序論：好文章的創(chuàng)作是一個不斷探索和完善的過程，我們?yōu)槟扑]十篇電力電子技術范例，希望它們能助您一臂之力，提升您的閱讀品質，帶來更深刻的閱讀感受。

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電力電子技術誕生近半個世紀以來，使電氣工程、電子技術、自動化技術等領域發(fā)生了深刻的變化，同時也給人們的生活帶來了巨大的影響。目前，電力電子技術仍以迅猛的速度發(fā)展著，新的電力電子器件層出不窮，新的技術不斷涌現(xiàn)，其應用范圍也不斷擴展。不論在全世界還是在我國，電力電子慢慢的被人所熟知，下面我們就電力電子電路和其應用、結構等進行簡單闡述。

1.電力電子電路

1.1 電子電路的概念

電子電路時利用電力電子器件對工業(yè)電能進行變換和控制的大功率電子電路。因為電路中無旋轉元、部件，故又稱靜止式變流電路，以區(qū)別于傳統(tǒng)的旋轉式變流電路（由電動機和發(fā)電機組成的變流電路）。電力電子電路始見于20世紀30年代，包括由氣體閘流管和汞弧整流管組成的低頻變流電路和由高頻電子管組成的變流電路。它們構成了第一代電力電子電路。60年代由晶閘管組成了第二代電路，泛稱半導體電力電子電路（又稱半導體變流電路）。80年代，由于可關斷晶閘管（GTO）和雙極型功率晶體管（GTR）等新型器件的實用化，又逐漸在不同領域中取代了普通晶閘管并形成第三代電路。由于它們具有控制極關斷和工作頻帶較寬的優(yōu)點，使電力電子電路具有更佳的技術和經(jīng)濟性能，獲得了更為廣泛的應用。

1.2 電力電子電路的特征

電力電子器件一般都工作在開關狀態(tài)導通時（通態(tài)）阻抗很小，接近于短路，電壓降接近于零，而電流由外電路決定阻斷時（斷態(tài)）阻抗很大，接近于斷路，電流幾乎為零，而管子兩端電壓由外電路決定電力電子器件的動態(tài)特性（也就是開關特性）和參數(shù)，也是電力電子器件特性很重要的方面，有些時候甚至上升為第一位的重要問題。作電路分析時，為簡單起見往往用理想開關來代替

1.3 典型電力電子電路的系統(tǒng)結構

電力電子電路的系統(tǒng)包括以下三種：

（1）電力電子器件：如功率二極管、晶閘管、功率MOSFET、IGBT、MCT等，分為不控型、半控型、全控型三種類型。

（2）電力電子電路：包括整流（AC/DC變換）、逆變（DC/AC變換）、直流變換（DC/DC變換）、交流變換（AC/AC變換）四大基本類型的變換電路。

（3）電力電子電路的輔助電路：包括控制電路、驅動電路、緩沖電路、保護電路等幾大類電路。

1.4 電力電子電路的分類

按實現(xiàn)電能變換時電路功能分類，可分為4種。

①整流電路（AC/DC變換電路）：具有整流功能的電路。凡將交流電能轉換為直流電能的過程泛稱為整流。

②逆變電路（DC/AC變換電路）：具有逆變功能的電路。凡將直流電能轉換為交流電能的過程稱為逆變。

③交流變換電路（AC/AC變換電路）：能將交流電能的大小和頻率加以改變的電路。前者稱交流調壓電路；后者稱變頻電路。

④直流變換電路（DC/DC變換電路）：能將直流電能的大小和方向加以改變的電路。由于采用斬波控制方式，故又稱直流斬波電路。

2.電力電子技術的應用

自20世紀80年代，柔流輸電（FACTS）概念被提出后，電力電子技術在電力系統(tǒng)中的應用研究得到了極大的關注，多種設備相繼出現(xiàn)。已有不少文獻介紹和總結了相關設備的基本原理和應用現(xiàn)狀。以下按照電力系統(tǒng)的發(fā)電、輸電和配電以及節(jié)電環(huán)節(jié)，列舉電力電子技術的應用研究和現(xiàn)狀。

2.1 在輸電環(huán)節(jié)中的應用

電力電子器件應用于高壓輸電系統(tǒng)被稱為“硅片引起的第”，大幅度改善了電力網(wǎng)的穩(wěn)定運行特性。配電系統(tǒng)迫切需要解決的問題是如何加強供電可靠性和提高電能質量。電能質量控制既要滿足對電壓、頻率、諧波和不對稱度的要求，還要抑制各種瞬態(tài)的波動和干擾。電力電子技術和現(xiàn)代控制技術在配電系統(tǒng)中的應用，即用戶電力（Custom Power）技術或稱DFACTS技術，是在FACTS各項成熟技術的基礎上發(fā)展起來的電能質量控制新技術?？梢詫FACTS設備理解為FACTS設備的縮小版，其原理、結構均相同，功能也相似。由于潛在需求巨大，市場介入相對容易，開發(fā)投入和生產(chǎn)成本相對較低，隨著電力電子器件價格的不斷降低，可以預期DFACTS設備產(chǎn)品將進入快速發(fā)展期。

2.2 在節(jié)能環(huán)節(jié)的運用

在電氣設備中，變壓器和交流異步電動機等都屬于感性負載，這些設備在運行時不僅消耗有功功率，而且還消耗無功功率。因此，無功電源與有功電源一樣，是保證電能質量不可缺少的部分。在電力系統(tǒng)中應保持無功平衡，否則，將會使系統(tǒng)電壓降低，設備破壞，功率因數(shù)下降，嚴懲時會引起電壓崩潰，系統(tǒng)解裂，造成大面積停電事故。所以，當電力網(wǎng)或電氣設備無功容量不足時，應增裝無功補償設備，提高設備功率因數(shù)。

2.3 優(yōu)化電能的使用

通過電力電子技術對電能的處理，使電能的使用達到合理、高效和節(jié)約，實現(xiàn)了電能使用最佳化。例如，在節(jié)電方面，針對風機水泵、電力牽引、軋機冶煉、輕工造紙、工業(yè)窯爐、感應加熱、電焊、化工、電解等14個方面的調查，潛在節(jié)電總量相當于1990年全國發(fā)電量的16%，所以推廣應用電力電子技術是節(jié)能的一項戰(zhàn)略措施，一般節(jié)能效果可達10%-40%。

3.電力電子技術目前在我國存在的主要問題

雖然我國電力電子的開發(fā)研究已有50年歷史，過去已經(jīng)取得了長足的進步，但是與超大規(guī)模集成電路的發(fā)展一樣，該領域科技發(fā)展速度太快，加之我國財力和原有基礎薄弱等因素的限制，特別是當前面臨國外高科技沖擊等原因，我國電力電子有種被“邊緣化”的趨勢：即各行各業(yè)都迫切需要它，但是，各應用領域均沒將其作為研究重點，國內解決不了的就依靠進口！

當前存在的主要問題是：目前我國生產(chǎn)的大多數(shù)電力電子產(chǎn)品和裝置還主要基于晶閘管；雖然也能制造一些高技術的電力電子產(chǎn)品和裝置，但是它們均是采用國外生產(chǎn)的電力電子器件和組件多以組裝集成的方式制造的；特別是先進的全控型電力電子器件則全部依賴進口，而許多關系到國民經(jīng)濟命脈和國家安全的若干關鍵領域中的核心技術、軟、硬件和關鍵設備，國外均是對我國進行控制和封鎖的。特別是關系到國民經(jīng)濟命脈和國家安全的若干關鍵領域中的核心技術與國外先進水平的差距更大，迅速改變這一現(xiàn)狀是我們面臨的挑戰(zhàn)和義不容辭的任務。

參考文獻

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【關鍵詞】

大功率；電力電子技術；可靠供電系統(tǒng)；研究

1前言

大功率電力電子技術在電力系統(tǒng)中發(fā)揮著重要的作用，主要涉及到了電力系統(tǒng)的發(fā)電、輸電、配電以及用電等方面。實現(xiàn)大功率電力電子技術供電可靠性，在本文中從兩方面進行分析，第一，提升大功率電力電子技術的供電可靠性，可以通過提高工業(yè)敏感負荷的供電可靠性來實現(xiàn)；第二，將大功率的電子技術應用于發(fā)電機勵磁系統(tǒng)中，以提升發(fā)電機的阻尼轉矩，來實現(xiàn)系統(tǒng)的動態(tài)可靠性提升。

2大功率電力系統(tǒng)可靠性供電概述

從敏感負荷角度對電力系統(tǒng)供電可靠性進行分析。實現(xiàn)供電的可靠性不僅要求電力系統(tǒng)中不能長時間斷電，還需要對電力供電系統(tǒng)的動態(tài)電壓質量提出更高的要求。對系統(tǒng)中的電壓跌落以及電壓短時中斷的時間進行限定，在實際供電中，不同的電壓跌落中，其敏感負荷所能夠承受的電壓跌落時間存在著差異性。在一般規(guī)律下，跌落幅度越大，其敏感負荷所能夠才承受的時間越短。傳統(tǒng)的供電可靠性統(tǒng)計統(tǒng)計，只能以停電時間超過1分鐘或者5分鐘實際依據(jù)。在我國，對于自動重合閘成功或者備用電源投入成功的現(xiàn)象不能視為用戶停電，而此時敏感負荷用戶有可能遭受到一定的電力損失。那么在實際的電力系統(tǒng)供電中，提升供電的可靠性，需要從電網(wǎng)方面進行綜合考慮，以優(yōu)化的配電網(wǎng)結構，改善動態(tài)帶電壓質量[1]。

3大功率電力電子技術提高供電可靠性的應用

3.1轉換開關轉換開關電源供電中發(fā)揮著重要的作用，在實際電力系統(tǒng)電源供電中，包含兩路或者多路的電源供電，轉換開關應用其中，能夠實現(xiàn)多路電源之間的相互切換。在本文中以兩路電源供電為例進行分析，當有一個電源電路在正常供電時，則另外一個線路中的電源供電就會處于備用狀態(tài)。一旦線路中出現(xiàn)線常用電源供電異常的情況時，轉換開關開始發(fā)揮作用，自動切換到被用電源線路中。以轉換開關的形式，實現(xiàn)線路正常供電，其開關投入使用成本較低，應用廣泛[2]。

3.2動態(tài)電壓恢復器動態(tài)電壓恢復器簡稱DVR，DVR通過線路中的變壓器串聯(lián)在線路電源與敏感負荷之間。當線路正常輸電時，線路中在沒有產(chǎn)生電壓跌落的情況，DVR完全不發(fā)揮作用，其在線路中所輸出的電壓補償為0。當線路中出現(xiàn)了較大的電壓跌落時，此時，DVR就會發(fā)揮其真正的作用，DVR通過自身輸出與跌落電壓值相同的電壓補償值，來實現(xiàn)線路中的電壓補償。線路中所補償?shù)木€路電壓為額定電壓。從DVR的工作原理上進行分析，其實際的作用就是對提供線路中電壓補償，避免線路由于電壓跌落出現(xiàn)故障[3]。

3.3不間斷供電電源不間斷的供電電源，簡稱為UPS。目前，隨著科技不斷發(fā)展，UPS已經(jīng)逐漸趨向于市場化，其主要有三種類型：在線型、離線型以及在線互動型。在實現(xiàn)的UPS中，需要具有儲能單元，其中最為常見的儲能單元為的電池儲能。在線型的UPS在逆變器支持下實現(xiàn)負荷供電，實際供電與電源無關，因此在電壓質量獲得上比較高。

3.4發(fā)電機勵磁大功率的電力電子技術在發(fā)電機勵磁中的應用，作用突出。首先需要對發(fā)電機的勵磁系統(tǒng)進行分析，發(fā)電機的勵磁系統(tǒng)能夠實現(xiàn)機端電壓的維持，合理分配多臺電發(fā)電機之間的無功功率，繼而提升電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性。目前，在電力系統(tǒng)中，半導體勵磁是其最為主要的勵磁方式，在實際電力系統(tǒng)運行中，可以按照電源的不同，將半導體勵磁分為他勵和自勵。現(xiàn)行在電力企業(yè)中比較實用的就是基于勵磁電力電子裝置的三相晶閘管全橋整流器，在該整流器中采用時間常數(shù)比較小的一階慣性環(huán)節(jié)。

4微網(wǎng)可靠性供電

4.1交流微網(wǎng)結構與特點典型的交流微網(wǎng)組成有：光伏發(fā)電、儲能電源、風電機組以及柴油發(fā)電機組等。在以上的組成部件中，風電以及儲能等電源，在電力電子變換器的轉換下，實現(xiàn)了對額定電壓頻率交流電的轉換，并在靜態(tài)開關的轉換下連接在微網(wǎng)母線上。交流微網(wǎng)的特點比較突出，主要表現(xiàn)在以下方面。第一，微網(wǎng)的電壓等級比較低，在實際線路中與配電網(wǎng)相連，在大功率電力系統(tǒng)的尾端；第二，容量比較小，在10KV等級的微網(wǎng)容量為數(shù)百千瓦到十兆瓦之間；第三，電流實現(xiàn)雙向流動，在微網(wǎng)結構中為分布式的電源網(wǎng)狀，基于微網(wǎng)這樣的特點，其能夠實現(xiàn)的功能比較多。一方面能夠實現(xiàn)對大電網(wǎng)的功率輸送，另一方面，也能夠從大功率電網(wǎng)中吸收功率；第四，微網(wǎng)具有多種工作模式，其中比較突出的就是并網(wǎng)和離網(wǎng)兩種形式。并網(wǎng)工作形式幫助微網(wǎng)能夠在大功率電網(wǎng)中正常運行，而離網(wǎng)是指，當大電網(wǎng)出現(xiàn)故障時，微網(wǎng)能夠迅速的脫離大功率電網(wǎng)，而實現(xiàn)獨立運行。

4.2微網(wǎng)分布式電源電流保護微網(wǎng)分布式電源主要包含兩大類的電源，第一，逆變器接口電源。例如光伏發(fā)電、風力發(fā)電以及儲能電源等。第二，傳統(tǒng)發(fā)電機接口電源。例如柴油發(fā)電機、燃汽輪機等。當微網(wǎng)分布式電源線路中出現(xiàn)故障時，以上兩種電源類型所能夠提供的短路電流存在著較大的差異。對于逆變器接口電源來說，電源線路在線路中容易受到電力電子器件等耐流能力的影響與限制，其電源所能夠提供的短路電流值不超過線路中額定電流的1.5倍。在這樣的線路背景下，該種電源類型不能夠實現(xiàn)有力的電流保護。而對于另外一種分布式電源進行分析，當線路中發(fā)生短路時能夠利用串聯(lián)等效電抗的形式，實現(xiàn)較大短路電流的供應，因此該種電源類型與逆變器接口分布式電源相比，具有明顯的優(yōu)勢，能夠實現(xiàn)電流保護。

5結論

隨著電力系統(tǒng)不斷發(fā)展，電力系統(tǒng)的供電可靠性逐漸受到社會所關注。因此，在本文中對大功率電力電子技術進行分析，研究大功率電力電子技術提高供電可靠性的應用，并對微網(wǎng)可靠性供電進行詳細研究。在電力電力技術可靠性供電中的應用研究中，分別對轉換開關、動態(tài)電壓恢復器、不間斷供電電源以及發(fā)電機勵磁等方面進行詳細研究，針對這些供電系統(tǒng)的作用論述，希望能夠為電力供電系統(tǒng)發(fā)展帶來幫助。

參考文獻：

[1]賀超.具有高可靠性的數(shù)字化大功率電力電子集成模塊研究與應用[D].杭州:浙江大學,2014.

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現(xiàn)代電力電子技術的發(fā)展方向,是從以低頻技術處理問題為主的傳統(tǒng)電力電子學,向以高頻技術處理問題為主的現(xiàn)代電力電子學方向轉變。電力電子技術起始于五十年代末六十年代初的硅整流器件,其發(fā)展先后經(jīng)歷了整流器時代、逆變器時代和變頻器時代,并促進了電力電子技術在許多新領域的應用。八十年代末期和九十年代初期發(fā)展起來的、以功率MOSFET和IGBT為代表的、集高頻、高壓和大電流于一身的功率半導體復合器件,表明傳統(tǒng)電力電子技術已經(jīng)進入現(xiàn)代電力電子時代。

1、整流器時代

大功率的工業(yè)用電由工頻(50Hz)交流發(fā)電機提供,但是大約20%的電能是以直流形式消費的,其中最典型的是電解(有色金屬和化工原料需要直流電解)、牽引(電氣機車、電傳動的內燃機車、地鐵機車、城市無軌電車等)和直流傳動(軋鋼、造紙等)三大領域。大功率硅整流器能夠高效率地把工頻交流電轉變?yōu)橹绷麟?因此在六十年代和七十年代,大功率硅整流管和晶閘管的開發(fā)與應用得以很大發(fā)展。當時國內曾經(jīng)掀起了-股各地大辦硅整流器廠的熱潮,目前全國大大小小的制造硅整流器的半導體廠家就是那時的產(chǎn)物。

2、逆變器時代

七十年代出現(xiàn)了世界范圍的能源危機,交流電機變頻惆速因節(jié)能效果顯著而迅速發(fā)展。變頻調速的關鍵技術是將直流電逆變?yōu)?~100Hz的交流電。在七十年代到八十年代,隨著變頻調速裝置的普及,大功率逆變用的晶閘管、巨型功率晶體管(GTR)和門極可關斷晶閘管(GT0)成為當時電力電子器件的主角。類似的應用還包括高壓直流輸出,靜止式無功功率動態(tài)補償?shù)?。這時的電力電子技術已經(jīng)能夠實現(xiàn)整流和逆變,但工作頻率較低,僅局限在中低頻范圍內。

3、變頻器時代

進入八十年代,大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路技術的迅猛發(fā)展,為現(xiàn)代電力電子技術的發(fā)展奠定了基礎。將集成電路技術的精細加工技術和高壓大電流技術有機結合,出現(xiàn)了一批全新的全控型功率器件、首先是功率M0SFET的問世,導致了中小功率電源向高頻化發(fā)展,而后絕緣門極雙極晶體管(IGBT)的出現(xiàn),又為大中型功率電源向高頻發(fā)展帶來機遇。MOSFET和IGBT的相繼問世,是傳統(tǒng)的電力電子向現(xiàn)代電力電子轉化的標志。據(jù)統(tǒng)計,到1995年底,功率M0SFET和GTR在功率半導體器件市場上已達到平分秋色的地步,而用IGBT代替GTR在電力電子領域巳成定論。新型器件的發(fā)展不僅為交流電機變頻調速提供了較高的頻率,使其性能更加完善可靠,而且使現(xiàn)代電子技術不斷向高頻化發(fā)展,為用電設備的高效節(jié)材節(jié)能,實現(xiàn)小型輕量化,機電一體化和智能化提供了重要的技術基礎。

二、電力電子技術的應用

1、一般工業(yè)

工業(yè)中大量應用各種交直流電動機。直流電動機有良好的調速性能，給其供電的可控整流電源或直流斬波電源都是電力電子裝置。近年來，由于電力電子變頻技術的迅速發(fā)展，使得交流電機的調速性能可與直流電機相媲美，交流調速技術大量應用并占據(jù)主導地位。大至數(shù)千kW的各種軋鋼機，小到幾百W的數(shù)控機床的伺服電機，以及礦山牽引等場合都廣泛采用電力電子交直流調速技術。一些對調速性能要求不高的大型鼓風機等近年來也采用了變頻裝置，以達到節(jié)能的目的。還有些不調速的電機為了避免起動時的電流沖擊而采用了軟起動裝置，這種軟起動裝置也是電力電子裝置。電化學工業(yè)大量使用直流電源，電解鋁、電解食鹽水等都需要大容量整流電源。電鍍裝置也需要整流電源。電力電子技術還大量用于冶金工業(yè)中的高頻、中頻感應加熱電源、淬火電源及直流電弧爐電源等場合。

2、交通運輸

電氣化鐵道中廣泛采用電力電子技術。電氣機車中的直流機車中采用整流裝置，交流機車采用變頻裝置。直流斬波器也廣泛用于鐵道車輛。在未來的磁懸浮列車中，電力電子技術更是一項關鍵技術。除牽引電機傳動外，車輛中的各種輔助電源也都離不開電力電子技術。電動汽車的電機靠電力電子裝置進行電力變換和驅動控制，其蓄電池的充電也離不開電力電子裝置。一臺高級汽車中需要許多控制電機，它們也要靠變頻器和斬波器驅動并控制。飛機、船舶需要很多不同要求的電源，因此航空和航海都離不開電力電子技術。如果把電梯也算做交通運輸，那么它也需要電力電子技術。以前的電梯大都采用直流調速系統(tǒng)，而近年來交流變頻調速已成為主流。3、電力系統(tǒng)

電力電子技術在電力系統(tǒng)中有著非常廣泛的應用。據(jù)估計，發(fā)達國家在用戶最終使用的電能中，有60%以上的電能至少經(jīng)過一次以上電力電子變流裝置的處理。電力系統(tǒng)在通向現(xiàn)代化的進程中，電力電子技術是關鍵技術之一。可以毫不夸張地說，如果離開電力電子技術，電力系統(tǒng)的現(xiàn)代化就是不可想象的。直流輸電在長距離、大容量輸電時有很大的優(yōu)勢，其送電端的整流閥和受電端的逆變閥都采用晶閘管變流裝置。近年發(fā)展起來的柔流輸電（FACTS）也是依靠電力電子裝置才得以實現(xiàn)的。無功補償和諧波抑制對電力系統(tǒng)有重要的意義。晶閘管控制電抗器（TCR）、晶閘管投切電容器（TSC）都是重要的無功補償裝置。近年來出現(xiàn)的靜止無功發(fā)生器（SVG）、有源電力濾波器（APF）等新型電力電子裝置具有更為優(yōu)越的無功功率和諧波補償?shù)男阅堋Ｔ谂潆娋W(wǎng)系統(tǒng)，電力電子裝置還可用于防止電網(wǎng)瞬時停電、瞬時電壓跌落、閃變等，以進行電能質量控制，改善供電質量。

在變電所中，給操作系統(tǒng)提供可靠的交直流操作電源，給蓄電池充電等都需要電力電子裝置。

4、電子裝置用電源

各種電子裝置一般都需要不同電壓等級的直流電源供電。通信設備中的程控交換機所用的直流電源以前用晶閘管整流電源，現(xiàn)在已改為采用全控型器件的高頻開關電源。大型計算機所需的工作電源、微型計算機內部的電源現(xiàn)在也都采用高頻開關電源。在各種電子裝置中，以前大量采用線性穩(wěn)壓電源供電，由于高頻開關電源體積小、重量輕、效率高，現(xiàn)在已逐漸取代了線性電源。因為各種信息技術裝置都需要電力電子裝置提供電源，所以可以說信息電子技術離不開電力電子技術。

5、家用電器

照明在家用電器中占有十分突出的地位。由于電力電子照明電源體積小、發(fā)光效率高、可節(jié)省大量能源，通常被稱為“節(jié)能燈”，它正在逐步取代傳統(tǒng)的白熾燈和日光燈。變頻空調器是家用電器中應用電力電子技術的典型例子。電視機、音響設備、家用計算機等電子設備的電源部分也都需要電力電子技術。此外，有些洗衣機、電冰箱、微波爐等電器也應用了電力電子技術。電力電子技術廣泛用于家用電器使得它和我們的生活變得十分貼近。

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中圖分類號：TM1 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2015）12-0328-01

引言

現(xiàn)代電力電子技術的發(fā)展方向，是從以低頻技術處理問題為主的傳統(tǒng)電力電子學，向以高頻技術處理問題為主的現(xiàn)代電力電子學方向轉變。電力電子技術起始于五十年代末六十年代初的硅整流器件，其發(fā)展先后經(jīng)歷了整流器時代、逆變器時代和變頻器時代，并促進了電力電子技術在許多新領域的應用。八十年代末期和九十年代初期發(fā)展起來的、以功率MOSFET和IGBT為代表的、集高頻、高壓和大電流于一身的功率半導體復合器件，表明傳統(tǒng)電力電子技術已經(jīng)進入現(xiàn)代電力電子時代。

一、電力電子器發(fā)展回顧

整流管是電力電子器件中結構最簡單，應用最廣泛的一種器件。電力整流管對改損耗和提高電流使用效率等方面都具有非常重要的作用。自1958年美國通用電氣GE公司研制出第一個工業(yè)用普通晶閘管開始，其結構的改進和工藝的改革為新器件開發(fā)研制奠定了基礎，在以后的十年間開發(fā)研制出雙向，逆變、逆導、非對稱晶閘管，至今晶閘管系列產(chǎn)品仍有較為廣泛的市場。1964年在美國第一次試制成功了0.5kV/0.01kA的可關斷的GTO至今，目前以達到9kV/2.5kA/0.8kHZ及6kV/6kA/1kHZ的水平，在當前各種自關斷器件中GTO容量最大，其在大功率電力牽引驅動中有明顯的優(yōu)勢，因此，它在中壓、大容量領域中占有一席之地。70年代研制出GTR系列產(chǎn)品，其額定值已達1.8kV/0.8kA/2kHZ，0.6kV/0.003kA/100kHZ，它具有組成的電路靈活成熟，開關損耗小、開關時間短等特點，在中等容量、中等頻率的電路中應用廣泛，而作為高性能，大容量的第三代絕緣柵型雙極性晶體管IGBT，因其具有電壓型控制，輸入阻抗大、驅動功率小，開關損耗低及工作頻率高等特點，其有著廣闊的發(fā)展前景。

二、電力電子器件發(fā)展趨勢

電力半導體器件是電力電子應用技術的基礎，必須重視電力電子器件的發(fā)展。國際上電力半導體器件經(jīng)歷了晶閘管（SCR）、可關斷晶閘管（GTO）和場控器件（IGBT和功率MOSFET）三個階段。進入90年代，電力電子器件的研究和開發(fā)已進入大功率化、高頻化、標準模塊化、集成化和智能化時代。我們將50Hz的標準工頻大幅的提高之后，使用這樣工頻的電氣設備的體積與重量就能大大縮小，使電氣設備制造節(jié)約材料，運行時節(jié)電就更加明顯，設備的系統(tǒng)性能亦大為改善，尤其是對航天工業(yè)其意義十分深遠的。故電力電子器件的高頻化是今后電力電子技術創(chuàng)新的主導方向。而硬件結構的標準模塊化是器件發(fā)展的必然趨勢。

三、現(xiàn)代電力電子的應用

1、計算機高效率綠色電源

高速發(fā)展的計算機技術帶領人類進入了信息社會，同時也促進了電源技術的迅速發(fā)展。八十年代，計算機全面采用了開關電源，率先完成計算機電源換代。接著開關電源技術相繼進入了電子、電器設備領域。計算機技術的發(fā)展，提出綠色電腦和綠色電源。根據(jù)美國環(huán)境保護署l992年6月17日“能源之星"計劃規(guī)定，桌上型個人電腦或相關的設備，在睡眠狀態(tài)下的耗電量若小于30瓦，就符合綠色電腦的要求，提高電源效率是降低電源消耗的根本途徑。

2、通信用高頻開關電源

通信業(yè)的迅速發(fā)展極大的推動了通信電源的發(fā)展，高頻小型化的開關電源及其技術已成為現(xiàn)代通信供電系統(tǒng)的主流。目前，在程控交換機用的一次電源中，傳統(tǒng)的相控式穩(wěn)壓電源己被高頻開關電源取代，高頻開關電源（也稱為開關型整流器SMR）通過MOSFET或IGBT的高頻工作，開關頻率一般控制在50-100kHz范圍內，實現(xiàn)高效率和小型化。

3、直流-直流（DC/DC）變換器

DC/DC變換器將一個固定的直流電壓變換為可變的直流電壓，這種技術被廣泛應用于無軌電車、地鐵列車、電動車的無級變速和控制，同時使上述控制獲得加速平穩(wěn)、快速響應的性能，并同時收到節(jié)約電能的效果。用直流斬波器代替變阻器可節(jié)約電能（20～30）%。直流斬波器不僅能起調壓的作用（開關電源），同時還能起到有效地抑制電網(wǎng)側諧波電流噪聲的作用。隨著大規(guī)模集成電路的發(fā)展，要求電源模塊實現(xiàn)小型化，因此就要不斷提高開關頻率和采用新的電路拓撲結構，目前已有一些公司研制生產(chǎn)了采用零電流開關和零電壓開關技術的二次電源模塊，功率密度有較大幅度的提高。

4、不間斷電源（UPS）

不間斷電源（UPS）是計算機、通信系統(tǒng)以及要求提供不能中斷場合所必須的一種高可靠、高性能的電源。交流市電輸入經(jīng)整流器變成直流，一部分能量給蓄電池組充電，另一部分能量經(jīng)逆變器變成交流，經(jīng)轉換開關送到負載。為了在逆變器故障時仍能向負載提供能量，另一路備用電源通過電源轉換開關來實現(xiàn)?，F(xiàn)代UPS普遍了采用脈寬調制技術和功率M0SFET、IGBT等現(xiàn)代電力電子器件，電源的噪聲得以降低，而效率和可靠性得以提高。

5、變頻器電源

變頻器電源主要用于交流電機的變頻調速，其在電氣傳動系統(tǒng)中占據(jù)的地位日趨重要，已獲得巨大的節(jié)能效果。變頻器電源主電路均采用交流-直流-交流方案。工頻電源通過整流器變成固定的直流電壓，然后由大功率晶體管或IGBT組成的PWM高頻變換器，將直流電壓逆變成電壓、頻率可變的交流輸出，電源輸出波形近似于正弦波，用于驅動交流異步電動機實現(xiàn)無級調速。

6、大功率開關型高壓直流電源

大功率開關型高壓直流電源廣泛應用于靜電除塵、水質改良、醫(yī)用X光機和CT機等大型設備。電壓高達50～l59kV，電流達到0.5A以上，功率可達100kW。自從70年代開始，日本的一些公司開始采用逆變技術，將市電整流后逆變?yōu)?kHz左右的中頻，然后升壓。進入80年代，高頻開關電源技術迅速發(fā)展。德國西門子公司采用功率晶體管做主開關元件，將電源的開關頻率提高到20kHz以上。并將干式變壓器技術成功的應用于高頻高壓電源，取消了高壓變壓器油箱，使變壓器系統(tǒng)的體積進一步減小。國內對靜電除塵高壓直流電源進行了研制，市電經(jīng)整流變?yōu)橹绷?，采用全橋零電流開關串聯(lián)諧振逆變電路將直流電壓逆變?yōu)楦哳l電壓，然后由高頻變壓器升壓，最后整流為直流高壓。

四、結束語

總而言之，電力電子及開關電源技術因應用需求不斷向前發(fā)展，新技術的出現(xiàn)又會使許多應用產(chǎn)品更新?lián)Q代，還會開拓更多更新的應用領域。開關電源高頻化、模塊化、數(shù)字化、綠色化等的實現(xiàn)，將標志著這些技術的成熟，實現(xiàn)高效率用電和高品質用電相結合。這幾年，隨著通信行業(yè)的發(fā)展，以開關電源技術為核心的通信用開關電源，僅國內有20多億人民幣的市場需求，吸引了國內外一大批科技人員對其進行開發(fā)研究。開關電源代替線性電源和相控電源是大勢所趨，因此，同樣具有幾十億產(chǎn)值需求的電力操作電源系統(tǒng)的國內市場正在啟動，并將很快發(fā)展起來。還有其它許多以開關電源技術為核心的專用電源、工業(yè)電源正在等待著人們去開發(fā)。

參考文獻

[1] 王兆安劉進軍，電力電子技術，機械工業(yè)出版社，2011.8（5）.

[2] 王正元，面向新世紀的電力電子技術，電源技術應用，2001.4（3）.

篇（5）

1概述

自本世紀五十年代未第一只晶閘管問世以來，電力電子技術開始登上現(xiàn)代電氣傳動技術舞臺，以此為基礎開發(fā)的可控硅整流裝置，是電氣傳動領域的一次革命，使電能的變換和控制從旋轉變流機組和靜止離子變流器進入由電力電子器件構成的變流器時代，這標志著電力電子的誕生。進入70年代晶閘管開始形成由低電壓小電流到高電壓大電流的系列產(chǎn)品，普通晶閘管不能自關斷的半控型器件，被稱為第一代電力電子器件。隨著電力電子技術理論研究和制造工藝水平的不斷提高，電力電子器件在容易和類型等方面得到了很大發(fā)展，是電力電子技術的又一次飛躍，先后研制出GTR.GTO，功率MOSFET等自關斷全控型第二代電力電子器件。而以絕緣柵雙極晶體管(IGBT)為代表的第三代電力電子器件，開始向大容易高頻率、響應快、低損耗方向發(fā)展。而進入90年代電力電子器件正朝著復臺化、標準模塊化、智能化、功率集成的方向發(fā)展，以此為基礎形成一條以電力電子技術理論研究，器件開發(fā)研制，應用滲透性，在國際上電力電子技術是競爭最激烈的高新技術領域。論文百事通

2電力電子器發(fā)展回顧

整流管是電力電子器件中結構最簡單，應用最廣泛的一種器件。目前已形成普通型，快恢復型和肖特基型三大系列產(chǎn)品，電力整流管對改善各種電力電子電路的性能，降低電路損耗和提高電流使用效率等方面都具有非常重要的作用。自1958年美國通用電氣GE公司研制出第一個工業(yè)用普通晶閘管開始，其結構的改進和工藝的改革為新器件開發(fā)研制奠定了基礎，在以后的十年間開發(fā)研制出雙向，逆變、逆導、非對稱晶閘管，至今晶閘管系列產(chǎn)品仍有較為廣泛的市場。

1964年在美國第一次試制成功了0.5kV/0.01kA的可關斷的GTO至今，目前以達到9kV/0.25kA/0.8kHz的可關斷的GTO至今，目前以達到9kV/2.5kA/0.8kHZ及6kV/6kA/1kHZ的水平，在當前各種自關斷器件中GTO容量量最大，但其工作頻率最低，但其在大功率電力牽引驅動中有明顯的優(yōu)勢，因此它在中壓、大客量領域中占有一席之地。70年代研制出GTR系列產(chǎn)品，其額定值已達1.8kV/0.8kA/2kHZ，0.6kV/0.003kA/100kHZ，它具有組成的電路靈活成熟，開關損耗小、開關時間短等特點，在中等容量、中等頻率的電路中應用廣泛，而作為高性能，大容量的第三代絕緣柵型雙極性晶體管IGBT，因其具有電壓型控制，輸入阻抗大、驅動功率小，開關損耗低及工作頻率高等特點，其有著廣闊的發(fā)展前景。而IGCT是最近發(fā)展起來的新型器件，它是在GTO基礎上發(fā)展起來的器件，稱為集成門極換流晶閘管，也有人稱之為發(fā)射極關斷晶閘管，它的瞬時開關頻率可達20kHZ，關斷時間為1μs，dildt4kA/ms，du/dt10-20kV/ms，交流阻斷電壓6kV，直流阻斷電壓3.9kV，開關時間<2ks，導通壓降3600A時，2.8V，開關頻率>1000Hz。

3電力電子器件發(fā)展趨勢

進入90年代電力電子器件的研究和開發(fā)，已進入高頻化，標準模塊化，集成化和智能時代。從理論分析和實驗證明電氣產(chǎn)品的體積與重量的縮小與供電頻率的平方根成反比，也就說，當我們將50Hz的標準二頻大幅的提高之后，使用這樣工頻的電氣設備的體積與重量就能大大縮小，使電氣設備制造節(jié)約材料，運行時節(jié)電就更加明顯，設備的系統(tǒng)性能亦大為改善，尤其是對航天工業(yè)其意義十分深遠的。故電力電子器件的高頻化是今后電力電子技術創(chuàng)新的主導方向，而硬件結構的標準模塊是器件發(fā)展的必然趨勢，目前先進的模塊，已經(jīng)包括開關元件和與其反向并聯(lián)的續(xù)流二極管在內及驅動保護電路多個單元，并都以標準化和生產(chǎn)出系列產(chǎn)品，并且可以在一致性與可靠性上達到極高的水平。目前世界上許多大公司已開發(fā)出IPM智能化功率模塊，如日本三菱、東芝及美國的國際整流器公司已有成熟的產(chǎn)品推出。日本新電元公司的IPM智能化功率模塊的主要特點是：新晨

3.1它內部集成了功率芯片，檢測電路及驅動電路，使主電路的結構為最簡。

篇（6）

引言

電力電子技術簡言之就是應用于電力領域的電子技術，包括信息電子技術和電力電子技術兩個主要分支，涵蓋了電子學、電力學和控制技術三個學科。電力電子技術是電氣工程及其自動化專業(yè)的專業(yè)基礎課程，主要體系包括：電力電子器件、電力變換、控制技術三部分主要內容。電力電子器件從1957年美國通用公司發(fā)明第一個晶閘管開始，經(jīng)過數(shù)十年的發(fā)展，從半控型到全控型，從小容量到大容量，從中低頻到高頻、超高頻的發(fā)展歷程。電力變換也稱之為“變流技術”，實現(xiàn)了交直流的電力變換，具體包括：AC－DC、DC－AC、DC－DC、AC－AC，從而使電力電子技術得到廣泛應用，是電力電子技術的核心部分。控制技術主要指電力電子裝置采用的控制方式方法，最為常見的是相位控制、通斷控制及軟開關控制技術等。

1理論和實踐教學現(xiàn)狀

隨著高校教學改革的深入，電力電子技術學時逐漸減少，理論教學通常停留在課堂教師講解，學生被動接受的情況，很難喚起學生的學習熱情和學習興趣。實踐教學通常停留在驗證性實驗為主的層面，主要完成對所學知識的驗證，學生按部就班的按照指導書完成實驗操作，而忽略了實驗的原理、電路的工作原理，當實驗環(huán)境稍有改動，則無所適從，達不到解決實際問題和提高專業(yè)技術水平的教學目的。如整流電路公式、輸出波形的驗證等，內容和形式單一。實體實驗設備電壓等級高，電流較大，而且極易損壞，很難達到實踐教學的效果，因此迫切需要對理論和實踐教學進行改革。

2理論教學改革

課程的知識體系如圖1所示，采用預習仿真、例證等方法完成相應理論知識的講解。

2．1例證法的應用

電力電子技術知識繁復，學生應熟練掌握電路的工作原理、波形分析、數(shù)量關系等知識，只枯燥的講解理論，難以把學生的注意力凝聚起來，采用例證法是很有效的已知辦法。以單相整流的基礎電路半波整器為例，首先從簡單的手機充電器入手，手機充電器是從城市電網(wǎng)（墻壁電源）當中獲得交流電，通過整流器將交流電轉化成直流電給手機電池充電的設備，再研究電路不同負載時的工作原理、波形分析、數(shù)量關系等知識點，講解也就更顯通俗易懂，從而完成靶向性教學。隨著學習的深入就可以進一步研究如何縮短各種充電器的充電時間等。所謂的“充電5分，通話2小時”“快速充電”“護眼燈”“無線充電”等等也就不再神奇。從充電器到充電寶就引申出逆變和組合電路，為后續(xù)知識的講解做出了形象的鋪墊。

2．2仿真在理論教學中的應用

因為電力電子技術課程中有很多的波形分析內容，手工繪出的波形缺乏靈活性，所以在電力電子技術理論教學中，仿真的作用就尤為重要。利用仿真軟件分析對電氣工程及其自動化專業(yè)學生理解電路的工作原理及工作過程分析，定量計算等均有莫大的幫助?，F(xiàn)今主要應用于電子電路的仿真軟件有：通用軟件MAT-LAB、通用仿真軟件PSpice、通用仿真軟件Saber、專業(yè)仿真軟件PSIM等。如圖2、圖3所示單相半波整流電路的仿真。建議學生在課前完成電路的仿真，從而使學生掌握了電路的組成，了解電路的工作情況及相應的特性，從而為相應知識的學習打下堅實的感性基礎。

3實踐教學改革

電力電子技術的主要特征就是實踐性很強，體現(xiàn)了實踐教學體系與理論教學體系相互銜接和驗證。

3．1實驗項目的設置

實踐教學分階段、分層次設置，由簡入繁，如整流電流設置單相和三相電路實驗，其中單相為選做內容，三相整流電路（含觸發(fā)電路）為必做內容；單相交流調壓電路實驗是基礎為必做內容，而三相交流調壓為設計性實驗；斬波器只需完成簡單的升降壓斬波電路的實驗等。增大設計性實驗如燈光亮度調節(jié)裝置、軟啟動器、直流電機調速系統(tǒng)、開關電源、功率因數(shù)校正等裝置的設計與制作，提高了學生動手能力和專業(yè)素養(yǎng)。對于危險性比較大的實驗，設置高端演示實驗，如逆變實驗，利用中頻爐演示完成。

3．2模擬仿真實驗

在實踐教學中引入了MATLAB仿真軟件，充分利用軟件的功能，對電路的不同特性進行仿真。如PWM控制系統(tǒng)、交交變頻調速系統(tǒng)等復雜的系統(tǒng)實驗等。利用仿真軟件的強大功能實現(xiàn)系統(tǒng)的優(yōu)化和極端控制，有效地掌握系統(tǒng)的動靜態(tài)特性，參數(shù)設計，達到控制要求，滿足系統(tǒng)的性能指標。

3．3項目驅動等

根據(jù)電力電子技術課程特點及教學目標的要求，充分利用教師的科研項目、大學生科技競賽、企業(yè)參觀實習、運動控制系統(tǒng)課程設計等環(huán)節(jié)，實現(xiàn)對電力電子技術實踐環(huán)節(jié)有益的補充。

4結語

電力電子技術課程通過在電氣工程及其自動化專業(yè)幾年的教學改革與實踐，明確了教師指導，學生的主體地位，讓學生自己結合實際應用，擴大視野，拓展思維，激發(fā)進一步探究的興趣，促使學生主動掌握理論知識，應用理論知識，有效地提高了分析問題、解決問題的能力，達到了教學的目的和效果。

參考文獻

1王兆安．電力電子技術［M］．北京：機械工業(yè)出版社，2013

2黃信兵．“項目驅動教學法”在電力電子技術課程改革中的應用與探索［J］．大學教育，2013（11）

3孫曉明．“電力電子與電機調速技術應用”課程教學改革與探索［J］．教育與教學研究，2016（1）

篇（7）

電力電子技術是職業(yè)教育中電氣類專業(yè)的一門重要課程，研究采用電力電子器件實現(xiàn)對電能的控制和變換的科學，是介于電氣工程三大主要領域――電力、電子和控制之間的交叉學科，在電力、工業(yè)、交通、航空航天等領域具有廣泛的應用。電力電子技術的應用已經(jīng)深入到工業(yè)生產(chǎn)和社會生活的各個方面，成為傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)和高新技術領域不可缺少的關鍵技術，可以有效地節(jié)約能源。

1、一般工業(yè)

工業(yè)中大量應用各種交直流電動機。直流電動機有良好的調速性能，給其供電的可控整流電源或直流斬波電源都是電力電子裝置。近年來，由于電力電子變頻技術的迅速發(fā)展，使得交流電機的調速性能可與直流電機相媲美，交流調速技術大量應用并占據(jù)主導地位。大至數(shù)千kW的各種軋鋼機，小到幾百W的數(shù)控機床的伺服電機，以及礦山牽引等場合都廣泛采用電力電子交直流調速技術。一些對調速性能要求不高的大型鼓風機等近年來也采用了變頻裝置，以達到節(jié)能的目的。還有些不調速的電機為了避免起動時的電流沖擊而采用了軟起動裝置，這種軟起動裝置也是電力電子裝置。電化學工業(yè)大量使用直流電源，電解鋁、電解食鹽水等都需要大容量整流電源。電鍍裝置也需要整流電源。電力電子技術還大量用于冶金工業(yè)中的高頻、中頻感應加熱電源、淬火電源及直流電弧爐電源等場合。

2、交通運輸

電氣化鐵道中廣泛采用電力電子技術。電氣機車中的直流機車中采用整流裝置，交流機車采用變頻裝置。直流斬波器也廣泛用于鐵道車輛。在未來的磁懸浮列車中，電力電子技術更是一項關鍵技術。除牽引電機傳動外，車輛中的各種輔助電源也都離不開電力電子技術。電動汽車的電機靠電力電子裝置進行電力變換和驅動控制，其蓄電池的充電也離不開電力電子裝置。一臺高級汽車中需要許多控制電機，它們也要靠變頻器和斬波器驅動并控制。飛機、船舶需要很多不同要求的電源，因此航空和航海都離不開電力電子技術。如果把電梯也算做交通運輸，那么它也需要電力電子技術。以前的電梯大都采用直流調速系統(tǒng)，而近年來交流變頻調速已成為主流。

3、電力系統(tǒng)

電力電子技術在電力系統(tǒng)中有著非常廣泛的應用。據(jù)估計，發(fā)達國家在用戶最終使用的電能中，有60%以上的電能至少經(jīng)過一次以上電力電子變流裝置的處理。電力系統(tǒng)在通向現(xiàn)代化的進程中，電力電子技術是關鍵技術之一?？梢院敛豢鋸埖卣f，如果離開電力電子技術，電力系統(tǒng)的現(xiàn)代化就是不可想象的。直流輸電在長距離、大容量輸電時有很大的優(yōu)勢，其送電端的整流閥和受電端的逆變閥都采用晶閘管變流裝置。近年發(fā)展起來的柔流輸電（FACTS）也是依靠電力電子裝置才得以實現(xiàn)的。無功補償和諧波抑制對電力系統(tǒng)有重要的意義。晶閘管控制電抗器（TCR）、晶閘管投切電容器（TSC）都是重要的無功補償裝置。近年來出現(xiàn)的靜止無功發(fā)生器（SVG）、有源電力濾波器（APF）等新型電力電子裝置具有更為優(yōu)越的無功功率和諧波補償?shù)男阅?。在配電網(wǎng)系統(tǒng)，電力電子裝置還可用于防止電網(wǎng)瞬時停電、瞬時電壓跌落、閃變等，以進行電能質量控制，改善供電質量。 在變電所中，給操作系統(tǒng)提供可靠的交直流操作電源，給蓄電池充電等都需要電力電子裝置。

4、電子裝置用電源

各種電子裝置一般都需要不同電壓等級的直流電源供電。通信設備中的程控交換機所用的直流電源以前用晶閘管整流電源，現(xiàn)在已改為采用全控型器件的高頻開關電源。大型計算機所需的工作電源、微型計算機內部的電源現(xiàn)在也都采用高頻開關電源。在各種電子裝置中，以前大量采用線性穩(wěn)壓電源供電，由于高頻開關電源體積小、重量輕、效率高，現(xiàn)在已逐漸取代了線性電源。因為各種信息技術裝置都需要電力電子裝置提供電源，所以可以說信息電子技術離不開電力電子技術。

5、家用電器

照明在家用電器中占有十分突出的地位。由于電力電子照明電源體積小、發(fā)光效率高、可節(jié)省大量能源，通常被稱為"節(jié)能燈"，它正在逐步取代傳統(tǒng)的白熾燈和日光燈。變頻空調器是家用電器中應用電力電子技術的典型例子。電視機、音響設備、家用計算機等電子設備的電源部分也都需要電力電子技術。此外，有些洗衣機、電冰箱、微波爐等電器也應用了電力電子技術。電力電子技術廣泛用于家用電器使得它和我們的生活變得十分貼近。

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1、整流器時代

大功率的工業(yè)用電由工頻(50Hz)交流發(fā)電機提供,但是大約20%的電能是以直流形式消費的,其中最典型的是電解(有色金屬和化工原料需要直流電解)、牽引(電氣機車、電傳動的內燃機車、地鐵機車、城市無軌電車等)和直流傳動(軋鋼、造紙等)三大領域。大功率硅整流器能夠高效率地把工頻交流電轉變?yōu)橹绷麟?因此在六十年代和七十年代,大功率硅整流管和晶閘管的開發(fā)與應用得以很大發(fā)展。當時國內曾經(jīng)掀起了-股各地大辦硅整流器廠的熱潮,目前全國大大小小的制造硅整流器的半導體廠家就是那時的產(chǎn)物。

2、逆變器時代

七十年代出現(xiàn)了世界范圍的能源危機,交流電機變頻惆速因節(jié)能效果顯著而迅速發(fā)展。變頻調速的關鍵技術是將直流電逆變?yōu)?~100Hz的交流電。在七十年代到八十年代,隨著變頻調速裝置的普及,大功率逆變用的晶閘管、巨型功率晶體管(GTR)和門極可關斷晶閘管(GT0)成為當時電力電子器件的主角。類似的應用還包括高壓直流輸出,靜止式無功功率動態(tài)補償?shù)取＿@時的電力電子技術已經(jīng)能夠實現(xiàn)整流和逆變,但工作頻率較低,僅局限在中低頻范圍內。

3、變頻器時代

進入八十年代,大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路技術的迅猛發(fā)展,為現(xiàn)代電力電子技術的發(fā)展奠定了基礎。將集成電路技術的精細加工技術和高壓大電流技術有機結合,出現(xiàn)了一批全新的全控型功率器件、首先是功率M0SFET的問世,導致了中小功率電源向高頻化發(fā)展,而后絕緣門極雙極晶體管(IGBT)的出現(xiàn),又為大中型功率電源向高頻發(fā)展帶來機遇。MOSFET和IGBT的相繼問世,是傳統(tǒng)的電力電子向現(xiàn)代電力電子轉化的標志。據(jù)統(tǒng)計,到1995年底,功率M0SFET和GTR在功率半導體器件市場上已達到平分秋色的地步,而用IGBT代替GTR在電力電子領域巳成定論。新型器件的發(fā)展不僅為交流電機變頻調速提供了較高的頻率,使其性能更加完善可靠,而且使現(xiàn)代電子技術不斷向高頻化發(fā)展,為用電設備的高效節(jié)材節(jié)能,實現(xiàn)小型輕量化,機電一體化和智能化提供了重要的技術基礎。

二、電力電子技術的應用

1、一般工業(yè)

工業(yè)中大量應用各種交直流電動機。直流電動機有良好的調速性能，給其供電的可控整流電源或直流斬波電源都是電力電子裝置。近年來，由于電力電子變頻技術的迅速發(fā)展，使得交流電機的調速性能可與直流電機相媲美，交流調速技術大量應用并占據(jù)主導地位。大至數(shù)千kW的各種軋鋼機，小到幾百W的數(shù)控機床的伺服電機，以及礦山牽引等場合都廣泛采用電力電子交直流調速技術。一些對調速性能要求不高的大型鼓風機等近年來也采用了變頻裝置，以達到節(jié)能的目的。還有些不調速的電機為了避免起動時的電流沖擊而采用了軟起動裝置，這種軟起動裝置也是電力電子裝置。電化學工業(yè)大量使用直流電源，電解鋁、電解食鹽水等都需要大容量整流電源。電鍍裝置也需要整流電源。電力電子技術還大量用于冶金工業(yè)中的高頻、中頻感應加熱電源、淬火電源及直流電弧爐電源等場合。

2、交通運輸

電氣化鐵道中廣泛采用電力電子技術。電氣機車中的直流機車中采用整流裝置，交流機車采用變頻裝置。直流斬波器也廣泛用于鐵道車輛。在未來的磁懸浮列車中，電力電子技術更是一項關鍵技術。除牽引電機傳動外，車輛中的各種輔助電源也都離不開電力電子技術。電動汽車的電機靠電力電子裝置進行電力變換和驅動控制，其蓄電池的充電也離不開電力電子裝置。一臺高級汽車中需要許多控制電機，它們也要靠變頻器和斬波器驅動并控制。飛機、船舶需要很多不同要求的電源，因此航空和航海都離不開電力電子技術。如果把電梯也算做交通運輸，那么它也需要電力電子技術。以前的電梯大都采用直流調速系統(tǒng)，而近年來交流變頻調速已成為主流。3、電力系統(tǒng)

電力電子技術在電力系統(tǒng)中有著非常廣泛的應用。據(jù)估計，發(fā)達國家在用戶最終使用的電能中，有60%以上的電能至少經(jīng)過一次以上電力電子變流裝置的處理。電力系統(tǒng)在通向現(xiàn)代化的進程中，電力電子技術是關鍵技術之一?？梢院敛豢鋸埖卣f，如果離開電力電子技術，電力系統(tǒng)的現(xiàn)代化就是不可想象的。直流輸電在長距離、大容量輸電時有很大的優(yōu)勢，其送電端的整流閥和受電端的逆變閥都采用晶閘管變流裝置。近年發(fā)展起來的柔流輸電（FACTS）也是依靠電力電子裝置才得以實現(xiàn)的。無功補償和諧波抑制對電力系統(tǒng)有重要的意義。晶閘管控制電抗器（TCR）、晶閘管投切電容器（TSC）都是重要的無功補償裝置。近年來出現(xiàn)的靜止無功發(fā)生器（SVG）、有源電力濾波器（APF）等新型電力電子裝置具有更為優(yōu)越的無功功率和諧波補償?shù)男阅?。在配電網(wǎng)系統(tǒng)，電力電子裝置還可用于防止電網(wǎng)瞬時停電、瞬時電壓跌落、閃變等，以進行電能質量控制，改善供電質量。

在變電所中，給操作系統(tǒng)提供可靠的交直流操作電源，給蓄電池充電等都需要電力電子裝置。

4、電子裝置用電源

各種電子裝置一般都需要不同電壓等級的直流電源供電。通信設備中的程控交換機所用的直流電源以前用晶閘管整流電源，現(xiàn)在已改為采用全控型器件的高頻開關電源。大型計算機所需的工作電源、微型計算機內部的電源現(xiàn)在也都采用高頻開關電源。在各種電子裝置中，以前大量采用線性穩(wěn)壓電源供電，由于高頻開關電源體積小、重量輕、效率高，現(xiàn)在已逐漸取代了線性電源。因為各種信息技術裝置都需要電力電子裝置提供電源，所以可以說信息電子技術離不開電力電子技術。

5、家用電器

照明在家用電器中占有十分突出的地位。由于電力電子照明電源體積小、發(fā)光效率高、可節(jié)省大量能源，通常被稱為“節(jié)能燈”，它正在逐步取代傳統(tǒng)的白熾燈和日光燈。變頻空調器是家用電器中應用電力電子技術的典型例子。電視機、音響設備、家用計算機等電子設備的電源部分也都需要電力電子技術。此外，有些洗衣機、電冰箱、微波爐等電器也應用了電力電子技術。電力電子技術廣泛用于家用電器使得它和我們的生活變得十分貼近。

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中圖分類號：G718文獻標識碼：B文章編號：1672-1578（2013）10-0002-01

1.電力電子技術的發(fā)展

1.1電力電子技術的發(fā)展階段。電力電子器件的發(fā)展分為兩個階段，一是傳統(tǒng)電力電子器件，它是以電力二極管和晶閘管（SCR）為代表的第一代電力電子器件，自 1957 年生產(chǎn)第一只晶閘管以來，它以其體積小、功率低等優(yōu)勢首先在大功率整流電路中迅速取代了老式的汞弧整流器，并衍生出快速晶閘管、逆導晶閘管、雙向晶閘管、不對稱晶閘管等多種品種。它立足于分立元件結構，工作頻率難以提高，大大限制了它的應用范圍，但是因為它價格低廉，所以在大電流、高電壓的發(fā)展空間依舊很多，目前以晶閘管為核心的設備在許多場合仍然被廣泛使用。二是現(xiàn)代電力電子器件，它是將微電子技術和電力電子技術相結合，研制出的一種全新的高頻、全控型器件?，F(xiàn)代電力電子器件的主要產(chǎn)品有功率晶閘管、可關斷晶閘管、功率場控晶體管、絕緣柵雙極晶體管、MOS 門極晶閘管等。這些產(chǎn)品當中，由于絕緣柵雙極晶體管和 MOS 門極晶閘管兩個為場控復合器件，所以也成為了最有發(fā)展前途的兩種[2]。

1.2電力電子技術的發(fā)展方向。未來電力電子器件可能在以下幾個方面發(fā)展 ：（1）大容量化。利用微電子技術，提高單個器件的電壓、電流容量，從而達到滿足高壓大電流的需要 ；（2）易驅動。由電流驅動發(fā)展為電壓驅動，大力發(fā)展復合器件，還可專門研制專用集成模塊，以便更適合中小功率的控制 ；（3）模塊化。采用新技術和新工藝，將幾個電力電子器件集中到一起，不僅縮小其體積減少連線，同時還可減低企業(yè)的生產(chǎn)成本 ；（4）功率集成化。充分利用集成電路工藝，將集成電路的功能與電力電子器件集成于一塊芯片，實現(xiàn)集成電路功率化和功率器件集成化，并逐步向智能化方向發(fā)展 ；（5）降低導通壓降。研制出比二極管壓降還低的器件來提高交流效率、節(jié)省電能。

2.電力電子技術的應用

2.1工業(yè)領域中的應用。工業(yè)領域中，交直流電動機的應用十分普遍，如大型鼓風機、數(shù)控機床伺服電機等。當前，在大量冶金工業(yè)中，電力電子技術也被廣泛應用于直流電弧爐電源、淬火電源、中高頻感應加熱電源中。同時，在水電廠的蓄能機組中，應用現(xiàn)代電力電子技術科對大型機組工作狀態(tài)、調速作出改變。此外，工業(yè)領域的有很多高溫場合，而在高溫環(huán)境下，電力電子裝置的應用有著十分嚴格的散熱要求。然而隨著電力電子器件頻率不斷提高、容量不斷增加，器件發(fā)熱問題就凸顯出來，尤其是在一些高溫應用場合，如散熱措施不適當，就很有可能造成器件溫度超過所允許的最高溫[1]。結合高工作溫度、大容量的應用場合，提出了液態(tài)冷卻，其相比于氣體冷卻和油冷，可提高兩個數(shù)量級的導熱系數(shù)。通過實踐表明，該水冷裝置的故障率很低，且具有體積小、冷卻效率高、無污染等顯著優(yōu)勢?？梢哉f，該裝置在工業(yè)領域的應用推廣，為電力電子技術的應用提供了基礎保障，從而使器件潛力得到充分發(fā)揮。

2.2電力電子技術在電力系統(tǒng)中的應用。電力電子技術在電力系統(tǒng)通向現(xiàn)代化進程的道路上有著不可磨滅的功勞，我們都知道，在高電壓輸電的工程中，由電廠發(fā)出電之后，把電流通過變壓器進行變電之后再輸送，這樣做的目的是因為在電流一定的情況下，電壓越高電流也就越小，在輸送的過程中損耗也就越小，可以節(jié)省大量的電流，因為電力電子技術的變流特性，尤其是在特高壓的輸送技術發(fā)展中，利用電力電子技術，將直流輸送電端的整流和受端電流都應用了晶閘管變流裝置，這就在一定程度上解決了長距離、大容量的輸送電流導致的電流損耗過大的問題，這一舉措為中國的電力行業(yè)做出了極大的貢獻，使中國電力系統(tǒng)邁出了至關重要的一步。同時在同步發(fā)電機勵磁系統(tǒng)和交流電動機的變頻調速以及新能源發(fā)電和智能電網(wǎng)的應用等方面也得到了廣泛應用。

2.3電氣節(jié)能的應用。節(jié)能已經(jīng)成為了當前社會發(fā)展的必然趨勢，因為電在人們日常生活中的重要作用，因此電氣節(jié)能也就顯得尤為重要。電氣節(jié)能目前主要包括變頻節(jié)能、電能質量控制、有源濾波等三個方面，在當前階段，變頻節(jié)能在這三個方面中又是重要的一點，人們所熟知的變頻冰箱、變頻空調等，它們已經(jīng)開始為人們的生活提供服務。在未來的發(fā)展時期中，電機變頻調速行業(yè)還要進行快速的發(fā)展，這主要是因為它的以下三個重要發(fā)展因素 ：一是因為變頻器產(chǎn)品越來越成熟，而且應用廣泛，現(xiàn)代電器產(chǎn)品都開始進入變頻時代，又由于它的技術越來越新，企業(yè)投資產(chǎn)品的成本也越來越低，這就更為變頻器產(chǎn)品的發(fā)展和應用提供了絕好的機會。二是因為變頻調速節(jié)能非常明顯的效果，為社會提供了廣泛的效益，也為企業(yè)提供了較高的利益，所以越來越多的企業(yè)對變頻調速節(jié)能產(chǎn)生了興趣。三是國家也開始在這方面出臺一些措施，對重點耗能企業(yè)進行嚴格控制，鼓勵督促他們發(fā)展電氣節(jié)能，不僅可以降低企業(yè)能源的消耗，同時也減少了資源浪費，為社會創(chuàng)造了巨大財富。

2.4交通運輸中的應用。電力電子技術在電氣化鐵道中有著廣泛應用，整流裝置被應用于直流機車中，交流機中應用變頻裝置。同時，鐵道車輛中，直流斬波器的應用也十分廣泛，在磁懸浮列車的未來發(fā)展中，電力電子技術扮演者重要角色。除電機的牽引轉動外，各種車輛輔助電源同電力電子技術也密不可分，電動汽車電機的驅動與交換就是憑借電力電子裝置來實現(xiàn)的，且在蓄電池充電過程，也需要電力電子裝置的參與來完成。船舶、飛機均需要很多電源，且有著不同要求，故它們同電力電子技術難以分割。而如果將電梯也視作交通運輸?shù)脑?，且也需要電力電子技術的參與，以往，直流調速系統(tǒng)在電梯中普遍應用，而近年來，電梯中應用方式也主要集中在交流變頻調速[3]。

2.5電力電子技術在家用電器中的應用。電力電子技術在家用電器中的應用我們都深有感觸，如日常生活中應用到的"節(jié)能燈"，就是電力電子技術發(fā)展的直接產(chǎn)物，它以其體積小、發(fā)光率高等的絕對優(yōu)勢已經(jīng)取代傳統(tǒng)的白熾燈和日光燈。同時變頻空調、變頻冰箱、電視機、音響設備、計算機等電子設備也是利用電力電子產(chǎn)品，它們已經(jīng)進入到了我們的日常生活中，并為我們生活質量的提高做出了巨大的貢獻。

3.總結

電力電子器件從開始的單一功率整流管與晶閘管發(fā)展到現(xiàn)今的現(xiàn)代電力電子器件，尤其是絕緣柵雙極晶體管（IGBI）與 MOS 門極晶閘管（MCT）的出現(xiàn)，擺脫了傳統(tǒng)電力電子器件的一些弊端，使電力電子技術進入了一個全新的發(fā)展時代，在未來的發(fā)展過程中，人們對電子產(chǎn)品要求越來越高的明天，電力電子器件還會得到進一步的發(fā)展，電力電子技術也將會給人們的生活帶來越來越無法想象的精彩。且我們有理由相信，在不遠的將來，電力電子技術必將取得更好地發(fā)展和應用，促使電源技術更加實用、經(jīng)濟、成熟，從而實現(xiàn)高品質、高效率的用電。

參考文獻

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1引言

電力電子技術是一門由電子技術、電力技術以及控制技術交叉而來的新興學科，是自動化專業(yè)、電氣工程等專業(yè)的專業(yè)基礎課程，在整個專業(yè)體系中具有重要的作用。電力電子技術具體地說就是指利用電力電子元器件來構造不同的轉換電路從而實現(xiàn)對電能的一系列變換，是一種利用弱電來控制強電的技術。同時電力電子技術的應用范圍十分廣泛，從工業(yè)、交通運輸、通信到新能源系統(tǒng)等各方面都有應用，甚至已經(jīng)滲透到我們的生活中，比如現(xiàn)在家用電器中很流行的“變頻”技術就是電力電子技術的一個小應用。

2教學體系結構及要求

電力電子技術的教學內容主要分成三部分：元器件、控制電路和控制技術。我們學校給這門課一共安排了80學時，如果這三個部分都要詳細介紹的話，時間上是不夠的，所以主要介紹前面兩塊內容。電力電子元器件是本門課程的基礎，包括半控元件、全控元件和不可控元件?？刂齐娐分饕ㄋ拇蠡倦娐罚赫麟娐?、逆變電路、直流到直流變流電路以及交流到交流的變流電路。控制技術部分主要介紹SPWM脈寬調制技術和軟開關技術。元器件部分要求學生首先要能分清楚各種元器件所屬的類別，其次要求能理解各自的工作原理，最后要求能夠按照電路要求自主選擇元件；控制電路部分要求學生能夠理解電路的工作過程，能夠分析并畫出電路的輸出波形圖，能計算電路的一些參數(shù)來選擇元器件；最后控制技術部分要求能夠掌握SPWM的原理即可。

3理論教學

（1）興趣的培養(yǎng)

電力電子技術是自動化、電氣工程專業(yè)很重要的專業(yè)基礎課程，但也的確是一門比較枯燥的學科，要引起學生的重視、激發(fā)他們的興趣是比較困難的。所以如何吸引學生的注意力，讓他們從心理上重視這門課就尤為重要。筆者認為上好第一堂課對該課程后續(xù)的展開有很重要的作用。在第一堂課上要多多的展示一些電力電子應用方面的圖片和視頻，讓學生親身體會到電力電子技術就在我們身邊，來培養(yǎng)他們的學習興趣[1]；同時可以給他們展示一下對口的公司在招聘信息上對該課程的要求來引起他們的重視。然后后期可以通過實驗教學來慢慢引導他們對本門課程的學習。

（2）教學思路的把握

教學的順序是先介紹元器件，然后介紹各種轉換電路，最后介紹控制技術。在介紹元器件時，要講清楚半控、全控和不可控指的是對電路“開”與“關”的控制。在控制電路中元器件是作為開關使用的，輸出波形的轉換也是因為電路“開關”的切換實現(xiàn)的[2]；在介紹各種轉換電路時，首先要介紹各種電路實現(xiàn)的功能，然后可以讓學生試著自己分析下如何用電路實現(xiàn)這些變化，最后提出典型的變換電路進行講解。在課堂內容上應以元器件的工作原理為基礎，以整流電路和有源逆變電路的原理、搭載各種不同負載時的波形分析為重點，特別是在介紹感性負載和純電阻負載時波形的變化是很重要的。無源逆變和直流到直流變流電路可以簡單介紹一下。由于目前變頻技術在家電行業(yè)應用廣泛，所以交流到交流變流中的變頻技術也可以進行詳細介紹。

（3）教學方法的改變

近年來，多媒體教學以絕對的優(yōu)勢替代了傳統(tǒng)板書成為教學的主要手段。電力電子技術這門學科在教學時涉及很多復雜電路、波形的繪制，采用多媒體教學能提前將這些波形準備好，節(jié)約了大量教師課上板書的時間，同時多媒體教學還可以采用FLASH動畫來吸引眼球，能更直觀的仿真出電路通斷的過程，更好的幫助學生理解和記憶。所以多媒體教學這一手段對于電力電子技術這門課程是非常重要的。此外，我們還可以利用Matlab中的simulink自帶的工具包搭建各種電路來仿真，通過軟件仿真出對應的圖形。這樣通過計算機算出圖形，要比直接把圖形顯示給學生看更讓他們記憶深刻，也更讓他們信服。

4實驗教學

實驗教學在任何一門課程中都應該占有很重要的地位，通過實驗可以加深對已學知識的理解，驗證理論的正確性同時也能幫助他們記憶。而電力電子技術本身就是一門實踐性很強的課程，新型的電力電子器件、新技術、新的使用方法，都需要通過實驗來驗證其可用性。電力電子技術這門課配備的實驗還是比較多的，比如四種控制電路以及控制技術都有對應的實驗，那么在實驗教學中可以從中選擇一些有較高實驗價值的項目進行。例如整流電路是教學時的重點內容，那么這一方面的實驗就可以做一些。可以讓學生搭建橋式整流電路，然后搭配純電阻負載、感性負載和反電動勢負載，通過觀察波形變化來加強對學習知識的理解和掌握；在講直流斬波電路時，可以讓學生在六種典型斬波電路中選擇一到兩個電路進行測試，深入理解理論課上學習的原理。在實際的教學過程中，由于學校設備有限不能做到每人一臺設備，一般都是幾人一臺，這樣就會出現(xiàn)有些同學整個過程游離在狀態(tài)之外的情況。所以在實驗過程中，可以將一組學生進行任務的分工，分成設計電路的、搭建電路的和驗證實驗結果的，這樣每個人都分配有任務，就不會出現(xiàn)上述的情況了。

5小結

本文從課程體系、教學要求和實際教學三個方面分別闡述筆者從事該課程教學的體會。對一門課程的處理方式，不同的教師有不同的方式，但都希望能以較為恰當?shù)慕虒W方式把最需要最重要的知識傳授給學生。

參考文獻：

[1]劉廣忱.電力電子技術教學探討[J].內蒙古科技與經(jīng)濟,2003(12).