电力电子技术发展和应用

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1、电力电子技术发展和应用一、电力电子技术的发展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。电力电子技术起始于五十年代末六十年代初的硅整电子产品流器件，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。八十年代末期和九十年代初期发展起来的、以功率MOSFET和IGBT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，表明传统电力电子技术已经进入现代电力电子时代。整流器时代大功率的工业用电由工频（50

2、Hz）交流发电机提供，但是大约20%的电能是以直流形式消费的，其中最典型的是电解（有色金屈和空原料需要直流电解）、牵引（电气机车、电传动的内燃机车、地铁机车、城市无轨电车等）和直流传动（轧钢、造纸等）三大领域。大功率硅整流器能够高效率地把工频交流电转变为直流电，因此在六十年代和七十年代，大功率硅整流管和品闸管的开发与应用得以很大发展。当时国内曾经掀起了-股各地大办硅整流器厂的热潮，目前全国大大小小的制造陸整流器的半导体厂家就是那时的产物。逆变器时代七十年代击现了世界范围的能源危机，交流电机变频惆速因节能效果显著而迅速发展

3、。变频调速的关键技术是将肓流电逆变为O'lOOHz的交流电。在七十年代到八十年代，随着变频调速装置的普及，大功率逆变用的晶闸管、巨型功率晶体管（GTR）和门极可关断晶闸管（GTO）成为当时电力电子器件的主角。类似的应用还包括高压直流输出，静止式无功功率动态补偿等。这时的电力电子技术已经能够实现整流和逆变，但工作频率较低，仅局限在中低频范围内。变频器时代进入八十年代，大规模和超大规模集成电路技术的迅猛发展,为现代电力电子技术的发展奠定了基础。将集成电路技术的精细加工技术和高压大电流技术有机结合，出现了一批全新的全控型功率器

4、件、首先是功率MOSFET的问世，导致了中小功率电源向高频化发展，而后绝缘门极双极晶体管(IGBT)的出现，乂为大中型功率电源向高频发展带来机遇。MOSFET和IGBT的相继问世，是传统的电力电子向现代电力电子转化的标志。据统计，到1995年底，功率MOSFET和GTR在功率半导体器件市场上已达到平分秋色的地步，而用IGBT代替GTR在电力电子领域巳成定论。新型器件的发展不仅为交流电机变频调速提供了较高的频率，使其性能更加完善可靠，而且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

5、智能化提供了重要的技术基础。二、电力电子技术在汽车行业的应用1、简介如今汽车用电源形成了多种电源并存的局面，以便实现汽车的各种功能，其中免不了利用电力电子技术(例如，冋波技术，藉能量管理或功率管理的最佳化,高可靠性，利用线控装置的电子控制系统等)。由于PE技术导致了“响应性好”、“软控制的灵活性”、“小型轻量化的操控J“高的效率”等一系列优越的性能，如今其在汽车领域广泛应用，2、普锐斯驱动系统简介丰CD混合动力系统由以下主要结构部件组成：高效率的汽油发动机，动力分离机构，发电机，电动机，逆变器，升压变换器，银氢电池，以及

6、对这些进行协调控制的系统控制装置。发动机的高效率运转和无级变速功能演示：(1)停车时，发动机停止，发动与轻载运行时仅由电动机驱动EV行驶；(2)加速时，将发电机作为起动机，起动发动机。发动机的功率，藉行星齿轮机构分离成直接驱动力与发电机的驱动力，发电机向电动机供电；电动机駆动轮—A功力传■力自-4电力件■力臼(b>动力传愉方向逆受話(3)急加速时，不仅增加发电机功率，还藉来自講电池的功率，以提升电动机的驱动力；(1)正常行驶时，控制发电机和电动机的转速，达到发动机效率最高。同时，按照需要对蓄电池进行充电；(2)减速时，将

7、电动机作为发电机使用，实现能量的冋收。3、常用的电子电力技术装置(1)逆变器单元在prius主驱动系统中，电动机和发电机所用三相电压型逆变器(功率分别为50kw和30kw)被集成在一个模块上，直流母线最犬供电电压被设定为500v。功率器件选用带有反并联续流二极管的商用igbt(850v/200a)，该功率等级的igbt具有足以承受最大500v反压的能力，以及其它诸如雪崩击穿、瞬时短路的能力。功率控制单元k50kW功率主回路示意图目前，电动汽车普遍采用pwm控制的电压型逆变器，这种逆变器具有线路简单、效率高的特点，同吋pw

8、m逆变器呈现出以下几种发展趋势：a、采用igbt器件，工作频率高，并减少了低频谐波分量和起动时的电流冲击b、电机额定频率相应提高了，扩大了调速范围，在更好地满足运行耍求的同时,减少电机的体积和重量，提高功率比。c、采用dsp为核心的计算机控制系统，能够实现可靠的矢量控制和运算，电机可做到快速恒力矩起动及弱磁高速运行，