现代电力电子概述

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1、第一章现代电力电子概述黄钰2014223030041一、电力电子技术概述电子电力技术包拈电力电子器件、变流电路和控制电路三部分，是以电力为处理对象并集电力、电子、控制三大电气工程技术领域之间的综合性学科。电力技术是一门涉及发电、输电、配电及电力应用的科学技术。电子技术是一门涉及电子器件和由各种电子电路所组成的电子设备和系统的科学技术，控制技术是指利用外加的没备或装置使机器没备或生产过程的某个工作状态或参数按照预定的规律运行。采用半导体电力开关器件构成各种开关电路，按一定的规律，周期忭地，实时、适式地控制开关器件的通、断状态，对以实现电子幵关型电力变换和控制。这种电力电子变换和挽制，被称为电力

2、电子学(PowerElectronics)或电力电子技术。电力电子技术不是电力技术与电子技术简华的叠加，而是将现代电子技术和控制技术引入传统的电力技术领域实现电力变换和控制，是一门综合了电子技术，控制技术和电力技术的交叉学科。电力电子器件是电力电子技术的基础，电力电子器件对电能进行控制和转换就是电子电力技术的利用在21世纪已经成为一种高新技术，影响着人们生活的各种领域，因此对对电子电力技术的研究具有时代意义。传统电力电子技术是以低频技术处理的，现代电力电子的发展向着高频技术处理发展。其发展先后经历了整流器时代、逆变器时代和变频器时代，在不断的发展中促进了现代电力电子技术的广泛应用。电力电子技

3、术在1947年晶体管诞生丌始形成，接着1956的晶闸管的出现标志电力电子技术逐渐形成一门学科丌始发展，以功率MOS-FET和1GBT为代表的、集高频、高压和大电流于一身的功率半导体复合器件的出现，表明已经进入现代电子电力技术发展时代。二、国内外研究现状上世纪八十年代后，大规模和超大规模集成电路技术得到了广泛的应用，为电力电子技术的快速发展打下Y良好的基础。集成电路技术的精细加工技术和高压人电流技术有机结合放用。以功率MOSFET和TGBT为代衣的集高频、高压和大电流于一身的功率半导体复合器件以及以低频技术处理问题为主的传统电力电子学正在向高频技术处理M题为主的现代电力电子学转变。这种现象表明

4、，传统电力电子技术己经进入现代电力电子变频器吋代。这一吋期，各种新型器件应用大规模集成电路技术，向复合化、模块化的力一向发展，让电力电子器件结构紧凑、体积缩小，同吋能够综合不同器件的优点。这些新型器件的发展，为交流电机变频调逨提供了较高的频率，使其性能更加完善可靠，M时使现代电子技术不断向高频化发展，为用电设备的高效节材节能、实现小型轻量化、机电一体化和智能化打下了重耍的技术基础。从晶闸管到各种高性能1GBT的出现，电力电子器件经过儿十年的发展基本上都表现为对器件结构原理和制造工艺的改进和创新，在材料的应用上始终没冇突破硅的范围。随着硅材料和硅工艺的日趋完善，各种硅器件的性能逐步趋于芄理论极

5、限。21世纪初，碳化硅肖特基势垒二极管(SBD)首先揭开了碳化硅(SiC)器件在电力电子领域替代硅器件的序幕。随后，高耐温、高耐压的碳化硅场效应器件、碳化硅1GBT、碳化硅双极沏器件纷纷出现，预示着不远的将来集高电压、大电流、高工作频率等优点于一身的新型器件即将诞生。随着新型电力电子器件的出现，电力电子电路拓扑结构的研究也是一个研究热点。随着计算机技术快速发展，对开关电源、不间断电源产生了巨大需求，为了提高幵关电源的效率好功率密度，发明了众多AC/DC和DC/DC电路拓扑，其屮软开关技术谐振功率变换电路成为研究热点。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

6、元件做成模块的形式，给应用带来了很大的方便。后来，乂把驱动、控制、保护电路和功率器件集成在一起，构成功率集成电(P1C)。功率集成电路代表了电力电子技术的一个重要发展方向。高可靠性的电力电子积木(PEBB)和集成电力电子模块(1PEM)是近期美W电力电子技术发展新热点。GTO和IGCT,IGCT和ETO,IGCT和高IGBT,IGBT和IPM等电力电子新器件之间的激烈竞争，必将为21世纪世界电力电子新技术的发展带来更多的机遇和挑战。三、发展趋势第一，现代电力电子技术的集成化与模块化特征。这一特征主要表现在现代电力电了技术的功率器件和电源单元两个方面，从微小器件组成来实现电了器件的智能化辨别与

7、使用。这样的模块功率不仅有效控制了器件的体积，在设计与制造方血也形成了敁著的模块化特征。电力电子技术的模块化发展其核心FI的旨在降低器件的电应力，从安全性与可靠性角度提升电力系统的使用性能。第二，现代电力电子技术的高频化特征。从理论分析及实践验证的双重角度不难看出，无论是变压器的电感还是电容体积在供电频率方面都呈现出一定的反比例趋势，因此体积的减小必然会导致电子技术的高频化呈现。从这个角度来看,全控型电了器件