电力电子技术
电力电子技术是应用于电力领域的电子技术,它是利用电力电子器件对电能进行变换和控制的新兴学科。电力电子技术可以理解为功率强大,可供诸如电力系统那样大的电流、高电压场合应用的电子技术,它与传统的电子技术相比,其特殊之处不仅仅是因为它能够通过大电流和承受高电压,而且要考虑在大功率情况下,器件发热、运行效率的问题。
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。电子元器件发展史其实就是一部浓缩的电子发展史。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。，二十世纪发展最迅速，应用最广泛，成为近代科学技术发展的一个重要标志。电力电子技术作为一门高技术学科，由于其在节能、减小环境污染、改善工作条件等方面有着重要的作用，现在已广泛的应用于传统工业(例如：电力、机械、交通、化工、冶金、轻纺等)和高新技术产业(例如：航天、现代化通信等)。
一般认为，电力电子技术的诞生是以1957年美国通用电气公司研制出的第一个晶闸管为标志的，电力电子技术的概念和基础就是由于晶闸管和晶闸管变流技术的发展而确立的。此前就已经有用于电力变换的电子技术，所以晶闸管出现前的时期可称为电力电子技术的史前或黎明时期。70年代后期以门极可关断晶闸管（GTO），电力双极型晶体管（BJT），电力场效应管（Power-MOSFET）为代表的全控型器件全速发展（全控型器件的特点是通过对门极既栅极或基极的控制既可以使其开通又可以使其关断），使电力电子技术的面貌焕然一新进入了新的发展阶段。80年代后期，以绝缘栅极双极型晶体管（IGBT 可看作MOSFET和BJT的复合）为代表的复合型器件集驱动功率小，开关速度快，通态压降小，在流能力大于一身，性能优越使之成为现代电力电子技术的主导器件。为了使电力电子装置的结构紧凑，体积减小，常常把若干个电力电子器件及必要的辅助器件做成模块的形式，后来又把驱动，控制，保护电路和功率器件集成在一起，构成功率集成电路（PIC）。目前PIC的功率都还较小但这代表了电力电子技术发展的一个重要方向。
电力电子技术是利用电力电子器件对电能进行控制和转换的学科。它包括电力电子器件、变流电路和控制电路三个部分，是电力、电子、控制三大电气工程技术领域之间的交叉学科。随着科学技术的发展，电力电子技术由于和现代控制理论、材料科学、电机工程、微电子技术等许多领域密切相关，已逐步发展成为一门多学科相互渗透的综合性技术学科。
1) 优化电能使用。通过电力电子技术对电能的处理，使电能的使用达到合理、高效和节约，实现了电能使用最佳化。例如，在节电方面，针对风机水泵、电力牵引、轧机冶炼、轻工造纸、工业窑炉、感应加热、电焊、化工、电解等14个方面的调查，潜在节电总量相当于1990年全国发电量的16%，所以推广应用电力电子技术是节能的一项战略措施，一般节能效果可达10%-40%，我国已将许多装置列入节能的推广应用项目。
(2) 改造传统产业和发展机电一体化等新兴产业。据发达国家预测，今后将有95%的电能要经电力电子技术处理后再使用，即工业和民用的各种机电设备中，有95%与电力电子产业有关，特别是，电力电子技术是弱电控制强电的媒体，是机电设备与计算机之间的重要接口，它为传统产业和新兴产业采用微电子技术创造了条件，成为发挥计算机作用的保证和基础。
(3) 电力电子技术高频化和变频技术的发展，将使机电设备突破工频传统，向高频化方向发展。实现最佳工作效率，将使机电设备的体积减小几倍、几十倍，响应速度达到高速化，并能适应任何基准信号，实现无噪音且具有全新的功能和用途。
(4) 电力电子智能化的进展，在一定程度上将信息处理与功率处理合一，使微电子技术与电力电子技术一体化，其发展有可能引起电子技术的重大改革。有人甚至提出，电子学的下一项革命将发生在以工业设备和电网为对象的电子技术应用领域，电力电子技术将把人们带到第二次电子革命的边缘。
总而言之,电力电子及开关电源技术因应用需求不断向前发展,新材料、新技术的出现又会使许多应用产品更新换代,还会开拓更多更新的应用领域。开关电源高频化、集成化和模块化、弱电化和数字化、绿色化等的实现,将标志着这些技术的成熟,实现高效率用电和高品质用电相结合。
第二篇：电力电子技术及其应用概论
《电力电子技术及其应用概论》学习收获与心得
李小青（070904112，管理学院工商统计系统计学专业）
摘要：电力系统和电子技术是20世纪影响人类最深远的工程成就，学习和了解电力电子技术的发展情况和最新动态，通过实例学习电力电子技术在生产生活中的应用，学习和了解电力电子技术的基础知识，了解变换电路和一些电力电子器件，从而提高自己的综合素质。
关键词：电力电子技术，电力电子应用，电力电子器件，变换电路,整流电路，逆变电路，单相桥式全控，交流电
正文：
课程内容介绍
电能的应用，在生产技术上曾引起了划时代的革命。无论是工业，农业，生产，生活，电子技术得到高度发展和广泛应用，它对于社会生产力的发展，也起着变革性的推动作用。在第一节的学习当中，了解了电能的便于转换，便于输送，便于控制的优越性。了解了电路电路的作用：实现能量的转换和传输，信号的传递与处理，测量和存储信息。通过手电筒的电路学习，了解了电路的基本组成和工作的原理。认识电路元件图形，通过研究由理想元件构成的电路模型来学习，分析，解决实际中的电路问题。学习了正弦交流电的产生，以及正弦交流电的三个要素，进而通过正弦交流波形图来分析，解决电流问题。学习了电感元件，安培定则，法拉第电磁感应定律。通过学习涡电流整流逆变的过程，感知电力电子技术的应用领域。还学习了电容元件，知道了电容元件的特点：电容上电荷量的变化会引起电压的变化，电荷量不会发生突变，它起到阻碍电压变化的作用→电压不会发生突变，电流可以突变；电容上的电流超前电压p/2；通高频、阻低频的作用→电容元件具有“通交流、隔直流”的作用，故在直流电路中可视为开路；电容不消耗有功功率，但与电源之间存在着能量交换——储能作用（电场能）。通过了解静电喷雾技术，了解了电力电子技术在生产生活中的另一个应用，加深了对电力电子技术的了解。知道了在一个发电机中安装3组独立的互成120°角的线圈，这样的一台发电机就能同时生产出3相独立的交变电流，称为三相交变电流，俗称三相交流电。因为在生产、生活中大量应用的都是三相交变电流，所以对三相交流电的了解有个更多必要。通过本章节的学习，还知道了在电能的传输方面，高压直流输电与高压交流输电相比有许多优越性，这也是为什么生活当中输电都是先通过变压器升压变成高压再传输的原因了。第二节讲了电力电子器件，主要介绍了半导体器件的工作原理，本征半导体，本征半导体的本征激发现象，杂质半导体，N型半导体，P型半导体。该节从本征半导体共价键结构出发，提出了有关半导体的几个重要结论。接下来学习了PN结的单向导电性，并且知道了二极管的基本工作原理就在于利用PN结的单向导电性这一主要特征。电力电子器件的特征主要有特征：能处理电功率的能力，一般远大于处理信息的电子器件，一般都工作在开关状态，电力电子器件往往需要由信息电子电路来控制，电力电子器件自身的功率损耗远大于信息电子器件，一般都要安装散热器。
电力电子器件按照驱动电路信号的性质，分为两类：电流驱动型和电压驱动型。而按照器件能够被控制的程度则可以分为三类：不可控器件(功率二极管)，半控型器件（晶闸管），全控型器件（IGBT，MOSFET)，课程还对功率二极管和电力二极管，快恢复二极管，肖特基二极管，晶闸管—半控器件，全控型器件，门极可关断晶闸管，电力晶体管，电力场效应晶体管，绝缘栅双极晶体管，静电感应晶体管 ，静电感应晶闸管，MOS控制晶闸管，集成门极换流晶闸管，功率模块与功率集成电路进行介绍。然后讲了交流—直流变换电路（整流电路）以及直流—交流变换电路（逆变电路）。其中整流电路可以做如下分类：按组成的器件可分为不可控、半控、全控三种。按电路结构可分为桥式电路和零式电路。按交流输入相数分为单相电路和多相电路。按变压器二次侧电流的方向是单向或双向，又分为单拍电路和双拍电路。课程是通过介绍利用功率二极管的整流电路：相控整流电路； 单相半波可控整流电路；单相桥式全控整流电路；三相半波可控整流电路；三相桥式全控整流电路；电容滤波的不可控整流电路；以及整流电路的应用；分别是直流电动机调速原理和直流变速空调工作原理。从而对整流电路有了清晰的了解。而逆变——与整流相对应，直流电变成交流电。交流侧接电网，为有源逆变。交流侧接负载，为无源逆变。本节主要介绍无源逆变。通过介绍换流方式；逆变电路；逆变电路以及逆变电路的应用来了解逆变电流。接下来老师主要对电力电子技术在开发利用绿色能源的进行应用简介，主要是两个方面的介绍：风力发电和太阳能发电。风力发电原理：利用风力带动风车叶片旋转，再通过增速机（齿轮）将旋转的速度提升，来促使发电机发电。知道了风力发电是一种将风能转化为机械能，由机械能再转化为电能的技术。太阳能是取之不尽、用之不竭、无污染、廉价、人类能够自由利用的能源。而且太阳能发电绝对干净，不产生公害。因此太阳能发电被誉为是理想的能源。而从太阳能获得电力，需通过太阳能电池进行光电变换来实现。太阳能发电系统由太阳能电池组(阵列)、太阳能控制器、蓄电池（组） 、逆变器等组成。要使太阳能发电真正达到实用水平，一是要提高太阳能光电变换效率并降低其成本，二是要实现太阳能发电同现在的电网联网供电。制作太阳能电池，主要是以半导体材料为基础，其工作原理是利用光电材料吸收光能后发生光电转换反应，根据所用材料的不同，太阳能电池可分为：硅基太阳能电池和薄膜电池，这里主要讲的硅基太阳能电池。进而了解了太阳能发电的原理。虽然目前太阳能电池的成本仍然较高，但是从能源供应安全和清洁利用的角度出发，世界各国正把太阳能的商业化开发和利用作为重要的发展趋势。中国太阳能利用进入大规模实用阶段的条件已经成熟，已经成为世界上产量最大的太阳能消费品生产国，并网太阳能发电站及建筑物屋顶并网太阳能发电工程也已开始启动。中国能源战略的调整，使得政府加大对可再生能源发展的支持的力度，所有的这些都为中国太阳能产业的发展带来极大的机会。
整流电路及其工作原理
接下来我对整流电路（其中的单相桥式可控整流电路）进行简单介绍下。整流电路是出现最早的电力电子电路，将交流电变为直流电。其可以按照不同内容来分类。按组成的
器件可分为不可控、半控、全控三种。按电路结构可分为桥式电路和零式电路。按交流输入相数分为单相电路和多相电路。按变压器二次侧电流的方向是单向或双向，又分为单拍电路和双拍电路。
单相桥式可控整流电路
1．电阻性负载
单相桥式整流电路带电阻负载时的原理性接线图如图a)所示, 图中的4个开关器件都为晶闸管，属可控元件，故此电路称为单相桥式全控整流电路。
a) b)
单相桥式全控整流电路（电阻性负载）
b)为单相桥式全控整流电路带电阻性负载时各处的电压、电流波形。可以看出，负载上在u2正、负两个半波内均有电流流过，使直流电压、电流的脉动程度比单相半波得到了
改善，一周期内脉动两次（两个波头），脉动频率为工频的两倍。因为桥式整流电路正负半波均能工作，使得变压器副边绕组在正、负半周内均有电流流过，直流电流平均值为零，因而变压器没有直流磁化问题，绕组及铁心利用率较高。
2．电感性负载
单相桥式全控整流电路带电感性负载时的原理性接线图如图a)所示。假设负载电感足够大（ωLd>>Rd），电路已处于正常工作过程的稳定状态，则负载电流id连续、平直，大小
为Id，如图b）所示。
a) b)
单相桥式全控整流电路（电感性负载）
每只晶闸管的导通角θ＝π，晶闸管的电流波形为180°宽的矩形波。两个半波电流以相反方向流经变压器次级绕组时，因波形对称，使变压器次级电流i2为180°宽，正、
负半波对称的交流电流。这样，变压器次级绕组内电流无直流分量，也就不存在直流磁化问题。由于电流连续下晶闸管对轮流导通，则晶闸管电压uT波形只有导通时的UT ≈ 0，以及关断时承受的交流电压u2的局部波形，其形状随控制角α而变。
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电力电子技术作为电子技术的一个分支，其主要功能就是利用半导体器件的开关作用来实现对电能的控制与变换。现代电力系统通常是以固定的频率和电压向用户提供交流电能，但用户所需要电能的形式则往往千差万别，既肯是直流的也可能是不同频率的交流的，并且所需要电压也往往因负荷而异。由常规电力系统的原件如发电机，变压器等来满足所有这些要求既不经济，往往也不可能，而电力电子装置则可以作为上述交流电力系统和用户之间的接口，通过受控的开关作用对电能进行不同的变换来满足用户不同的需求，所有自其问世以来，一直得到电力工业界的高度重视。今年来电力电子器件容量的迅速增大和其应用技术的不断发展，为电力电子装置进入输电系统的一次回路进行控制提供了可能。超导储能在提高电力系统，改善用户电能质量等 方面具有重要作用①。
电力电子技术包括信息电子技术和电力电子技术两大分支，前者为通常所说的模拟电子技术和数字电子技术，而后者是应用于电力领域的电子技术。电力电子技术主要是利用电力电子器件对电能进行变换和控制的技术。其内容主要包括电力电子器件，基本电力电子电路，驱动电路，开关电路，文雅电路，时间控制电路，调压电路，充电器电路，调速电路，保护电路和家用电器电路等② .
参考文献：
①：出自《电力电子技术在电力系统中的应用》，陈建业，蒋晓华，于歆杰，诸旭编著第一章第一节，第四章第三节，第四节。
②：出自《电力电子使用电路100例》，高玉奎主编，20xx年3月第一版，前言
本课程学习的收获和建议
通过本课程的学习我知道了，电力电子技术是应用电力电子器件来实现对电能的多种变换和控制，采用这项技术制造的电力电子装置实现了用弱电控制强电的功能，具有节能、降耗、省材，提高用电质量的优点。因此，电力电子技术被认为是新兴产业和改造传统产业的基础，也是新一代的高新技术。而同国外相比，目前我国电力电子器件的品种和质量存在很大的差距，新一代的电力电子器件尚缺少生产能力。为适应我国国民经济高速发展的需要，必须加大力度支持新型电力电子器件的开发和生产，并尽快推向市场。今后一个时期，电力电子行业技术工作的重点是，下大力进行市场前景看好、能代表当今技术水平的四大类电力电子器件的研究开发，突破关键技术，加快技术创新步伐。
由于本课程对于管院文科生来说难度相对较大学生在学习过程中基础知识不扎实，而电力电子对于学生灵活运用知识的能力要求还是蛮高的，学生的畏难情绪也很容易产生，很容易想放弃学习，另外受到课时的限制，课堂上讲的内容不可能立马就完全消化，这样一来，课时的增加和学生课外自学时间的增加就显得很有必要了。否则容易因为一节课内容的落下导致学习进程中断，进而导致该课程的荒废。我觉得同学们可以利用网络上丰富的学习资源进行自主学习，从而把该课程的基础知识学习好来，也可以通过小组讨论的方式来学习进而达到学校开展该课程的目的和提高学生综合素质的目标。我觉得主要的问题还是学习氛围不够，主动学习的动力不够强劲，同学们的意识还不够，因此要先提高同学们的课程学习的意识，以及学习的意义所在，真正让同学们有兴趣的，主动的，有信心的学习，否则一切强求都是无用功的，再者，我觉得电力电子技术是一门工科学科，而且是校选课，适当增加实践环节才更有助于提高同学们的学习兴趣和信心的。