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1、金艇摩配Hefei Univers ity功率变换技术课程综述授课教师：系 别：电子信息与电气工程系班 级：自动化（1）班名： 学 号：日 期：2017年5月10日摘要:功率变换技术(Power Electronics Technology)是研究电能变换原理及功率 变换装置的综合性学科，是在电子、电力与控制技术基础上发展起来的一门新兴 交叉学科。包括电压、电流、频率和波形变换等知识，涉及电子学、自动控制原 理和计算机技术等学科。本课程综述主要介绍了功率变换技术的概况和该课程所学的几个重要知识 点，并简要介绍了功率变换技术的发展趋势以及功率变换技术在实际生活中的应 用等。功率变换技术的发展是很
2、迅速的，功率变换技术已迅速发展成为一门独立 的技术、学科领域。它的应用领域几乎涉及到国民经济的各个工业部门。最后， 对课程做了总结并写了学习该门课程的一些心得想法。关键字：整流、逆变、变频、PWM、应用Abstract:Power conversion technology (Power Electronics Technology) is a comprehensive discipline of power conversion principle and power converter, in electronics, a new interdisciplinary foundation
3、 for the development of electric power and control technology. It includes voltage, current, frequency and waveform transform knowledge, including electronics, automatic control principle and computer technology etc. the subject.This course mainly introduces the overview of several important points
4、of the power conversion technology and the curriculum, and briefly introduces the development trend of power converter technology and power conversion technology applied in real life. The development of power conversion technology is very rapid, power conversion technology has become an independent
5、the technology fields. Its applications involving almost all industrial sectors of the national economy. Finally, the course is summarized and wrote some experience learning ideas of the course.Key words: rectifier, inverter, frequency conversion, PWM, application正文:功率变换技术功率变换技术（Power Electronics Te
6、chnology）是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，实时，适式地控制开关器件的通，断状态， 可以实现电子开关型电力变换和控制的技术。1、整流整流电路（rectifying circuit）把交流电能转换为直流电能的电路。大多数整 流电路由变压器、整流主电路和滤波器等组成。它在直流电动机的调速、发电机 的励磁调节、电解、电镀等领域得到广泛应用。整流电路通常由主电路、滤波器 和变压器组成。 20 世纪 70 年代以后，主电路多用硅整流二极管和晶闸管组成。 滤波器接在主电路与负载之间，用于滤除脉动直流电压中的交流成分。变压器设 置与否视具体情况而定。变压器的作用是实现交流输入
7、电压与直流输出电压间的 匹配以及交流电网与整流电路之间的电隔离。大功率的工业用电由工频（50Hz）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（有色金属和化工原料需要直流电解）、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，大功率硅整流管和晶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 小的制造硅整流器的半导体厂家就是那时的产物。2、逆变逆变电路是与整流电路（Rectifier）相
8、对应，将低电压变为高电压，把直流 电变成交流电的电路称为逆变电路。可用于构成各种交流电源，在工业中得到广 泛应用。生产中最常见的交流电源是由发电厂供电的公共电网（中国采用线电压 方均根值为380V，频率为50Hz供电制）。由公共电网向交流负载供电是最普通 的供电方式。但随着生产的发展，相当多的用电设备对电源质量和参数有特殊要 求，以至难于由公共电网直接供电。为了满足这些要求，历史上曾经有过电动机 发电机组和离子器件逆变电路。但由于它们的技术经济指标均不如用功率变换 器件（如晶闸管等）组成的逆变电路，因而已经或正在被后者所取代。七十年代出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
9、迅速发展。变频调速的关键技术是将直流电逆变为 0100Hz 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）成为当时功率变换器件的主角。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。这时的功率变换技术已 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。3、变频变频就是改变供电频率。英译：frequency conversion变频技术的核心是变 频器，它通过对供电频率的转换来实现电动机运转速度率的自动调节，把 50Hz 的固定电网频改为 30130 Hz 的变化频率。同时，还使电源电压
10、适应范围达到 142270V，解决了由于电网电压的不稳定而影响电器工作的难题。 通过改变 交流电频的方式实现交流电控制的技术就叫变频技术。20世纪60年代后半期开始，功率变换器件从SCR（晶闸管）、GTO（门极可关 断晶闸管）、BJT（双极型功率晶体管）、MOSFET（金属氧化物场效应管）发展到今 天的IGBT（绝缘栅双极型晶体管）、HVIGBT（耐高压绝缘栅双极型晶闸管），器件 的更新促使电力变换技术的不断发展。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，为现代功率变换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件、
11、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，又为大中型功率电源向高频发展带来机遇oMOSFET 和IGBT的相继问世，是传统的功率变换向现代功率变换转化的标志。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，机电一体化和智能化提供了重要的技术基础。 20世纪70年代开始，脉宽 调制变压变频（PWMVVVF）调速研究引起了人们的高度重视。20世纪80年代， 作为变频技术核心的PWM模式优化问题吸引着人们的浓厚兴趣，并得出诸多
12、优 化模式，其中以鞍形波PWM模式效果最佳。4、PWM 技术脉冲宽度调制（PWM）,是英文“Pulse Width Modulation”的缩写，简称脉宽 调制，是利用微处理器的数字输出来对模拟电路进行控制的一种非常有效的技 术，广泛应用在从测量、通信到功率控制与变换的许多领域中。脉冲宽度调制是 一种模拟控制方式，其根据相应载荷的变化来调制晶体管栅极或基极的偏置，来 实现开关稳压电源输出晶体管或晶体管导通时间的改变，这种方式能使电源的输 出电压在工作条件变化时保持恒定，是利用微处理器的数字输出来对模拟电路进 行控制的一种非常有效的技术。PWM 控制技术以其控制简单，灵活和动态响应好的优点而成为
13、功率变换技 术最广泛应用的控制方式，也是人们研究的热点。由于当今科学技术的发展已经 没有了学科之间的界限，结合现代控制理论思想或实现无谐振软开关技术将会成 为 PWM 控制技术发展的主要方向之一。冲量等效原理：冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时，其 效果基本相同。PWM控制技术就是以该结论为理论基础，对半导体开关器件的 导通和关断进行控制，使输出端得到一系列幅值相等而宽度不相等的脉冲，用这 些脉冲来代替正弦波或其他所需要的波形。按一定的规则对各脉冲的宽度进行调 制，既可改变逆变电路输出电压的大小，也可改变输出频率。二、功率变换技术的应用大功率直流电源。它的发展主要以提高单机容量和
14、增加效率为主要目标。电机控制。无论是交流电机还是直流电机均采用功率变换技术来完成电机的 速度、转矩、跟随性等控制，但目前更多的是研究直流调速不能涉及的应用领域。电源变换。它的发展主要以增加效率和提高控制性能为主要目标，如电焊机、 电磁感应加热、电动机车、电动汽车，电镀电源、电冰箱、洗衣机等控制。高压直流输电。无功功率补偿等等。1 开关型功率变换变换电源。利用半导体开关型电力变换电路，可以经济，有效地将一种频率，电压，波 形的电能变换为另一种频率，电压，波形的电能，再对负载供电，使用电设备在 最佳的供电电源下工作，获得最大的技术经济效益。仅作为负载供电电源而论， 开关型功率变换变换电源在近20
15、年间，已在工业，交通，军事装备，尖端科技 等领域中以及日常生活中获得广泛的应用。其基本的应用是：1）电力系统中的直流远距离输电2）直流电动机变速传动控制（3）交流发电机变换传动控制（4）电解，电镀等应用领域中的低压大电流可控直流电源。（5）各类高性能的不间断供电电源（UPS）（6）各类恒频，恒压通用逆变电源。（7）照明灯具用的高频功率变换变换器（电子镇流器）（8）各类低压直流开关电源。（ 9）蓄电池充电电源。（10）中频或高频感应加热电源。（11）大功率脉冲电源，激光电源。（ 12 ）燃料电池，太阳能光-电转换或风力发电系统输出的恒压直流或恒频 恒压交流电源。2 开关型功率变换补偿控制器。开关
16、型功率变换变换电路除了可用作 AC/DC，DC/AC，AC/AC，DC/DC 功 率变换变换电源外，还可用作功率变换补偿器，补偿和控制电力系统中的谐波电 流，谐波电压，节点电压，基波阻抗，无功功率，有功和无功功率潮流，平衡电 力系统有功功率以及抑制电压瞬变和功率震荡。将开关型功率变换变换器电流源，电压源适当地接入电力系统就可以构成：（ 1 ）谐波电流补偿器。功率变换变换电路的输出与电力负载并联，输出谐 波电流，补偿非线性负载的谐波电流。使电网电流正弦化。（ 2）谐波电压补偿器。功率变换变换电路的输出端串联在交流电源与负载 之间，功率变换变换输出谐波电压，其值与电网的谐波电压大小相等，方向相反， 补偿电网的谐波电压。（ 3 ）无功功率补偿器。功率变换变换电路输出端与负载并联，输出基波无 功电流（电流滞后端电压
