浅谈电力电子技术及其应用

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1、浅谈电力电子技术及其应用摘要：电力电子技术是20世纪后期诞生并发展起来的一门新技术，它不断地创新发展、应用实践，在短短的几十年，电力电子技术已经成为除计算机技术之外的又一未来科学技术支柱。文章主要介绍电力电子技术的基础器件和控制电路及其广泛的应用。关键词：电力电子技术电力电子器件控制电路应用电力电子技术是使用电力电子器件对电能进行变换和控制的技术。从概念上可以看得出电力电子技术就是通过电力电子器件实现对电能的变换以达到我们可以控制和使用电能的目的。所以它应该主要包括两个部分即电力电子器件技术和电力变换控制技术。1电力电子器件电力电子器件是指可直接用于处理电能的主电路中，实现电能的变换或

2、控制的电子器件。随着技术的发展和成熟，以半导体为材料的电力半导体器件取代了电真空器件成为了电力电子器件的绝对主力。其按照被控制信号的控制程度可以分成不可控型、半控型和全控型。1.1不可控型——电力二极管不能用控制信号控制其通断的电力电子器件，不需要驱动电路，只有两个端子，就是我们通常所说的电力二极管，其导通或关断是由它所在电路承受的电压或电流决定的。电力二极管是由一个PN结（P为阳极，N为阴极）和两端引线以及封装组成的。电力二极管具有正向导通反向截止的特性即给二极管外加正向电压并达到一定数值后二极管导通，其压降在1V左右，相当于短路状态，当外加电压撤销或者反向时，二极管内部电流十分的微

3、小，压降很大，相当于断路。1.2半控型——晶闸管晶闸管又称可控硅，是由两个PN结和散热器组成，有三个端子分别为A阳极，K阴极，G门极。当晶闸管外加正向电压且门极有触发电流时，晶闸管导通，即使撤销门极触发电流，晶闸管依然维持导通状态，只有当外加电压反向或者其他手段使晶闸管电流为零时它才关断，所以被称为半控型电力电子器件。随着全控型器件的出现，半控型晶闸管逐渐被代替，但是由于半控型晶闸管能承受很高的电压和电流容量，所以在大容量的场合它依然有着重要的地位。1.3全控型全控型器件也是晶闸管。在半控型晶闸管出现以后，随着技术的进步，我们渐渐研究出了既可以控制其导通又可以控制其关断的新型晶闸管即全

4、控型晶闸管，它的典型代表有门极可关断型晶闸管GTO、电力晶体管GTR、电力场效应晶体管FET、绝缘栅双极晶体管IGBT。2电力变换控制技术我们通常所说的电力是指交流和直流两种，从公用电网上得到的是交流，从蓄电池或者干电池得到的时直流，但它们往往不能直接被我们利用，需要变换一下，一般常见的变换有四种即交流变直流（AC—DC）、直流变交流（DC—AC）、交流变交流（AC—AC）、直流变直流（DC—DC）。所以电力变换技术也被称作变流技术，它是通过电力电子器件组成各种电力变换电路来实现和控制的。电力电子技术主要用于电力变换，所以变换技术是电力电子技术的核心。2.1交流变直流（AC—DC）交流

5、变直流就是我们常说的整流，这是电力电子技术变流技术中最常用的一种电路，也是电力电子电路的基础。整流电路按相数分类可分为单项、三相和多项，按组成器件可分为不可控、半控和全控，我们常见的有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和三相桥式全控整流电路。它们的电路结构不同但是分析方法相似，这里我们就讨论一下单相桥式全控整流电路。图2-1-1为带电阻性负载的单相桥式全控整流电路和波形图。图中四个器件全是晶闸管。图2-1-1单相桥式全控整流电路（电阻性负载）由图中可以看出负载上在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

6、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。单相桥式可控整流电路直流电压Ud为(2-2)可以看出，它是半波可控整流电路Ud的两倍。当α＝0时，晶闸管全导通（θ＝π），Ud＝Ud0＝0.9U2，最大。当α＝π时，晶闸管全关断（θ＝0），Ud＝0，最小，所以单相桥式可控整流电路带电阻负载时的移相范围为180°。输出直流电流平均值Id为(2-3)输出直流电流有效值，亦即变压器次级绕组电流有效值I2为(2-4)VT1、VT4与VT2、VT3两对晶闸管

7、在对应的时刻相互交替导通关断，因此流过晶闸管的直流平均电流IdT为输出直流电流平均值Id的一半(2-5)流过晶闸管的有效电流IT为(2-6)晶闸管承受的最大反向峰值电压为相电压峰值。2.2直流变交流（DC—AC）将直流变换成交流叫做逆变，它是与整流相对应的。逆变分有源逆变和无源逆变两种，将交流侧接到电网上相当于有电源称作有源逆变，交流侧直接接负载时称作无源逆变，而我们常见的多指无源逆变。逆变电路广泛用于交流电机变频调速传动、有源电力滤波器、不间