电力电子课程学习报告

《电力电子课程学习报告》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、电力电子技术的发展与应用一、概述电力电子技术是一门新兴的应用于电力领域的电子技术，就是使用电力电子器件对电能进行变换和控制的技术。它主要研究各种电力电子器件，以及由这些电力电子器件所构成的各式各样的电路或装置，以完成对电能的变换和控制[1]。电力电子技术有两大分支：电力电子器件制造技术——基础，变流技术——核心。电力电子技术所变换的“电力”功率可大到数百MW甚至GW，也可以小到数W甚至1W以下，主要用于电力变换。电力电子学这一名称是在上世纪60年代出现的。1974年，美国的W.Newell用一个倒三角形（如图1）对电力电子学进行了

2、描述，认为它是由电力学、电子学和控制理论三个学科交叉而形成的，这一观点被全世界普遍接受。在当今工业自动化社会中，电能起着十分重要的作用，人均消耗的电能量已成为衡量一个国家实力的重要指标。为了高质量，有效地使用电能，生产的总电能中，越来越多的电能必须经过电力电子技术实行能量变换后，再用于工业和军事的需要。因为，它对节能、减小环境污染，改善工作条件，节省原材料，降低成本和提高产量等方面均起着十分重要的作用，所以，电力电子技术无论对改造传统工业（电力、机械、矿冶、交通、化工、轻纺等），还是对新建高技术产业（航天、激光、通信、机器人等）和

3、高效利用能源均至关重要，从而迅速发展成为一个独立的技术、学科领域和当今任何高技术系统中不可缺少的关键技术之一。它的应用领域几乎涉及到国民经济的各个工业部门，它对一个国家工业的发展、对一个国家在国际市场激烈竞争中的地位，均起着重要的作用。二、电力电子技术的发展史自20世纪50年代末第一只晶闸管问世以来，电力电子技术开始登上现代电气传动技术舞台，以此为基础开发的可控硅整流装置，是电气传动领域的一次革命，使电能的变换和控制从旋转变流机组和静止离子变流器进入由电力电子器件构成的变流器时代，这标志着电力电子技术的诞生。在随后的几十年里，电力

4、电子技术在器件、变流电路、控制技术等方面都发生了日新月异的变化，在国际上，电力电子技术是竞争最激烈的高新技术领域。电力电子器件像颗燃起电力电子技术革命的火种，一代新型电力电子器件的出现，总是带来一场电力电子技术的革命。因此，电力电子技术的发展史是以电力电子器件的发展史为纲的。自1957年美国通用电气公司研制出第一个晶闸管以来，电力电子器件已经走过了五十多年的概念更新、性能换代的发展历程[2]。1、第一代电力电子器件：以电力二极管和晶闸管(SCR)为代表的第一代电力电子器件，以其体积小、功耗低等优势首先在大功率整流电路中迅速取代老式

5、的汞弧整流器，取得了明显的节能效果，并奠定了现代电力电子技术的基础。电力二极管对改善各种电力电子电路的性能、降低电路损耗和提高电源使用效率等方面都具有非常重要的作用。晶闸管诞生后，其结构的改进和工艺的改革，为新器件的不断出现提供了条件。由晶闸管及其派生器件构成的各种电力电子系统在工业应用中主要解决了传统的电能变换装置中所存在的能耗大和装置笨重等问题，因而大大提高电能的利用率，同时也使工业噪声得到一定程度的控制。2、第二代电力电子器件：自20世纪70年代中期起，电力晶体管(GTR)、可关断晶闸管(GTO)、电力场控晶体管(功率MOS

6、FET)、绝缘栅双极晶体管(IGBT)等通断两态双可控器件相继问世，电力电子器件日趋成熟。全控型器件的开关速度普遍高于晶闸管，可用于开关频率较高的电路，使电力电子技术的面貌焕然一新进入了新的发展阶段。3、第三代电力电子器件：进入20世纪90年代以后，为了使电力电子装置的结构紧凑、体积减少，常常把若干个电力电子器件及必要的辅助元件做成模块的形式，这给应用带来了很大的方便。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），也就是说，电力电子器件的研究和开发已进入高频化、标准模块化、集成化和智能化时代。至今

7、，硅材料功率器件已发展得相当成熟，而越来越多的功率器件研究工作转向了对用新型半导材料制作新型半导体功率器件的探求。在用新型半导体材料制成的功率器件中，最有希望的是碳化硅（SiC）功率器件。它具有下列优异的物理特点：高的禁带宽度，高的饱和电子漂移速度，高的击穿强度，低的介电常数，以及高的热导率。上述这些优异的物理特性，决定了碳化硅在高温、高频率、高功率的应用场合下是极为理想的半导体材料。SiC可以用来制造射频和微波功率器件、各种高频整流器、MESFETs、MOSFETs和JFETs等。SiC高频功率器件已在Motorola开发成功，

8、并应用于微波和射频装置。GE公司正在开发SiC功率器件和高温器件（包括用于喷气式引擎的传感器）。西屋公司已经制造出了在26GHz频率下工作的甚高频的MESFET。ABB公司正在研制高功率、高电压的SiC整流器和其它SiC低频功率器件，用于工业和电力