电力电子范文10篇

电力电子范文篇1

就当前我国在电力电子技术方面的发展而言，其研究的主要内容包括以下四个方面：（1）电力电子元器件以及功率集成电路。（2）电力电子变换器技术。该技术研究的内容主要包括新能源的节约、电力能源的节约、新能源电力电子、空间以及军事应用中的特殊电力电子变换器技术等。（3）电力电子技术的应用。在其应用方面研究的主要内容是将超高功率转换器应用于钢铁、电力牵引、可再生能源发我国电力电子与电力传动系统发展问题和方向的分析代维菊黑龙江省绥化学院电气工程学院152061电、电力、船舶推进、冶金等工业方面以及电力电子系统的网络化、信息化发展。（4）电力电子系统的集成。在系统集成方面，其研究内容主要包含标准化电力电子模块、多芯片系统的集成、单芯片系统的集成、集成电力电子系统的可靠性以及稳定性研究等。

2我国电力电子在发展过程中遇到的问题

目前，我国在研究电力电子技术方面还存在着诸多的问题，这些问题都严重的制约了我国经济的发展。主要问题有：现今我国电力电子产品大多是采用的晶闸管，虽然利用晶闸管可以创造出一部分科技含量较高的产品和设备，但是这些产品和设备多使用的是国外的生产设备以及多组分组集成制造法，特别是很多先进的全控型电力电子器件，几乎全都需要从国外进口，才能满足国内的技术要求，尤其是很多关系着我国的经济发展以及社会安全的关键领域中的核心技术、设备、软件等。另外，我国电力电子技术与国外发达国家的差距甚大，这在一定程度上影响着我国与国外经济的合作。在过去的几十年中，我国经济发展的各部门都先后从欧美发达国家中引进了先进的电力电子技术，并且开始重视国内技术的发展。就目前的发展情况而言，虽然表面上显示出我国在很多技术方面可以满足国内的要求，但实际上在很多关键技术领域，我国的电力电子技术依然需要进口，国内的技术水平依然相对较低。国内与国外发达国家在电力电子技术方面的主要区别在于电力电子技术的发展依然存在着技术含量低、产品可靠性差、数字控制水平满足不了社会的要求、系统控制软件的水平低、应用程序的控制技术差、重大项目领域缺乏经验等问题。这就使得我国必须要依赖从国外进口高性能、高功率的电力电子转换器设备才能满足国内的使用。

3提高我国电力传动系统性能的主要方法

现今，我国电力传动系统研究工作主要围绕着交流传动系统进行。伴随着交流电动机调速装置的性能越来越完善以及调速理论的重大突破，电动机的调速技术渐渐从直流发电机—电动机组调速、晶闸管可控整流器、直流调压调速向交流电动机变频调速转变。之所以交流传动系统发展的这么迅速，其原因与我国在功率半导体器件的制造技术、交流电动机控制技术、以大规模集成电路和微型计算机为基础的数字化控制技术、电力变换技术等关键性技术方面的突破有关。要提高交流传动系统的整体性能，可从以下三个方面开展研究工作：（1）PWM技术的应用随着电压型PWM逆变器在高性能交流驱动系统中的广泛应用，我国对PWM技术的研究更为深入。PWM功率半导体器件的开关控制主要采用是高频技术，一般来说，PWM技术可分为三类进行研究，即随机PWM、正弦PWM以及优化PWM。正弦PWM的开关频率对于提升电力电子器件的功率有着非常突出的作用，这使得该技术在中小功率交流驱动系统中的应用极为广泛。不过，这种技术不适用于容量过大的电源转换设备，因为高开关频率将会引起极大的开关损失。（2）直接转矩、矢量控制技术的应用对于交流电机的交流驱动系统而言，其具有强耦合、多变量、非线性等特点，这就使得其控制工作变得十分的动态化，不过我国目前在这方面的研究还是较为成功的。在上世纪七八十年代，我国就提出了交流电机的动态控制理论，该理论要求不仅要对各个变量的振幅进行全面的控制，同时还要对各个阶段进行控制。直接转矩控制技术以及矢量控制技术是我国在交流驱动系统控制中的主要技术，此外，随着科学技术的发展，神经网络控制、模糊控制等智能控制技术也在我国逐渐发展起来，对提高交流传动系统的控制精确度有着极其重要的作用。（3）微电子技术的应用微电子技术对于提高我国数字控制处理芯片的运算能力以及可靠性有着极大的作用。当前，适合用在交流传动系统中的微处理器有ApplicationSpecificIntegratedCircuit—ASIC、DigitalSignalProcessor—DSP、单片机等。其中，高性能计算机的结构形式主要采用的是多总线结构、多处理器结构以及流水线结构等。

4结束语

电力电子范文篇2

1.电力系统发展现状

电力系统是能源利用、输送以及配给的主要载体，在社会经济发展中发挥着至关重要的作用。近年来，随着石油资源紧缺、环境不断恶化，促使电力系统的规模化发展向环保、智能化、可持续化发展。目前，我国的电力系统转型的主要特征表现为主干电网、微型电网及地方电网协调发展，分布式电源与储能装置组合，电力资源输送与分配智能化、灵活高效，电力系统的安全可靠性等。其中，可再生能源的并网发电、储能装置的功率转换等功能的实现需要靠电力电子装置来完成，电力电子装置的单元化、模块化、智能化发展也促进了电力系统向智能化的转变，保证了电力系用的运行可靠性，对于电力系统的发展具有至关重要的作用。

2.电力电子装置在电力系统中的应用

2.1在发电中的应用

电力电子装置在电力系统发电环节中的具体应用主要表现在发电机组励磁、风力发电、光伏发电等，具体如下：（1）发电机组励磁。发电机组采用静止励磁技术，该技术具有操控简单、调节速度快优点。例如，在水利发电中采用交流励磁技术，对发电机组励磁电流频率进行动态调整，使发电系统对水头压力及水量进行快速调节，从而提高水利发电厂的运行性能及效率，整体提高了发电品质。（2）风力发电。风力发电的核心环节是交流器，交流器的主要工作是把不受控制的风能转化成电压、频率及相位满足并网要求的电能。（3）光伏发电。光伏电站是通过光伏阵列组件、汇流器、逆变器等对太阳能进行集中利用的结构。由于光伏发电系统尚处于发展阶段，建设过程中还需综合考虑光伏阵列的、逆变器的组合方式等关键因素，以提高光伏发电效率。

2.2在电能存储中的应用

电能存储技术在电力系统应用中可以有效缓解高峰负荷供电需求，对提高现阶段电力设备的使用率和电网的使用效率具有重要的作用。另一方面，也可以有效应对电力故障问题，在一定程度上提高电能质量与用电效率。（1）压缩空气储能：利用电网用电低谷剩余的电量驱动空气压缩机，将能量转换为高压空气储存起来；当电网用电负荷达到高峰时，将储存的高压空气释放出来，推动涡轮机组发电，在发电过程中，通过控制发电机的励磁拓宽发电的范围，从而有效提高发电机组的发电效率。（2）抽水蓄能：即使用用电低谷富裕的电量驱动水泵，将低水位的水泵至高水位的水库中，将电能转换为水的势能；当用电高峰时，在利用水的势能推动水轮发电机组发电，向电网补充电能。在抽水蓄能过程中，利用机组中的转子绕组励磁方式可有效提高发电效率。（3）电池储能：即利用电网低谷的富裕电量对电池进行充电，到高峰负荷时向外发电的过程，通常采用锂离子电池、钠硫电池与全钒液流电池。在电池系统中，利用变换器实现电池充放电过程中的功率调节。

2.3在微型电网中的应用

微型电网是指由分布式电源、功率变换器、储能装置等组成的小型发电配电系统。该系统中主要通过功率变换器进行调节，既可以与外部电网并网运行，也可以孤立运行，从而实现局部功率平衡与能量优化。微型电网主要有直流微电网、交流微电网、交直流混合微电网等多种形式，其中交流微电网是目前的主流形式，其分布式电源、储能装置等通过电力电子装置连接至交流母线，并利用PCC处开关的控制，从而实现微电网并网运行与孤岛模式的转换。

2.4在输电环节中的应用

（1）直流输电：直流输电包括两种主要输电模式，常规直流输电和柔性直流输电。不同的方式以不同的换流器为基础，其中常规直流输电采用基于晶闸管作用下的换流器，柔性直流输电采用基于全控器件的换流器。与常规直流输电相比，柔性直流输电的最大特点是采用了可关断器件和高频调制技术，具有可以独立控制输出有功功率和无功功率等优势。（2）分频输电：即利用倍频变压器可以在较低频率的条件下进行输送电能，较高频率下用电，极大降低了交流输电线路距离，提高了系统传输能力。（3）固态变压器：又称电力电子变压器，可以对电压的幅值、频率、相数与形状等特点进行交换，实现原方电流、副方电压以及功率的灵活控制。固态变压器在电力系统中的应用，可以有效改善电能质量、提升电力系统的稳定性、安全性与灵活性。

3.结语

电力资源对社会经济的发展有着至关重要的作用，而电力电子装置在电力系统的发电、存储电能、微型电网等方面的应用同样起到不可忽视的作用。电力电子装置的应用促进了电力系统转型，可有效改善电力系统的性能，实现了电力系统的长远发展。

作者:王显平 单位:莱西市职业中等专业学校

参考文献:

[1]李尚盛,查晓明.大功率电力电子装置测试及考核研究现状与发展[J].变频器世界.2008(11)

[2]吴芳.电力系统试验中的大功率电力电子装置等效研究[J].电子制作.2014(20)

[3]喻翔.电力系统中电力电子装置的应用研究[J].电子技术与软件工程.2015(10)

电力电子范文篇3

关键词：Multisim技术；电力电子电路；优化设计

在电力电子电路设计中，波形分析法是一种非常重要的分析方法，利用波形分析法能够使人们对电路的工作原理及设计方法进行深入理解，并能够为电力电子电路的设计提供科学的依据。波形分析法需要对电力电子电路中的相关部件在电压与电流经过时所产生的波形进行准确画出，设计人员能够根据波形图来对电力电子电路中的相关部件的电压、电流承受上限及各项参数进行计算，以此明确这些元器件的电压定额与电流定额。因此，波形分析法的关键在于是否能够对电压电流波形进行准确画出。不过，在某种特殊情况下，特别是电路处于临界状态时，波形分析法难以对波形进行准确画出，而这就需要利用试验的方式来对电压波形进行确定，但在试验过程中，实验环境与成本的影响会给波形的测定带来很大困难，这不利于电力电子电路的优化设计。而计算机信息技术的发展使众多功能强大的应用软件有了用武之地，特别是Multisim软件的应用，对电力电子电路的优化设计有着极为明显的优势。

1Multisim技术概述

Multisim技术是以计算机为载体而研发的一种虚拟软件技术，它能够弥补传统的电力电子电路设计过程中存在的缺陷，极大程度的提高了电力电子电路设计的科学性与可靠性。采用Multisim软件能够对电力电子电路的功能进行仿真模拟，并为电力电子电路的设计提供了良好的集成化设计环境，使电力电子电路的设计、仿真分析、功能测试等相关工作得以顺利开展。在Multisim软件中包含多达数千个器件模型与虚拟元器件，并且包含了大量的虚拟电子设备，对这些电子设备的操作与设计就仿佛是在真实环境中进行设计一样，进而为设计人员提供了非常全面的分析工具，除此之外，它还能够对设计好的电力电子电路电路进行仿真设计分析，从而有效突破了实验室的客观局限性。

2基于Multisim技术的电力电子电路的优化设计思路

设计人员在使用Multisim软件对电力电子电路进行优化设计时，其设计思路共分为以下几个步骤，首先，按照用户的需求及相关设计要求，并结合电路的基本工作原理，以此画出相应的电路原理图，对于由大量电路组成的复杂系统来说，应将系统按照分层电路与子电路的方法来画出该系统的原理框图。其次，在Multisim软件的元件库中找出能够满足设计要求的相关元器件，然后切换到电路窗口中对画出的电路原理图进行构建，并对相关元器件的尺寸及参数进行设置与调整。再次，将需要对电路进行测试的相关仪器进行添加，并在软件中对构建好的仿真电路进行运行，在电路运行过程中，设计人员要对电路的仿真测试结果进行全过程的监测与观察。最后，切换到Multisim软件的分析窗口，对相应的分析方法进行选择，然后将该分析方法应用到仿真测试结果的分析处理工作当中去，以此实现对设计的电路进行客观准确的性能分析与评估。采用Multisim软件来对设计的电力电子电路进行仿真设计，不仅操作较为简单，而且不需要进行大量的编程操作，它能够对电路的物理现象及概念进行直观的反映，既能够对电路的构造进行仿真构建，又能够实现系统的分层电路与子电路的仿真构建，从而组建出功能多种多样的仿真系统。此外，设计人员还能够对电路中的相关元件参数进行随时修改，从而使设计人员能够对电力电子电路在输入输出信号时所产生的波形、失真情况、频谱特性、频域等现象进行观察与分析，进而找出最佳的电力电子电路优化设计方法。由此可见，基于Multisim技术的仿真设计和传统的实验室设计相比，在系统性、科学性、综合性上要远远优于实验室设计，这也使其更能有效适用于电路级的仿真设计工作。

3基于Multisim技术的电力电子电路的优化设计实例分析

为了对基于Multisim技术的电力电子电路的优化设计的可行性及准确性进行验证，本文以Buck直流降压变换器作为实例来进行分析，设计要求规定该直流降压变换器的电路输入电压为50伏，输出电压为30伏，波动幅度为±100mV，工作频率为30千赫兹，负载功率在20W至200W之间，工作状态为CCM。设计过程如下，首先在Multimis软件元件库中对元器件进行选择，然后切换至电路工作区将Buck降压变换器的电路基本原理图画出，并将脉冲源占空比设置成0.6，之后对设计的电路及其参数设置情况进行检查，然后利用Multimis软件对该电路进行仿真测试，通过仿真测试能够使设计人员对变换器电路中的各个点所产生的波形进行直观的观察，然后根据观察结果，结合设计要求对该变换器的电路滤波电容量及储能电感量进行相应的调整，使其能够达到1，然后对电流在临界状态下的连续时进行设定，查看其是否满足要求，并根据波形图对开关元件及续流二极管的滤波电容量与储能电感量进行计算，最终仿真测试获得该变换器处于CCM状态时，其临界电感量是0.2mH，能够满足设定的电流临界连续时要求，其最小滤波电容量值为55.6μF，将仿真测试获得的验证值与理论值的最大误差仅为2.3%。在Buck直流降压变换器设计中，对于三相半波有波逆变失败后所产生的波形是不能通过实验的方式来测得的，因此只能通过理论分析方法进行计算获得，而通过Multisim软件能够使该波形更加直观、方便的获得。

4结语

基于Multisim技术的电力电子电路的优化设计不仅避免了复杂繁琐的公式推导，也使电力电子电路的设计流程大大简化，极大程度的提高了电力电子电路的设计水平，使设计人员对电力电子电路的设计更有依据，突破了传统的实验室限制，加强了理论与实践的紧密结合。

参考文献

[1]文亚凤.基于双环控制功率逆变桥系统的Multisim仿真与分析[J].自动化技术与应用,2005,(07):73-75.

[2]于京生,陈永志,康元元.Multisim仿真软件在模拟电子技术实验教学中的应用[J].石家庄学院学报,2011,13(06):46-50.

电力电子范文篇4

现代电源技术是应用电力电子半导体器件,综合自动控制、计算机(微处理器)技术和电磁技术的多学科边缘交又技术。在各种高质量、高效、高可靠性的电源中起关键作用,是现代电力电子技术的具体应用。

当前,电力电子作为节能、节才、自动化、智能化、机电一体化的基础,正朝着应用技术高频化、硬件结构模块化、产品性能绿色化的方向发展。在不远的将来,电力电子技术将使电源技术更加成熟、经济、实用,实现高效率和高品质用电相结合。

1.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。

1.1整流器时代

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。

1.2逆变器时代

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迅速发展。变频调速的关键技术是将直流电逆变为0~100Hz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(GT0)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。

1.3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件、首先是功率M0SFET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。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M0SFET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,机电一体化和智能化提供了重要的技术基础。

2.现代电力电子的应用领域

2.1计算机高效率绿色电源

高速发展的计算机技术带领人类进入了信息社会,同时也促进了电源技术的迅速发展。八十年代,计算机全面采用了开关电源,率先完成计算机电源换代。接着开关电源技术相继进人了电子、电器设备领域。

计算机技术的发展,提出绿色电脑和绿色电源。绿色电脑泛指对环境无害的个人电脑和相关产品，绿色电源系指与绿色电脑相关的高效省电电源,根据美国环境保护署l992年6月17日“能源之星"计划规定,桌上型个人电脑或相关的设备,在睡眠状态下的耗电量若小于30瓦,就符合绿色电脑的要求,提高电源效率是降低电源消耗的根本途径。就目前效率为75%的200瓦开关电源而言,电源自身要消耗50瓦的能源。

2.2通信用高频开关电源

通信业的迅速发展极大的推动了通信电源的发展。高频小型化的开关电源及其技术已成为现代通信供电系统的主流。在通信领域中,通常将整流器称为一次电源,而将直流-直流(DC/DC)变换器称为二次电源。一次电源的作用是将单相或三相交流电网变换成标称值为48V的直流电源。目前在程控交换机用的一次电源中,传统的相控式稳压电源己被高频开关电源取代,高频开关电源(也称为开关型整流器SMR)通过MOSFET或IGBT的高频工作,开关频率一般控制在50-100kHz范围内,实现高效率和小型化。近几年,开关整流器的功率容量不断扩大,单机容量己从48V/12.5A、48V/20A扩大到48V/200A、48V/400A。

因通信设备中所用集成电路的种类繁多,其电源电压也各不相同,在通信供电系统中采用高功率密度的高频DC-DC隔离电源模块,从中间母线电压(一般为48V直流)变换成所需的各种直流电压,这样可大大减小损耗、方便维护,且安装、增加非常方便。一般都可直接装在标准控制板上,对二次电源的要求是高功率密度。因通信容量的不断增加,通信电源容量也将不断增加。

2.3直流-直流(DC/DC)变换器

DC/DC变换器将一个固定的直流电压变换为可变的直流电压,这种技术被广泛应用于无轨电车、地铁列车、电动车的无级变速和控制,同时使上述控制获得加速平稳、快速响应的性能,并同时收到节约电能的效果。用直流斩波器代替变阻器可节约电能(20~30)%。直流斩波器不仅能起调压的作用(开关电源),同时还能起到有效地抑制电网侧谐波电流噪声的作用。

通信电源的二次电源DC/DC变换器已商品化,模块采用高频PWM技术,开关频率在500kHz左右,功率密度为5W~20W/in3。随着大规模集成电路的发展,要求电源模块实现小型化,因此就要不断提高开关频率和采用新的电路拓扑结构,目前已有一些公司研制生产了采用零电流开关和零电压开关技术的二次电源模块,功率密度有较大幅度的提高。

2.4不间断电源(UPS)

不间断电源(UPS)是计算机、通信系统以及要求提供不能中断场合所必须的一种高可靠、高性能的电源。交流市电输入经整流器变成直流,一部分能量给蓄电池组充电,另一部分能量经逆变器变成交流,经转换开关送到负载。为了在逆变器故障时仍能向负载提供能量,另一路备用电源通过电源转换开关来实现。

现代UPS普遍了采用脉宽调制技术和功率M0SFET、IGBT等现代电力电子器件,电源的噪声得以降低,而效率和可靠性得以提高。微处理器软硬件技术的引入,可以实现对UPS的智能化管理,进行远程维护和远程诊断。

目前在线式UPS的最大容量已可作到600kVA。超小型UPS发展也很迅速,已经有0.5kVA、lkVA、2kVA、3kVA等多种规格的产品。

2.5变频器电源

变频器电源主要用于交流电机的变频调速,其在电气传动系统中占据的地位日趋重要,已获得巨大的节能效果。变频器电源主电路均采用交流-直流-交流方案。工频电源通过整流器变成固定的直流电压,然后由大功率晶体管或IGBT组成的PWM高频变换器,将直流电压逆变成电压、频率可变的交流输出,电源输出波形近似于正弦波,用于驱动交流异步电动机实现无级调速。

国际上400kVA以下的变频器电源系列产品已经问世。八十年代初期,日本东芝公司最先将交流变频调速技术应用于空调器中。至1997年,其占有率已达到日本家用空调的70%以上。变频空调具有舒适、节能等优点。国内于90年代初期开始研究变频空调,96年引进生产线生产变频空调器,逐渐形成变频空调开发生产热点。预计到2000年左右将形成高潮。变频空调除了变频电源外,还要求有适合于变频调速的压缩机电机。优化控制策略,精选功能组件,是空调变频电源研制的进一步发展方向。

2.6高频逆变式整流焊机电源

高频逆变式整流焊机电源是一种高性能、高效、省材的新型焊机电源,代表了当今焊机电源的发展方向。由于IGBT大容量模块的商用化,这种电源更有着广阔的应用前景。

逆变焊机电源大都采用交流-直流-交流-直流(AC-DC-AC-DC)变换的方法。50Hz交流电经全桥整流变成直流,IGBT组成的PWM高频变换部分将直流电逆变成20kHz的高频矩形波,经高频变压器耦合,整流滤波后成为稳定的直流,供电弧使用。

由于焊机电源的工作条件恶劣,频繁的处于短路、燃弧、开路交替变化之中,因此高频逆变式整流焊机电源的工作可靠性问题成为最关键的问题,也是用户最关心的问题。采用微处理器做为脉冲宽度调制(PWM)的相关控制器,通过对多参数、多信息的提取与分析,达到预知系统各种工作状态的目的,进而提前对系统做出调整和处理,解决了目前大功率IGBT逆变电源可靠性。

国外逆变焊机已可做到额定焊接电流300A,负载持续率60%,全载电压60~75V,电流调节范围5~300A,重量29kg。

2.7大功率开关型高压直流电源

大功率开关型高压直流电源广泛应用于静电除尘、水质改良、医用X光机和CT机等大型设备。电压高达50~l59kV,电流达到0.5A以上,功率可达100kW。

自从70年代开始,日本的一些公司开始采用逆变技术,将市电整流后逆变为3kHz左右的中频,然后升压。进入80年代,高频开关电源技术迅速发展。德国西门子公司采用功率晶体管做主开关元件,将电源的开关频率提高到20kHz以上。并将干式变压器技术成功的应用于高频高压电源,取消了高压变压器油箱,使变压器系统的体积进一步减小。

国内对静电除尘高压直流电源进行了研制,市电经整流变为直流,采用全桥零电流开关串联谐振逆变电路将直流电压逆变为高频电压,然后由高频变压器升压,最后整流为直流高压。在电阻负载条件下,输出直流电压达到55kV,电流达到15mA,工作频率为25.6kHz。

2.8电力有源滤波器

传统的交流-直流(AC-DC)变换器在投运时,将向电网注入大量的谐波电流,引起谐波损耗和干扰,同时还出现装置网侧功率因数恶化的现象,即所谓“电力公害”,例如,不可控整流加电容滤波时,网侧三次谐波含量可达(70~80)%,网侧功率因数仅有0.5~0.6。

电力有源滤波器是一种能够动态抑制谐波的新型电力电子装置,能克服传统LC滤波器的不足,是一种很有发展前途的谐波抑制手段。滤波器由桥式开关功率变换器和具体控制电路构成。与传统开关电源的区别是:(l)不仅反馈输出电压,还反馈输入平均电流;(2)电流环基准信号为电压环误差信号与全波整流电压取样信号之乘积。

2.9分布式开关电源供电系统

分布式电源供电系统采用小功率模块和大规模控制集成电路作基本部件,利用最新理论和技术成果,组成积木式、智能化的大功率供电电源,从而使强电与弱电紧密结合,降低大功率元器件、大功率装置(集中式)的研制压力,提高生产效率。

八十年代初期,对分布式高频开关电源系统的研究基本集中在变换器并联技术的研究上。八十年代中后期,随着高频功率变换技术的迅述发展，各种变换器拓扑结构相继出现,结合大规模集成电路和功率元器件技术,使中小功率装置的集成成为可能,从而迅速地推动了分布式高频开关电源系统研究的展开。自八十年代后期开始,这一方向已成为国际电力电子学界的研究热点,论文数量逐年增加，应用领域不断扩大。

分布供电方式具有节能、可靠、高效、经济和维护方便等优点。已被大型计算机、通信设备、航空航天、工业控制等系统逐渐采纳,也是超高速型集成电路的低电压电源(3.3V)的最为理想的供电方式。在大功率场合,如电镀、电解电源、电力机车牵引电源、中频感应加热电源、电动机驱动电源等领域也有广阔的应用前景。

3.高频开关电源的发展趋势

在电力电子技术的应用及各种电源系统中，开关电源技术均处于核心地位。对于大型电解电镀电源,传统的电路非常庞大而笨重,如果采用高顿开关电源技术,其体积和重量都会大幅度下降,而且可极大提高电源利用效率、节省材料、降低成本。在电动汽车和变频传动中,更是离不开开关电源技术，通过开关电源改变用电频率,从而达到近于理想的负载匹配和驱动控制。高频开关电源技术,更是各种大功率开关电源(逆变焊机、通讯电源、高频加热电源、激光器电源、电力操作电源等)的核心技术。

3.1高频化

理论分析和实践经验表明,电气产品的变压器、电感和电容的体积重量与供电频率的平方根成反比。所以当我们把频率从工频50Hz提高到20kHz,提高400倍的话,用电设备的体积重量大体下降至工频设计的5~l0%。无论是逆变式整流焊机,还是通讯电源用的开关式整流器,都是基于这一原理。同样,传统“整流行业”的电镀、电解、电加工、充电、浮充电、电力合闸用等各种直流电源也可以根据这一原理进行改造,成为“开关变换类电源”,其主要材料可以节约90%或更高,还可节电30%或更多。由于功率电子器件工作频率上限的逐步提高,促使许多原来采用电子管的传统高频设备固态化,带来显著节能、节水、节约材料的经济效益,更可体现技术含量的价值。

3.2模块化

模块化有两方面的含义,其一是指功率器件的模块化,其二是指电源单元的模块化。我们常见的器件模块,含有一单元、两单元、六单元直至七单元,包括开关器件和与之反并联的续流二极管,实质上都属于“标准”功率模块(SPM)。近年,有些公司把开关器件的驱动保护电路也装到功率模块中去,构成了“智能化”功率模块(IPM),不但缩小了整机的体积,更方便了整机的设计制造。实际上,由于频率的不断提高,致使引线寄生电感、寄生电容的影响愈加严重,对器件造成更大的电应力(表现为过电压、过电流毛刺)。为了提高系统的可靠性,有些制造商开发了“用户专用”功率模块(ASPM),它把一台整机的几乎所有硬件都以芯片的形式安装到一个模块中,使元器件之间不再有传统的引线连接,这样的模块经过严格、合理的热、电、机械方面的设计,达到优化完美的境地。它类似于微电子中的用户专用集成电路(ASIC)。只要把控制软件写入该模块中的微处理器芯片,再把整个模块固定在相应的散热器上,就构成一台新型的开关电源装置。由此可见,模块化的目的不仅在于使用方便,缩小整机体积,更重要的是取消传统连线,把寄生参数降到最小,从而把器件承受的电应力降至最低,提高系统的可靠性。另外,大功率的开关电源,由于器件容量的限制和增加冗余提高可靠性方面的考虑,一般采用多个独立的模块单元并联工作,采用均流技术,所有模块共同分担负载电流,一旦其中某个模块失效,其它模块再平均分担负载电流。这样,不但提高了功率容量,在有限的器件容量的情况下满足了大电流输出的要求,而且通过增加相对整个系统来说功率很小的冗余电源模块,极大的提高系统可靠性,即使万一出现单模块故障,也不会影响系统的正常工作,而且为修复提供充分的时间。

3.3数字化

在传统功率电子技术中,控制部分是按模拟信号来设计和工作的。在六、七十年代,电力电子技术完全是建立在模拟电路基础上的。但是,现在数字式信号、数字电路显得越来越重要,数字信号处理技术日趋完善成熟,显示出越来越多的优点:便于计算机处理控制、避免模拟信号的畸变失真、减小杂散信号的干扰(提高抗干扰能力)、便于软件包调试和遥感遥测遥调,也便于自诊断、容错等技术的植入。所以,在八、九十年代,对于各类电路和系统的设计来说,模拟技术还是有用的,特别是:诸如印制版的布图、电磁兼容(EMC)问题以及功率因数修正(PFC)等问题的解决,离不开模拟技术的知识,但是对于智能化的开关电源,需要用计算机控制时,数字化技术就离不开了。

3.4绿色化

电源系统的绿色化有两层含义:首先是显著节电,这意味着发电容量的节约,而发电是造成环境污染的重要原因,所以节电就可以减少对环境的污染;其次这些电源不能(或少)对电网产生污染,国际电工委员会(IEC)对此制定了一系列标准,如IEC555、IEC917、IECl000等。事实上,许多功率电子节电设备,往往会变成对电网的污染源:向电网注入严重的高次谐波电流,使总功率因数下降,使电网电压耦合许多毛刺尖峰,甚至出现缺角和畸变。20世纪末,各种有源滤波器和有源补偿器的方案诞生,有了多种修正功率因数的方法。这些为2l世纪批量生产各种绿色开关电源产品奠定了基础。

现代电力电子技术是开关电源技术发展的基础。随着新型电力电子器件和适于更高开关频率的电路拓扑的不断出现,现代电源技术将在实际需要的推动下快速发展。在传统的应用技术下,由于功率器件性能的限制而使开关电源的性能受到影响。为了极大发挥各种功率器件的特性,使器件性能对开关电源性能的影响减至最小,新型的电源电路拓扑和新型的控制技术,可使功率开关工作在零电压或零电流状态,从而可大大的提高工作频率,提高开关电源工作效率,设计出性能优良的开关电源。

总而言之,电力电子及开关电源技术因应用需求不断向前发展,新技术的出现又会使许多应用产品更新换代,还会开拓更多更新的应用领域。开关电源高频化、模块化、数字化、绿色化等的实现,将标志着这些技术的成熟,实现高效率用电和高品质用电相结合。这几年,随着通信行业的发展,以开关电源技术为核心的通信用开关电源,仅国内有20多亿人民币的市场需求,吸引了国内外一大批科技人员对其进行开发研究。开关电源代替线性电源和相控电源是大势所趋,因此,同样具有几十亿产值需求的电力操作电源系统的国内市场正在启动,并将很快发展起来。还有其它许多以开关电源技术为核心的专用电源、工业电源正在等待着人们去开发。

参考文献

(l)林渭勋:浅谈半导体高频电力电子技术,电力电子技术选编,浙江大学,384-390,1992

(2)季幼章:迎接知识经济时代,发展电源技术应用,电源技术应用,N0.2,l998

(3)叶治正,叶靖国:开关稳压电源。高等教育出版社,1998

电力电子范文篇5

关键词：配电网；电子装备；网络化技术

1配电网电力电子装备技术现状分析

1.1变换器。变换器是电功率处理器的一种，把某种幅度、频率转化成其他的幅度和频率的电能，这样的转化是变换器的主要作用。随着信息技术的不断发展，变换器技术也得到了不断的发展和进步。再加上电力电子技术人员的研究，拓展机构已经研发并展现，这一技术的出现和应用，使得双向或者多向电能流动控制成为可能。与此同时，在发展的过程中不断地优化，变换器的效率也得到了明显的提高，利用率甚至达到了百分之九十九，在大功率的系统中，变换器技术对电压及其电流的处理可以达到轻松应对的效果。1.2半导体开关器件。电力电子装备技术的基础是半导体开关器，主要包括了SCR/IGCT/IGBT等器件。目前的发展阶段，电力电子装备技术应当把重心放到现有的半导体开关器件上，性能和水平和研发新型的半导体开关有关。半导体开关器件中，不管是材料的选择，还是器件工艺的选取，对于整个电路的绝缘材料和磁性元件都有一定的适应和改造作用，不仅可以降低能耗，还可以把器件的体积减少到实际需要的范围之内。1.3电力电子装备系统。多个变换器和电路两个部分组成了电子装备系统，并且在电力电子装备系统中得到了很大的应用。在连接方式上能够实现能量的处理。但是在很多的大型规模中，就需要借助多个控制器来维持系统的平衡性和正常运转。配备的控制器分为变化器控制器和系统控制器两个部分。变化器控制器的主要作用是负责单一的变化，系统控制器是负责全部变化器的所有运行情况，并进行相关指令的调查。

2电力电子装备的互联与网络技术

2.1即插即用的功率接口。随着电力电子装备技术在生活中的广泛应用，电力系统在运行的过程中，配电网可以见到电力电子装备技术。即插即用的功率接口是把各种各样的电气设备、发电等端口进行接入配电网中，各种设备之间存在差异，因此电能输入在形式上可以和电网进行区别开来。即插即用的功率接口是把电能转化成为功能，并直接将各种各样的设备电能输入形式和电网匹配的形式进行一个实际情况的转化。因此，一个接口属于一个电力电子装备，不仅如此，即插即用的功率接口还可以当做通信接口。最终，实现网络的连接。通信接口也可以对终端设备进行识别，在终端设备运行的信息上进行上传并接收系统的调控指令。2.2能量路由器。能量路由器在整个电力电子装备中，实现网络化技术智能管理模块。能量路由器是属于中低配网、低压区域网的相应接口；能量路由器在正常运营的范围之内可以实现电能双向流动，更可以提供相应低压直流母线来提供再生能源电力设备。与此同时，能量路由器通信接口所具备的通信功能，从而把终端设备的运营信息上传到网络的终端系统中去。这样就可以接收到调控指令，指令的确定需要在终端设备的具体工作上进行决定，能量路由器对其中的故障电流起到了限制性的作用，并保持了低压配电网电压的稳定性，接受到系统的保障性效果。2.3操作系统。互联网技术的操作在本质上是一个通用的网络协议，想要实现设备上的网络督促，就要做到网络监督和识别上的统一；想要实现管理上的统一，就必须先统一协调全部功率的接口及其能量撸起的二者全部支持和协调网络协议。在实际的操作过程中，用户可以把网络协议直接安装到自己的手机或者电脑上去，在有网络信号的情况下，就可以对自身家用电的使用效果进行实时性监控。这样就可以及时的保证了对网络上电价信息的有效反馈。针对发生的故障和情况，可以有效的进行实际情况的措施优化和预防。目前，新常态的背景下，配电网电力电子装备的互联和网络化的技术，最重要的是信息流极和能量流极两个方面；虽然我国在配电网能量层面上已经初步实现了互联功能，可是通信层面上的建设和构建还有待提高和进步。在电力电子装备互联网与网络化的技术构架中分为了功能接口、能量路由器在整个网络中的管理模模块、操作系统三个部分。也就是说电力电子装备互联网技术的基础是信息流和能量流两个部分的内容。也就是标准的操作系统，一个通用的网络协议，可以利用即插即用的功率接口实现识别和监测。

3结束语

随着社会的进步，电力电子装备技术的发展状况对配电网的性能改造和优化，有着十分重要的作用，也有效的推动了直流配电网的进步和发展。配电网的电力电子技术是基于电力电子装备的有效运营的基础上进行的，它是一个时变形很强的系统，最后可以达到电能变化的目的。配电网中电力电子装备的互联和网络技术的结合，是现代化电网发展的一个趋势也是一个过程。针对于电能和信息集成一体化的重要意义，为智能化电网和管理产生一个很大的推动性作用。

作者:蒋志明 何静 单位:西安西瑞控制技术股份有限公司

电力电子范文篇6

关键词：电力电子技术；智能电网；实际应用

随着我国电子信息技术的不断发展和进步，使我国的电力电子技术在智能化电网当中得到了越来越广泛的应用，同时也取得了显著的效果，有效地促进了我国电力电子技术和智能化电网的共同发展。为了能够充分满足当今时代人们的实际需求，进而提高人们的生活条件和质量。在进行智能电网的建设过程当中，要想使智能化程度有所体现，应该对电力电子技术进行大力的应用。下文将对此展开一系列的讨论。

1我国智能电网发展现状和技术要点

就智能电网而言，其实质上指的是多种不同的信息技术所组合而成的综合技术，并且在原有的电网基础之上对其进行更新和优化。与此同时，还需要对电网系统的实际建设需求进行充分考虑，并且要以此作为宗旨，从而能够最大程度地达到保护环境和节约能源的目的，从根本上保障和提高整个电网系统运行的安全性和稳定性。另外，在技术要点方面，应该以我国的实际发展情况作为基础，全面提高智能电网当中的电力电子技术，同时也需要符合相应的建设标准。首先应当将污染降到最低，无论是哪种技术的应用，一定不能给自然环境造成负担和污染。不仅如此，在进行智能电网建设工作的过程当中，相关工作人员应该对实际的技术指标进行全面仔细地考虑，最大程度地保障建设工作能够完全符合环境要求，同时也应该对各类自然调节和气候所带来的影响进行控制。其次，智能电网应该全面实现智能化，无论是技术指标还是在技术诊断方面，都应该全面进行智能化的建设，保证智能电网系统能够实现对运行参数的自动化调整，同时也可以对一些比较常见的电网故障进行自动修复。就智能电网自身而言，要想切实有效地保障和提高运行的效率和质量，就必须要保证具有高度的互动性。所谓互动性，不光只是体现在智能电网当中的各个组成技术知识，同时也需要系统在客户端以及服务端之间实现紧密结合，从根本上提高服务质量。除了上述的情况之外，在进行智能电网的建设工作过程当中，相关工作人员还需要对经济性指标有一个高度的重视。在技术的应用方面，还需要对双面交互式自动控制技术、可再生资源的网络连接运行技术等有一个高度的重视和充分的应用。

2电力电子技术在智能电网中实际应用的重要性

2.1电力电子技术具有一定的稳定性。随着我国信息技术的不断发展和进步，使电力电子技术也在不断地改进和完善。尽管如此，在进行智能电网建设工作的过程当中，依然还有诸多的问题存在。从目前的情况来看，智能电网系统在实际的发展过程当中，要想能够切实地保证其自身的经济效益和社会效益，首先应该保证的是整个系统具有高度的安全性和稳定性。要想使电力电子技术在智能电网当中得到最大程度地应用，需要相关工作人员从实际的角度出发，有针对性地制定相关的标准规范。将电力电子技术应用在智能电网当中，可以在很大程度上提高智能电网的工作效率和工作质量，并且能够有效地促进和推动电网系统的智能化发展，为电网智能化的建设工作奠定坚实的基础和提供切实的保障。2.2改善了电能输出的质量。从实际的角度来讲，在我国经济实力和科学技术水平不断发展和进步的带动之下，使各个行业和领域的企业也加快了发展的脚步，从而使社会对于电力能源的需求显著增加，对于智能电网运行的安全性和稳定性也提出了更加严格的要求。以往传统的供电网络已经无法充分满足当今时代的实际需求，安全性和稳定性自然也就不能保障，如此一来，势必会增加整个供电网络当中的安全隐患，增加了安全事故发生的概率。而电力电子技术的有效应用，可以使这些问题得到很大的改善，同时也能够在一定程度上增加电能输出的稳定性，不仅提高了智能电网运行的安全性和稳定性，还可以节约一定的能源，避免电能有浪费的情况出现。

3加强电力电子技术在智能电网中的实际应用措施

当今时代，很多的大型能源基地正在不断地增加电力的传输量，如果一味地采用以往传统的电力传输方式，不光无法保障和提高传输效率和质量，同时也无法有效地保证传输的安全性，很容易对相关设备造成严重的影响和损害，并且也会造成严重的资源浪费。在这种情况之下，相关工作人员应当采取科学合理有效的方式来提高电力电子技术的安全性，并且与当前的实际情况进行结合，从能源节约的角度入手，对电力电子技术的实际应用性进行有效地改进和完善，并且要以此作为基础，提高整个智能电网传输的安全性，延长相关设备的使用寿命。不仅如此，如果从能源的角度出发，相关工作人员可以对电子资源的节约手段进行深入地分析和研究，对相应的设备进行改进和完善，实现从电能向其他方式能源的转化并进行储存，从而对能源浪费的情况进行有效地控制，为提高资源的利用率做出贡献。其次，还能够对大型的电力系统进行限压，在大功率的电压之间完成储备系统的建立，有效地控制系统运行的稳定性。电力电子技术要想有效地提高其实用性，还可以将电力系统和FACTS技术进行有效结合，从而使电压电力都能够得到控制，从根本上提高电力的传输能力，并且使整个电网系统得到控制。不仅如此，将电力电子技术应用在智能电网当中，还可以对电力系统运行过程当中的各类问题进行自动分析和解决，进一步地提高了整个电网系统的智能化程度。除此之外，相关工作人员还可以将原有的系统作为基础，安装智能开关，如此也能够实现对电网系统的智能化控制，如果发生故障，可以将电源自动切断，最大限度地避免电网系统遭到破坏。最后，还应该大力引进和应用当代先进的电力电子技术，加大人才队伍的建设工作，从而使电力电子技术的应用效果得到提高，对能源也能够进行最大程度地控制和节约，环境也可以得到全面的保护。

4结语

前文对电力电子技术在智能电网中的实际应用进行了简要地分析和描述，电力电子技术在智能电网中的大力应用，是时展的必然趋势，同时也为电力电子技术和智能电网的发展起到了有力的促进和推动作用，并且可以使电网在实际运行过程当中的安全性和稳定性得到了切实的保障，最大程度地保证电网系统的经济效益和社会效果，能够使智能电网更好地为社会各界服务。

参考文献

[1]武漫漫，王香丽.分析先进电力电子技术在智能电网中的应用[J].中国新通信，2015(17)：79.

[2]田平.先进电力电子技术在智能电网中的应用[J].电子制作，2013(22)：182.

[3]刘玉海，任庆帅，华涛，等.试论先进电力电子技术在智能电网中的应用[J].建筑工程技术与设计，2016(4)：971.

[4]侯旭东.先进电力电子技术在智能电网中的应用[J].建筑工程技术与设计，2017(19)：4364.

电力电子范文篇7

当前,电力电子作为节能、节才、自动化、智能化、机电一体化的基础,正朝着应用技术高频化、硬件结构模块化、产品性能绿色化的方向发展。在不远的将来,电力电子技术将使电源技术更加成熟、经济、实用,实现高效率和高品质用电相结合。

1.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。

1.1整流器时代

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。

1.2逆变器时代

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迅速发展。变频调速的关键技术是将直流电逆变为0~100Hz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(GT0)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。

1.3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件、首先是功率M0SFET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。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M0SFET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,机电一体化和智能化提供了重要的技术基础。

2.现代电力电子的应用领域

2.1计算机高效率绿色电源

高速发展的计算机技术带领人类进入了信息社会,同时也促进了电源技术的迅速发展。八十年代,计算机全面采用了开关电源,率先完成计算机电源换代。接着开关电源技术相继进人了电子、电器设备领域。

计算机技术的发展,提出绿色电脑和绿色电源。绿色电脑泛指对环境无害的个人电脑和相关产品，绿色电源系指与绿色电脑相关的高效省电电源,根据美国环境保护署l992年6月17日“能源之星"计划规定,桌上型个人电脑或相关的设备,在睡眠状态下的耗电量若小于30瓦,就符合绿色电脑的要求,提高电源效率是降低电源消耗的根本途径。就目前效率为75%的200瓦开关电源而言,电源自身要消耗50瓦的能源。

2.2通信用高频开关电源

通信业的迅速发展极大的推动了通信电源的发展。高频小型化的开关电源及其技术已成为现代通信供电系统的主流。在通信领域中,通常将整流器称为一次电源,而将直流-直流(DC/DC)变换器称为二次电源。一次电源的作用是将单相或三相交流电网变换成标称值为48V的直流电源。目前在程控交换机用的一次电源中,传统的相控式稳压电源己被高频开关电源取代,高频开关电源(也称为开关型整流器SMR)通过MOSFET或IGBT的高频工作,开关频率一般控制在50-100kHz范围内,实现高效率和小型化。近几年,开关整流器的功率容量不断扩大,单机容量己从48V/12.5A、48V/20A扩大到48V/200A、48V/400A。

因通信设备中所用集成电路的种类繁多,其电源电压也各不相同,在通信供电系统中采用高功率密度的高频DC-DC隔离电源模块,从中间母线电压(一般为48V直流)变换成所需的各种直流电压,这样可大大减小损耗、方便维护,且安装、增加非常方便。一般都可直接装在标准控制板上,对二次电源的要求是高功率密度。因通信容量的不断增加,通信电源容量也将不断增加。

2.3直流-直流(DC/DC)变换器

DC/DC变换器将一个固定的直流电压变换为可变的直流电压,这种技术被广泛应用于无轨电车、地铁列车、电动车的无级变速和控制,同时使上述控制获得加速平稳、快速响应的性能,并同时收到节约电能的效果。用直流斩波器代替变阻器可节约电能(20~30)%。直流斩波器不仅能起调压的作用(开关电源),同时还能起到有效地抑制电网侧谐波电流噪声的作用。

通信电源的二次电源DC/DC变换器已商品化,模块采用高频PWM技术,开关频率在500kHz左右,功率密度为5W~20W/in3。随着大规模集成电路的发展,要求电源模块实现小型化,因此就要不断提高开关频率和采用新的电路拓扑结构,目前已有一些公司研制生产了采用零电流开关和零电压开关技术的二次电源模块,功率密度有较大幅度的提高。

2.4不间断电源(UPS)

不间断电源(UPS)是计算机、通信系统以及要求提供不能中断场合所必须的一种高可靠、高性能的电源。交流市电输入经整流器变成直流,一部分能量给蓄电池组充电,另一部分能量经逆变器变成交流,经转换开关送到负载。为了在逆变器故障时仍能向负载提供能量,另一路备用电源通过电源转换开关来实现。

现代UPS普遍了采用脉宽调制技术和功率M0SFET、IGBT等现代电力电子器件,电源的噪声得以降低,而效率和可靠性得以提高。微处理器软硬件技术的引入,可以实现对UPS的智能化管理,进行远程维护和远程诊断。

目前在线式UPS的最大容量已可作到600kVA。超小型UPS发展也很迅速,已经有0.5kVA、lkVA、2kVA、3kVA等多种规格的产品。

2.5变频器电源

变频器电源主要用于交流电机的变频调速,其在电气传动系统中占据的地位日趋重要,已获得巨大的节能效果。变频器电源主电路均采用交流-直流-交流方案。工频电源通过整流器变成固定的直流电压,然后由大功率晶体管或IGBT组成的PWM高频变换器,将直流电压逆变成电压、频率可变的交流输出,电源输出波形近似于正弦波,用于驱动交流异步电动机实现无级调速。

国际上400kVA以下的变频器电源系列产品已经问世。八十年代初期,日本东芝公司最先将交流变频调速技术应用于空调器中。至1997年,其占有率已达到日本家用空调的70%以上。变频空调具有舒适、节能等优点。国内于90年代初期开始研究变频空调,96年引进生产线生产变频空调器,逐渐形成变频空调开发生产热点。预计到2000年左右将形成高潮。变频空调除了变频电源外,还要求有适合于变频调速的压缩机电机。优化控制策略,精选功能组件,是空调变频电源研制的进一步发展方向。

2.6高频逆变式整流焊机电源

高频逆变式整流焊机电源是一种高性能、高效、省材的新型焊机电源,代表了当今焊机电源的发展方向。由于IGBT大容量模块的商用化,这种电源更有着广阔的应用前景。

逆变焊机电源大都采用交流-直流-交流-直流(AC-DC-AC-DC)变换的方法。50Hz交流电经全桥整流变成直流,IGBT组成的PWM高频变换部分将直流电逆变成20kHz的高频矩形波,经高频变压器耦合,整流滤波后成为稳定的直流,供电弧使用。

由于焊机电源的工作条件恶劣,频繁的处于短路、燃弧、开路交替变化之中,因此高频逆变式整流焊机电源的工作可靠性问题成为最关键的问题,也是用户最关心的问题。采用微处理器做为脉冲宽度调制(PWM)的相关控制器,通过对多参数、多信息的提取与分析,达到预知系统各种工作状态的目的,进而提前对系统做出调整和处理,解决了目前大功率IGBT逆变电源可靠性。

国外逆变焊机已可做到额定焊接电流300A,负载持续率60%,全载电压60~75V,电流调节范围5~300A,重量29kg。

2.7大功率开关型高压直流电源

大功率开关型高压直流电源广泛应用于静电除尘、水质改良、医用X光机和CT机等大型设备。电压高达50~l59kV,电流达到0.5A以上,功率可达100kW。

自从70年代开始,日本的一些公司开始采用逆变技术,将市电整流后逆变为3kHz左右的中频,然后升压。进入80年代,高频开关电源技术迅速发展。德国西门子公司采用功率晶体管做主开关元件,将电源的开关频率提高到20kHz以上。并将干式变压器技术成功的应用于高频高压电源,取消了高压变压器油箱,使变压器系统的体积进一步减小。

国内对静电除尘高压直流电源进行了研制,市电经整流变为直流,采用全桥零电流开关串联谐振逆变电路将直流电压逆变为高频电压,然后由高频变压器升压,最后整流为直流高压。在电阻负载条件下,输出直流电压达到55kV,电流达到15mA,工作频率为25.6kHz。

2.8电力有源滤波器

传统的交流-直流(AC-DC)变换器在投运时,将向电网注入大量的谐波电流,引起谐波损耗和干扰,同时还出现装置网侧功率因数恶化的现象,即所谓“电力公害”,例如,不可控整流加电容滤波时,网侧三次谐波含量可达(70~80)%,网侧功率因数仅有0.5~0.6。

电力有源滤波器是一种能够动态抑制谐波的新型电力电子装置,能克服传统LC滤波器的不足,是一种很有发展前途的谐波抑制手段。滤波器由桥式开关功率变换器和具体控制电路构成。与传统开关电源的区别是:(l)不仅反馈输出电压,还反馈输入平均电流;(2)电流环基准信号为电压环误差信号与全波整流电压取样信号之乘积。

2.9分布式开关电源供电系统

分布式电源供电系统采用小功率模块和大规模控制集成电路作基本部件,利用最新理论和技术成果,组成积木式、智能化的大功率供电电源,从而使强电与弱电紧密结合,降低大功率元器件、大功率装置(集中式)的研制压力,提高生产效率。

八十年代初期,对分布式高频开关电源系统的研究基本集中在变换器并联技术的研究上。八十年代中后期,随着高频功率变换技术的迅述发展，各种变换器拓扑结构相继出现,结合大规模集成电路和功率元器件技术,使中小功率装置的集成成为可能,从而迅速地推动了分布式高频开关电源系统研究的展开。自八十年代后期开始,这一方向已成为国际电力电子学界的研究热点,论文数量逐年增加，应用领域不断扩大。

分布供电方式具有节能、可靠、高效、经济和维护方便等优点。已被大型计算机、通信设备、航空航天、工业控制等系统逐渐采纳,也是超高速型集成电路的低电压电源(3.3V)的最为理想的供电方式。在大功率场合,如电镀、电解电源、电力机车牵引电源、中频感应加热电源、电动机驱动电源等领域也有广阔的应用前景。

3.高频开关电源的发展趋势

在电力电子技术的应用及各种电源系统中，开关电源技术均处于核心地位。对于大型电解电镀电源,传统的电路非常庞大而笨重,如果采用高顿开关电源技术,其体积和重量都会大幅度下降,而且可极大提高电源利用效率、节省材料、降低成本。在电动汽车和变频传动中,更是离不开开关电源技术，通过开关电源改变用电频率,从而达到近于理想的负载匹配和驱动控制。高频开关电源技术,更是各种大功率开关电源(逆变焊机、通讯电源、高频加热电源、激光器电源、电力操作电源等)的核心技术。

3.1高频化

理论分析和实践经验表明,电气产品的变压器、电感和电容的体积重量与供电频率的平方根成反比。所以当我们把频率从工频50Hz提高到20kHz,提高400倍的话,用电设备的体积重量大体下降至工频设计的5~l0%。无论是逆变式整流焊机,还是通讯电源用的开关式整流器,都是基于这一原理。同样,传统“整流行业”的电镀、电解、电加工、充电、浮充电、电力合闸用等各种直流电源也可以根据这一原理进行改造,成为“开关变换类电源”,其主要材料可以节约90%或更高,还可节电30%或更多。由于功率电子器件工作频率上限的逐步提高,促使许多原来采用电子管的传统高频设备固态化,带来显著节能、节水、节约材料的经济效益,更可体现技术含量的价值。

3.2模块化

模块化有两方面的含义,其一是指功率器件的模块化,其二是指电源单元的模块化。我们常见的器件模块,含有一单元、两单元、六单元直至七单元,包括开关器件和与之反并联的续流二极管,实质上都属于“标准”功率模块(SPM)。近年,有些公司把开关器件的驱动保护电路也装到功率模块中去,构成了“智能化”功率模块(IPM),不但缩小了整机的体积,更方便了整机的设计制造。实际上,由于频率的不断提高,致使引线寄生电感、寄生电容的影响愈加严重,对器件造成更大的电应力(表现为过电压、过电流毛刺)。为了提高系统的可靠性,有些制造商开发了“用户专用”功率模块(ASPM),它把一台整机的几乎所有硬件都以芯片的形式安装到一个模块中,使元器件之间不再有传统的引线连接,这样的模块经过严格、合理的热、电、机械方面的设计,达到优化完美的境地。它类似于微电子中的用户专用集成电路(ASIC)。只要把控制软件写入该模块中的微处理器芯片,再把整个模块固定在相应的散热器上,就构成一台新型的开关电源装置。由此可见,模块化的目的不仅在于使用方便,缩小整机体积,更重要的是取消传统连线,把寄生参数降到最小,从而把器件承受的电应力降至最低,提高系统的可靠性。另外,大功率的开关电源,由于器件容量的限制和增加冗余提高可靠性方面的考虑,一般采用多个独立的模块单元并联工作,采用均流技术,所有模块共同分担负载电流,一旦其中某个模块失效,其它模块再平均分担负载电流。这样,不但提高了功率容量,在有限的器件容量的情况下满足了大电流输出的要求,而且通过增加相对整个系统来说功率很小的冗余电源模块,极大的提高系统可靠性,即使万一出现单模块故障,也不会影响系统的正常工作,而且为修复提供充分的时间。

3.3数字化

在传统功率电子技术中,控制部分是按模拟信号来设计和工作的。在六、七十年代,电力电子技术完全是建立在模拟电路基础上的。但是,现在数字式信号、数字电路显得越来越重要,数字信号处理技术日趋完善成熟,显示出越来越多的优点:便于计算机处理控制、避免模拟信号的畸变失真、减小杂散信号的干扰(提高抗干扰能力)、便于软件包调试和遥感遥测遥调,也便于自诊断、容错等技术的植入。所以,在八、九十年代,对于各类电路和系统的设计来说,模拟技术还是有用的,特别是:诸如印制版的布图、电磁兼容(EMC)问题以及功率因数修正(PFC)等问题的解决,离不开模拟技术的知识,但是对于智能化的开关电源,需要用计算机控制时,数字化技术就离不开了。

3.4绿色化

电源系统的绿色化有两层含义:首先是显著节电,这意味着发电容量的节约,而发电是造成环境污染的重要原因,所以节电就可以减少对环境的污染;其次这些电源不能(或少)对电网产生污染,国际电工委员会(IEC)对此制定了一系列标准,如IEC555、IEC917、IECl000等。事实上,许多功率电子节电设备,往往会变成对电网的污染源:向电网注入严重的高次谐波电流,使总功率因数下降,使电网电压耦合许多毛刺尖峰,甚至出现缺角和畸变。20世纪末,各种有源滤波器和有源补偿器的方案诞生,有了多种修正功率因数的方法。这些为2l世纪批量生产各种绿色开关电源产品奠定了基础。

电力电子范文篇8

关键词：配电网；电力电子装备；网络化；互联

就目前来看，电力企业在不断发展，也开始进行有效的网络融合，电子装备作为电力技术与通信技术的重要装备，需要进行有效研究，通过分析其结合措施，研究其发展趋势，这也是配电网工作中的重要研究方向，如何使电力电子装备更好的进行网络互联，通过其网络化技术的运用，在结合先进的电子装备，不断提高电力电子装置的使用用途。进而推动配电网工作的顺利进行。下面具体分析。

1电力电子装备技术

电力电子装备技术是通过技术手段进行的，是在电力电子装备有效发挥效率的重要途径，结合电子装备改变与完善配电网技术，在运行过程中，我们要进行以下几方面了解：

1.1变换器。变换器就是一种处理器，在配电网中作为有效的处理设备，是电力电能功率的调节装置，通过提高频率与幅度进行有效配电工作。如今，人们用电需求加大，对于该设备来说也需要进行有效升级，进而保证配电网顺利进行配电，在长期发展过程，变换器也在不断升级与改进，运行的稳定性得到了进一步认可，即使面对大功率系统也可以进行有效调节，在运行过程通过有效的转换与并联，这样也对提高变换器的性能与处理配电数据有很大助力，在综合处理过程也达到了与配电网相互结合的目的，提高了运行稳定性，也便于配电网各项工作的进行。

1.2半导体开关。作为电力电子装备技术中的核心配件，半导体开关十分重要，这也是整个配电网工作中的重要技术系统，在配电网中该器件的性能会影响到实际的配电效果，是电力电子装置技术实施效果的重要展现。在半导体开关选择上，该原件必须要重视材料与工艺，这样才能提高配电工作效率。首先在材料方面，运行过程是有温度限制的，随着技术发展，新型的科技材料也运用与电力电子器件中，半导体开关作为重要原件也必须采用最新的材料技术，例如SiC，这类材料的使用功率稳定，而且符合大功率使用范围。在压力大的半导体开关中也比较适用。其提升器件热传导效率更是明显，与其他材料比较优势明显。还有我们了解的GaN，这也是一种新型材料，对于频率高的半导体开关器件来说有很好的迁移率，在性能方面可以提升1MHz。从这些方面看在材料选择上必须给予明确与重视。其次是工艺方面，在配电网中使用的半导体器件制作过程也是十分关机的，不容忽视，随着技术的提高，其工艺也进一步完善，提高了开关速度的同时，也在功率消耗等方面有了进一步提高，同时我们更要注重在绝缘与磁性元件等方面的工艺运用，在大小控制上也要有所提高，总之，只有通过有效的新技术降低生产能效，才能进一步提高配电网工作效率。

1.3电力电子系统。在一些规模相对较大、或比较特殊的电力电子装备中，其所运用的变换器不止一个，且其中还需要一些电路对装备的工作进行辅助，在这种情况下，电力电子系统也就形成了。在系统中，可以通过并联、串联以及级联的方式，对变换器进行连接，从而确保变换器能够对电能进行妥善处理。由于电力电子系统中的变换器较多，所以需要多个控制器对其进行控制，具体来讲，控制器可以分为系统控制器与变换器控制器两种，前者一般只有一个，后者可以有多个，前者可以与每个变换器控制器进行通信。

2电力电子装备的互联和网络化技术

近年来，电力电子装备被广泛的应用到电力系统中，配电网中的电力电子装备技术也比较常见，但是配电网将这些电力电子装备的功率端连在了一起，却不能够协调这些电子电力设备的运行，这对于配电网电能管理的灵活性和可控性有着不利影响，通信技术不断发展，网络化的应用越来越广泛也越来越成熟，合理的应用通信技术，实现电力电子装备的互联与网络化是当前配电网电子电力装备研究过程中的重点方向。在配电网中可以将电子电力装备看成是一个个的节点，通过通信技术、互联网技术将每一个这样的节点互相连接起来，这就是电子电力装备的互联，通信网络将这些节点的电能状态数据实时的收集起来，并发出节点指令，从整体上协调电子电力装备的运行，保证整个配电网电能管理的灵活性和可控性，这就是电力电子装备的网络化技术。在当今的电力电子装备互联和网络化技术体系适用性十分广泛，可以直接面对民用用户和工业用户，其主要的构架以及具体的技术主要有以下三个要素：

2.1即插即用的功率接口。即插即用的功率接口能够将各种电气设备、分布发电等终端接入到配电网中，不同设备的电能输入形式和电网有差别，而即插即用的功率接口能够将电能转化为功能，将设备电能的输入形式转化为与电网匹配的形式，这种功率接口就是一个电力电子装备，即插即用的功率接口还要具备通信接口，实现网络的连接，通信接口能够识别终端设备，并上传终端设备运行的信息，接受系统的调控指令。

2.2能量路由器。能量路由器是整个网络中的智能能量管理模块，能量路由器的工作原理及功能主要有以下几个方面：1）实现能量的双向流动，实现中压配电网和低压区域网直接的互相连接，提供低压直流母线，以供可再生能源电力电子设备的使用；接收即插即用功率接口所上传的有关终端设备运行的信息，通过对信息的分析及配电网的指令下达一些终端设备的额参考指令；能量路由器能够维持配电网电压的稳定、保证低压穿越以及限制故障电流；2）能量路由器的电压等级以及功率等级不尽相同，具体根据用电用户的不同而定。

2.3标准的操作系统能量流和信息流是电子电力装备互联网技术中的基础，标准的操作系统是一个通用的网络协议，这个网络协议能够统一所有的功率接口以及能量路由器，对网络中设备的识别、监测、以及统一的协调处理有着重要的作用，当前能量层已经初步形成并且逐步完善，但通信层还需要进一步的发展，智能电表等智能化设备的应用还要加强。综上所述，对于配电网工作的认识不仅要局限于整体方面，对于电力电子设备更要给予高度重视，通过明确电力电子设备运行过程的优势与不足，进一步提高与完善，在结合相关的互联与网络技术的结合，从而改变配电网结构，提高配电过程运行效率。在如今的配电网中我们更要重视电力电子设备实际运行效果，只有不断通过技术上的提升才能进行有效配电工作调节，在未来发展过程，也要明确电力电子技术与通信技术是必须要进行有效融合的，只有明确配电网工作发展方向，进而进行有效技术创新，进行必要的网络互联，才能提高电力行业进一步发展，提高人们用电质量。

作者:王维 赵明颖 单位:国网七台河供电公司

参考文献:

[1]何湘宁，宗升，吴建德，等.配电网电力电子装备的互联与网络化技术[J].中国电机工程学报，2014（29）：5162-5170.

电力电子范文篇9

关键词:电力电子技术；电力机车；牵引电传动系统

随着电力电子技术的快速发展，电力机车牵引电传动系统发生了巨大的变化。20世纪中后期，采用交直传动系统的韶山型电力机车在我国铁路交通运输中占主导地位，但随着现代科学与技术的快速发展，采用交直交传动系统的和谐系列电力机车，在生产实际中得到广泛的应用，并逐渐取代了韶山型电力机车。在电力机车牵引电传动系统的发展历程中，电力电子技术承担着举足轻重的作用，因此，电力电子技术在电力机车牵引电传动系统中的应用研究具有重要意义。

1电力电子技术的发展

1947年，第一只晶体管的研制成功，开创了半导体固态电子学，20世纪50年代功率半导体二极管的出现，提高了整流电路的效率。1957年美国通用电气公司研制出第一只可控型电力电子器件———晶闸管，次年得以商业化，标志着对电能变换与控制的电力电子技术诞生。电力电子技术是一门新型技术，但是发展快速，其原因有两个：一是：人类电气化时代，电能在国民工业中的应用比重已成为衡量一个国家发展水平的重要指标，电力电子技术适应了当今世界人们对电能的巨大需求以及能源利用效率的不断追求，利用电力电子技术可以实现交流到直流（AC/DC）、直流到交流（DC/AC）、交流到交流（AC/AC）、直流到直流（DC/DC）等多形式的能量变换，这为太阳能、风能等清洁能源的利用，高效的交流传动，以及高压直流输电等各领域的应用打开了广阔的前景。二是：电力电子器件的发展极大地扩展了电力电子技术应用的功率范围，微处理器的出现实现了控制数字化，快速推进了电力电子技术的应用发展。1.1传统电力电子技术。晶闸管的发明扩展了半导体器件的功率控制范围，在二十世纪60年代得到快速推广，主要应用于大功率整流器。二十世纪60年代普遍较大功率的工业用电由工频交流发电机产生，其中有近20%的电力是给直流用电负载使用，而大功率硅整流器实现了将工频交流电转换成直流电。晶闸管具有体积小、功耗小、效率高、可控等特点，用它构成的变流装置具有寿命长、易维护等优点。因此，晶闸管的开发与应用在上世纪六、七十年代得到了快速发展。由于晶闸管的关断不可控，需要依靠外加电路或外加反向电压来实现关断，这就限制了晶闸管的应用。随着科技的发展，多种多样的负载不断涌现，对需求的电能提出了更高的要求，在二十世纪70年代，全控型器件出现了，并逐渐占据主导地位，如快速晶闸管、门极可关断晶闸管。全控型器件具有自身可关断性能和较高开关速度，在整流、逆变、斩波、变频电路中得到了广泛应用，电力电子技术得到突飞猛进的发展。但是快速晶闸管、门极可关断晶闸管工作频率不高，只能在中低频的范围内应用。1.2现代化电力电子技术。20世纪80年代初期，大功率绝缘栅双极晶体管（IGBT）的出现把电力电子技术的应用带入高频及中大功率领域。IGBT具有较高综合性能，开关频率方面，一般可达10kHz至20kHz，小功率的甚至高达100kHz；电压等级方面，最高电压已达到6500V，该电压下的电流可达750A，1700V电压等级的电流可达2400A；温度方面，最高可达175℃。开关器件的高频化也促进了电感器件体积的成倍缩小。大中型功率高频IGBT的发展持续促进着电力电子设备朝轻重量、小体积、高效能方面发展，再结合日益进步的微处理芯片技术，现代电力电子技术已实现了全控化、集成化、高频化、控制技术数字化和电路形式弱电化，应用场合越来越广泛。由于负载对供电电能的质量要求越来越高，科研工作者还在不断进行IGBT改型研究。经过多年应用发展Si器件为基础的电力电子技术相当成熟，Si器件在开关频率、通态压降以及结温等性能指标上难以继续提升，发展空间较小。新一代宽禁带半导体材料（如碳化硅）的电力电子器件具有比硅器件高得多的耐受高电压的能力、低得多的通态电阻、更好的导热性能和热稳定性以及更强的耐受高温和射线辐射的能力等。当前宽禁带半导体器件的发展一直受制于材料的提炼、制造以及半导体的制造工艺水平，尚处于起步阶段。目前，我国在应用宽禁带半导体方面也进行了初步的研究。宽禁带半导体在照明中应用已形成一定规模，2017年我国氮化物半导体照明产业的产值突飞猛进，突破了5000亿。同时，微波毫米波器件已开始应用于通讯、卫星通信、对抗、雷达等领域。未来，宽禁带半导体将在新能源汽车、电力转换等行业有着越来越广泛的应用。由此可见，宽禁带半导体技术是我们从事电力电子技术研究的一个重要方面。

2电力电子技术在我国电力机车牵引电传动系统中的应用

我国电力机车牵引电传动系统的发展是一个持续改进、不断进步的过程。随着电力电子技术的不断更新换代，我国电力机车牵引电传动系统主要经历两个阶段，依次为交直传动系统和交直交传动系统。2.1在交直传动电力机车中的应用。株洲电力机车厂于1958年试制成功6Y1电力机车，这是我国第1台电力机车。1968年，株洲电力机车厂成功研制SS1型电力机车。SS1型电力机车采用了有极调压、交直传动系统，从此我国电力机车电传动技术进入到交直传动时期。随着晶闸管的问世，电力机车传动系统上升了一个新的台阶，1978年株洲电力机车厂和电力机车研究所合作研制成功SS3型电力机车，此机车采用晶闸管级间相控调压与牵引变压器低压侧调压开关分级相结合的平滑调压调速技术，因此该机车调速性能得到极大的改善，标志着我国电力机车牵引电传动系统进入相控无极调压的时期。我国于1985年成功开发的SS4型机车，此机车采用相控无级调压、交直传动，是我国相控机车的典型代表，意味着我国相控技术成熟应用到机车电传动领域，与后续开发的SS5、SS6、SS7、SS8及SS9型电力机车等一起组成了系列电力机车。此系列机车采用相控整流调压、交直传动系统，标志我国交直传动系统电力机车已达到相当成熟的时期。2.2在交直交传动电力机车中的应用。随着新型电力电子器件应用及控制技术不断创新，我国电力机车经历技术探索、消化吸收、自主开发等几个阶段，完成了多种交流传动电牵引传动系统的开发，如大功率GTO牵引变流器、IGBT牵引变流器。1995年，我国完成了第一台1000kW交直交传动地面试验系统的核心部件变流器的研制，其采用了门极可关断晶闸管，为我国交流传动机车的研制提供了技术准备。2001年株洲电力机车研究所与株洲电力机车厂研制成功我国第一种拥有自主知识产权的交流传动电力机车———“奥星”号客运电力机车，采用我国自主研制的GTO水冷牵引变流器。IGBT自1982年问世起经历了30年的不断升级与优化，在高耐压、大电流、低饱和压降、高频化及可靠性等方面得到了很大提升，电力机车交流传动系统性能及可靠性随之也得到极大提升。在轨道交通领域，IGBT已逐步取代GTO。IGBT在我国和谐系列电力机车的应用实现了多频率的交流电牵引驱动，实现了铁路机车牵引动力的优化升级。由于和谐系列电力机车牵引变流器采用PWM技术，其功率因数接近于1.0，明显高于韶山型电力机车。PWM技术在和谐电力机车的牵引电传动系统中的应用大幅度地减少了变流器谐波电流对电网的污染，使接触网的供电品质更好，优化铁路机车牵引与制动之间的关系。由于SiC功率器件发明，SiC功率器件在电力机车牵引电传动系统的应用研究越来越受到重视。研究表明：与传统硅基功率器件相比，SiC功率器件提升系统多方面性能，如体积和重量的改善，提高系统整体性能；系统谐波的改善，提升系统效率。

3结语

电力电子技术与电力机车牵引电传动系统关系密切，两者是相互支撑和相互促进的协同关系。电力电子器件的发展支撑着机车牵引电传动新技术的应用，同时，电力机车牵引电传动技术会促进IGBT的优化与新型半导体器件的开发。与硅基半导体相比，宽禁带半导体具有高耐压、低通态电阻、更好的导热性能和热稳定性等。但是，宽禁带半导体器件的材料的提炼、制造以及半导体制造工艺的困难，宽禁带半导体的开发是亟待解决的问题。由于电力机车技术的不断发展，电力机车牵引电传动系统在大容量、高频化、集成化等方面提出了更高的要求，这也将大力推动电力电子器件快速发展。优化改型IGBT和SiC功率器件在电力机车上的应用研究是未来研究的趋势。

参考文献：

[1]张大勇.电力电子技术发展与电气牵引创新[J].机车电传动，2014（5）：1-5.

[2]关国华.SiC功率器件在电力牵引系统的应用研究[J].现代城市轨道交通，2018（08）：1-4.

[3]杨易.电力电子技术与铁路机车牵引动力的发展[J].科技创新与应用，2016（16）：71.

[4]钱照明，张军明，盛况.电力电子器件及其应用的现状和发展[J].中国电机工程学报，2014，34（29）：5149-5161.

电力电子范文篇10

随着社会用电的需求,电力电子技术逐渐得到了相应的研究与发展。20世纪60年代以后,电力电子技术开始被应用到相关的领域,如电力电子领域和控制技术领域。其中,电力电子技术在控制技术方面的研究和应用使相应的电能能够得到科学有效的转换和控制,从而推动了电能的合理应用和可持续发展。电力电子技术是用计算机系统将电子技术、电路技术和电力控制技术等方面进行相应的整合应用的现代化的电力技术,晶闸管的出现标志着这项技术发展到相应的成熟阶段。电力电子技术主要包括两个方面的技术,一是电子电子器件制造技术和电力电子变流技术。电力电子器件制造技术在发展过程中得到了不断的提高和发展。相应的电力电子器件已经由第一代的低耗能和小体积发展到具有自动关断功能和结合相应的功率器件、驱动器件、控制器件等更完善的第三代电力电子器件。其发展前景更加可观。电力电子变流技术也在不断的发展中得到了广泛的应用。20世纪70年代,整流电路得到了广泛的应用,逆变电路也在此过程中得到了一定程度的发展。随着自动断电器件的应用,逆变电路开始有了更为迅速的发展。与此同时,随着控制技术的不断发展,使电力电子系统的现代化控制技术得到了不断的发展,出现了模糊控制、自适应控制等控制方式。控制技术在很多领域都得到了相应的应用,也为电力电子技术的发展提供了更多的技术支持。

二、电力电子变流技术的应用形式

作为电力电子技术中的一部分,电力电子变流技术从上个世纪七、八十年代开始被广泛应用到电力系统中。一经应用便受到社会各界的极大关注。随着不断的发展,电力电子变流技术以整流电路、交流调压电路、逆变电路、斩波电路等形式在电力系统中都得到了广泛的应用,并取得了相应的良好效果。

(一)整流电路

整流电路是用可以调节大小的直流电代替了交流电供给直流用电设备的一种电力电子变流电路。整流电路通过整流二极管将输出的电压较低的交流电转化成直流电,实现对交流电的整流。交流电压在通过整流电路之后,就会变成混合电压,既有交流电压也有直流电压。整流电路被应用到一些相应的用电控制和相关输电环节,实现了快速高效控制并推动了电网的稳定运行。与此同时,整流电路还用多相整流的方式减少和控制了输出电压的脉动情况,并减少了电能的损失。整流电路一般是由变压器、滤波器和整流主电路组成的,在调节直流电动机的速度和调节发电机的励磁、电镀、电解等方面得到了相应的普遍运用。整流电路的变压器的设置是为了使输入的相应的交流电压与输出的直流电压之间保持相匹配协调,并实现对交流电网与整流电路之间的隔离。变压器在整流电路中的设置情况需要依据相应的具体情况来确定。整流电路中的滤波器是为了能够将直流电压中的交流电压过滤掉而在主电路与负载之间进行的相应连接。2。世纪70年代,整流电路的主电路主要是由晶闸管和整流二极管。随着不断发展,发光二极管等新形材料逐渐被应用到主电路中。电力系统中的整流电路主要包括半波整流电路、全波整流电路和桥式整流电路。其中,半波整流电路是整流电路系统中最为简单的一种,它能够通过电源变压器将220伏电压转变成所需要的电压大小,整流二极管能将相应的交流电转换成直流电。经过反复的转换过程,一半的交流电被演变成了直流电,这也是半波整流的由来。半坡整流电路的电流利用率比较低,多用于电压高、电流小的领域。全波整流电路可以认为是由两个半波整流电路组成的,其通过对整流电路的相应调整,达到了对电能的高效运用,但其二级管所承受的电压相对较大。桥式整流电路是使用最为广泛的整流电路,它通过接入两个二极管使电路形成了桥的形状。桥式整流电路既能够高效利用电能,还能够使承受的反向电压相应减少,对其稳定运行有一定的作用。

(二)交流调压电路

交流调压电路是运用改变电压、相数等方式实现新形式的交流电代替原来的交流电的一种变流电路,其主要被应用在控制电热、控制灯光和控制交流电动机速度等方面。交流调压电路在被广泛应用到电力系统中的同时,也实现了在高压电器中的应用。交流调压电路虽然会产生谐波,但其对电路系统的影响并不是很大,而且该电路还具有设置简单、方便控制和调节,对有色金属的消耗较小等特点。此外,交流调压电路还能在电动机的整个运行过程进行调压,以保持电压的稳定和电动机的正常运转。交流电压器通过依照相应的规律控制交流开关从而达到控制输出电压的目的。交流调压器控制电压的方式主要有周波控制调压、相位控制调压和斩波控制调压。其中,周波控制调压是通过交流开关关闭和开通相应的周波,从而改变输出电压的波形达到改变输出电压大的目的。相位控制调压是通过改变晶闸管电压到触发点之间的电角度,从而改变输出电压的方式。斩波控制调压是通过利用开关将电源周期内进行切断,将输出电压也相应切成小段,再通过改变其宽度或开关通断的周期来调节输出电压的方式。

(三)逆变电路

逆变电路是用不同的交流电代替直流电的一种变流电路,可用于构成各种交流电源,在工业领域有比较广泛的运用。生活中的一些直流电源向交流负载供电时就需要逆变电路来实现。逆变电路通过相应的开关和晶闸管来改变直流电路的电压或电流,从而把直流电转变成交流电的过程。逆变电路有单相和多相之分。逆变电路常常被拿来与变频做相关联系。逆变电路能够通过转变电流频率实现与水力、风力发电机的输出频率相一致的目标,从而能够使水力、风力发电取得高效运转。为了实现发电厂节能运行,可将逆变电路应用到对风机水泵的调节中去,以通过转变频率的方式调节风机水泵的运行速度,实现其节能高效运转。此外,通过运用带有逆变电路的逆变器,可实现对太阳能发电的转换运用。

(四)斩波电路

斩波电路是用斩波器使改变原有电路的电压,使一种新的固定电压或可调电压的直流电来代替原来电压的直流电的一种变流电路。它在一些电动机的驱动中得到了广泛应用,如开关电源等。斩波电路是为了电力运用的相应需要,将相应的一部分正弦波斩掉,从而改变电路电压的变流技术。斩波电路的斩波器往往会采用脉宽调制和频率调制两种方式。斩波电路主要包括升压斩波电路、降压斩波电路和升降压斩波电路等。斩波电路能够在节约电能的基础上使相应的电动机能够平稳加速。与此同时,斩波电路还能够起到调节电压和对电网侧谐波进行有效控制的作用。

三、电力电子变流技术的作用

(一)促进电力电子技术的发展

随着电力电子控制设备和变流技术的不断发展和广泛应用,电力电子变流技术在促进电力电子的智能化发展方面发挥出了重要的作用,也对实现微电子技术与变流技术的有机整合提供了相应的支持和帮助。这不仅有利于电力电子变流技术的进一步发展,也能够在一定程度上推动电子技术的重大发展,为新的电子革命的到来起到了相应的推动作用。

(二)对电能的使用更加高效合理

传统的电力技术在电能运用上存在着相应的浪费和管控不足等情况,不利于电能的高效配置和合理利用。而通过在电力系统中运用电力电子变流技术则能够实现转变电流和电压,从而达到相应的用电需求,也能够实现节约电能,高效用电的目标,促使社会对电能的应用更加科学合理。在实际应用中,如果将电力电子变流技术针对一些电力设备进行相关的节能操作,则可以实现相当可观的节电效果。这对减少不必要的用电浪费和提高用电效率有着良好的推动作用。

(三)推动电力系统的全面发展

传统的机电设备往往有着庞大的体积和反应较慢的低频运行效果,对电力系统的发展造成相应的不良影响。而将电力电子变流技术应用到电力系统当中来,不仅可以使电力系统的工作效率大大提高,还可以减小机电设备的体积,并能提高机电设备的运行速度,使其实现高效率、高频化的运作。这些变化既能够实现电力设备的高效运作,也能够推动电力系统的全面发展。(四)促进在相关产业中的普及和信息化发展在电力电子变流技术的发展过程中,其逐渐满足了人们生产和生活的各种需要,也逐步被应用到人们的生产和生活当中的各个领域中,不仅促进了人们生产生活领域相关内容的开展,也在一些传统产业中实现了对这种技术的普及应用。与此同时,由于电力电子变流技术能够沟通机电设备与计算机之间的联系,其能够有效地将微电子技术运用到相关产业中,从而推动了相关产业和电力系统的信息化发展。

四、电力电子变流技术在电力系统中的应用

(一)在发电环节的应用

在电力系统的发展中,电力发电的方式也是多种多样的,既有传统的火力、水力发电,也有新兴的太阳能发电、风能发电和核能发电。由于能源总量十分有限,传统的发电方式不能够在可持续发展的基础上更好地满足人们的用电需求,人们对新兴发电方式的关注度也就越来越高。但新兴发电方式有其优越性的同时,也存在着一定不稳定。电力电子变流技术则能弥补新兴发电方式或受环境影响或受电力储存的影响而导致的发电和用电效果不佳的情况,使其得到高效运用。同时,变流技术还能够改善各种发电系统中的相关设备,以促进它们在发电过程中的有效运用,保证发电环节的正常运转。

(二)在输电环节的应用

电力系统的输电环节往往存在着电网运行不稳定等方面的问题,将能够执行相应的变流技术的电力电子器件应用到输电系统中,能够克制相应的电压不稳的问题,并实现电流形式的转换,使电网的运行状况更加稳定和完善。不管是在直流输电过程中还是在交流输电过程中,电力电子变流技术都充分发挥了其转换频率或者抗击谐波等一系列的重要作用,保证了电力输送的正常与稳定,完善了供电质量。

(三)在配电环节的应用

电力系统在进行配电操作的时候也要依靠对电力电子技术的应用。电力电子变流技术不仅能够用在配电系统的操作电源上,还能够应用到蓄电充电方面,既能保障了配电环节的电流转换,也能协助相应的电力储备,保证了配电工作有条不紊。与此同时,人们的日常生活用电也离不开对电力电子变流技术的应用,它既可以维护日常用电的稳定性,还能通过相应设备使家用电器节省用电量。

五、结语