導(dǎo)言：作為寫作愛好者，不可錯過為您精心挑選的10篇現(xiàn)代電力電子技術(shù)論文，它們將為您的寫作提供全新的視角，我們衷心期待您的閱讀，并希望這些內(nèi)容能為您提供靈感和參考。

篇1

1、整流器時代

大功率的工業(yè)用電由工頻(50Hz)交流發(fā)電機提供,但是大約20%的電能是以直流形式消費的,其中最典型的是電解(有色金屬和化工原料需要直流電解)、牽引(電氣機車、電傳動的內(nèi)燃機車、地鐵機車、城市無軌電車等)和直流傳動(軋鋼、造紙等)三大領(lǐng)域。大功率硅整流器能夠高效率地把工頻交流電轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟?因此在六十年代和七十年代,大功率硅整流管和晶閘管的開發(fā)與應(yīng)用得以很大發(fā)展。當(dāng)時國內(nèi)曾經(jīng)掀起了-股各地大辦硅整流器廠的熱潮,目前全國大大小小的制造硅整流器的半導(dǎo)體廠家就是那時的產(chǎn)物。

2、逆變器時代

七十年代出現(xiàn)了世界范圍的能源危機,交流電機變頻惆速因節(jié)能效果顯著而迅速發(fā)展。變頻調(diào)速的關(guān)鍵技術(shù)是將直流電逆變?yōu)?~100Hz的交流電。在七十年代到八十年代,隨著變頻調(diào)速裝置的普及,大功率逆變用的晶閘管、巨型功率晶體管(GTR)和門極可關(guān)斷晶閘管(GT0)成為當(dāng)時電力電子器件的主角。類似的應(yīng)用還包括高壓直流輸出,靜止式無功功率動態(tài)補償?shù)取＿@時的電力電子技術(shù)已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)整流和逆變,但工作頻率較低,僅局限在中低頻范圍內(nèi)。

3、變頻器時代

進入八十年代,大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路技術(shù)的迅猛發(fā)展,為現(xiàn)代電力電子技術(shù)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。將集成電路技術(shù)的精細加工技術(shù)和高壓大電流技術(shù)有機結(jié)合,出現(xiàn)了一批全新的全控型功率器件、首先是功率M0SFET的問世,導(dǎo)致了中小功率電源向高頻化發(fā)展,而后絕緣門極雙極晶體管(IGBT)的出現(xiàn),又為大中型功率電源向高頻發(fā)展帶來機遇。MOSFET和IGBT的相繼問世,是傳統(tǒng)的電力電子向現(xiàn)代電力電子轉(zhuǎn)化的標(biāo)志。據(jù)統(tǒng)計,到1995年底,功率M0SFET和GTR在功率半導(dǎo)體器件市場上已達到平分秋色的地步,而用IGBT代替GTR在電力電子領(lǐng)域巳成定論。新型器件的發(fā)展不僅為交流電機變頻調(diào)速提供了較高的頻率,使其性能更加完善可靠,而且使現(xiàn)代電子技術(shù)不斷向高頻化發(fā)展,為用電設(shè)備的高效節(jié)材節(jié)能,實現(xiàn)小型輕量化,機電一體化和智能化提供了重要的技術(shù)基礎(chǔ)。

二、電力電子技術(shù)的應(yīng)用

1、一般工業(yè)

工業(yè)中大量應(yīng)用各種交直流電動機。直流電動機有良好的調(diào)速性能，給其供電的可控整流電源或直流斬波電源都是電力電子裝置。近年來，由于電力電子變頻技術(shù)的迅速發(fā)展，使得交流電機的調(diào)速性能可與直流電機相媲美，交流調(diào)速技術(shù)大量應(yīng)用并占據(jù)主導(dǎo)地位。大至數(shù)千kW的各種軋鋼機，小到幾百W的數(shù)控機床的伺服電機，以及礦山牽引等場合都廣泛采用電力電子交直流調(diào)速技術(shù)。一些對調(diào)速性能要求不高的大型鼓風(fēng)機等近年來也采用了變頻裝置，以達到節(jié)能的目的。還有些不調(diào)速的電機為了避免起動時的電流沖擊而采用了軟起動裝置，這種軟起動裝置也是電力電子裝置。電化學(xué)工業(yè)大量使用直流電源，電解鋁、電解食鹽水等都需要大容量整流電源。電鍍裝置也需要整流電源。電力電子技術(shù)還大量用于冶金工業(yè)中的高頻、中頻感應(yīng)加熱電源、淬火電源及直流電弧爐電源等場合。

2、交通運輸

電氣化鐵道中廣泛采用電力電子技術(shù)。電氣機車中的直流機車中采用整流裝置，交流機車采用變頻裝置。直流斬波器也廣泛用于鐵道車輛。在未來的磁懸浮列車中，電力電子技術(shù)更是一項關(guān)鍵技術(shù)。除牽引電機傳動外，車輛中的各種輔助電源也都離不開電力電子技術(shù)。電動汽車的電機靠電力電子裝置進行電力變換和驅(qū)動控制，其蓄電池的充電也離不開電力電子裝置。一臺高級汽車中需要許多控制電機，它們也要靠變頻器和斬波器驅(qū)動并控制。飛機、船舶需要很多不同要求的電源，因此航空和航海都離不開電力電子技術(shù)。如果把電梯也算做交通運輸，那么它也需要電力電子技術(shù)。以前的電梯大都采用直流調(diào)速系統(tǒng)，而近年來交流變頻調(diào)速已成為主流。3、電力系統(tǒng)

電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)中有著非常廣泛的應(yīng)用。據(jù)估計，發(fā)達國家在用戶最終使用的電能中，有60%以上的電能至少經(jīng)過一次以上電力電子變流裝置的處理。電力系統(tǒng)在通向現(xiàn)代化的進程中，電力電子技術(shù)是關(guān)鍵技術(shù)之一?？梢院敛豢鋸埖卣f，如果離開電力電子技術(shù)，電力系統(tǒng)的現(xiàn)代化就是不可想象的。直流輸電在長距離、大容量輸電時有很大的優(yōu)勢，其送電端的整流閥和受電端的逆變閥都采用晶閘管變流裝置。近年發(fā)展起來的柔流輸電（FACTS）也是依靠電力電子裝置才得以實現(xiàn)的。無功補償和諧波抑制對電力系統(tǒng)有重要的意義。晶閘管控制電抗器（TCR）、晶閘管投切電容器（TSC）都是重要的無功補償裝置。近年來出現(xiàn)的靜止無功發(fā)生器（SVG）、有源電力濾波器（APF）等新型電力電子裝置具有更為優(yōu)越的無功功率和諧波補償?shù)男阅?。在配電網(wǎng)系統(tǒng)，電力電子裝置還可用于防止電網(wǎng)瞬時停電、瞬時電壓跌落、閃變等，以進行電能質(zhì)量控制，改善供電質(zhì)量。

在變電所中，給操作系統(tǒng)提供可靠的交直流操作電源，給蓄電池充電等都需要電力電子裝置。

4、電子裝置用電源

各種電子裝置一般都需要不同電壓等級的直流電源供電。通信設(shè)備中的程控交換機所用的直流電源以前用晶閘管整流電源，現(xiàn)在已改為采用全控型器件的高頻開關(guān)電源。大型計算機所需的工作電源、微型計算機內(nèi)部的電源現(xiàn)在也都采用高頻開關(guān)電源。在各種電子裝置中，以前大量采用線性穩(wěn)壓電源供電，由于高頻開關(guān)電源體積小、重量輕、效率高，現(xiàn)在已逐漸取代了線性電源。因為各種信息技術(shù)裝置都需要電力電子裝置提供電源，所以可以說信息電子技術(shù)離不開電力電子技術(shù)。

5、家用電器

照明在家用電器中占有十分突出的地位。由于電力電子照明電源體積小、發(fā)光效率高、可節(jié)省大量能源，通常被稱為“節(jié)能燈”，它正在逐步取代傳統(tǒng)的白熾燈和日光燈。變頻空調(diào)器是家用電器中應(yīng)用電力電子技術(shù)的典型例子。電視機、音響設(shè)備、家用計算機等電子設(shè)備的電源部分也都需要電力電子技術(shù)。此外，有些洗衣機、電冰箱、微波爐等電器也應(yīng)用了電力電子技術(shù)。電力電子技術(shù)廣泛用于家用電器使得它和我們的生活變得十分貼近。

篇2

中圖分類號：TM1 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-9416（2013）12-0229-01

現(xiàn)如今的高新技術(shù)有很多都是和電網(wǎng)的相位、電壓、電流和頻率等基本參數(shù)的轉(zhuǎn)換與控制相關(guān)。現(xiàn)代電力電子技術(shù)能實現(xiàn)對這些參數(shù)的高效處理與精確控翻，對大功率的電能頻率的變換能夠得到很好的實現(xiàn)，這樣可以支持多項高新技術(shù)的發(fā)展。

1 現(xiàn)代電力電子技術(shù)的內(nèi)涵

現(xiàn)如今電力電子技術(shù)主要是處理的對象時功率，主要是來實現(xiàn)高效率和高品質(zhì)的用電。電力電子技術(shù)主要通過電力半導(dǎo)體器件和自動控制技術(shù)、計算機和電磁技術(shù)的三者綜合運用來實現(xiàn)獲取、傳輸、變換和利用。在各種高質(zhì)量、高效和高可靠性的電源中能夠起到非常重要的作用，可以讓當(dāng)代的電力電子技術(shù)得到很充分的運用。功率IGBT和MOSFET是非常具有代表性，其功率半導(dǎo)體復(fù)合器件主要具有高頻、高壓和大電流等的特點。這類的特點也意味著傳統(tǒng)的電力電子技術(shù)不能夠適應(yīng)現(xiàn)如今的社會發(fā)展，電力電子技術(shù)已經(jīng)進入了一個全新的高速發(fā)展的時代。具有功能驅(qū)動、節(jié)能明顯和先進等特點的IGBT，MOSFET等新型電力電子器件，所以可以在新型家電、感應(yīng)加熱、通信、計算機電源和電動交通工具等領(lǐng)域中有很好的發(fā)展前景。

2 現(xiàn)代電力電子技術(shù)的歷史沿革

電子技術(shù)和微電子技術(shù)在80年代以來在各自的發(fā)展滯后得到了有效的結(jié)合，也就產(chǎn)生了全新概念的全控型的高頻化電力電子集成器件?？申P(guān)斷晶體管（GTO）電力晶體管（GTR）以及此類晶體管的模塊也得到了實用化。從此滯后，各種高頻化和全控化的新型器件也相繼出現(xiàn)，例如（功率MOSFET）絕緣門板晶體管（IGT或IGBT）、靜電感應(yīng)晶體管（SIT）、靜電感應(yīng)晶閘管（srrH）、MOS晶闡管（MCT），MOS晶體管（MGT）。這也意味著一個具有高頻化和全控型的全新電力電子器件時代的誕生，傳統(tǒng)的電力電子技術(shù)即將被淘汰。代電力電子技術(shù)大跨步進入高速發(fā)展的新時代。新一代電力電子器件的特點主要有多功能化、高頻化、全控化和集成化。新型多功能的器件的出現(xiàn)促進了控制系統(tǒng)和變流電路的技術(shù)不斷發(fā)展和成熟。現(xiàn)如今電力電子技術(shù)主要是由各種PWM電路、高頻斬波電路和脈寬調(diào)制雙零諧振電路組成。因此從今天的時代進入變頻器，極大地豐富了電力電子技術(shù)的功能，不斷開拓新的應(yīng)用領(lǐng)域的時代的傳統(tǒng)不斷變化的需求的電力電子技術(shù)。

3 現(xiàn)代電力電子技術(shù)的發(fā)展

電力電子技術(shù)的發(fā)展自從20世紀(jì)90年代以來主要具有兩個方面的特點：電子技術(shù)與微電子技術(shù)的不斷完善結(jié)合和現(xiàn)有的各類新型電力電子技術(shù)器件參數(shù)的不斷完善和提高。電力電子器件的發(fā)展特點使其迅速的想著大容量化和智能化的方向不斷的發(fā)展，也預(yù)示著一個電力電子技術(shù)來到全新的時代。電力電子技術(shù)是多技術(shù)和多學(xué)科的相互滲透和創(chuàng)新結(jié)合的技術(shù)，在工業(yè)領(lǐng)域中對具有很強的滲透性。80年代后期，主要是以各種PWM電路和全控型新器件的現(xiàn)代化電力電子技術(shù)為代表。在此時代主要是家用電器等、交流電氣牽引以及交流調(diào)速系統(tǒng)等領(lǐng)域運用的比較頻繁。這個時代的發(fā)展預(yù)示著電力電子技術(shù)進入了新的發(fā)展階段。在這個時代的電子電力系統(tǒng)當(dāng)中，大型機組工作狀態(tài)的改變和運轉(zhuǎn)變流裝置起著非常重要的作用?，F(xiàn)代主要是給與直流輸電以及系統(tǒng)運行的成熟控制和測試等安全保護提供一些技術(shù)手段。超導(dǎo)磁浮鐵道系統(tǒng)主要有機車牽引、輕軌車以及地鐵在電力電子技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域已經(jīng)非常普及。日本在火車在高速運行時有PWM逆變交流牽引系統(tǒng)取代原來的直流系統(tǒng)的技術(shù)是世界第一。先進的國家都非常的關(guān)注超導(dǎo)磁浮鐵道系統(tǒng)的研究，其能夠讓火車高達500公里每小時。這樣能夠解除交通壓力和提高運輸能力，對國民經(jīng)濟的發(fā)展有著非常重要的作用?，F(xiàn)如今的電力電子技術(shù)是傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)和信息產(chǎn)業(yè)的主要是被控強電、弱電和接口橋梁。此技術(shù)的發(fā)展能夠提高生產(chǎn)效率、降低消耗和節(jié)能。

4 結(jié)語

電力電子技術(shù)能能夠讓國家的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)得到非?？焖俚陌l(fā)展，其與國家發(fā)展的方針和政策的配合下能夠在21世紀(jì)顯得尤為重要。因此，電力技術(shù)成為了21世紀(jì)可持續(xù)發(fā)展不可或缺的組成部分，成為高科技產(chǎn)業(yè)鏈的關(guān)鍵所在，能夠推動我國的工業(yè)技術(shù)創(chuàng)新。

參考文獻

[1]劉莉宏.現(xiàn)代電力電子技術(shù)的發(fā)展及其應(yīng)用[期刊論文]《北京工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報》，2006年3期.

篇3

傳統(tǒng)的教學(xué)模式采用循序漸進的方式，即從功率器件介紹到典型電路及具體應(yīng)用。但這種教學(xué)模式不容易激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，也很難培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)和研究的能力。為此，在教學(xué)一開始就通過大量的圖片向?qū)W生展示電力電子技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)、新能源發(fā)電、交通運輸?shù)确矫娴膽?yīng)用。通過這些生動形象的實例，讓學(xué)生明白電力電子技術(shù)其實與日常生活是緊密結(jié)合的，以此調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣。

1.2項目教學(xué)法的應(yīng)用

傳統(tǒng)教學(xué)方法過多地依賴?yán)碚摻虒W(xué)，采用以“教師為中心”的注入式教學(xué)模式，使學(xué)生失去了應(yīng)有的學(xué)習(xí)興趣。因此，結(jié)合工科學(xué)習(xí)的特點，將現(xiàn)代電力電子中的知識內(nèi)容轉(zhuǎn)化為若干個教學(xué)項目，圍繞“做項目”的模式組織和展開教學(xué)，使學(xué)生直接參與項目全過程，極大地提高系統(tǒng)調(diào)控能力。比如，蓄電池充電控制是電力電子變換和控制技術(shù)在電源技術(shù)中的典型應(yīng)用。在教學(xué)一開始就提出實際問題：如何對蓄電池充電控制？讓學(xué)生帶著問題去思考、去學(xué)習(xí)，教師在此項目執(zhí)行的過程中可以適當(dāng)?shù)丶右砸龑?dǎo)。1）交流電網(wǎng)對48V蓄電池進行充電控制，需要用到AC/DC或AC/DC-DC/DC變換器，因此，需要學(xué)生掌握典型電路的設(shè)計方法，包括開關(guān)管、二極管選型，電感、電容參數(shù)選取及設(shè)計。2）蓄電池的工作方式有恒流充電、恒壓浮充電、均衡充電和放電。常采用恒流和恒壓相結(jié)合的快速充電方法，需要采用電流內(nèi)環(huán)、電壓外環(huán)的雙閉環(huán)控制，即先以恒流充電至預(yù)定的電壓值，然后改為恒壓完成剩余的充電。因此，需要將現(xiàn)代電力電子技術(shù)與前期所學(xué)的模擬電子技術(shù)和自動控制原理等課程有機結(jié)合，形成一套完整的知識體系。3）電路設(shè)計后，可以利用MATLAB、Saber等仿真軟件對所設(shè)計電路進行驗證，通過仿真，加強學(xué)生對理論知識的理解。4）設(shè)計實驗樣機，實現(xiàn)所要求的蓄電池充電控制裝置，培養(yǎng)學(xué)生在知識綜合應(yīng)用、系統(tǒng)設(shè)計、工程實踐和創(chuàng)新實踐等多方面的能力。

1.3現(xiàn)代化教學(xué)手段的利用

現(xiàn)代電力電子技術(shù)涉及的電路和波形圖多且復(fù)雜，可以采用多媒體教學(xué)，通過動畫演示增強學(xué)生對典型電路的感性認識[3]。同時，多媒體授課的信息量大，可以提高教學(xué)效率，給學(xué)生創(chuàng)造最真實、直接、感性的學(xué)習(xí)情景。此外，網(wǎng)絡(luò)教學(xué)可以彌補課內(nèi)教學(xué)學(xué)時少的局限，引導(dǎo)學(xué)生開展自主性學(xué)習(xí)[4]。南通大學(xué)校Blackboard網(wǎng)絡(luò)平臺提供了與課程相關(guān)的豐富的資源，包括教學(xué)資源（教學(xué)大綱、多媒體課件、實驗指導(dǎo)書等文件）、參考資源（學(xué)術(shù)論文、常用仿真軟件、典型應(yīng)用案例等信息）、復(fù)習(xí)思考題（作業(yè)講解、自測等系統(tǒng)）。通過此平臺，加強學(xué)生與教師（學(xué)生）之間的交流討論，創(chuàng)造“教”與“學(xué)”互動的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)環(huán)境。

2加強實踐教學(xué)

現(xiàn)代電力電子技術(shù)應(yīng)用性、實踐性強，因此有必要加強實踐教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生的動手與創(chuàng)新能力。

2.1課內(nèi)實驗教學(xué)

課內(nèi)實驗是在課堂教學(xué)的基礎(chǔ)上，進一步鞏固理論知識，提高學(xué)生的動手能力、解決問題和分析問題的能力。實驗項目遵循“理論分析仿真驗證硬件實驗測試波形數(shù)據(jù)分析總結(jié)”的模式，以此培養(yǎng)學(xué)生形成理論聯(lián)系實際的科學(xué)實驗作風(fēng)。

2.2開放創(chuàng)新實驗

現(xiàn)代電力電子技術(shù)實踐性較強，如果完全依靠課內(nèi)實驗教學(xué)是遠遠不夠的。因此，有必要鼓勵和支持一些優(yōu)秀大學(xué)生多參加大學(xué)生實踐創(chuàng)新訓(xùn)練項目和全國大學(xué)生電子設(shè)計大賽，不斷提高他們的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)精神和實踐能力。大學(xué)生實踐創(chuàng)新訓(xùn)練項目是由學(xué)生主持，通過團隊協(xié)作完成一個完整的課題項目。從項目選題、文獻搜集、方案制訂、可行性分析、仿真驗證、實驗調(diào)試、總結(jié)等方面組織學(xué)生獨立開展工作，均充分發(fā)揮了學(xué)生的主動性和積極性。全國大學(xué)生電子設(shè)計大賽幾乎每年都有與現(xiàn)代電力電子技術(shù)相關(guān)的題目。因此，通過大賽，可以使學(xué)生進一步鞏固所學(xué)知識。與此同時，要在有限的競賽時間內(nèi)取得好成績，學(xué)生必須學(xué)會“面對問題、分析問題、給出新思路、解決問題”的方法，極大地培養(yǎng)了學(xué)生的實踐動手和科研創(chuàng)新能力。

篇4

作者簡介：茅靖峰（1976-），男，浙江寧波人，南通大學(xué)電氣工程學(xué)院，副教授；顧菊平（1971-），女，江蘇南通人，南通大學(xué)電氣工程學(xué)院，教授。（江蘇　南通　226019）

基金項目：本文系江蘇省高?！扒嗨{工程”基金項目、南通大學(xué)教學(xué)研究基金項目（項目編號：2011B50、2010B10）的研究成果。

中圖分類號：G642.0?????文獻標(biāo)識碼：A?????文章編號：1007-0079（2012）33-0032-02

近20年來，電力電子技術(shù)受計算機技術(shù)、控制技術(shù)與材料科學(xué)等關(guān)鍵技術(shù)的推動，得到了快速發(fā)展，其工程應(yīng)用領(lǐng)域得到了迅猛擴張。由現(xiàn)代電力電子技術(shù)支撐的新型產(chǎn)業(yè)和對傳統(tǒng)行業(yè)的技術(shù)改造，如新能源、綠色交通、智能電網(wǎng)、先進伺服驅(qū)動、極端環(huán)境探索、節(jié)能減排等，都取得了巨大的技術(shù)經(jīng)濟效益與社會效益，展現(xiàn)出了良好應(yīng)用前景。[1，2]

為了適應(yīng)電氣信息類工程應(yīng)用學(xué)科的發(fā)展，保持教學(xué)內(nèi)容的新穎性，跟蹤電力電子技術(shù)的最新熱點，自2006年以來，南通大學(xué)電氣工程學(xué)院開設(shè)了“現(xiàn)代電力電子技術(shù)”課程，在傳統(tǒng)“電力電子技術(shù)”課程學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上，結(jié)合地方經(jīng)濟發(fā)展特色和技術(shù)需求，講授現(xiàn)代電力電子技術(shù)高級原理、新器件與新型工程應(yīng)用，以此提高學(xué)生理論聯(lián)系實際的工作能力，培養(yǎng)市場應(yīng)用型人才。本文從該課程的教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容、實踐教學(xué)和網(wǎng)絡(luò)教學(xué)等方面，介紹了課程教研組對這門課程的教學(xué)改革和實踐情況。

一、傳統(tǒng)教學(xué)存在的問題分析

1.裝置與系統(tǒng)級的概念不突出

傳統(tǒng)的“電力電子技術(shù)”課程教學(xué)，側(cè)重于器件級的理論分析，強調(diào)基于電力電子器件的電路拓撲解算，即以電力電子器件為核心，在器件基本結(jié)構(gòu)、原理和特性學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上，針對典型電力電子拓撲原理電路，從電力電子器件的通和斷兩個狀態(tài)入手，對電力電子電路換流的物理過程、波形特性、電參數(shù)之間的數(shù)量關(guān)系進行分析和計算。

該教學(xué)結(jié)構(gòu)的優(yōu)點是概念清楚、體系完備、機理分析透徹，但也存在諸多弊端。例如，學(xué)生將電力電子學(xué)過多地關(guān)注在了電力電子器件上，弱化了從裝置級和系統(tǒng)級的角度對電力電子電路進行理解和認知；割裂了電力電子功率電路與基于反饋原理的數(shù)模電控制電路、自動控制原理、工程實際應(yīng)用電路之間的關(guān)系；大篇幅的基于晶閘管器件的理論分析和計算，降低了學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣；單一和過少的工程應(yīng)用實例，減少了學(xué)生對課程實用性的認同感等等。

2.實踐教學(xué)環(huán)節(jié)薄弱

電力電子技術(shù)作為工程技術(shù)需要有一定量的實驗和實踐環(huán)節(jié)才能保障學(xué)習(xí)效果。但在傳統(tǒng)的“電力電子技術(shù)”課程實驗項目中，基礎(chǔ)性和簡單驗證性實驗較多，不能很好地與當(dāng)前的工程實際應(yīng)用相聯(lián)系，致使許多新技術(shù)、新方法無法通過實驗來直觀的體驗。

而且電力電子實驗設(shè)備的常用形式為基于掛件結(jié)構(gòu)的實驗臺和實驗箱，基本上與實驗內(nèi)容相關(guān)的重要元器件、電路和系統(tǒng)都被封閉于內(nèi)。實驗過程中，學(xué)生們無法看到功率元器件、配件及電子儀表的外觀和關(guān)鍵連線。學(xué)生依照原理圖機械地連接主電路、記錄實驗數(shù)據(jù)和波形，即使不了解電路的工作原理，也能較順利地完成實驗。因此，無法發(fā)揮學(xué)生的主觀能動性，沒有探索學(xué)習(xí)的動力，鍛煉創(chuàng)新思維和動手能力的教學(xué)內(nèi)容和平臺也不足。

二、課程教學(xué)改革措施

1.以服務(wù)地方經(jīng)濟發(fā)展為導(dǎo)向，確立教改思路和目標(biāo)

作為地方綜合性高校，南通大學(xué)的電氣工程及其自動化專業(yè)的定位是培養(yǎng)應(yīng)用型工程技術(shù)人才，為區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展提供智力支撐和人才支持。因此，本課程作為電氣工程及其自動化專業(yè)的主干專業(yè)課程之一，其教學(xué)目標(biāo)的確立需結(jié)合本區(qū)域的產(chǎn)業(yè)分布與發(fā)展特點，同時又緊緊圍繞本專業(yè)的學(xué)科方向。

形成了以幫助學(xué)生從裝置和系統(tǒng)角度理解和掌握電力電子技術(shù)，培養(yǎng)理論與實踐能力兼具的創(chuàng)新型電力電子應(yīng)用技術(shù)人才為目的，以新能源、運動控制、電源技術(shù)、柔流輸配電等應(yīng)用領(lǐng)域為背景，以講授電力電子技術(shù)在實際工程應(yīng)用中所需要處理的相關(guān)問題為主要內(nèi)容的課程教學(xué)思路和培養(yǎng)目標(biāo)。

2.整合教學(xué)內(nèi)容，突出應(yīng)用能力培養(yǎng)

根據(jù)培養(yǎng)目標(biāo)，在學(xué)院學(xué)科特色和現(xiàn)有教學(xué)資源的基礎(chǔ)上，對課程體系和內(nèi)容進行了合理調(diào)整。舍棄了傳統(tǒng)的以大篇幅晶閘管半控器件分析為主線的教學(xué)內(nèi)容體系，建立了“以基于全控器件的實際應(yīng)用為主線，以電力電子主拓撲電路結(jié)合系統(tǒng)級的自動控制原理及其實現(xiàn)電路分析為主要技術(shù)內(nèi)容，培養(yǎng)學(xué)生從整體的角度認識和設(shè)計電力電子電路的能力”的課程教學(xué)體系。

整合后的教學(xué)內(nèi)容由三部分組成：功率器件、典型電路、應(yīng)用及其系統(tǒng)。功率器件是基礎(chǔ)，重點講授開關(guān)全控器件及其驅(qū)動電路；典型電路是主體，重點講授基于全控器件的直直、逆變和整流三種變換電路及其控制機理；應(yīng)用及其系統(tǒng)是提升，重點講授電力電子在新能源發(fā)電、運動控制、電源和柔流輸配電技術(shù)中的應(yīng)用原理及其典型系統(tǒng)設(shè)計案例。三者層次明晰，但學(xué)時又有所側(cè)重。即前兩部分作為前續(xù)“電力電子技術(shù)”課程內(nèi)容的回顧與拓展，講授學(xué)時占總理論學(xué)時的近一半，第三部分作為工程應(yīng)用與系統(tǒng)提升的重要部分，需著重講授，以逐次勾勒出一個電力電子技術(shù)及其工程應(yīng)用的整體全貌。

在教學(xué)內(nèi)容的組織與講授中，凝煉理論教學(xué)的內(nèi)容，在原理的講授中注意培養(yǎng)學(xué)生面向工程的意識和思維，并及時動態(tài)地將教學(xué)團隊獲得的最新科研成果以及科研項目的最新進展融合到相關(guān)的課程內(nèi)容中去，讓學(xué)生接受到來自科研和工程研發(fā)第一線的新知識、新技術(shù)。

另外，針對基于電力電子技術(shù)應(yīng)用的電氣工程及其自動化專業(yè)發(fā)展的趨勢和前沿內(nèi)容，以及課程中被壓縮掉或被取消的專業(yè)知識，設(shè)置為系列課外專題講座，聘請對專題內(nèi)容有深入研究和獨特造詣的教師及企業(yè)的科技人員講授，以開拓學(xué)生的知識面、培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實際的思維及能力。

3.加強課內(nèi)實驗環(huán)節(jié)教學(xué)，注重理論聯(lián)系實際

課內(nèi)實驗是在課堂教學(xué)的基礎(chǔ)上，鞏固理論知識，培養(yǎng)動手能力和初步設(shè)計技能，增強解決問題和分析問題的能力的必要教學(xué)一環(huán)。為了突出課程的工程實用性，采取了優(yōu)選驗證性實驗，增加了設(shè)計型和綜合型實驗項目的課內(nèi)實驗設(shè)置方法。

注重電路的工作機理分析與工程實際問題是驗證性實驗項目的選擇標(biāo)準(zhǔn)。優(yōu)選的該類實驗項目包括：常用PWM控制器件及特性、不控整流的諧波與抑制、SPWM/SVPWM/方波PWM逆變策略的實現(xiàn)電路及特性等。

注重工程實用性是設(shè)計型和綜合型實驗項目的選擇標(biāo)準(zhǔn)。我們要求學(xué)生們對該類型的實驗項目遵循“理論設(shè)計計算—>計算機仿真驗證—>硬件實驗電路測試—>波形數(shù)據(jù)分析總結(jié)”的順序開展路線，以強化學(xué)生對知識點的掌握和實驗內(nèi)容的理解，并促進學(xué)生形成理論聯(lián)系實際的科學(xué)實驗作風(fēng)。

增設(shè)的實驗項目包括：各型升/降壓直直變換器設(shè)計、有源功率因數(shù)校正器設(shè)計、諧振軟開關(guān)設(shè)計、三相高頻PWM整流器設(shè)計，以及他們的復(fù)合系統(tǒng)設(shè)計等。

課內(nèi)實驗項目設(shè)置為必修和開放式的選修兩類，以彌補實驗授課學(xué)時不足的矛盾，同時采取“案例講解法”、“實物演示法”等不同的教學(xué)方法，在實驗課上認真講解實驗內(nèi)容、步驟和注意事項，以激發(fā)學(xué)生興趣，調(diào)動其積極性。

此外，應(yīng)改革課內(nèi)實驗成績的評定方式，突出對實驗過程的考核，鼓勵探索性的設(shè)計型實驗。具體措施包括增加課內(nèi)實驗在課程總成績中的權(quán)重，增加實驗預(yù)習(xí)報告、實驗操作測評、實驗過程問辯三方面的成績考核項等，通過確立科學(xué)合理的考核方法，調(diào)動學(xué)生自主學(xué)習(xí)的積極性，形成務(wù)實的學(xué)習(xí)風(fēng)氣。

4.優(yōu)化課程設(shè)計環(huán)節(jié)，培養(yǎng)工程設(shè)計能力

課程設(shè)計是對學(xué)生工程設(shè)計和應(yīng)用能力、創(chuàng)新意識和創(chuàng)新精神培養(yǎng)的重要環(huán)節(jié)，其課時安排在全部理論課程講授完畢后進行。

該實踐環(huán)節(jié)依托于以現(xiàn)代電力電子技術(shù)與運動控制實驗室為主體，以工程訓(xùn)練中心、控制電機、虛擬儀器、風(fēng)力發(fā)電動模實驗室等其他專業(yè)實驗室為輔助的課程設(shè)計開放式創(chuàng)新訓(xùn)練實驗平臺。[3，4]課程設(shè)計內(nèi)容以學(xué)生熟悉并感興趣的熱點工程為背景，從南通大學(xué)電氣工程學(xué)院專業(yè)與學(xué)科特色以及科研項目中，提煉出其中典型的技術(shù)問題，設(shè)計出合理的課程設(shè)計項目?？蛇x的背景包括：風(fēng)力發(fā)電、光伏發(fā)電、精密電機伺服驅(qū)動、電力無功與諧波控制、磁懸浮控制、特種電源等。其中的典型技術(shù)問題包括：整流、正弦逆變、直直變換、Delta逆變、閉環(huán)自動控制、檢測技術(shù)等。

針對少部分優(yōu)秀學(xué)生采用“導(dǎo)師制”的課程設(shè)計教學(xué)方法，通過細致的指導(dǎo)，緊密的設(shè)計過程跟蹤，來進一步提高課程設(shè)計質(zhì)量，并促進這部分學(xué)生研究性論文、專利、小制作等方面成果的形成。

針對大部分學(xué)生采用“項目驅(qū)動教學(xué)法”的課程設(shè)計教學(xué)方法。學(xué)生以小組為單位，在選題庫中自由選題，利用書刊、網(wǎng)絡(luò)查找相關(guān)資料，自主形成完成項目的各種設(shè)計思路，以培養(yǎng)學(xué)生獨立思考問題、解決問題的能力。

通過課程設(shè)計的鍛煉，使學(xué)生將書本上的理論知識和實踐經(jīng)驗真正融入了自己的知識鏈，提高了其綜合能力以及自主創(chuàng)新和團隊協(xié)作能力。

5.注重網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源建設(shè)，提高自主性學(xué)習(xí)能力

網(wǎng)絡(luò)教學(xué)是彌補課堂教學(xué)學(xué)時局限，開拓課程學(xué)習(xí)的知識面，引導(dǎo)學(xué)生開展自主性學(xué)習(xí)，提高人才培養(yǎng)質(zhì)量的重要途徑。課程組以校Blackboard網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺為基礎(chǔ)，通過長期投入、持續(xù)積累、動態(tài)跟蹤的建設(shè)方式，建立了課程的網(wǎng)絡(luò)輔助教學(xué)平臺。

網(wǎng)站的教學(xué)材料提供了與課程相關(guān)的豐富的資源，內(nèi)容包括教學(xué)資源庫（課程教學(xué)大綱、多媒體課件、實驗指導(dǎo)書、數(shù)值仿真實驗例程、實驗設(shè)備操作視頻等文件）、參考資源庫（經(jīng)典學(xué)術(shù)論文、典型芯片和模塊的使用手冊、常用仿真軟件說明、典型應(yīng)用設(shè)計案例、產(chǎn)業(yè)趨勢和研究熱點等信息）、復(fù)習(xí)思考題庫等版面區(qū)。

此外，課程組充分利用Blackboard網(wǎng)絡(luò)平臺的交互功能，完成諸如教學(xué)信息、在線電子試卷測試、遠程答疑和討論等教學(xué)工作，提高了教學(xué)的效率和效果。

三、結(jié)語

通過上述教學(xué)改革措施，同學(xué)們在課程學(xué)習(xí)的主動性、系統(tǒng)級的分析設(shè)計能力、實踐動手能力以及理論聯(lián)系實際的工程應(yīng)用能力等方面均得到了提高，培養(yǎng)的學(xué)生在近年來的挑戰(zhàn)杯、機器人和電子設(shè)計大賽等學(xué)科競賽中均取得了良好成績。

顯然，基于應(yīng)用型人才培養(yǎng)的課程改革是一項持續(xù)而動態(tài)的工作，課程教學(xué)中需依據(jù)卓越工程師教育培養(yǎng)思想，以實現(xiàn)人才培養(yǎng)需求與區(qū)域經(jīng)濟社會發(fā)展需求的無縫對接為導(dǎo)向，明確樹立學(xué)生的主體觀，合理安排理論和實踐教學(xué)內(nèi)容，運用合理的教學(xué)方法和手段以及科學(xué)的評價體系，以切實提高教學(xué)效果和人才培養(yǎng)質(zhì)量。

參考文獻：

[1]陳堅，康勇.電力電子學(xué)：電力電子變換和控制技術(shù)[M].第三版.北京：高等教育出版社，2011.

篇5

1.電力電子技術(shù)的發(fā)展

現(xiàn)代電力電子技術(shù)的發(fā)展方向,是從以低頻技術(shù)處理問題為主的傳統(tǒng)電力電子學(xué),向以高頻技術(shù)處理問題為主的現(xiàn)代電力電子學(xué)方向轉(zhuǎn)變。電力電子技術(shù)起始于五十年代末六十年代初的硅整流器件,其發(fā)展先后經(jīng)歷了整流器時代、逆變器時代和變頻器時代,并促進了電力電子技術(shù)在許多新領(lǐng)域的應(yīng)用。八十年代末期和九十年代初期發(fā)展起來的、以功率MOSFET和IGBT為代表的、集高頻、高壓和大電流于一身的功率半導(dǎo)體復(fù)合器件,表明傳統(tǒng)電力電子技術(shù)已經(jīng)進入現(xiàn)代電力電子時代。

1.1整流器時代

大功率的工業(yè)用電由工頻(50Hz)交流發(fā)電機提供,但是大約20%的電能是以直流形式消費的,其中最典型的是電解(有色金屬和化工原料需要直流電解)、牽引(電氣機車、電傳動的內(nèi)燃機車、地鐵機車、城市無軌電車等)和直流傳動(軋鋼、造紙等)三大領(lǐng)域。大功率硅整流器能夠高效率地把工頻交流電轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟?因此在六十年代和七十年代,大功率硅整流管和晶閘管的開發(fā)與應(yīng)用得以很大發(fā)展。當(dāng)時國內(nèi)曾經(jīng)掀起了-股各地大辦硅整流器廠的熱潮,目前全國大大小小的制造硅整流器的半導(dǎo)體廠家就是那時的產(chǎn)物。

1.2逆變器時代

七十年代出現(xiàn)了世界范圍的能源危機,交流電機變頻惆速因節(jié)能效果顯著而迅速發(fā)展。變頻調(diào)速的關(guān)鍵技術(shù)是將直流電逆變?yōu)?~100Hz的交流電。在七十年代到八十年代,隨著變頻調(diào)速裝置的普及,大功率逆變用的晶閘管、巨型功率晶體管(GTR)和門極可關(guān)斷晶閘管(GT0)成為當(dāng)時電力電子器件的主角。類似的應(yīng)用還包括高壓直流輸出,靜止式無功功率動態(tài)補償?shù)?。這時的電力電子技術(shù)已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)整流和逆變,但工作頻率較低,僅局限在中低頻范圍內(nèi)。

1.3變頻器時代

進入八十年代,大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路技術(shù)的迅猛發(fā)展,為現(xiàn)代電力電子技術(shù)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。將集成電路技術(shù)的精細加工技術(shù)和高壓大電流技術(shù)有機結(jié)合,出現(xiàn)了一批全新的全控型功率器件、首先是功率M0SFET的問世,導(dǎo)致了中小功率電源向高頻化發(fā)展,而后絕緣門極雙極晶體管(IGBT)的出現(xiàn),又為大中型功率電源向高頻發(fā)展帶來機遇。MOSFET和IGBT的相繼問世,是傳統(tǒng)的電力電子向現(xiàn)代電力電子轉(zhuǎn)化的標(biāo)志。據(jù)統(tǒng)計,到1995年底,功率M0SFET和GTR在功率半導(dǎo)體器件市場上已達到平分秋色的地步,而用IGBT代替GTR在電力電子領(lǐng)域巳成定論。新型器件的發(fā)展不僅為交流電機變頻調(diào)速提供了較高的頻率,使其性能更加完善可靠,而且使現(xiàn)代電子技術(shù)不斷向高頻化發(fā)展,為用電設(shè)備的高效節(jié)材節(jié)能,實現(xiàn)小型輕量化,機電一體化和智能化提供了重要的技術(shù)基礎(chǔ)。

2.現(xiàn)代電力電子的應(yīng)用領(lǐng)域

2.1計算機高效率綠色電源

高速發(fā)展的計算機技術(shù)帶領(lǐng)人類進入了信息社會,同時也促進了電源技術(shù)的迅速發(fā)展。八十年代,計算機全面采用了開關(guān)電源,率先完成計算機電源換代。接著開關(guān)電源技術(shù)相繼進人了電子、電器設(shè)備領(lǐng)域。

計算機技術(shù)的發(fā)展,提出綠色電腦和綠色電源。綠色電腦泛指對環(huán)境無害的個人電腦和相關(guān)產(chǎn)品，綠色電源系指與綠色電腦相關(guān)的高效省電電源,根據(jù)美國環(huán)境保護署l992年6月17日“能源之星"計劃規(guī)定,桌上型個人電腦或相關(guān)的設(shè)備,在睡眠狀態(tài)下的耗電量若小于30瓦,就符合綠色電腦的要求,提高電源效率是降低電源消耗的根本途徑。就目前效率為75%的200瓦開關(guān)電源而言,電源自身要消耗50瓦的能源。

2.2通信用高頻開關(guān)電源

通信業(yè)的迅速發(fā)展極大的推動了通信電源的發(fā)展。高頻小型化的開關(guān)電源及其技術(shù)已成為現(xiàn)代通信供電系統(tǒng)的主流。在通信領(lǐng)域中,通常將整流器稱為一次電源,而將直流-直流(DC/DC)變換器稱為二次電源。一次電源的作用是將單相或三相交流電網(wǎng)變換成標(biāo)稱值為48V的直流電源。目前在程控交換機用的一次電源中,傳統(tǒng)的相控式穩(wěn)壓電源己被高頻開關(guān)電源取代,高頻開關(guān)電源(也稱為開關(guān)型整流器SMR)通過MOSFET或IGBT的高頻工作,開關(guān)頻率一般控制在50-100kHz范圍內(nèi),實現(xiàn)高效率和小型化。近幾年,開關(guān)整流器的功率容量不斷擴大,單機容量己從48V/12.5A、48V/20A擴大到48V/200A、48V/400A。

因通信設(shè)備中所用集成電路的種類繁多,其電源電壓也各不相同,在通信供電系統(tǒng)中采用高功率密度的高頻DC-DC隔離電源模塊,從中間母線電壓(一般為48V直流)變換成所需的各種直流電壓,這樣可大大減小損耗、方便維護,且安裝、增加非常方便。一般都可直接裝在標(biāo)準(zhǔn)控制板上,對二次電源的要求是高功率密度。因通信容量的不斷增加,通信電源容量也將不斷增加。

2.3直流-直流(DC/DC)變換器

DC/DC變換器將一個固定的直流電壓變換為可變的直流電壓,這種技術(shù)被廣泛應(yīng)用于無軌電車、地鐵列車、電動車的無級變速和控制,同時使上述控制獲得加速平穩(wěn)、快速響應(yīng)的性能,并同時收到節(jié)約電能的效果。用直流斬波器代替變阻器可節(jié)約電能(20~30)%。直流斬波器不僅能起調(diào)壓的作用(開關(guān)電源),同時還能起到有效地抑制電網(wǎng)側(cè)諧波電流噪聲的作用。

通信電源的二次電源DC/DC變換器已商品化,模塊采用高頻PWM技術(shù),開關(guān)頻率在500kHz左右,功率密度為5W~20W/in3。隨著大規(guī)模集成電路的發(fā)展,要求電源模塊實現(xiàn)小型化,因此就要不斷提高開關(guān)頻率和采用新的電路拓撲結(jié)構(gòu),目前已有一些公司研制生產(chǎn)了采用零電流開關(guān)和零電壓開關(guān)技術(shù)的二次電源模塊,功率密度有較大幅度的提高。

2.4不間斷電源(UPS)

不間斷電源(UPS)是計算機、通信系統(tǒng)以及要求提供不能中斷場合所必須的一種高可靠、高性能的電源。交流市電輸入經(jīng)整流器變成直流,一部分能量給蓄電池組充電,另一部分能量經(jīng)逆變器變成交流,經(jīng)轉(zhuǎn)換開關(guān)送到負載。為了在逆變器故障時仍能向負載提供能量,另一路備用電源通過電源轉(zhuǎn)換開關(guān)來實現(xiàn)。

現(xiàn)代UPS普遍了采用脈寬調(diào)制技術(shù)和功率M0SFET、IGBT等現(xiàn)代電力電子器件,電源的噪聲得以降低,而效率和可靠性得以提高。微處理器軟硬件技術(shù)的引入,可以實現(xiàn)對UPS的智能化管理,進行遠程維護和遠程診斷。

目前在線式UPS的最大容量已可作到600kVA。超小型UPS發(fā)展也很迅速,已經(jīng)有0.5kVA、lkVA、2kVA、3kVA等多種規(guī)格的產(chǎn)品。

2.5變頻器電源

變頻器電源主要用于交流電機的變頻調(diào)速,其在電氣傳動系統(tǒng)中占據(jù)的地位日趨重要,已獲得巨大的節(jié)能效果。變頻器電源主電路均采用交流-直流-交流方案。工頻電源通過整流器變成固定的直流電壓,然后由大功率晶體管或IGBT組成的PWM高頻變換器,將直流電壓逆變成電壓、頻率可變的交流輸出,電源輸出波形近似于正弦波,用于驅(qū)動交流異步電動機實現(xiàn)無級調(diào)速。

國際上400kVA以下的變頻器電源系列產(chǎn)品已經(jīng)問世。八十年代初期,日本東芝公司最先將交流變頻調(diào)速技術(shù)應(yīng)用于空調(diào)器中。至1997年,其占有率已達到日本家用空調(diào)的70%以上。變頻空調(diào)具有舒適、節(jié)能等優(yōu)點。國內(nèi)于90年代初期開始研究變頻空調(diào),96年引進生產(chǎn)線生產(chǎn)變頻空調(diào)器,逐漸形成變頻空調(diào)開發(fā)生產(chǎn)熱點。預(yù)計到2000年左右將形成。變頻空調(diào)除了變頻電源外,還要求有適合于變頻調(diào)速的壓縮機電機。優(yōu)化控制策略,精選功能組件,是空調(diào)變頻電源研制的進一步發(fā)展方向。

2.6高頻逆變式整流焊機電源

高頻逆變式整流焊機電源是一種高性能、高效、省材的新型焊機電源,代表了當(dāng)今焊機電源的發(fā)展方向。由于IGBT大容量模塊的商用化,這種電源更有著廣闊的應(yīng)用前景。

逆變焊機電源大都采用交流-直流-交流-直流(AC-DC-AC-DC)變換的方法。50Hz交流電經(jīng)全橋整流變成直流,IGBT組成的PWM高頻變換部分將直流電逆變成20kHz的高頻矩形波,經(jīng)高頻變壓器耦合,整流濾波后成為穩(wěn)定的直流,供電弧使用。

由于焊機電源的工作條件惡劣,頻繁的處于短路、燃弧、開路交替變化之中,因此高頻逆變式整流焊機電源的工作可靠性問題成為最關(guān)鍵的問題,也是用戶最關(guān)心的問題。采用微處理器做為脈沖寬度調(diào)制(PWM)的相關(guān)控制器,通過對多參數(shù)、多信息的提取與分析,達到預(yù)知系統(tǒng)各種工作狀態(tài)的目的,進而提前對系統(tǒng)做出調(diào)整和處理,解決了目前大功率IGBT逆變電源可靠性。

國外逆變焊機已可做到額定焊接電流300A,負載持續(xù)率60%,全載電壓60~75V,電流調(diào)節(jié)范圍5~300A,重量29kg。

2.7大功率開關(guān)型高壓直流電源

大功率開關(guān)型高壓直流電源廣泛應(yīng)用于靜電除塵、水質(zhì)改良、醫(yī)用X光機和CT機等大型設(shè)備。電壓高達50~l59kV,電流達到0.5A以上,功率可達100kW。

自從70年代開始,日本的一些公司開始采用逆變技術(shù),將市電整流后逆變?yōu)?kHz左右的中頻,然后升壓。進入80年代,高頻開關(guān)電源技術(shù)迅速發(fā)展。德國西門子公司采用功率晶體管做主開關(guān)元件,將電源的開關(guān)頻率提高到20kHz以上。并將干式變壓器技術(shù)成功的應(yīng)用于高頻高壓電源,取消了高壓變壓器油箱,使變壓器系統(tǒng)的體積進一步減小。

國內(nèi)對靜電除塵高壓直流電源進行了研制,市電經(jīng)整流變?yōu)橹绷?采用全橋零電流開關(guān)串聯(lián)諧振逆變電路將直流電壓逆變?yōu)楦哳l電壓,然后由高頻變壓器升壓,最后整流為直流高壓。在電阻負載條件下,輸出直流電壓達到55kV,電流達到15mA,工作頻率為25.6kHz。

2.8電力有源濾波器

傳統(tǒng)的交流-直流(AC-DC)變換器在投運時,將向電網(wǎng)注入大量的諧波電流,引起諧波損耗和干擾,同時還出現(xiàn)裝置網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)惡化的現(xiàn)象,即所謂“電力公害”,例如,不可控整流加電容濾波時,網(wǎng)側(cè)三次諧波含量可達(70~80)%,網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)僅有0.5~0.6。

電力有源濾波器是一種能夠動態(tài)抑制諧波的新型電力電子裝置,能克服傳統(tǒng)LC濾波器的不足,是一種很有發(fā)展前途的諧波抑制手段。濾波器由橋式開關(guān)功率變換器和具體控制電路構(gòu)成。與傳統(tǒng)開關(guān)電源的區(qū)別是:(l)不僅反饋輸出電壓,還反饋輸入平均電流;(2)電流環(huán)基準(zhǔn)信號為電壓環(huán)誤差信號與全波整流電壓取樣信號之乘積。

2.9分布式開關(guān)電源供電系統(tǒng)

分布式電源供電系統(tǒng)采用小功率模塊和大規(guī)?？刂萍呻娐纷骰静考?利用最新理論和技術(shù)成果,組成積木式、智能化的大功率供電電源,從而使強電與弱電緊密結(jié)合,降低大功率元器件、大功率裝置(集中式)的研制壓力,提高生產(chǎn)效率。

八十年代初期,對分布式高頻開關(guān)電源系統(tǒng)的研究基本集中在變換器并聯(lián)技術(shù)的研究上。八十年代中后期,隨著高頻功率變換技術(shù)的迅述發(fā)展，各種變換器拓撲結(jié)構(gòu)相繼出現(xiàn),結(jié)合大規(guī)模集成電路和功率元器件技術(shù),使中小功率裝置的集成成為可能,從而迅速地推動了分布式高頻開關(guān)電源系統(tǒng)研究的展開。自八十年代后期開始,這一方向已成為國際電力電子學(xué)界的研究熱點,論文數(shù)量逐年增加，應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴大。

分布供電方式具有節(jié)能、可靠、高效、經(jīng)濟和維護方便等優(yōu)點。已被大型計算機、通信設(shè)備、航空航天、工業(yè)控制等系統(tǒng)逐漸采納,也是超高速型集成電路的低電壓電源(3.3V)的最為理想的供電方式。在大功率場合,如電鍍、電解電源、電力機車牽引電源、中頻感應(yīng)加熱電源、電動機驅(qū)動電源等領(lǐng)域也有廣闊的應(yīng)用前景。

3.高頻開關(guān)電源的發(fā)展趨勢

在電力電子技術(shù)的應(yīng)用及各種電源系統(tǒng)中，開關(guān)電源技術(shù)均處于核心地位。對于大型電解電鍍電源,傳統(tǒng)的電路非常龐大而笨重,如果采用高頓開關(guān)電源技術(shù),其體積和重量都會大幅度下降,而且可極大提高電源利用效率、節(jié)省材料、降低成本。在電動汽車和變頻傳動中,更是離不開開關(guān)電源技術(shù)，通過開關(guān)電源改變用電頻率,從而達到近于理想的負載匹配和驅(qū)動控制。高頻開關(guān)電源技術(shù),更是各種大功率開關(guān)電源(逆變焊機、通訊電源、高頻加熱電源、激光器電源、電力操作電源等)的核心技術(shù)。

3.1高頻化

理論分析和實踐經(jīng)驗表明,電氣產(chǎn)品的變壓器、電感和電容的體積重量與供電頻率的平方根成反比。所以當(dāng)我們把頻率從工頻50Hz提高到20kHz,提高400倍的話,用電設(shè)備的體積重量大體下降至工頻設(shè)計的5~l0%。無論是逆變式整流焊機,還是通訊電源用的開關(guān)式整流器,都是基于這一原理。同樣,傳統(tǒng)“整流行業(yè)”的電鍍、電解、電加工、充電、浮充電、電力合閘用等各種直流電源也可以根據(jù)這一原理進行改造,成為“開關(guān)變換類電源”,其主要材料可以節(jié)約90%或更高,還可節(jié)電30%或更多。由于功率電子器件工作頻率上限的逐步提高,促使許多原來采用電子管的傳統(tǒng)高頻設(shè)備固態(tài)化,帶來顯著節(jié)能、節(jié)水、節(jié)約材料的經(jīng)濟效益,更可體現(xiàn)技術(shù)含量的價值。

3.2模塊化

模塊化有兩方面的含義,其一是指功率器件的模塊化,其二是指電源單元的模塊化。我們常見的器件模塊,含有一單元、兩單元、六單元直至七單元,包括開關(guān)器件和與之反并聯(lián)的續(xù)流二極管,實質(zhì)上都屬于“標(biāo)準(zhǔn)”功率模塊(SPM)。近年,有些公司把開關(guān)器件的驅(qū)動保護電路也裝到功率模塊中去,構(gòu)成了“智能化”功率模塊(IPM),不但縮小了整機的體積,更方便了整機的設(shè)計制造。實際上,由于頻率的不斷提高,致使引線寄生電感、寄生電容的影響愈加嚴(yán)重,對器件造成更大的電應(yīng)力(表現(xiàn)為過電壓、過電流毛刺)。為了提高系統(tǒng)的可靠性,有些制造商開發(fā)了“用戶專用”功率模塊(ASPM),它把一臺整機的幾乎所有硬件都以芯片的形式安裝到一個模塊中,使元器件之間不再有傳統(tǒng)的引線連接,這樣的模塊經(jīng)過嚴(yán)格、合理的熱、電、機械方面的設(shè)計,達到優(yōu)化完美的境地。它類似于微電子中的用戶專用集成電路(ASIC)。只要把控制軟件寫入該模塊中的微處理器芯片,再把整個模塊固定在相應(yīng)的散熱器上,就構(gòu)成一臺新型的開關(guān)電源裝置。由此可見,模塊化的目的不僅在于使用方便,縮小整機體積,更重要的是取消傳統(tǒng)連線,把寄生參數(shù)降到最小,從而把器件承受的電應(yīng)力降至最低,提高系統(tǒng)的可靠性。另外,大功率的開關(guān)電源,由于器件容量的限制和增加冗余提高可靠性方面的考慮,一般采用多個獨立的模塊單元并聯(lián)工作,采用均流技術(shù),所有模塊共同分擔(dān)負載電流,一旦其中某個模塊失效,其它模塊再平均分擔(dān)負載電流。這樣,不但提高了功率容量,在有限的器件容量的情況下滿足了大電流輸出的要求,而且通過增加相對整個系統(tǒng)來說功率很小的冗余電源模塊,極大的提高系統(tǒng)可靠性,即使萬一出現(xiàn)單模塊故障,也不會影響系統(tǒng)的正常工作,而且為修復(fù)提供充分的時間。

3.3數(shù)字化

在傳統(tǒng)功率電子技術(shù)中,控制部分是按模擬信號來設(shè)計和工作的。在六、七十年代,電力電子技術(shù)完全是建立在模擬電路基礎(chǔ)上的。但是,現(xiàn)在數(shù)字式信號、數(shù)字電路顯得越來越重要,數(shù)字信號處理技術(shù)日趨完善成熟,顯示出越來越多的優(yōu)點:便于計算機處理控制、避免模擬信號的畸變失真、減小雜散信號的干擾(提高抗干擾能力)、便于軟件包調(diào)試和遙感遙測遙調(diào),也便于自診斷、容錯等技術(shù)的植入。所以,在八、九十年代,對于各類電路和系統(tǒng)的設(shè)計來說,模擬技術(shù)還是有用的,特別是:諸如印制版的布圖、電磁兼容(EMC)問題以及功率因數(shù)修正(PFC)等問題的解決,離不開模擬技術(shù)的知識,但是對于智能化的開關(guān)電源,需要用計算機控制時,數(shù)字化技術(shù)就離不開了。

3.4綠色化

篇6

1. 電力電子技術(shù)的發(fā)展

現(xiàn)代電力電子技術(shù)的發(fā)展方向，是從以低頻技術(shù)處理問題為主的傳統(tǒng)電力電子學(xué)，向以高頻技術(shù)處理問題為主的現(xiàn)代電力電子學(xué)方向轉(zhuǎn)變。電力電子技術(shù)起始于五十年代末六十年代初的硅整流器件，其發(fā)展先后經(jīng)歷了整流器時代、逆變器時代和變頻器時代，并促進了電力電子技術(shù)在許多新領(lǐng)域的應(yīng)用。八十年代末期和九十年代初期發(fā)展起來的、以功率MOSFET和IGBT為代表的、集高頻、高壓和大電流于一身的功率半導(dǎo)體復(fù)合器件，表明傳統(tǒng)電力電子技術(shù)已經(jīng)進入現(xiàn)代電力電子時代。

1.1 整流器時代

大功率的工業(yè)用電由工頻(50Hz)交流發(fā)電機提供，但是大約20%的電能是以直流形式消費的，其中最典型的是電解(有色金屬和化工原料需要直流電解)、牽引(電氣機車、電傳動的內(nèi)燃機車、地鐵機車、城市無軌電車等)和直流傳動(軋鋼、造紙等)三大領(lǐng)域。大功率硅整流器能夠高效率地把工頻交流電轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟?，因此在六十年代和七十年代，大功率硅整流管和晶閘管的開發(fā)與應(yīng)用得以很大發(fā)展。當(dāng)時國內(nèi)曾經(jīng)掀起了-股各地大辦硅整流器廠的熱潮，目前全國大大小小的制造硅整流器的半導(dǎo)體廠家就是那時的產(chǎn)物。

1.2 逆變器時代

七十年代出現(xiàn)了世界范圍的能源危機，交流電機變頻惆速因節(jié)能效果顯著而迅速發(fā)展。變頻調(diào)速的關(guān)鍵技術(shù)是將直流電逆變?yōu)?~100Hz的交流電。在七十年代到八十年代，隨著變頻調(diào)速裝置的普及，大功率逆變用的晶閘管、巨型功率晶體管(GTR)和門極可關(guān)斷晶閘管(GT0)成為當(dāng)時電力電子器件的主角。類似的應(yīng)用還包括高壓直流輸出，靜止式無功功率動態(tài)補償?shù)?。這時的電力電子技術(shù)已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)整流和逆變，但工作頻率較低，僅局限在中低頻范圍內(nèi)。

1.3 變頻器時代

進入八十年代，大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路技術(shù)的迅猛發(fā)展，為現(xiàn)代電力電子技術(shù)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。將集成電路技術(shù)的精細加工技術(shù)和高壓大電流技術(shù)有機結(jié)合，出現(xiàn)了一批全新的全控型功率器件、首先是功率M0SFET的問世，導(dǎo)致了中小功率電源向高頻化發(fā)展，而后絕緣門極雙極晶體管(IGBT)的出現(xiàn)，又為大中型功率電源向高頻發(fā)展帶來機遇。MOSFET和IGBT的相繼問世，是傳統(tǒng)的電力電子向現(xiàn)代電力電子轉(zhuǎn)化的標(biāo)志。據(jù)統(tǒng)計，到1995年底，功率M0SFET和GTR在功率半導(dǎo)體器件市場上已達到平分秋色的地步，而用IGBT代替GTR在電力電子領(lǐng)域巳成定論。新型器件的發(fā)展不僅為交流電機變頻調(diào)速提供了較高的頻率，使其性能更加完善可靠，而且使現(xiàn)代電子技術(shù)不斷向高頻化發(fā)展，為用電設(shè)備的高效節(jié)材節(jié)能，實現(xiàn)小型輕量化，機電一體化和智能化提供了重要的技術(shù)基礎(chǔ)。

2. 現(xiàn)代電力電子的應(yīng)用領(lǐng)域

2.1 計算機高效率綠色電源

高速發(fā)展的計算機技術(shù)帶領(lǐng)人類進入了信息社會，同時也促進了電源技術(shù)的迅速發(fā)展。八十年代，計算機全面采用了開關(guān)電源，率先完成計算機電源換代。接著開關(guān)電源技術(shù)相繼進人了電子、電器設(shè)備領(lǐng)域。

計算機技術(shù)的發(fā)展，提出綠色電腦和綠色電源。綠色電腦泛指對環(huán)境無害的個人電腦和相關(guān)產(chǎn)品，綠色電源系指與綠色電腦相關(guān)的高效省電電源，根據(jù)美國環(huán)境保護署l992年6月17日“能源之星"計劃規(guī)定，桌上型個人電腦或相關(guān)的外圍設(shè)備，在睡眠狀態(tài)下的耗電量若小于30瓦，就符合綠色電腦的要求，提高電源效率是降低電源消耗的根本途徑。就目前效率為75%的200瓦開關(guān)電源而言，電源自身要消耗50瓦的能源。

2.2 通信用高頻開關(guān)電源

通信業(yè)的迅速發(fā)展極大的推動了通信電源的發(fā)展。高頻小型化的開關(guān)電源及其技術(shù)已成為現(xiàn)代通信供電系統(tǒng)的主流。在通信領(lǐng)域中，通常將整流器稱為一次電源，而將直流-直流(DC/DC)變換器稱為二次電源。一次電源的作用是將單相或三相交流電網(wǎng)變換成標(biāo)稱值為48V的直流電源。目前在程控交換機用的一次電源中，傳統(tǒng)的相控式穩(wěn)壓電源己被高頻開關(guān)電源取代，高頻開關(guān)電源(也稱為開關(guān)型整流器SMR)通過MOSFET或IGBT的高頻工作，開關(guān)頻率一般控制在50-100kHz范圍內(nèi)，實現(xiàn)高效率和小型化。近幾年，開關(guān)整流器的功率容量不斷擴大，單機容量己從48V/12.5A、48V/20A擴大到48V/200A、48V/400A。

因通信設(shè)備中所用集成電路的種類繁多，其電源電壓也各不相同，在通信供電系統(tǒng)中采用高功率密度的高頻DC-DC隔離電源模塊，從中間母線電壓(一般為48V直流)變換成所需的各種直流電壓，這樣可大大減小損耗、方便維護，且安裝、增加非常方便。一般都可直接裝在標(biāo)準(zhǔn)控制板上，對二次電源的要求是高功率密度。因通信容量的不斷增加，通信電源容量也將不斷增加。

2.3 直流-直流(DC/DC)變換器

DC/DC變換器將一個固定的直流電壓變換為可變的直流電壓，這種技術(shù)被廣泛應(yīng)用于無軌電車、地鐵列車、電動車的無級變速和控制，同時使上述控制獲得加速平穩(wěn)、快速響應(yīng)的性能，并同時收到節(jié)約電能的效果。用直流斬波器代替變阻器可節(jié)約電能(20~30)%。直流斬波器不僅能起調(diào)壓的作用(開關(guān)電源)， 同時還能起到有效地抑制電網(wǎng)側(cè)諧波電流噪聲的作用。

通信電源的二次電源DC/DC變換器已商品化，模塊采用高頻PWM技術(shù)，開關(guān)頻率在500kHz左右，功率密度為5W~20W/in3。隨著大規(guī)模集成電路的發(fā)展，要求電源模塊實現(xiàn)小型化，因此就要不斷提高開關(guān)頻率和采用新的電路拓撲結(jié)構(gòu)，目前已有一些公司研制生產(chǎn)了采用零電流開關(guān)和零電壓開關(guān)技術(shù)的二次電源模塊，功率密度有較大幅度的提高。

2.4 不間斷電源(UPS)

不間斷電源(UPS)是計算機、通信系統(tǒng)以及要求提供不能中斷場合所必須的一種高可靠、高性能的電源。交流市電輸入經(jīng)整流器變成直流，一部分能量給蓄電池組充電，另一部分能量經(jīng)逆變器變成交流，經(jīng)轉(zhuǎn)換開關(guān)送到負載。為了在逆變器故障時仍能向負載提供能量，另一路備用電源通過電源轉(zhuǎn)換開關(guān)來實現(xiàn)。

現(xiàn)代UPS普遍了采用脈寬調(diào)制技術(shù)和功率M0SFET、IGBT等現(xiàn)代電力電子器件，電源的噪聲得以降低，而效率和可靠性得以提高。微處理器軟硬件技術(shù)的引入，可以實現(xiàn)對UPS的智能化管理，進行遠程維護和遠程診斷。

目前在線式UPS的最大容量已可作到600kVA。超小型UPS發(fā)展也很迅速，已經(jīng)有0.5kVA、lkVA、2kVA、3kVA等多種規(guī)格的產(chǎn)品。

2.5 變頻器電源

變頻器電源主要用于交流電機的變頻調(diào)速，其在電氣傳動系統(tǒng)中占據(jù)的地位日趨重要，已獲得巨大的節(jié)能效果。變頻器電源主電路均采用交流-直流-交流方案。工頻電源通過整流器變成固定的直流電壓，然后由大功率晶體管或IGBT組成的PWM高頻變換器， 將直流電壓逆變成電壓、頻率可變的交流輸出，電源輸出波形近似于正弦波，用于驅(qū)動交流異步電動機實現(xiàn)無級調(diào)速。

國際上400kVA以下的變頻器電源系列產(chǎn)品已經(jīng)問世。八十年代初期，日本東芝公司最先將交流變頻調(diào)速技術(shù)應(yīng)用于空調(diào)器中。至1997年，其占有率已達到日本家用空調(diào)的70%以上。變頻空調(diào)具有舒適、節(jié)能等優(yōu)點。國內(nèi)于90年代初期開始研究變頻空調(diào)，96年引進生產(chǎn)線生產(chǎn)變頻空調(diào)器，逐漸形成變頻空調(diào)開發(fā)生產(chǎn)熱點。預(yù)計到2000年左右將形成。變頻空調(diào)除了變頻電源外，還要求有適合于變頻調(diào)速的壓縮機電機。優(yōu)化控制策略，精選功能組件，是空調(diào)變頻電源研制的進一步發(fā)展方向。

2.6 高頻逆變式整流焊機電源

高頻逆變式整流焊機電源是一種高性能、高效、省材的新型焊機電源，代表了當(dāng)今焊機電源的發(fā)展方向。由于IGBT大容量模塊的商用化，這種電源更有著廣闊的應(yīng)用前景。

逆變焊機電源大都采用交流-直流-交流-直流(AC-DC-AC-DC)變換的方法。50Hz交流電經(jīng)全橋整流變成直流，IGBT組成的PWM高頻變換部分將直流電逆變成20kHz的高頻矩形波，經(jīng)高頻變壓器耦合， 整流濾波后成為穩(wěn)定的直流，供電弧使用。

由于焊機電源的工作條件惡劣，頻繁的處于短路、燃弧、開路交替變化之中，因此高頻逆變式整流焊機電源的工作可靠性問題成為最關(guān)鍵的問題，也是用戶最關(guān)心的問題。采用微處理器做為脈沖寬度調(diào)制(PWM)的相關(guān)控制器，通過對多參數(shù)、多信息的提取與分析，達到預(yù)知系統(tǒng)各種工作狀態(tài)的目的，進而提前對系統(tǒng)做出調(diào)整和處理，解決了目前大功率IGBT逆變電源可靠性。

國外逆變焊機已可做到額定焊接電流300A，負載持續(xù)率60%，全載電壓60~75V，電流調(diào)節(jié)范圍5~300A，重量29kg。

2.7 大功率開關(guān)型高壓直流電源

大功率開關(guān)型高壓直流電源廣泛應(yīng)用于靜電除塵、水質(zhì)改良、醫(yī)用X光機和CT機等大型設(shè)備。電壓高達50~l59kV，電流達到0.5A以上，功率可達100kW。

自從70年代開始，日本的一些公司開始采用逆變技術(shù)，將市電整流后逆變?yōu)?kHz左右的中頻，然后升壓。進入80年代，高頻開關(guān)電源技術(shù)迅速發(fā)展。德國西門子公司采用功率晶體管做主開關(guān)元件，將電源的開關(guān)頻率提高到20kHz以上。并將干式變壓器技術(shù)成功的應(yīng)用于高頻高壓電源，取消了高壓變壓器油箱，使變壓器系統(tǒng)的體積進一步減小。

國內(nèi)對靜電除塵高壓直流電源進行了研制，市電經(jīng)整流變?yōu)橹绷鳎捎萌珮蛄汶娏鏖_關(guān)串聯(lián)諧振逆變電路將直流電壓逆變?yōu)楦哳l電壓，然后由高頻變壓器升壓，最后整流為直流高壓。在電阻負載條件下，輸出直流電壓達到55kV，電流達到15mA，工作頻率為25.6kHz。

2.8 電力有源濾波器

傳統(tǒng)的交流-直流(AC-DC)變換器在投運時，將向電網(wǎng)注入大量的諧波電流，引起諧波損耗和干擾，同時還出現(xiàn)裝置網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)惡化的現(xiàn)象，即所謂“電力公害”，例如，不可控整流加電容濾波時，網(wǎng)側(cè)三次諧波含量可達(70~80)%，網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)僅有0.5~0.6。

電力有源濾波器是一種能夠動態(tài)抑制諧波的新型電力電子裝置，能克服傳統(tǒng)LC濾波器的不足，是一種很有發(fā)展前途的諧波抑制手段。濾波器由橋式開關(guān)功率變換器和具體控制電路構(gòu)成。與傳統(tǒng)開關(guān)電源的區(qū)別是:(l)不僅反饋輸出電壓，還反饋輸入平均電流; (2)電流環(huán)基準(zhǔn)信號為電壓環(huán)誤差信號與全波整流電壓取樣信號之乘積。

2.9 分布式開關(guān)電源供電系統(tǒng)

分布式電源供電系統(tǒng)采用小功率模塊和大規(guī)模控制集成電路作基本部件，利用最新理論和技術(shù)成果，組成積木式、智能化的大功率供電電源，從而使強電與弱電緊密結(jié)合，降低大功率元器件、大功率裝置(集中式)的研制壓力，提高生產(chǎn)效率。

八十年代初期，對分布式高頻開關(guān)電源系統(tǒng)的研究基本集中在變換器并聯(lián)技術(shù)的研究上。八十年代中后期，隨著高頻功率變換技術(shù)的迅述發(fā)展，各種變換器拓撲結(jié)構(gòu)相繼出現(xiàn)，結(jié)合大規(guī)模集成電路和功率元器件技術(shù)，使中小功率裝置的集成成為可能，從而迅速地推動了分布式高頻開關(guān)電源系統(tǒng)研究的展開。自八十年代后期開始，這一方向已成為國際電力電子學(xué)界的研究熱點，論文數(shù)量逐年增加，應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴大。

分布供電方式具有節(jié)能、可靠、高效、經(jīng)濟和維護方便等優(yōu)點。已被大型計算機、通信設(shè)備、航空航天、工業(yè)控制等系統(tǒng)逐漸采納，也是超高速型集成電路的低電壓電源(3.3V)的最為理想的供電方式。在大功率場合，如電鍍、電解電源、電力機車牽引電源、中頻感應(yīng)加熱電源、電動機驅(qū)動電源等領(lǐng)域也有廣闊的應(yīng)用前景。

3. 高頻開關(guān)電源的發(fā)展趨勢

在電力電子技術(shù)的應(yīng)用及各種電源系統(tǒng)中，開關(guān)電源技術(shù)均處于核心地位。對于大型電解電鍍電源，傳統(tǒng)的電路非常龐大而笨重，如果采用高頓開關(guān)電源技術(shù)，其體積和重量都會大幅度下降，而且可極大提高電源利用效率、節(jié)省材料、降低成本。在電動汽車和變頻傳動中，更是離不開開關(guān)電源技術(shù)，通過開關(guān)電源改變用電頻率，從而達到近于理想的負載匹配和驅(qū)動控制。高頻開關(guān)電源技術(shù)，更是各種大功率開關(guān)電源(逆變焊機、通訊電源、高頻加熱電源、激光器電源、電力操作電源等)的核心技術(shù)。

3.1 高頻化

理論分析和實踐經(jīng)驗表明，電氣產(chǎn)品的變壓器、電感和電容的體積重量與供電頻率的平方根成反比。所以當(dāng)我們把頻率從工頻50Hz提高到20kHz，提高400倍的話，用電設(shè)備的體積重量大體下降至工頻設(shè)計的 5~l0%。無論是逆變式整流焊機，還是通訊電源用的開關(guān)式整流器，都是基于這一原理。同樣，傳統(tǒng)“整流行業(yè)”的電鍍、電解、電加工、充電、浮充電、電力合 閘用等各種直流電源也可以根據(jù)這一原理進行改造， 成為“開關(guān)變換類電源”，其主要材料可以節(jié)約90%或更高，還可節(jié)電30%或更多。由于功率電子器件工作頻率上限的逐步提高，促使許多原來采用電子管的傳統(tǒng)高頻設(shè)備固態(tài)化，帶來顯著節(jié)能、節(jié)水、節(jié)約材料的經(jīng)濟效益，更可體現(xiàn)技術(shù)含量的價值。

3.2 模塊化

模塊化有兩方面的含義，其一是指功率器件的模塊化，其二是指電源單元的模塊化。我們常見的器件模塊，含有一單元、兩單元、六單元直至七單元，包括開關(guān)器件和與之反并聯(lián)的續(xù)流二極管，實質(zhì)上都屬于“標(biāo)準(zhǔn)”功率模塊(SPM)。近年，有些公司把開關(guān)器件的驅(qū)動保護電路也裝到功率模塊中去，構(gòu)成了“智能化”功率模塊(IPM)，不但縮小了整機的體積，更方便了整機的設(shè)計制造。實際上，由于頻率的不斷提高，致使引線寄生電感、寄生電容的影響愈加嚴(yán)重，對器件造成更大的電應(yīng)力(表現(xiàn)為過電壓、過電流毛刺)。為了提高系統(tǒng)的可靠性，有些制造商開發(fā)了“用戶專用”功率模塊(ASPM)，它把一臺整機的幾乎所有硬件都以芯片的形式安裝到一個模塊中，使元器件之間不再有傳統(tǒng)的引線連接，這樣的模塊經(jīng)過嚴(yán)格、合理的熱、電、 機械方面的設(shè)計，達到優(yōu)化完美的境地。它類似于微電子中的用戶專用集成電路(ASIC)。只要把控制軟件寫入該模塊中的微處理器芯片，再把整個模塊固定在相應(yīng)的散熱器上，就構(gòu)成一臺新型的開關(guān)電源裝置。由此可見，模塊化的目的不僅在于使用方便，縮小整機體積，更重要的是取消傳統(tǒng)連線，把寄生參數(shù)降到最小，從而把器件承受的電應(yīng)力降至最低，提高系統(tǒng)的可靠性。另外，大功率的開關(guān)電源，由于器件容量的限制和增加冗余提高可靠性方面的考慮，一般采用多個獨立的模塊單元并聯(lián)工作，采用均流技術(shù)，所有模塊共同分擔(dān)負載電流，一旦其中某個模塊失效，其它模塊再平均分擔(dān)負載電流。這樣，不但提高了功率容量， 在有限的器件容量的情況下滿足了大電流輸出的要求， 而且通過增加相對整個系統(tǒng)來說功率很小的冗余電源模塊，極大的提高系統(tǒng)可靠性，即使萬一出現(xiàn)單模塊故障，也不會影響系統(tǒng)的正常工作，而且為修復(fù)提供充分的時間。

3.3 數(shù)字化

在傳統(tǒng)功率電子技術(shù)中，控制部分是按模擬信號來設(shè)計和工作的。在六、七十年代，電力電子技術(shù)完全是建立在模擬電路基礎(chǔ)上的。但是，現(xiàn)在數(shù)字式信號、數(shù)字電路顯得越來越重要，數(shù)字信號處理技術(shù)日趨完善成熟，顯示出越來越多的優(yōu)點:便于計算機處理控制、避免模擬信號的畸變失真、減小雜散信號的干擾(提高抗干擾能力)、便于軟件包調(diào)試和遙感遙測遙調(diào)，也便于自診斷、容錯等技術(shù)的植入。所以，在八、九十年代，對于各類電路和系統(tǒng)的設(shè)計來說，模擬技術(shù)還是有用的，特別是:諸如印制版的布圖、電磁兼容(EMC) 問題以及功率因數(shù)修正(PFC)等問題的解決，離不開模擬技術(shù)的知識，但是對于智能化的開關(guān)電源，需要用計算機控制時，數(shù)字化技術(shù)就離不開了。

3.4 綠色化

篇7

中圖分類號：TM711 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-9416（2012）10-0097-02

電力電子技術(shù)就是應(yīng)用于電力領(lǐng)域的電子技術(shù)，是電力、電子和控制三大領(lǐng)域的邊緣學(xué)科，以電力變換為主要研究內(nèi)容。對電能進行變換和控制的目的是為了更方便、更為有效的使用電能，使電能更好的為人們服務(wù)。

電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)中有著非常廣泛的應(yīng)用。據(jù)統(tǒng)計，發(fā)達國家在用戶最終使用的電能中，有60%以上的電能經(jīng)過一次以上電力電子變流裝置的處理。離開電力電子技術(shù)，電力系統(tǒng)的現(xiàn)代化是不可想象的。直流輸電在長距離、大容量輸電時有很大優(yōu)勢，其送電端的整流閥和受電端的逆變閥都采用晶閘管變流裝置。柔流輸電亦依靠電力電子裝置才得以實現(xiàn)。無功補償和諧波抑制對電力系統(tǒng)有重要意義，晶閘管控制電抗器（TCR）、晶閘管投切電容器（TSC）都是重要的無功補償裝置。靜止同步補償器（STATCOM）、有源電力濾波器（APF）等新型電力電子裝置具有更為優(yōu)越的無功補償和諧波補償?shù)男阅?。直流電源和不間斷電源（UPS）還用作發(fā)電廠和變電所的保護電源、事故電源和備用電源。電力電子裝置在電力系統(tǒng)中隨處可見。

1、電力電子技術(shù)的發(fā)展

電力電子技術(shù)分為器件的制造技術(shù)和電力電子電路的應(yīng)用電路（變流技術(shù)）。電力電子器件經(jīng)歷了半控型（第一代電力電子器件）、全控型（第二代電力電子器件）和復(fù)合型（第三代電力電子器件）的發(fā)展過程，把驅(qū)動、控制、保護電路和功率器件集成在一起，構(gòu)成功率集成電路（PIC），目前其功率較小，但其代表了電力電子技術(shù)發(fā)展的一個重要方向。

整流電路在電力電子電路中應(yīng)用最廣，20世紀(jì)80年代后逆變電路的應(yīng)用日益廣泛，但整流電路仍占重要地位。隨著自關(guān)斷器件的普遍應(yīng)用，電力電子電路向高頻化反向發(fā)展，一些新的電路拓撲形式比如諧振型逆變電路、矩陣式逆變電路等不斷涌現(xiàn)。PWM控制對推動電力電子技術(shù)的發(fā)展起了歷史性作用，其它控制方式比如應(yīng)用靜止/旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)變換的矢量控制、瞬時無功功率控制、自適應(yīng)控制、采用狀態(tài)觀測器的控制、模糊控制、神經(jīng)元控制等，這使得電力電子系統(tǒng)的控制技術(shù)發(fā)展到一個嶄新的階段。目前應(yīng)用越來越廣的基于微處理器的數(shù)字控制技術(shù)在很多方面取代了模擬控制，是控制技術(shù)的一個新的發(fā)展方向。

2、靜止無功補償裝置

靜止型動態(tài)無功補償裝置廣泛應(yīng)用于提高輸電系統(tǒng)的穩(wěn)定性、改善電能質(zhì)量、對沖擊性負荷的無功補償和閃變抑制等領(lǐng)域。FACTS技術(shù)（靈活交流輸電系統(tǒng)）從根本上改變了交流電網(wǎng)過去基本上只依靠緩慢、間接以及不精確設(shè)備進行機械控制的局面，對提高輸電系統(tǒng)的輸送功率和潮流控制能力以及改善電力系統(tǒng)穩(wěn)定性、控制系統(tǒng)振蕩等具有明顯作用。常見的FACTS裝置包括靜止無功補償器（SVC）、靜止同步補償器（STATCOM）、可控串聯(lián)補償器（TCSC）、晶閘管控制移相器（TCPST）、統(tǒng)一潮流控制器（UPFC）、動態(tài)電壓調(diào)節(jié)器（DVR）、超導(dǎo)儲能系統(tǒng)（SMES）、不間斷電源（UPS）、統(tǒng)一電能質(zhì)量控制器（UPQC）等。

無功功率補償可提高供用電系統(tǒng)及負載的功率因數(shù)，降低設(shè)備容量，減少功率損耗，穩(wěn)定受電端和電網(wǎng)的電壓，提高供電質(zhì)量，在電氣化鐵道中平衡三相的有功及無功負載。靜止無功補償裝置包括晶閘管控制電抗器（TCR）、晶閘管投切電容器（TSC）、可控串聯(lián)補償裝置（TCSC）等。SVC可作為系統(tǒng)補償和負荷補償，還廣泛應(yīng)用于高壓直流輸電換流站的無功補償和抑制電弧爐等大型沖擊負荷造成的電壓閃變和電壓波動。

TCR的單相基本結(jié)構(gòu)是兩個反并聯(lián)的晶閘管與一個電抗器相串聯(lián)，通過改變晶閘管的觸發(fā)延遲角，可以改變電抗器電流的大小，即可以達到連續(xù)調(diào)整電抗器的基波無功功率的目的。TCR通常采用支路控制三角形聯(lián)結(jié)三相交流調(diào)壓電路的形式，如圖1.所示

TSC具有無機磨損、響應(yīng)速度快、平滑投切以及良好的綜合補償效果等優(yōu)點。圖2.為其單相結(jié)構(gòu)簡圖，其中的小電感用來抑制電容器投入電網(wǎng)時可能造成的沖擊電流。

靜止同步補償器專指由自換相的電力半導(dǎo)體橋式變流器進行動態(tài)無功補償?shù)难b置，與SVC相比，其調(diào)節(jié)速度更快，運行范圍寬，而且在采取多重化、多電平或PWM技術(shù)等措施后可大大減少補償電流中諧波的含量。其基本原理是將自換相橋式電路通過電抗器并聯(lián)在電網(wǎng)上，適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)橋式電路交流側(cè)輸出電壓的相位和幅值，使該電路吸收或發(fā)出滿足要求的無功電流，實現(xiàn)動態(tài)無功補償。圖3.是其電路基本結(jié)構(gòu)。

可控串聯(lián)補償裝置（TCSC）由電容器與晶閘管控制的電抗器并聯(lián)組成。調(diào)節(jié)晶閘管的導(dǎo)通角可以改變通過電抗器的電流，使補償裝置的基頻等效電抗在一定范圍內(nèi)聯(lián)系變化。其不僅可以進行參數(shù)補償，控制系統(tǒng)還引入附加阻尼控制環(huán)節(jié)，改善系統(tǒng)的阻尼狀況，有利于抑制低頻振蕩，提高系統(tǒng)的靜態(tài)穩(wěn)定性和暫態(tài)穩(wěn)定性。

3、高壓直流輸電技術(shù)

高壓直流輸電是將發(fā)電廠發(fā)出的交流電通過換流器整流為直流電，通過輸電線路把直流電送入受電端，再把直流電逆變?yōu)榻涣麟姽┯脩羰褂?。高壓直流輸電具有傳輸功率大、線路造價低、控制性能好等優(yōu)點，是目前解決高電壓大容量、長距離輸電和異步聯(lián)網(wǎng)的重要手段。直流輸電架空線路的造價低、損耗小，不存在交流輸電的穩(wěn)定性問題，可以實現(xiàn)額定頻率不同的電網(wǎng)的互聯(lián)，易于實現(xiàn)地下或海底電纜輸電，易于進行潮流控制，便于分級分期建設(shè)和增容擴建。

直流輸電工程按照直流聯(lián)絡(luò)線可分為單級聯(lián)絡(luò)線、雙極聯(lián)絡(luò)線、同極聯(lián)絡(luò)線和背靠背直流輸電系統(tǒng)。雙極HVDC系統(tǒng)圖如圖4所示。

換流器完成交—直或直—交轉(zhuǎn)換，由閥橋和帶載抽頭切換器的整流變壓器構(gòu)成，閥橋為高壓閥構(gòu)成的6脈波或12脈波的整流器或逆變器。濾波器用于濾除換流器產(chǎn)生的諧波。平波電抗器可以降低直流線路中的諧波電壓和電流，限制直流線路短路期間的峰值電流，防止逆變器換相失敗和負荷電流不連續(xù)。換流閥是換流器的基本單元設(shè)備，目前絕大多數(shù)直流輸電采用晶閘管閥，此外還有GTO閥、IGBT閥等。換流器有6脈動和12脈動兩種。

4、在電機中的應(yīng)用

水力發(fā)電機所能發(fā)出的電量取決于水力壓力和流量，所以機組的發(fā)電量將會發(fā)生很大變化；風(fēng)力發(fā)電機所能發(fā)出的電量與風(fēng)速的三次方成正比。因此機組是變速運行的，如果調(diào)整轉(zhuǎn)子勵磁電流的頻率，使其與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速疊加后保持定子頻率即輸出頻率恒定，就能夠獲得最大有效功率。電力電子裝置在水力、風(fēng)力發(fā)電機的變速恒頻勵磁中起到了非常重要的作用。

采用半導(dǎo)體晶閘管整流和并勵性能構(gòu)成的靜止勵磁系統(tǒng)，具有技術(shù)結(jié)構(gòu)簡易、穩(wěn)定性高及材料價格低廉的優(yōu)勢，在電力系統(tǒng)中已廣泛應(yīng)用。其省略了勵磁機的中間慣性環(huán)節(jié)，可達到快速調(diào)節(jié)。

5、有源電力濾波器

有源電力濾波器的基本思想是從補償對象中檢測出諧波電流等分量，由補償裝置產(chǎn)生一個與該分量大小相等而極性相反的補償電流分量，抵消諧波電流分量從而是流入電網(wǎng)的電流只含基波分量，其理論基礎(chǔ)是瞬時無功功率理論。具有動態(tài)響應(yīng)速度快、補償功能多樣化、補償特性不受電網(wǎng)阻抗影響等特點，是抑制諧波的一個重要發(fā)展方向。圖5.為其構(gòu)成原理。

有源電力濾波器包含指令電流運算電路和補償電流發(fā)生電路兩個部分，前者用來檢測出補償對象中的諧波和無功電流等分量，后者根據(jù)檢測電路所得出的補償電流指令信號，產(chǎn)生實際的補償電流。

其電路形式主要采用PWM變流器，圖6為三相電壓型PWM變流器。

6、結(jié)語

電力電子技術(shù)可用來調(diào)節(jié)輸配電網(wǎng)的潮流分配，保證可再生能源發(fā)電的大規(guī)模、分布式接入和遠距離送出，治理電網(wǎng)電能質(zhì)量等，是建設(shè)智能電網(wǎng)的重要基礎(chǔ)和手段。隨著電網(wǎng)的發(fā)展，電力電子技術(shù)也將獲得長足的發(fā)展，從而為電網(wǎng)長遠發(fā)展打下基礎(chǔ)。

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篇8

1.1整流器時代

大功率的工業(yè)用電由工頻(50Hz)交流發(fā)電機提供,但是大約20%的電能是以直流形式消費的,其中最典型的是電解(有色金屬和化工原料需要直流電解)、牽引(電氣機車、電傳動的內(nèi)燃機車、地鐵機車、城市無軌電車等)和直流傳動(軋鋼、造紙等)三大領(lǐng)域。大功率硅整流器能夠高效率地把工頻交流電轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟?因此在六十年代和七十年代,大功率硅整流管和晶閘管的開發(fā)與應(yīng)用得以很大發(fā)展。當(dāng)時國內(nèi)曾經(jīng)掀起了-股各地大辦硅整流器廠的熱潮,目前全國大大小小的制造硅整流器的半導(dǎo)體廠家就是那時的產(chǎn)物。

1.2逆變器時代

七十年代出現(xiàn)了世界范圍的能源危機,交流電機變頻惆速因節(jié)能效果顯著而迅速發(fā)展。變頻調(diào)速的關(guān)鍵技術(shù)是將直流電逆變?yōu)?~100Hz的交流電。在七十年代到八十年代,隨著變頻調(diào)速裝置的普及,大功率逆變用的晶閘管、巨型功率晶體管(GTR)和門極可關(guān)斷晶閘管(GT0)成為當(dāng)時電力電子器件的主角。類似的應(yīng)用還包括高壓直流輸出,靜止式無功功率動態(tài)補償?shù)?。這時的電力電子技術(shù)已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)整流和逆變,但工作頻率較低,僅局限在中低頻范圍內(nèi)。

1.3變頻器時代

進入八十年代,大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路技術(shù)的迅猛發(fā)展,為現(xiàn)代電力電子技術(shù)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。將集成電路技術(shù)的精細加工技術(shù)和高壓大電流技術(shù)有機結(jié)合,出現(xiàn)了一批全新的全控型功率器件、首先是功率M0SFET的問世,導(dǎo)致了中小功率電源向高頻化發(fā)展,而后絕緣門極雙極晶體管(IGBT)的出現(xiàn),又為大中型功率電源向高頻發(fā)展帶來機遇。MOSFET和IGBT的相繼問世,是傳統(tǒng)的電力電子向現(xiàn)代電力電子轉(zhuǎn)化的標(biāo)志。據(jù)統(tǒng)計,到1995年底,功率M0SFET和GTR在功率半導(dǎo)體器件市場上已達到平分秋色的地步,而用IGBT代替GTR在電力電子領(lǐng)域巳成定論。新型器件的發(fā)展不僅為交流電機變頻調(diào)速提供了較高的頻率,使其性能更加完善可靠,而且使現(xiàn)代電子技術(shù)不斷向高頻化發(fā)展,為用電設(shè)備的高效節(jié)材節(jié)能,實現(xiàn)小型輕量化,機電一體化和智能化提供了重要的技術(shù)基礎(chǔ)。

2.現(xiàn)代電力電子的應(yīng)用領(lǐng)域

2.1計算機高效率綠色電源

高速發(fā)展的計算機技術(shù)帶領(lǐng)人類進入了信息社會,同時也促進了電源技術(shù)的迅速發(fā)展。八十年代,計算機全面采用了開關(guān)電源,率先完成計算機電源換代。接著開關(guān)電源技術(shù)相繼進人了電子、電器設(shè)備領(lǐng)域。

計算機技術(shù)的發(fā)展,提出綠色電腦和綠色電源。綠色電腦泛指對環(huán)境無害的個人電腦和相關(guān)產(chǎn)品，綠色電源系指與綠色電腦相關(guān)的高效省電電源,根據(jù)美國環(huán)境保護署l992年6月17日"能源之星"計劃規(guī)定,桌上型個人電腦或相關(guān)的設(shè)備,在睡眠狀態(tài)下的耗電量若小于30瓦,就符合綠色電腦的要求,提高電源效率是降低電源消耗的根本途徑。就目前效率為75%的200瓦開關(guān)電源而言,電源自身要消耗50瓦的能源。

2.2通信用高頻開關(guān)電源

通信業(yè)的迅速發(fā)展極大的推動了通信電源的發(fā)展。高頻小型化的開關(guān)電源及其技術(shù)已成為現(xiàn)代通信供電系統(tǒng)的主流。在通信領(lǐng)域中,通常將整流器稱為一次電源,而將直流-直流(DC/DC)變換器稱為二次電源。一次電源的作用是將單相或三相交流電網(wǎng)變換成標(biāo)稱值為48V的直流電源。目前在程控交換機用的一次電源中,傳統(tǒng)的相控式穩(wěn)壓電源己被高頻開關(guān)電源取代,高頻開關(guān)電源(也稱為開關(guān)型整流器SMR)通過MOSFET或IGBT的高頻工作,開關(guān)頻率一般控制在50-100kHz范圍內(nèi),實現(xiàn)高效率和小型化。近幾年,開關(guān)整流器的功率容量不斷擴大,單機容量己從48V/12.5A、48V/20A擴大到48V/200A、48V/400A。

因通信設(shè)備中所用集成電路的種類繁多,其電源電壓也各不相同,在通信供電系統(tǒng)中采用高功率密度的高頻DC-DC隔離電源模塊,從中間母線電壓(一般為48V直流)變換成所需的各種直流電壓,這樣可大大減小損耗、方便維護,且安裝、增加非常方便。一般都可直接裝在標(biāo)準(zhǔn)控制板上,對二次電源的要求是高功率密度。因通信容量的不斷增加,通信電源容量也將不斷增加。

2.3直流-直流(DC/DC)變換器

DC/DC變換器將一個固定的直流電壓變換為可變的直流電壓,這種技術(shù)被廣泛應(yīng)用于無軌電車、地鐵列車、電動車的無級變速和控制,同時使上述控制獲得加速平穩(wěn)、快速響應(yīng)的性能,并同時收到節(jié)約電能的效果。用直流斬波器代替變阻器可節(jié)約電能(20~30)%。直流斬波器不僅能起調(diào)壓的作用(開關(guān)電源),同時還能起到有效地抑制電網(wǎng)側(cè)諧波電流噪聲的作用。

通信電源的二次電源DC/DC變換器已商品化,模塊采用高頻PWM技術(shù),開關(guān)頻率在500kHz左右,功率密度為5W~20W/in3。隨著大規(guī)模集成電路的發(fā)展,要求電源模塊實現(xiàn)小型化,因此就要不斷提高開關(guān)頻率和采用新的電路拓撲結(jié)構(gòu),目前已有一些公司研制生產(chǎn)了采用零電流開關(guān)和零電壓開關(guān)技術(shù)的二次電源模塊,功率密度有較大幅度的提高。

2.4不間斷電源(UPS)

不間斷電源(UPS)是計算機、通信系統(tǒng)以及要求提供不能中斷場合所必須的一種高可靠、高性能的電源。交流市電輸入經(jīng)整流器變成直流,一部分能量給蓄電池組充電,另一部分能量經(jīng)逆變器變成交流,經(jīng)轉(zhuǎn)換開關(guān)送到負載。為了在逆變器故障時仍能向負載提供能量,另一路備用電源通過電源轉(zhuǎn)換開關(guān)來實現(xiàn)。

現(xiàn)代UPS普遍了采用脈寬調(diào)制技術(shù)和功率M0SFET、IGBT等現(xiàn)代電力電子器件,電源的噪聲得以降低,而效率和可靠性得以提高。微處理器軟硬件技術(shù)的引入,可以實現(xiàn)對UPS的智能化管理,進行遠程維護和遠程診斷。

目前在線式UPS的最大容量已可作到600kVA。超小型UPS發(fā)展也很迅速,已經(jīng)有0.5kVA、lkVA、2kVA、3kVA等多種規(guī)格的產(chǎn)品。

2.5變頻器電源

變頻器電源主要用于交流電機的變頻調(diào)速,其在電氣傳動系統(tǒng)中占據(jù)的地位日趨重要,已獲得巨大的節(jié)能效果。變頻器電源主電路均采用交流-直流-交流方案。工頻電源通過整流器變成固定的直流電壓,然后由大功率晶體管或IGBT組成的PWM高頻變換器,將直流電壓逆變成電壓、頻率可變的交流輸出,電源輸出波形近似于正弦波,用于驅(qū)動交流異步電動機實現(xiàn)無級調(diào)速。

國際上400kVA以下的變頻器電源系列產(chǎn)品已經(jīng)問世。八十年代初期,日本東芝公司最先將交流變頻調(diào)速技術(shù)應(yīng)用于空調(diào)器中。至1997年,其占有率已達到日本家用空調(diào)的70%以上。變頻空調(diào)具有舒適、節(jié)能等優(yōu)點。國內(nèi)于90年代初期開始研究變頻空調(diào),96年引進生產(chǎn)線生產(chǎn)變頻空調(diào)器,逐漸形成變頻空調(diào)開發(fā)生產(chǎn)熱點。預(yù)計到2000年左右將形成。變頻空調(diào)除了變頻電源外,還要求有適合于變頻調(diào)速的壓縮機電機。優(yōu)化控制策略,精選功能組件,是空調(diào)變頻電源研制的進一步發(fā)展方向。

2.6高頻逆變式整流焊機電源

高頻逆變式整流焊機電源是一種高性能、高效、省材的新型焊機電源,代表了當(dāng)今焊機電源的發(fā)展方向。由于IGBT大容量模塊的商用化,這種電源更有著廣闊的應(yīng)用前景。

逆變焊機電源大都采用交流-直流-交流-直流(AC-DC-AC-DC)變換的方法。50Hz交流電經(jīng)全橋整流變成直流,IGBT組成的PWM高頻變換部分將直流電逆變成20kHz的高頻矩形波,經(jīng)高頻變壓器耦合,整流濾波后成為穩(wěn)定的直流,供電弧使用。

由于焊機電源的工作條件惡劣,頻繁的處于短路、燃弧、開路交替變化之中,因此高頻逆變式整流焊機電源的工作可靠性問題成為最關(guān)鍵的問題,也是用戶最關(guān)心的問題。采用微處理器做為脈沖寬度調(diào)制(PWM)的相關(guān)控制器,通過對多參數(shù)、多信息的提取與分析,達到預(yù)知系統(tǒng)各種工作狀態(tài)的目的,進而提前對系統(tǒng)做出調(diào)整和處理,解決了目前大功率IGBT逆變電源可靠性。

國外逆變焊機已可做到額定焊接電流300A,負載持續(xù)率60%,全載電壓60~75V,電流調(diào)節(jié)范圍5~300A,重量29kg。

2.7大功率開關(guān)型高壓直流電源

大功率開關(guān)型高壓直流電源廣泛應(yīng)用于靜電除塵、水質(zhì)改良、醫(yī)用X光機和CT機等大型設(shè)備。電壓高達50~l59kV,電流達到0.5A以上,功率可達100kW。

自從70年代開始,日本的一些公司開始采用逆變技術(shù),將市電整流后逆變?yōu)?kHz左右的中頻,然后升壓。進入80年代,高頻開關(guān)電源技術(shù)迅速發(fā)展。德國西門子公司采用功率晶體管做主開關(guān)元件,將電源的開關(guān)頻率提高到20kHz以上。并將干式變壓器技術(shù)成功的應(yīng)用于高頻高壓電源,取消了高壓變壓器油箱,使變壓器系統(tǒng)的體積進一步減小。

國內(nèi)對靜電除塵高壓直流電源進行了研制,市電經(jīng)整流變?yōu)橹绷?采用全橋零電流開關(guān)串聯(lián)諧振逆變電路將直流電壓逆變?yōu)楦哳l電壓,然后由高頻變壓器升壓,最后整流為直流高壓。在電阻負載條件下,輸出直流電壓達到55kV,電流達到15mA,工作頻率為25.6kHz。

2.8電力有源濾波器

傳統(tǒng)的交流-直流(AC-DC)變換器在投運時,將向電網(wǎng)注入大量的諧波電流,引起諧波損耗和干擾,同時還出現(xiàn)裝置網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)惡化的現(xiàn)象,即所謂"電力公害",例如,不可控整流加電容濾波時,網(wǎng)側(cè)三次諧波含量可達(70~80)%,網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)僅有0.5~0.6。

電力有源濾波器是一種能夠動態(tài)抑制諧波的新型電力電子裝置,能克服傳統(tǒng)LC濾波器的不足,是一種很有發(fā)展前途的諧波抑制手段。濾波器由橋式開關(guān)功率變換器和具體控制電路構(gòu)成。與傳統(tǒng)開關(guān)電源的區(qū)別是:(l)不僅反饋輸出電壓,還反饋輸入平均電流;(2)電流環(huán)基準(zhǔn)信號為電壓環(huán)誤差信號與全波整流電壓取樣信號之乘積。

2.9分布式開關(guān)電源供電系統(tǒng)

分布式電源供電系統(tǒng)采用小功率模塊和大規(guī)模控制集成電路作基本部件,利用最新理論和技術(shù)成果,組成積木式、智能化的大功率供電電源,從而使強電與弱電緊密結(jié)合,降低大功率元器件、大功率裝置(集中式)的研制壓力,提高生產(chǎn)效率。

八十年代初期,對分布式高頻開關(guān)電源系統(tǒng)的研究基本集中在變換器并聯(lián)技術(shù)的研究上。八十年代中后期,隨著高頻功率變換技術(shù)的迅述發(fā)展，各種變換器拓撲結(jié)構(gòu)相繼出現(xiàn),結(jié)合大規(guī)模集成電路和功率元器件技術(shù),使中小功率裝置的集成成為可能,從而迅速地推動了分布式高頻開關(guān)電源系統(tǒng)研究的展開。自八十年代后期開始,這一方向已成為國際電力電子學(xué)界的研究熱點,論文數(shù)量逐年增加，應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴大。

分布供電方式具有節(jié)能、可靠、高效、經(jīng)濟和維護方便等優(yōu)點。已被大型計算機、通信設(shè)備、航空航天、工業(yè)控制等系統(tǒng)逐漸采納,也是超高速型集成電路的低電壓電源(3.3V)的最為理想的供電方式。在大功率場合,如電鍍、電解電源、電力機車牽引電源、中頻感應(yīng)加熱電源、電動機驅(qū)動電源等領(lǐng)域也有廣闊的應(yīng)用前景。

3.高頻開關(guān)電源的發(fā)展趨勢

在電力電子技術(shù)的應(yīng)用及各種電源系統(tǒng)中，開關(guān)電源技術(shù)均處于核心地位。對于大型電解電鍍電源,傳統(tǒng)的電路非常龐大而笨重,如果采用高頓開關(guān)電源技術(shù),其體積和重量都會大幅度下降,而且可極大提高電源利用效率、節(jié)省材料、降低成本。在電動汽車和變頻傳動中,更是離不開開關(guān)電源技術(shù)，通過開關(guān)電源改變用電頻率,從而達到近于理想的負載匹配和驅(qū)動控制。高頻開關(guān)電源技術(shù),更是各種大功率開關(guān)電源(逆變焊機、通訊電源、高頻加熱電源、激光器電源、電力操作電源等)的核心技術(shù)。

3.1高頻化

理論分析和實踐經(jīng)驗表明,電氣產(chǎn)品的變壓器、電感和電容的體積重量與供電頻率的平方根成反比。所以當(dāng)我們把頻率從工頻50Hz提高到20kHz,提高400倍的話,用電設(shè)備的體積重量大體下降至工頻設(shè)計的5~l0%。無論是逆變式整流焊機,還是通訊電源用的開關(guān)式整流器,都是基于這一原理。同樣,傳統(tǒng)"整流行業(yè)"的電鍍、電解、電加工、充電、浮充電、電力合閘用等各種直流電源也可以根據(jù)這一原理進行改造,成為"開關(guān)變換類電源",其主要材料可以節(jié)約90%或更高,還可節(jié)電30%或更多。由于功率電子器件工作頻率上限的逐步提高,促使許多原來采用電子管的傳統(tǒng)高頻設(shè)備固態(tài)化,帶來顯著節(jié)能、節(jié)水、節(jié)約材料的經(jīng)濟效益,更可體現(xiàn)技術(shù)含量的價值。

3.2模塊化

模塊化有兩方面的含義,其一是指功率器件的模塊化,其二是指電源單元的模塊化。我們常見的器件模塊,含有一單元、兩單元、六單元直至七單元,包括開關(guān)器件和與之反并聯(lián)的續(xù)流二極管,實質(zhì)上都屬于"標(biāo)準(zhǔn)"功率模塊(SPM)。近年,有些公司把開關(guān)器件的驅(qū)動保護電路也裝到功率模塊中去,構(gòu)成了"智能化"功率模塊(IPM),不但縮小了整機的體積,更方便了整機的設(shè)計制造。實際上,由于頻率的不斷提高,致使引線寄生電感、寄生電容的影響愈加嚴(yán)重,對器件造成更大的電應(yīng)力(表現(xiàn)為過電壓、過電流毛刺)。為了提高系統(tǒng)的可靠性,有些制造商開發(fā)了"用戶專用"功率模塊(ASPM),它把一臺整機的幾乎所有硬件都以芯片的形式安裝到一個模塊中,使元器件之間不再有傳統(tǒng)的引線連接,這樣的模塊經(jīng)過嚴(yán)格、合理的熱、電、機械方面的設(shè)計,達到優(yōu)化完美的境地。它類似于微電子中的用戶專用集成電路(ASIC)。只要把控制軟件寫入該模塊中的微處理器芯片,再把整個模塊固定在相應(yīng)的散熱器上,就構(gòu)成一臺新型的開關(guān)電源裝置。由此可見,模塊化的目的不僅在于使用方便,縮小整機體積,更重要的是取消傳統(tǒng)連線,把寄生參數(shù)降到最小,從而把器件承受的電應(yīng)力降至最低,提高系統(tǒng)的可靠性。這樣,不但提高了功率容量,在有限的器件容量的情況下滿足了大電流輸出的要求,而且通過增加相對整個系統(tǒng)來說功率很小的冗余電源模塊,極大的提高系統(tǒng)可靠性,即使萬一出現(xiàn)單模塊故障,也不會影響系統(tǒng)的正常工作,而且為修復(fù)提供充分的時間。

3.3數(shù)字化

在傳統(tǒng)功率電子技術(shù)中,控制部分是按模擬信號來設(shè)計和工作的。在六、七十年代,電力電子技術(shù)擬電路基礎(chǔ)上的。但是,現(xiàn)在數(shù)字式信號、數(shù)字電路顯得越來越重要,數(shù)字信號處理技術(shù)日趨完善成熟,顯示出越來越多的優(yōu)點:便于計算機處理控制、避免模擬信號的畸變失真、減小雜散信號的干擾(提高抗干擾能力)、便于軟件包調(diào)試和遙感遙測遙調(diào),也便于自診斷、容錯等技術(shù)的植入。所以,在八、九十年代,對于各類電路和系統(tǒng)的設(shè)計來說,模擬技術(shù)還是有用的,特別是:諸如印制版的布圖、電磁兼容(EMC)問題以及功率因數(shù)修正(PFC)等問題的解決,離不開模擬技術(shù)的知識,但是對于智能化的開關(guān)電源,需要用計算機控制時,數(shù)字化技術(shù)就離不開了。

3.4綠色化

電源系統(tǒng)的綠色化有兩層含義:首先是顯著節(jié)電,這意味著發(fā)電容量的節(jié)約,而發(fā)電是造成環(huán)境污染的重要原因,所以節(jié)電就可以減少對環(huán)境的污染;其次這些電源不能(或少)對電網(wǎng)產(chǎn)生污染,國際電工委員會(IEC)對此制定了一系列標(biāo)準(zhǔn),如IEC555、IEC917、IECl000等。事實上,許多功率電子節(jié)電設(shè)備,往往會變成對電網(wǎng)的污染源:向電網(wǎng)注入嚴(yán)重的高次諧波電流,使總功率因數(shù)下降,使電網(wǎng)電壓耦合許多毛刺尖峰,甚至出現(xiàn)缺角和畸變。20世紀(jì)末,各種有源濾波器和有源補償器的方案誕生,有了多種修正功率因數(shù)的方法。

總而言之,電力電子及開關(guān)電源技術(shù)因應(yīng)用需求不斷向前發(fā)展,新技術(shù)的出現(xiàn)又會使許多應(yīng)用產(chǎn)品更新?lián)Q代,還會開拓更多更新的應(yīng)用領(lǐng)域。開關(guān)電源高頻化、模塊化、數(shù)字化、綠色化等的實現(xiàn),將標(biāo)志著這些技術(shù)的成熟,實現(xiàn)高效率用電和高品質(zhì)用電相結(jié)合。這幾年,隨著通信行業(yè)的發(fā)展,以開關(guān)電源技術(shù)為核心的通信用開關(guān)電源,僅國內(nèi)有20多億人民幣的市場需求,吸引了國內(nèi)外一大批科技人員對其進行開發(fā)研究。開關(guān)電源代替線性電源和相控電源是大勢所趨,因此,同樣具有幾十億產(chǎn)值需求的電力操作電源系統(tǒng)的國內(nèi)市場正在啟動,并將很快發(fā)展起來。還有其它許多以開關(guān)電源技術(shù)為核心的專用電源、工業(yè)電源正在等待著人們?nèi)ラ_發(fā)。

參考文獻：

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篇9

“電力電子技術(shù)”是自動化及其相關(guān)專業(yè)的一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，內(nèi)容繁雜抽象，實踐性很強，其教學(xué)內(nèi)容主要研究各類電力電子裝置中的電磁過程，工作原理及控制技術(shù)，并通過各種電路的波形分析和相位分析掌握這些裝置的原理及應(yīng)用。伴隨著現(xiàn)代信息的快速發(fā)展，對于其相關(guān)產(chǎn)業(yè)的電力電子技術(shù)的要求越發(fā)嚴(yán)苛，需要其在滿足使用需求的同時，能夠更輕，更小，更高效。為此，電力電子技術(shù)也正經(jīng)歷著翻天覆地的變化，新型的電路拓撲及新技術(shù)的研發(fā)成為了如今電力電子的技術(shù)發(fā)展大方向。信息化腳步的加快也使電力電子人才培養(yǎng)刻不容緩。

一、電子電力技術(shù)教學(xué)改革

目前，世界各地在電力電子教學(xué)上花費大量的心思，推陳出新。隨著科技的日新月異，教師深入研究電力電子課程內(nèi)容，總結(jié)歸納教學(xué)經(jīng)驗，發(fā)展新的更適宜學(xué)生學(xué)習(xí)的教學(xué)模式。甚至有不少學(xué)校開展網(wǎng)絡(luò)電力電子課程，寓教于樂，讓教學(xué)變得更有趣味。

例如歐洲的大學(xué)，導(dǎo)師教學(xué)以學(xué)生為主題。讓學(xué)生按照個人興趣組成小組，自我設(shè)定課題，完成課程的研究。通過學(xué)生的自主學(xué)習(xí)，更易激發(fā)學(xué)生對于學(xué)習(xí)的熱情。在課程研究過程中，自己發(fā)現(xiàn)問題，解決問題。這不僅能提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力，在與組員的溝通中，也是一種人際交往能力的提升。這一形式的教學(xué)模式不僅發(fā)展了學(xué)生，更為企業(yè)培養(yǎng)了真正的實用型人才。

網(wǎng)上的教學(xué)脫離了呆板的課堂黑板手寫的模式，使學(xué)生對所學(xué)的知識有更直觀的認識。教師與學(xué)生之間也能通過互聯(lián)網(wǎng)達到一種更好的溝通。國內(nèi)的一些大學(xué)就在開展此類課程，收到了不錯的反響。教師通過特定的軟件，以動畫等形式展示電路在不同形態(tài)下的開關(guān)狀態(tài)及與之對應(yīng)的電量、對應(yīng)的波形圖等。此舉大大提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性，同時也提高了電力電子教學(xué)的效率。

二、新電力電子教學(xué)舉措

近年來，電力電子技術(shù)在新能源、航天信息等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。據(jù)統(tǒng)計，在電力系統(tǒng)，用戶使用的電能60%以上至少需經(jīng)過電力電子變流裝置處理。其中直流輸電系統(tǒng)送電端的整流閥和受電端的逆變閥均為晶閘管變流裝置；晶閘管控制電抗器、晶閘管投切電容器是重要的無功功率補償裝置；近年來出現(xiàn)的靜止無功發(fā)生器、有源電力濾波器等新型電力電子器件具有更為優(yōu)越的無功補償和諧波補償性能；在配電系統(tǒng)中，電力電子裝置可用于防止電網(wǎng)瞬時停電、瞬時電壓跌落、閃變等。

本文針對電力電子技術(shù)的不斷改革出新，探討新的電力電子教學(xué)內(nèi)容方案，以全控器件作為主要的學(xué)習(xí)對象，圍繞全控器件的應(yīng)用組織課程內(nèi)容。

1.控制電路的工作原理

一般來說，正常運行的電力電子設(shè)備由其主電路按一定方式控制主電路的開關(guān)元件，組成一個閉環(huán)變換器的系統(tǒng)。其主要有電流控制和電壓控制兩種基本方式，在電力電子技術(shù)教學(xué)時，以這兩種方式為主要學(xué)習(xí)對象。學(xué)生主要學(xué)習(xí)的內(nèi)容有：典型控制技術(shù)、PWM控制芯片、頻域測試技術(shù)、電力電子閉環(huán)分析等。教師在授課時，可以將理論知識結(jié)合圖例，使教學(xué)內(nèi)容變得生動。如在談及攝像機系統(tǒng)控制電路時可配以一些圖例加深印象。

2.全控器件為主導(dǎo)，壓縮半控器件

（1）電力電子器件。電力電子器件主要用作功率開關(guān)，利用不同的控制技術(shù)與開關(guān)配合，達到向電機提供不同電壓、不同頻率、不同相序供電電壓的目的，以控制電機的起停、轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)速。該類器件通常具有良好的靜態(tài)特性，快速的動態(tài)特性，安全的極限參數(shù)與工作區(qū)。

電力電子器件按其特性分兩類：半控型和全控型器件。電力電子教學(xué)的內(nèi)容以全控型器件為主，按其結(jié)構(gòu)與工作機理分為雙極型、單極型和混合型。對于全控型器件的講述主要可按照以下分類作具體描述。

GTO的特性：GTO 是可關(guān)斷晶閘管，為PNPN 四層結(jié)構(gòu)的器件，具有普通晶閘管的全部優(yōu)點，同時又具有關(guān)斷能力。GTR 靜態(tài)特性的阻斷區(qū)僅有極小的反向漏電流存在，而承受全部高電壓，類似于開關(guān)處于斷開狀態(tài)，在飽和區(qū)，即非線性區(qū)電流增益和導(dǎo)通電壓都很小，類似于開關(guān)處于接通狀態(tài)。

MOSFET的特性：MOSFET的靜態(tài)特性、動態(tài)特性與GTR相似，但它不存在存儲電荷問題，而有極間電容放電問題。

IGBT的特性：IGBT是一種復(fù)合型器件，它相當(dāng)于一個由MO SFET驅(qū)動的厚基區(qū)GTR，具有輸入阻抗高、工作速度快、通態(tài)電壓低、耐壓高和承受大電流等優(yōu)點。IGBT的伏安特性與GTR不同的是控制參數(shù)是門源電壓，而不是基極電流。 轉(zhuǎn)貼于

除了以上全控型主要原件特性闡述外，可按由淺入深的教學(xué)模式，進一步對其外形特征、適用領(lǐng)域、應(yīng)用背景等進行描述。以各類原件參數(shù)為例，要求學(xué)生通過其性能比對，重點掌握每個元件的主要特點、適用場合及其特性。

此外，對于電力電子器件的驅(qū)動保護電路也是一個學(xué)習(xí)重點，驅(qū)動電路是低電平的邏輯控制信號與高壓大電流的電力電子器件之間的放大緩沖單元，要求學(xué)生掌握一些典型驅(qū)動電路及芯片。如GTR 的驅(qū)動，正向基極驅(qū)動電流在驅(qū)動初期，不但要有陡峭的前沿并要有一定時間的過驅(qū)動電流，以便強迫其開通，開通之后，在正常導(dǎo)通階段的基極驅(qū)動電流則應(yīng)該使GTR 恰好維持在飽和狀態(tài)，以便縮短存儲時間t。這樣能加快開通過程、降低開通損耗。而MO SFET器件的輸入端為容性負載，也需要過沖的驅(qū)動前沿。典型驅(qū)動電路有貝克嵌位電路和推拉式電路以及門極驅(qū)動電路。

（2）主電路。對于電力電子主電路的講述主要集中于其四種基本電力電子變換器的工作原理。在分析時可遵循如下規(guī)律：先理想電路后實際電路、先仿真分析后理論分析、先模仿設(shè)計后創(chuàng)新設(shè)計、先典型后一般。主電路主要研究內(nèi)容為：理想DC/DC、DC/AC、AC/DC和AC/AC變換器的工作原理和靜態(tài)特性以及器件的選擇原則；介紹小功率的典型電路，如PFC電路、整流電路、反激/正激變換器；主電路的仿真技術(shù)（應(yīng)用Pspice通用電路仿真軟件）；功率磁性元件的設(shè)計與選擇；與主電路相配合的控制電路的框圖。

三、加強實驗環(huán)節(jié)，打造應(yīng)用型人才

在完成了課堂教學(xué)內(nèi)容后，可適當(dāng)進行實驗內(nèi)容，使教學(xué)內(nèi)容聯(lián)系實際運用，加深學(xué)生對所學(xué)知識的理解應(yīng)用。根據(jù)教學(xué)內(nèi)容的調(diào)整，建議保留原有晶閘管整流、逆變的驗證性實驗，使學(xué)生對本課程的應(yīng)用有一個初步認識。在器件研究上則以全控器件研究為主，對直流斬波、交—交變換及PWM控制技術(shù)部分的內(nèi)容，開設(shè)設(shè)計型實驗。實驗安排可由易至難，鼓勵學(xué)生自主完成實驗的設(shè)計，實驗，數(shù)據(jù)記錄研究等步驟。此外，增加信號的調(diào)制，SPWM信號的產(chǎn)生與實現(xiàn)、電力電子電路閉環(huán)動態(tài)特性觀察及超調(diào)量抑制、DC/AC SPWM單相全橋逆變電路設(shè)計等綜合性實驗。

四、結(jié)束語

電力電子行業(yè)正迎來良好的發(fā)展機遇，而自主創(chuàng)新是電力電子行業(yè)發(fā)展的持久動力。只有通過自主創(chuàng)新，用創(chuàng)新精神引領(lǐng)企業(yè)，掌握核心技術(shù)，才能提高企業(yè)的競爭力，進一步發(fā)展和壯大企業(yè)，才能盡快縮短與發(fā)達國家的差距，促進電力電子行業(yè)的高速發(fā)展。

在電力電子發(fā)展創(chuàng)新的大環(huán)境下，本文針對電力電子技術(shù)教學(xué)提出新的教學(xué)方向。提倡展開全控型器件的教學(xué)，重點圍繞全控型器件及由其構(gòu)成的主電路，通過分析一些典型的電力電子裝置，使學(xué)生掌握實用分析法，強調(diào)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力，鼓勵學(xué)生自主開展課題研究或進行實驗探索，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)熱情，培養(yǎng)學(xué)生全面發(fā)展。

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篇10

“大功率電力電子技術(shù)”課題組依托于武漢大學(xué)電氣工程學(xué)院，主要從事配電系統(tǒng)內(nèi)適用于節(jié)能和電能質(zhì)量控制的大功率電力電子裝置的開發(fā)和應(yīng)用研究。該課題組在查曉明教授的帶領(lǐng)下，幾年如一日地在大功率電力電子技術(shù)領(lǐng)域辛勤耕耘，至今已發(fā)展成為一個擁有1名副教授、3名講師、1名在站博士后、10名博士研究生、10名碩士研究生的優(yōu)秀科研團隊。

課題組成立以來始終堅守“基礎(chǔ)理論研究與工程應(yīng)用實踐并重”的原則，行走在電力科技領(lǐng)域的前沿，充分發(fā)揮自身的優(yōu)勢，依靠武漢大學(xué)豐富的科研與教學(xué)資源，與國內(nèi)多家企業(yè)以及電力公司保持良好和持久的合作往來，在大功率電力電子變換裝置及其應(yīng)用系統(tǒng)等領(lǐng)域取得了良好的成績。在大功率電力電子系統(tǒng)的控制理論上，他們建立了以多電平PWM電力電子變流器功率變換器控制為基礎(chǔ)的大功率電力電子系統(tǒng)控制理論和方法。該方法把電力電子技術(shù)中的功率變換控制特點與系統(tǒng)應(yīng)用要求進行有效結(jié)合，實現(xiàn)了大功率電力電子系統(tǒng)的并網(wǎng)有功和無功電流控制、電能質(zhì)量控制以及并聯(lián)或串聯(lián)逆變器拓撲結(jié)構(gòu)中的直流側(cè)電壓的穩(wěn)壓和均衡控制，并成功地在有源電力濾波器、STATCOM等裝置中得到應(yīng)用。而從該系統(tǒng)的控制技術(shù)角度出發(fā)，他們又建立了以DSP與FPGA相結(jié)合的數(shù)字控制硬件平臺，開展了各種電力電子系統(tǒng)的數(shù)字控制算法的應(yīng)用研究，并在該硬件平臺上充分利用了FPGA近似布線邏輯的并行計算和高可靠性的特點，克服了單獨DSP系統(tǒng)程序控制易受干擾中斷問題，進而將兩者結(jié)合并對有關(guān)控制算法進行分解，實現(xiàn)了串行和并行計算的結(jié)合，形成了一種具有高可靠性的控制算法實現(xiàn)方法。目前，基于該硬件平臺的有源濾波器控制算法、STATCOM控制算法、逆變電源控制算法以及高壓變頻器的V／f控制算法均可在其中實現(xiàn)。

其次，就大功率電力電子器件IGBT的驅(qū)動技術(shù)而言，課題組以M57962模塊為核心，自行研制的高電磁兼容能力的輔助開關(guān)電源為IGBT驅(qū)動電源，不僅實現(xiàn)了可靠和完善的過流保護、可靠的IGBT通斷檢測功能，而且還可以輔助抗瞬態(tài)電壓沖擊電路，具有可編程功能，提供了有效的光纖接口。此外在大功率電力電子裝置的設(shè)計和試驗技術(shù)上課題組有其專攻之道，基于頻域能量變換模型的電力電子設(shè)計理論和方法也正在發(fā)展之中，逆變器專用高頻大電流電抗器設(shè)計與制作、電力電子系統(tǒng)實時仿真等方面都有其獨到之處。

通過對大功率電力電子電路的拓撲結(jié)構(gòu)研究，課題組完成了基于功率單元級聯(lián)的多電平拓撲結(jié)構(gòu)及其在STATCOM和高壓變頻器中的應(yīng)用，并在混合式有源電力濾波器、多臺逆變器并聯(lián)的有源電力濾波器、四象限運行的PWM變流器、程控交流調(diào)壓電源逆變器以及具有綜合節(jié)能特點的工業(yè)企業(yè)新型配電電源系統(tǒng)中形成了獨具特色的理論研究。“基于α－β坐標(biāo)變換的有源電力濾波器和STATCOM技術(shù)”、“低能耗的逆變器試驗平臺”、“通用電力電子試驗平臺及試驗方法”等已獲專利授權(quán)，“先進的電能質(zhì)量試驗電源技術(shù)”也正在專利申請之中。

在實踐的過程中，他們不僅積累了豐富的工程經(jīng)驗，而且形成了一套獨特的科研方法和理念。談及自己的課題組，查曉明教授頗為自豪地介紹“多年來，我們主要在大功率電力電子系統(tǒng)的控制理論和技術(shù)研究、大功率電力電子器件IGBT的驅(qū)動技術(shù)、大功率電力電子電路的拓撲結(jié)構(gòu)研究以及大功率電力電子裝置的設(shè)計和試驗技術(shù)上做了一系列的工作，較好地解決了復(fù)雜大功率電力電子系統(tǒng)及其應(yīng)用的可靠性和性能方面存在的問題。這些成果都取得了良好的經(jīng)濟效益和社會聲譽。目前，高壓變頻器已經(jīng)成功產(chǎn)業(yè)化，直接產(chǎn)生了數(shù)億元的經(jīng)濟效益，有源電力濾波器，STATCOM等產(chǎn)品逐步在工業(yè)電力系統(tǒng)中得到推廣應(yīng)用?！?/p>

學(xué)術(shù)靈魂：拓新求真，攜手并進

作為“大功率電力電子技術(shù)”課題組的“靈魂人物”，查曉明教授有著豐富的求學(xué)經(jīng)歷：他分別于1989年，1992年，2001年取得武漢大學(xué)應(yīng)用電子技術(shù)專業(yè)工學(xué)學(xué)士、電力電子技術(shù)專業(yè)碩士，電力系統(tǒng)及其自動化專業(yè)博士學(xué)位：2001年10月至2003年6月，他遠赴加拿大的University of Alberta做博士后研究。一直以來，他主要從事電力電子與電力傳動學(xué)科的教學(xué)與科研工作，主要研究方向為電力電子系統(tǒng)的分析與綜合理論，大功率電力電子裝置及其在電能質(zhì)量控制，高壓電機驅(qū)動、柔性輸電、新能源及微電網(wǎng)技術(shù)中的應(yīng)用，并取得了驕人的成績。如今，年僅42歲的他，身上已是圍繞著多重的“光環(huán)”――武漢大學(xué)電氣工程學(xué)院教授，博士生導(dǎo)師，電力電子技術(shù)研究所所長，IEEE會員，武漢電源學(xué)會副理事長，從教學(xué)到科研、從行政到學(xué)術(shù)，無不顯示出他的忙碌與充實。在科研上，他碩果累累，先后在國內(nèi)外重要會議和期刊上40多篇，其中三大檢索收錄20篇：他主持和參加了國防“973”項目專題、武漢市科技攻關(guān)項目、國家電力公司青年科技促進費項目，武漢市青年晨光計劃項目、國家自然科學(xué)基金以及多項企業(yè)產(chǎn)品開發(fā)項目，在電能質(zhì)量控制、新能源并網(wǎng)控制以及電氣節(jié)能等方面取得多項高新技術(shù)產(chǎn)品與成果，并獲發(fā)明專利4項、實用新型專利3項。