44电力电子技术课程设计11111..docx

1．绪论1.1什么是电力电子技术电力电技术是电气工程与技术、电子科学与技术控制理论三大学科的交叉学科，诞生于20世纪50一60年代。1974年美国学者W．Newell提出了电力电子学的定义，并用倒角形对，b力电子学做了描述(图1—1)，表明电力电子学是由电气工程与技术、电子科学与技术和控制理论三个学科交叉形成的。这一观点已被学术界普遍接受。? 图1.1电力电子技术的定义示意图从定义可见，电力电子技术是依靠电力电子器件组成各种电力变换电路，实现电能的高效率转换与控制的一门学科。ST代理商它包括电力电子器件、电力电子电路(变流电路)和控制技术三个组成部分。其中，电力电子器件是电力电子技术的基础，变流电路是电力电子技术的核心，而控制技术是电力电子技术发展的纽带。电力电子技术的研究任务是把各种电力器件实用、简效、可靠地应用于电能变换系统，它包括电力电子器件的工作原理与应用、变流电路的基本原理、控制技术以及电力电子装置的开发与应用等。 电能变换的基本类型电力电子电路的根本任务是实现电能变换和控制。电能变换的基本形式有四种：Ac／Dc变换、Dc／Ac变换、Dc／Dc变换、Ac／Ac变换，在某些变流装置中，可能同时包含两种以上变换。(一)AC／DC变换将交流吧能转换为固定或可调的直流电能的电路即为Ac／Dc变换，也叫整流电路。由电力二极管可组成不可控整流电路；用晶问管或其他全控型器件可组成可控整流电路。以往使用最方便的整流咆路为晶同管相控整流rb脐，其特点是控制简单，运行可靠，适宜大功率应用。存在的问题有：网侧功率因数低、谐波严重。内全控型器件组成的PwM整流电 路因具有高功率因数等优点，近年来得到进一少发展与推广，应用前景十分广阔。(二)Dc从c变换将直流电能转换为频率固定或可调的交流屯能的电路，常称为逆变电路。逆变LU路不但能使直流变成可调的交流，而且可输出连续可调的工作频率。完成逆变的山力屯装置称为逆变器。如揪将逆变器的交流侧接到交流屯网上．把直流电逆变成同频率的交流屯反送别电网去，称为有源逆变。它主要用于直流EU机的可逆调速、绕线转子异步rb动机的申级晌速、i苟压直流输电和太阳能发电等方面。如兴将逆变器的交流侧直接接到负载上，把立流心逆变成某一频率或可调频率的交流电供给负载，则称为无源坐。主耍在交流电机变频调速、感应加热、不间断电源(uPs)等方面应用十分广泛，是构成电力电子技水的重要内容。(三)DC／DC变换将一种直流电能转换成另一固定电压或可调电压的直流电的Lb路即为Dc／DL变换，也称为斩波电路。斩波电路大都采用PwM控制技术。它广泛地用于计算机电源、各类仪器仪表、直流Lb机调速及金届焊接等。（四)Ac／Ac变换将固定大小和频率的交流电能转化为大小和频率可调的交流电能的电路，即为人c／Ac变换或交流变换电路。交流变换电路可分为交流调压电路相交E交变频电路。交流调压电路征维持电能频率不变的情况下改变输出电压幅佰。它广泛应用于电炉温度控制、灯光调节、异步Eb动机的软启动和调速等场合。交—交变频rb路亦称周波变换器，它把电网频率的交流电直接变换成不同频率的交流电，主要用于大功率交流电动机调这系统。1.2电力电子技术发展概况电力电子器件是电力电子技术发展的基础，也是EU力电子技术发展的动力。从1957年美国通用电气(G正)公司发明了半导体开关器件——晶同管(喇％on cont?011ed rcct小er，SCR)以来，电力电子器件已经走道了50年的概念更新、性能换代的发展历程。大体可分为以下三代：(一)第一代电力电子器件以硅整流管和晶问管(scR)为代表的第一代电子电力器件，以共休积小、功耗低等优点首先在大功率整流电路中迅速取代老式的汞弧整流器，取得了明显的节能效果．并奠定丁现代屯力电子技术的基础。硅整流管又称电力二极管，产生于20世纪40iF代．是电力电子器件中结构最简单、使用员广泛的一种器件。目前，硅整流管已形成份通整流管、快恢复整流管和肖持基整流管三种主要类型。电力二极管对改善各种电力电子电路的性能、降低rb路损耗和提高电源使用效率等方面都具有非常重要的作用。随着各种高件能电力电子器件的山现，开发具百良好高频性能的电力整流管显得非常必要。目前，人们已经迥过新颖结构的设刘和大规模集成电路制作工艺的运用，研制出一些新型高压伙恢复整流管。1957年硅品闸管问世以后，电力电子器件的研究者作出了不懈的努力，经过结构的改进和工艺的改革，伎新器件不断出现ATMEL单片机相继开发出一系列品间管的派生器件。1964年，双向晶间管在cE公司开发成功。1961年，小功率光触发品间管出现，为共后出现的光糊合器打下了基础。20世纪60午代后期，大功率逆变品问管间世。成为当时逆变电路的基本万件。1974年，逆导品刚管和非对称品闸管研制完成。经过工艺完