換成各種各樣的波形和功率等級，而在各個領(lǐng)域的需求又是千差萬別的，因而電源的需求和品種非常之多。 弧焊電源、通信用電源、小型化開關(guān)電源、不間斷電源(UPS)感應(yīng)加熱電源、超聲波發(fā)生器、微波爐等設(shè)備電源。 在軍事應(yīng)用中主要是雷達脈沖電源、聲納及聲發(fā)射系統(tǒng)、武器系統(tǒng)、電子對抗、軍用電子系統(tǒng)和通訊系統(tǒng)電源、飛機變速恒頻(VSCF)電源。 程控交換機微型計算機(3)電源電網(wǎng)凈化技術(shù) 解決電力電子設(shè)備諧波污

32、染的主要途徑有兩條： 1、對電網(wǎng)實施諧波補償 2、對電力電子設(shè)備自身進行改進。(4)電力控制和電能傳輸 作為供電系統(tǒng)調(diào)節(jié)負載的方法，發(fā)電廠廣泛采用變速抽水蓄能發(fā)電變速抽水蓄能發(fā)電進行功率調(diào)節(jié)，在夜里利用多余的能量驅(qū)動渦輪(泵)，將水儲備到處于較高位置的水庫中，在白天重載時，利用 儲存的水力發(fā)電。在抽水蓄能發(fā)電設(shè)備中，水泵水輪機的轉(zhuǎn)速是通過其轉(zhuǎn)子上的交流勵磁 來控制的，采用交-交變換器勵磁，可根據(jù)負載要求靈活控制發(fā)電量。這種功率調(diào)節(jié)也可由蓄電池及變頻系統(tǒng)構(gòu)成。柔性交流輸電系統(tǒng)柔性交流輸電系統(tǒng)其作用是對發(fā)電輸電系統(tǒng)的電壓和相位進行控制。其技術(shù)實質(zhì)類似于彈性補償技術(shù)。3、電力系統(tǒng)電力系統(tǒng)高壓直流裝置

33、HVDC柔性交流輸電FACTS高壓直流輸電高壓直流輸電(HVDC)為了從根本上解決輸電系統(tǒng)的穩(wěn)定性問題，減少線路無功損耗，研究發(fā)展了遠距離、大功率高壓直流輸電系統(tǒng)，它需在線路兩端設(shè)置整流、逆變及無功補償裝置。這些新技術(shù)當(dāng)前在日本、歐洲和北美應(yīng)用得比較廣泛。功率器件主要采用SCR、GTO和SITH。靜止無功補償器靜止無功補償器（SVC）。SVC是用以晶閘管為基本元件的固態(tài)開關(guān)替代了電氣開關(guān)，實現(xiàn)快速、頻繁地以控制電抗器和電容器的方式改變輸電系統(tǒng)的導(dǎo)納。SVC可以有不同的回路結(jié)構(gòu)，按控制的對象及控制的方式不同分別稱之為晶閘管投切電容器（TSC）、晶閘管投切電抗器（TSR）或晶閘管控制電抗器（TCR）。用戶電力技術(shù)用戶電力技術(shù)(custom power) CP技術(shù)和FACTS技術(shù)是快速發(fā)展的姊妹型新式電力電子技術(shù)。采用FACTS的核心是加強交流輸電系統(tǒng)的可控性和增大其電力傳輸能力； 發(fā)展CP的目的是在配電系統(tǒng)中加強供電的可靠性和提高供