绪论、电力电子器件及其使用相关技术
电力电子器件设计与应用
电力电子器件设计与应用电力电子器件是电气工程中的重要组成部分，它们在电力系统中起着至关重要的作用。
本文将探讨电力电子器件的设计原理和应用领域，并介绍一些常见的电力电子器件。
一、电力电子器件的设计原理电力电子器件是用于控制电能流动的设备，它们通过改变电压、电流和频率等参数来实现对电力系统的控制。
电力电子器件的设计原理主要涉及功率半导体器件、电路拓扑和控制技术。
1. 功率半导体器件功率半导体器件是电力电子器件的核心组成部分，常见的有晶闸管、二极管、场效应管和绝缘栅双极型晶体管等。
这些器件具有高功率、高电压和高频率的特点，能够实现电能的高效转换和控制。
2. 电路拓扑电路拓扑是电力电子器件的电路结构，不同的电路拓扑可以实现不同的电力控制功能。
常见的电路拓扑有整流电路、逆变电路、变换电路和开关电路等。
通过合理设计电路拓扑，可以实现对电能的变换、调节和保护。
3. 控制技术控制技术是电力电子器件实现电能控制的关键。
常见的控制技术有脉宽调制（PWM）、电流控制和电压控制等。
通过合理选择和应用控制技术，可以实现对电力电子器件的精确控制，提高电能转换效率和系统稳定性。
二、电力电子器件的应用领域电力电子器件广泛应用于电力系统中的各个环节，包括电源、变压器、电机驱动和电能储存等。
以下是一些常见的应用领域：1. 变频调速电力电子器件可以实现对电机的变频调速控制，提高电机的运行效率和可靠性。
在工业生产中，变频调速广泛应用于风机、水泵、压缩机等设备，实现能量的节约和系统的自动化控制。
2. 电力传输与配电电力电子器件可以实现电力的高效传输和配电，提高电网的稳定性和可靠性。
例如，柔性交流输电技术（FACTS）利用电力电子器件对电网进行动态控制，提高电力传输的效率和可控性。
3. 新能源应用电力电子器件在新能源领域的应用越来越广泛。
例如，太阳能光伏发电系统和风力发电系统中都需要使用电力电子器件对电能进行转换、调节和储存，实现对新能源的高效利用。
电力电子器件及其应用
宽禁带半导体材料的应用
总结词
宽禁带半导体材料（如硅碳化物和氮化 镓）在电力电子器件中的应用越来越广 泛。
VS
详细描述
宽禁带半导体材料具有高临界场强和高电 子饱和速度等优点，使得电力电子器件能 够承受更高的工作电压和更大的工作电流 ，同时减小器件的体积和重量，提高系统 的能效和可靠性。
电力电子系统集成化与模块化
压保护、过电流保护和过热保护等。
驱动电路与控制电路设计
总结词
驱动电路和控制电路是电力电子系统中的重要组成部 分，其设计的好坏直接影响到整个系统的性能。
详细描述
驱动电路负责提供足够的驱动信号，使电力电子器件 能够正常工作。在设计驱动电路时，需要考虑信号的 幅度、相位、波形等参数，以确保器件能够得到合适 的驱动信号。控制电路则负责对整个电力电子系统进 行控制和调节，以确保系统能够按照预设的方式运行 。控制电路的设计需要充分考虑系统的动态特性和稳 态特性，并能够根据实际情况进行实时调节。
要点一
总结词
要点二
详细描述
在选择电力电子器件时，电压和电流容量是关键参数。
需要根据电路的工作电压和电流来选择合适的器件，以确 保器件能够安全、有效地运行。选择电压和电流容量过小 的器件可能导致器件过载，影响其性能和寿命；而选择电 压和电流容量过大的器件则可能造成浪费，增加成本。
工作频率与散热设计
总结词
总结词
电力电子系统正朝着集成化和模块化的方向 发展。
详细描述
集成化和模块化可以提高电力电子系统的可 靠性和可维护性，减小系统的体积和重量， 降低制造成本。同时，集成化和模块化还有 利于实现电力电子系统的标准化和系列化， 方便不同系统之间的互连和互操作。
电力电子在分布式发电和微电网中的应用
电力电子器件及其应用技术
Tj = 25C UGS = 0V f = 1MHz
Cis
CGS
8
Cos
Crs
S
O
10
20
30
40
50
《器件说明》
U DS / V
? Cis=CGSCGD 输入电容（DS短接） 开关速度
Cos=CDSCGD 输出电容（GS短接）
计算 驱动电路
Crs =CGD
反馈（米勒）电容
设计
C / nF
▲ 氮化镓GaN具有碳化硅的高击穿电场特性， 更具高频特性的开发潜力。
§3-1 功率二极管 （Power Diode)
1 静态特性
iD
电导调制效应
★ 电导调制效应：
电流↑—注入载流子数↑ 保持 电阻率↓—多子↑ 电中性
2 动态特性
mA ~ mA
uD
反向阻断 0.5~1.2V
雪崩 击穿
PD等效模型：
1.2
UDS = 60V
1.0
25
50
75
100 125 150
Tj / C
0.5
0.4
Tj = 100C
0.3
Tj = 25C
0.2
Tj = 55C
0.1
0
5
10
15
20
25
IDS / A
动态特性：
uGS
90%
10%
uDS
90%
UGS UDS
uG
uGS
?UG
UG
t
t
uDS
Ui
t
t
iDS
IL
t
10%
E
B
台面结构面积大→I 大； P N+
电子行业电力电子器件相关资料
电子行业电力电子器件相关资料1. 介绍电力电子器件是电子行业中的重要组成部分，主要用于控制和转换电力。
它们在电力传输、变换和分配中发挥着关键的作用。
本文档将介绍电力电子器件的主要类型、工作原理、应用领域以及相关的技术资料。
2. 电力电子器件的类型电力电子器件广泛应用于各个领域，包括能源转换、电力传输、电机控制等。
以下是一些常见的电力电子器件类型：2.1 变流器变流器是将交流电转换为直流电或将直流电转换为交流电的装置。
主要包括整流器和逆变器两种类型。
整流器将交流电转换为直流电，逆变器将直流电转换为交流电。
2.2 逆变器逆变器是将直流电转换为交流电的装置。
它通常用于交流电到直流电的转换，例如太阳能电池板和风力发电机输出的直流电转换为交流电以供家庭和工业使用。
2.3 储能器储能器是一种能够存储电能并在需要时释放的装置。
它通常用于平衡电力的供应和需求之间的不匹配，以及在电力系统中储存和释放能量。
2.4 整流器整流器是将交流电转换为直流电的装置。
它常用于将交流电转换为直流电以供稳定的电力需求。
2.5 逆变器逆变器是将直流电转换为交流电的装置。
它常用于将直流电转换为交流电以供各种电力设备使用。
3. 电力电子器件的工作原理电力电子器件的工作原理基于不同的电力转换和控制原理。
以下是一些常见的电力电子器件及其工作原理：3.1 变流器的工作原理变流器将交流电转换为直流电或将直流电转换为交流电，其工作原理基于开关器件的使用。
开关器件在不同的状态下打开和关闭，从而控制电流的流动。
逆变器将直流电转换为交流电，其工作原理也基于开关器件的使用。
开关器件通过调整开关频率和占空比来实现对输出波形的控制。
3.3 储能器的工作原理储能器通过将电能存储在电容或电感器中，并在需要时释放，实现对电力系统的能量平衡。
其工作原理基于能量的存储和释放。
整流器将交流电转换为直流电，其工作原理基于半导体器件的整流特性。
半导体器件只允许电流在一个方向上流动，从而实现对交流电的整流。
电力电子技术(含实验)第1章_绪论
1-4
课程内容简介
1-1 电力电子技术概述
电力电子技术（power electronics）：指利用电力 电子器件对电能进行变换和控制，把从电网获取的“ 粗电”变换成负载所需要的“精电”的技术。
电子技术包括：
信息电子技术 和 电力电子技术。
信息电子技术——模拟电子技术和数字电子技术。
电力电子技术主要用于电力变换，而信息电子技术
电力电子器件
①分立器件
②模块
③IGBT单管
④IGBT模块
电力电子器件的发展趋势
高频化：提高开关频率，降低设备体积，节约资源
模块化：功率部分、控制、驱动、保护集成一体
数字化：数字控制技术广泛应用 绿色化：谐波污染小、功率因数高、电磁辐射小
1-3 电力电子技术应用
电力电子技术广泛用于一般工业、交通运输、 电力系统、不间断电源和开关电源、家用电器、以 及新能源的开发及应用领域。在解决全球能源危机、 资源危机和环境污染方面发挥着重要作用。经过至 少一次电力电子装置处理以后使用的电能所占比例 已经成为一个国家经济发展水平的重要指标。
导通和关断控制的有效信号。
3.电力电子技术的研究分支及特点
研究分支:
电 力 电 子 器 件 （ element) 技 术 、 变 流 技 术 (power conversion)和控制技术（Control)三个分支。 特点:
电力电子器件是整个电力电子技术的基础，电力电子技术 的发展集中体现在电力电子器件的发展上，器件一般均工 作在开关状态，这是重要特征； 变流技术是电力电子技术的主体，控制技术是电力电力电 子技术的灵魂；
５.家用电器
照明在家用电器中有十分突出的地位。由于电力电 子照明电源体积小、发光效率高、可节省大量能源， 通常被称为“节能灯”，正逐步取代传统的白炽灯 和日光灯。
电力电子器件与应用
电力电子器件与应用电力电子技术是现代电气工程领域中的重要分支，它主要研究与应用电子器件在电力系统中的转换、调节和控制技术。
电力电子器件的发展和应用，对于提高电力系统的效率、稳定性和可靠性具有重要意义。
本文将从电力电子器件的基本原理、常见的电力电子器件和其应用领域等方面进行探讨。
一、电力电子器件的基本原理电力电子器件是指能够将电力信号进行转换、调节和控制的电子器件。
其基本原理是利用半导体器件的导通和截止特性，通过不同的电路拓扑结构，实现对电力信号的处理。
常见的电力电子器件包括二极管、晶闸管、可控硅、IGBT和MOSFET等。
二、常见的电力电子器件1. 二极管：二极管是一种最简单的电力电子器件，其具有单向导电性。
它常用于整流电路中，将交流电信号转换为直流电信号。
2. 晶闸管：晶闸管是一种具有双向导电性的电力电子器件。
它具有可控性，可以通过控制电压或电流来实现导通和截止。
晶闸管广泛应用于交流电调节、交流电转换和交流电控制等领域。
3. 可控硅：可控硅是一种具有单向导电性和可控性的电力电子器件。
它可以通过控制触发信号来实现导通和截止。
可控硅常用于交流电调节和交流电控制等应用中。
4. IGBT：IGBT是一种综合了MOSFET和可控硅特性的电力电子器件。
它具有高压、高电流和高频率的特点，广泛应用于交流电调节、交流电转换和电力传输等领域。
5. MOSFET：MOSFET是一种具有双向导电性和可控性的电力电子器件。
它具有高速开关和低功耗的特点，常用于直流电调节、直流电转换和电力传输等应用中。
三、电力电子器件的应用领域电力电子器件在电力系统中的应用非常广泛，主要包括以下几个方面：1. 电力调节：电力电子器件可以通过调节电压、电流和频率等参数，实现对电力系统的调节。
例如，通过调节晶闸管和可控硅的触发角度，可以实现对交流电的调节，提高电力系统的稳定性和可靠性。
2. 电力转换：电力电子器件可以将不同形式的电力信号进行转换，实现能量的传输和转换。
浅谈电力电子器件的发展和应用
浅谈电力电子器件的发展和应用电力电子技术包括功率半导体器件与技术、功率变换技术及控制技术等几个方面, 其中, 电力电子器件是电力电子技术的重要基础, 也是电力电子技术发展的“机车”。
现代电力电子技术无论对改造传统工业电力、机械、矿冶、交通、化工、轻纺等, 还是对高新技术产业航天、激光、通信、机器人等都至关重要。
它已迅速发展成一门独立的学科, 其应用领域几乎涉及到国民经济的各个工业部门, 毫无疑问, 它将成世纪的关键技术之一。
“一代器件决定一代电力电子技术。
”每一代新型电力电子器件的出现, 总是带来一场电力电子技术的革命。
电力电子器件是指可直接用于处理电能的主电路中, 实现电能的变换或控制的电子器件。
1.电力电子器件自20 世纪50 年代末第一只晶闸管问世以来, 电力电子技术开始登上现代电气传动技术舞台, 以此为基础开发的可控硅整流装置, 是电气传动领域的一次革命, 使电能的变换和控制从旋转变流机组和静止离子变流器进入由电力电子器件构成的变流器时代, 这标志着电力电子的诞生。
进入70 年代晶闸管开始形成由低电压小电流到高电压大电流的系列产品, 普通晶闸管不能自关断的半控型器件, 被称为第一代电力电子器件。
随着电力电子技术理论研究和制造工艺水平的不断提高, 电力电子器件在容易和类型等方面得到了很大发展, 是电力电子技术的又一次飞跃, 先后研制出GTR.GTO, 功率MOSFET 等自关断全控型第二代电力电子器件。
而以绝缘栅双极晶体管(IGBT)为代表的第三代电力电子器件, 开始向大容易高频率、响应快、低损耗方向发展。
而进入90 年代电力电子器件正朝着复台化、标准模块化、智能化、功率集成的方向发展。
近年来, 微电子技术与电力电子技术又在各自的发展的基础上相结合, 产生了一批工作频率高, 具有门极全控性能集成器件, 他们的品种越来越多, 功率越来越大, 性能越来越好, 已经形成了庞大的电力电子其器件家族树。
电力系统中的电力电子器件及其应用
电力系统中的电力电子器件及其应用电力系统是现代社会不可或缺的基础设施之一，而电力电子器件则是电力系统中的重要组成部分。
电力电子器件通过控制电能的流动和转换，实现了电力系统的高效、稳定和可靠运行。
本文将介绍电力系统中常见的几种电力电子器件及其应用。
一、整流器整流器是一种将交流电转换为直流电的电力电子器件。
在电力系统中，交流电是主要的电能形式，而许多电力设备和电子设备需要直流电才能正常工作。
整流器可以将交流电转换为稳定的直流电，提供给各种负载使用。
整流器的应用非常广泛，例如在电动机驱动系统中，整流器将交流电转换为直流电供电给电动机，实现电动机的控制和调速。
此外，在可再生能源发电系统中，如风力发电和光伏发电系统中，整流器也扮演着重要的角色，将可再生能源转换为直流电注入电力系统。
二、逆变器逆变器是一种将直流电转换为交流电的电力电子器件。
逆变器在电力系统中的应用也非常广泛。
例如，在交流电驱动系统中，逆变器将直流电转换为交流电供电给电动机，实现电动机的控制和调速。
此外，在太阳能发电系统中，逆变器将光伏电池板产生的直流电转换为交流电注入电力系统。
逆变器的另一个重要应用是电力系统中的电压和频率调节。
通过控制逆变器的输出电压和频率，可以实现电力系统的电压和频率的稳定和可控。
三、直流输电技术直流输电技术是一种将交流电转换为直流电进行长距离输送的电力传输技术。
在传统的交流输电系统中，由于电压损耗和电流损耗的存在，长距离输电效率较低。
而直流输电技术通过使用高压直流电进行输电，可以减小输电损耗，提高输电效率。
直流输电技术中的关键设备是高压直流变流器，它将交流电转换为高压直流电进行输送。
高压直流变流器具有高效、可靠和灵活控制等优点，广泛应用于长距离输电和特殊场合的电力传输。
四、电力质量调节器电力质量调节器是一种能够改善电力系统质量的电力电子器件。
在电力系统中，存在诸如电压波动、电压暂降、电压闪变等电力质量问题，会对电力设备和电子设备的正常运行造成影响。
(完整版)电气类专业知识点--电力电子知识点讲义整理
电力电子技术知识点讲义汇总——天天向上图文工作室独家整理复习笔记知识点第1章绪论1 电力电子技术定义：是使用电力电子器件对电能进行变换和控制的技术,是应用于电力领域的电子技术,主要用于电力变换。
2 电力变换的种类(1)交流变直流AC-DC：整流(2）直流变交流DC—AC：逆变(3）直流变直流DC—DC:一般通过直流斩波电路实现(4）交流变交流AC—AC：一般称作交流电力控制3 电力电子技术分类：分为电力电子器件制造技术和变流技术。
第2章电力电子器件1 电力电子器件与主电路的关系（1)主电路：指能够直接承担电能变换或控制任务的电路.（2）电力电子器件：指应用于主电路中，能够实现电能变换或控制的电子器件.2 电力电子器件一般都工作于开关状态，以减小本身损耗.3 电力电子系统基本组成与工作原理（1）一般由主电路、控制电路、检测电路、驱动电路、保护电路等组成。
（2）检测主电路中的信号并送入控制电路,根据这些信号并按照系统工作要求形成电力电子器件的工作信号。
（3）控制信号通过驱动电路去控制主电路中电力电子器件的导通或关断。
(4）同时，在主电路和控制电路中附加一些保护电路,以保证系统正常可靠运行。
4 电力电子器件的分类根据控制信号所控制的程度分类（1）半控型器件：通过控制信号可以控制其导通而不能控制其关断的电力电子器件.如SCR晶闸管.（2）全控型器件：通过控制信号既可以控制其导通,又可以控制其关断的电力电子器件。
如GTO、GTR、MOSFET 和IGBT.（3）不可控器件：不能用控制信号来控制其通断的电力电子器件。
如电力二极管。
根据驱动信号的性质分类(1）电流型器件：通过从控制端注入或抽出电流的方式来实现导通或关断的电力电子器件.如SCR、GTO、GTR.（2）电压型器件：通过在控制端和公共端之间施加一定电压信号的方式来实现导通或关断的电力电子器件.如MOSFET、IGBT。
根据器件内部载流子参与导电的情况分类（1）单极型器件:内部由一种载流子参与导电的器件。
电力电子器件及其应用研究
电力电子器件及其应用研究在现代社会，电力电子器件作为电力系统中不可或缺的一部分，发挥着重要的作用。
它们承担着将电能转化、传输、控制和保护的任务，广泛应用于电力工业、交通运输、信息通信等各个领域。
本文将从电力电子器件的基本原理、研究现状以及未来发展趋势等角度展开讨论。
一、电力电子器件基础电力电子器件是指用来实现电能的处理、调节和转换的设备。
常见的电力电子器件包括整流器、逆变器、变压器、电容和电感等等。
这些器件通过控制电流和电压的特性，将输入的交流电能转换为所需的直流电能或变换为不同的频率和电压的交流电能。
这种转换能力使得电力电子器件在电力系统中具有广泛的应用前景。
二、电力电子器件研究现状1. 整流器整流器是将交流电转换为直流电的器件。
传统的整流器通常采用硅控整流器，具有结构简单、性能稳定等特点。
然而，硅控整流器的效率较低，功率密度较大，对于高功率和高频率应用存在一定的局限性。
因此，近年来研究人员开始关注新型的功率器件，如碳化硅器件、氮化镓器件等。
例如，碳化硅（SiC）功率器件具有高耐压、高工作温度和低开关损耗等特点，能够提高整流器的转换效率和功率密度。
此外，氮化镓（GaN）功率器件由于其优异的导电特性和快速开关速度，被广泛应用于高频率和高效能的电力系统中。
这些新型功率器件的研究和应用为整流器的性能提升打下了基础。
2. 逆变器逆变器是将直流电转换为交流电的器件。
在可再生能源领域，逆变器被广泛应用于太阳能和风能发电系统中，用于将直流电能转换为接入电网所需的交流电能。
目前，逆变器的研究重点主要集中在提高转换效率、降低开关损耗和提高功率密度等方面。
为了提高逆变器的效率，科研人员开始探索新型半导体材料和器件结构。
例如，近年来，碳化硅逆变器的研究逐渐成熟，其具有较低的开关损耗和较高的开关速度，有望应用于大容量和高频率的逆变器系统中。
此外，多电平逆变器和拓扑优化设计等方法也被广泛应用于逆变器的性能提升。
三、电力电子器件未来发展趋势1. 高效率与节能随着社会对能源资源的需求不断增加，对电力系统的高效率和节能要求也越来越高。
电力电子器件及应用技术
电力电子器件及应用技术电力电子器件是指能转换和调节电能的器件，是电力电子技术的核心。
随着电力电子技术的不断发展，电力电子器件的种类也日益增多。
在本文中，我们将介绍几种常见的电力电子器件及其应用技术。
一、开关管开关管是一种常见的电力电子器件，适用于高压、高电流的工作环境。
开关管具有通断能力强、开关速度快等特点，被广泛应用于各个领域。
最常见的应用是在电源开关、直流电机驱动器、电池充电器等设备中。
二、整流器整流器是将交流电转换为直流电的电力电子器件，常用于交流电转换为直流电的环境中。
整流器的类型有很多种，其中最常见的是单相整流器和三相整流器。
整流器广泛应用于交流到直流的转换领域，比如电源适配器、电气焊接设备等。
三、逆变器逆变器是将直流电转换为交流电的电力电子器件，适用于需要将直流电转换为交流电的场合。
逆变器在可逆变和无线电源等领域有广泛应用。
它可以将直流电动力设备连接到交流电网，比如太阳能和风能的利用。
逆变器还可用于驱动交流电机。
四、电力调节器电力调节器是一种能够调节电能的电力电子器件，可以根据需要对电压和电流进行调节。
电力调节器被广泛应用于稳压变送器、磁控管、智能继电器等设备中。
它能够在工业自动化、变频调速等领域起到重要作用。
五、功率电子器件功率电子器件是指能够直接转换大功率电力的电力电子器件。
功率电子器件的种类多样，其中最常见的是晶闸管、电力二极管和功率MOSFET。
这些器件被广泛应用于电力变换、电力控制等领域。
功率电子器件的发展为电力电子技术的进步提供了有力支持。
六、电力电子应用技术电力电子应用技术是指将电力电子器件应用于各个领域的技术方法和方法。
电力电子应用技术在电力系统、工业制造、交通运输、新能源等领域发挥着重要作用。
其中，电力变换技术、电力控制技术、电力传输技术等是电力电子应用技术的重要组成部分。
七、电力电子器件的未来发展随着科技的进步和社会的发展，电力电子器件及其应用技术也在不断发展。
未来，电力电子器件将更加智能化、高效化、小型化。
电力电子技术-绪论
教材介绍
电力电子技术 王兆安 刘进军主 编 机械工业出版社，2009年 机械工业出版社，2009年
31
参考教材1 参考教材
电力电子技术》 《电力电子技术》 丁道宏主编 航空工业出版社 ，1999
32
参考教材2 参考教材
电力电子技术》 《电力电子技术》 徐德鸿、 徐德鸿、马皓等编写 2006 年，科学出版社
14
电力半导体器件的发展
晶闸管（ 晶闸管（ SCR ）
开关频率低，直流输电等大功率领域， 开关频率低，直流输电等大功率领域， 10000V、 10000V、6000A
大功率晶体管（ 大功率晶体管（GTR）
开关频率较低，低饱和压降，几百千瓦以下， 开关频率较低，低饱和压降，几百千瓦以下， 1000A/1200V
控制 理论
8
控制理论（ 与控制理论（自动化技术）的关系
•
控制理论广泛用于电力电 子系统中
电子学 电力学 G 电力
•
电力电子技术是弱电控制 强电的ห้องสมุดไป่ตู้术， 强电的技术，是弱电和强 电的接口， 电的接口，控制理论是这 种接口的有力纽带 种接口的有力纽带 电力电子装置是自动化技 术的基础元件和重要支撑 基础元件和重要 术的基础元件和重要支撑 技术
功率MOSFET 功率MOSFET
开关频率高，可上MHz，高压器件通态压降大， 开关频率高，可上MHz，高压器件通态压降大，中小功率低压场合 MHz
IGBT：
开关频率较高，一般低于50kHZ，10MW级 将取代GTR、 开关频率较高，一般低于50kHZ，10MW级，将取代GTR、 50kHZ GTR GTO
36
成绩构成
平时成绩30%(出勤，作业) 平时成绩30%(出勤，作业) 30%(出勤 考试成绩70% 考试成绩70%
电工电子技术绪论
绪论主要内容：电力电子技术的基本概念、学科地位、基本内容和发展历史、电力电子技术的应用范围和发展前景、本课程的任务与要求。
1 什么是电力电子技术电子技术——信息电子技术、电力电子技术；信息电子技术——模拟电子技术和数字电子技术；电力电子技术——应用于电力领域的电子技术，使用电力电子器件对电能进行变换和控制的技术。
目前所用的电力电子器件均用半导体制成，故也称电力半导体器件。
电力电子技术变换的“电力”，可大到数百MW甚至GW，也可小到数W甚至1W以下信息电子技术主要用于信息处理，电力电子技术主要用于电力变换电力——交流和直流两种从公用电网直接得到的电力是交流，从蓄电池和干电池得到的电力是直流。
电力变换通常可分为四大类，即交流变直流、直流变交流、直流变直流和交流变交流。
进行电力变换的技术称为变流技术。
电力电子技术的两个分支：电力电子器件制造技术、变流技术（电力电子器件的应用技术）变流技术：包括用电力电子器件构成各种电力变换电路和对这些电路进行控制的技术，以及由这些电路构成电力电子装置和电力电子系统的技术。
“变流”不只指交直流之间的变换，也包括上述的直流变直流和交流变交流的变换。
电力电子器件的制造技术是电力电子技术的基础，其理论基础是半导体物理变流技术是电力电子技术的核心，其理论基础是电路理论“电力电子技术”和“电力电子学”两个名词的关系电力电子学(Power Electronics) 这一名称60年代出现1974年，美国的W. Newell用图0-1的倒三角形对电力电子学进行了描述，被全世界普遍接受图0-1 描述电力电子学的倒三角形“电力电子学”和“电力电子技术”是分别从学术和工程技术两个不同的角度来称呼的，其实际内容并没有很大的不同。
电力电子技术和电子学的关系电子学——电子器件和电子电路两大分支，分别与电力电子器件和电力电子电路相对应电力电子器件的制造技术和电子器件制造技术的理论基础是一样的，其大多数工艺也是相同的。
电力系统中的电力电子器件及其应用
电力系统中的电力电子器件及其应用在当今高度依赖电力的社会中，电力系统的稳定运行和高效发展至关重要。
而电力电子器件的出现和应用，为电力系统带来了革命性的变化。
电力电子器件，简单来说，就是能够对电能进行有效控制和转换的半导体器件。
它们在电力系统中的应用范围十分广泛，从发电、输电、配电到用电的各个环节，都能看到其身影。
在发电环节，风力发电和太阳能光伏发电是目前发展迅速的清洁能源。
然而，这些能源的输出功率往往具有不稳定性和间歇性。
电力电子器件在此发挥了关键作用。
例如，在风力发电系统中，通过使用电力电子变流器，可以将风机产生的变化频率和电压的电能，转换为稳定的、符合电网要求的电能并输送入网。
同样，在太阳能光伏发电系统中，电力电子逆变器能够将光伏电池板产生的直流电转换为交流电，实现与电网的连接和电能的有效传输。
输电领域，高压直流输电（HVDC）是电力电子器件的重要应用场景之一。
传统的交流输电存在着线路损耗大、输电距离受限等问题。
而高压直流输电则能够有效地解决这些难题。
通过使用晶闸管等电力电子器件组成的换流器，将交流电转换为直流电进行远距离传输，到达目的地后再转换回交流电。
这样不仅减少了输电过程中的能量损耗，还提高了输电容量和稳定性。
来到配电环节，电力电子器件在电能质量控制方面表现出色。
随着各种非线性负载在电力系统中的广泛应用，如变频调速设备、电弧炉等，电网中的电压波动、谐波污染等问题日益严重。
此时，有源电力滤波器（APF）、静止无功补偿器（SVC）和静止无功发生器（SVG）等基于电力电子技术的设备应运而生。
它们能够快速、精准地补偿无功功率、滤除谐波，从而提高电能质量，保障电力设备的正常运行。
在用电环节，电力电子器件也有着广泛的应用。
电动汽车的快速充电器，就是依靠高效的电力电子变换技术，实现对电池的快速、安全充电。
家庭和工业中的变频调速设备，通过改变电机的供电频率和电压，实现对电机转速的精确控制，达到节能和提高运行效率的目的。
电力电子器件的基本原理与应用
电力电子器件的基本原理与应用电力电子器件是用于控制电力流动的关键组成部分，广泛应用于能源转换、电力传输和电力负载调节等领域。
本文将介绍电力电子器件的基本原理和常见应用。
一、电力电子器件的基本原理1. 二极管（Diode）二极管是最简单的电力电子器件，具有单向导电特性。
它由导体P型和N型半导体材料结合而成，通过半导体PN结的特殊性质实现电流的单向流动。
二极管在整流、电压倍增和过压保护等方面具有重要应用。
2. 可控硅（Thyristor）可控硅是一种具有控制触发能力的电力电子器件。
它由PNPN结构组成，因其具有控制电流通断的功能而得名。
可控硅主要应用于交流电的调光、电动机的启动和断相控制等领域。
3. 三极管（Transistor）三极管是一种半导体器件，可用于放大电信号或作为开关。
它由三个掺杂不同的半导体层构成，基本分为三种类型：NPN型、PNP型和场效应晶体管。
三极管在电力放大、功率控制和逻辑电路等方面有广泛应用。
4. MOSFETMOSFET是金属-氧化物-半导体场效应晶体管的简称。
它由金属栅极、绝缘层和半导体材料构成。
MOSFET具有高输入阻抗、低功耗和快速开关速度的优点，广泛应用于开关电源、功率放大和逆变器等领域。
二、电力电子器件的应用1. 电力变换与传输电力电子器件在交流输电系统和直流输电系统中起到关键作用。
例如，交流输电系统中的静止变流器利用可控硅和同步开关电路，实现对电能的变频和控制。
直流输电系统中的换流器则利用改进的可控硅技术，将交流电转换为可控的直流电。
2. 新能源发电系统电力电子器件在新能源发电系统中的应用越来越重要。
例如，光伏逆变器将光能转换为交流电能，通过功率电子器件的高效能力，将电能注入电网。
风力发电系统中的变频器则将风力转换为稳定的电力输出，帮助控制风机的转速和功率。
3. 电动汽车充电电力电子器件也广泛应用于电动汽车充电系统。
充电桩中的直流快充器件使用了大功率的可控硅和MOSFET技术，能够快速稳定地给电动汽车充电。
电气工程中的电力电子器件和应用
电气工程中的电力电子器件和应用电力电子器件是电力工程中重要的组成部分，它们在电力系统的调节、转换和控制中发挥着关键的作用。
本文将介绍电力电子器件的基本原理、常见类型以及在电力工程中的应用。
一、电力电子器件的基本原理电力电子器件是指能够将电力从一种形式转换为另一种形式的电子器件。
它们通常工作在高功率和高电压环境下，能够实现电力的调节、控制和转换。
电力电子器件的基本原理包括以下几个方面：1. 半导体器件：电力电子器件主要采用半导体材料制造而成，如二极管、晶体管、场效应管等。
这些器件可通过操控半导体材料的导电性质，实现对电流和电压的精确控制。
2. 开关性能：电力电子器件具备较高的开关速度和可靠性，能够在微秒级别快速开关，并能承受高电压和大电流的冲击。
3. 控制方法：电力电子器件通过控制其开关状态，实现对电力的调节和转换。
常见的控制方法包括脉宽调制（PWM）、脉冲频率调制（PFM）等。
二、电力电子器件的常见类型根据电力电子器件的具体功能和应用场景，可以将其分为多种类型。
以下介绍三种常见的电力电子器件：1. 整流器：整流器是将交流电转换为直流电的电力电子器件。
它主要由可控整流器和非控整流器两类组成。
整流器广泛应用于变频驱动、直流电源等领域，通过调节整流器的导通角度，可以实现对输出电压的控制。
2. 逆变器：逆变器是将直流电转换为交流电的电力电子器件。
它可以将直流电源中的电能转换为交流电源，常用于太阳能发电系统、电动车驱动系统等。
逆变器具备较高的频率控制能力，可以实现对输出电压和频率的精确调节。
3. 调压器：调压器是在电力系统中实现电压调节的电力电子器件。
它能够稳定输出电压，使其在设定范围内波动。
调压器广泛应用于变压器、电力稳定器等设备中，通过控制调压器的开关状态，可以实现对输出电压的调节。
三、电力电子器件在电力工程中的应用电力电子器件在电力工程中有广泛的应用，以下介绍几个常见的应用场景：1. 高压直流输电（HVDC）：HVDC系统利用逆变器和整流器等电力电子器件，将大容量的电力以直流形式进行长距离传输。
电力电子器件的工作原理与应用
电力电子器件的工作原理与应用在当今这个高度电气化的时代，电力电子器件扮演着至关重要的角色。
从我们日常使用的手机充电器、电脑电源，到大型工业设备的驱动系统，电力电子器件无处不在，默默地为各种电气设备的高效运行提供着支持。
那么，究竟什么是电力电子器件？它们又是如何工作的？又有着怎样广泛的应用呢？电力电子器件，简单来说，就是用于电力变换和控制的电子器件。
它们能够对电能进行高效的转换、控制和调节，实现诸如交流变直流、直流变交流、电压升高或降低、电流增大或减小等功能。
要理解电力电子器件的工作原理，首先得提到半导体材料。
常见的半导体材料有硅、锗等。
这些材料的导电性能介于导体和绝缘体之间，通过控制其内部的电子和空穴的流动，可以实现对电流的控制。
以二极管为例，它是最简单的电力电子器件之一。
二极管具有单向导电性，就像一个只能单向打开的门。
当二极管的阳极电位高于阴极电位时，二极管导通，电流可以顺利通过；反之，当阳极电位低于阴极电位时，二极管截止，电流无法通过。
这种特性使得二极管常用于整流电路，将交流电转换为直流电。
再来看晶闸管，也被称为可控硅。
它是一种具有控制功能的半导体器件。
通过在其控制极施加一定的触发信号，可以使晶闸管导通。
一旦导通，即使触发信号消失，只要流过晶闸管的电流大于维持电流，它就会保持导通状态。
晶闸管常用于交流调压、直流调速等领域。
绝缘栅双极型晶体管（IGBT）则是一种结合了MOSFET 和双极型晶体管优点的新型电力电子器件。
它具有输入阻抗高、驱动功率小、开关速度快、通态压降小等优点，被广泛应用于变频器、逆变电源、电动汽车等领域。
电力电子器件的应用范围极其广泛。
在电力系统中，高压直流输电（HVDC）技术依靠电力电子器件实现了远距离、大容量的电能传输，提高了输电效率和稳定性。
在新能源领域，太阳能光伏发电和风力发电系统中，电力电子器件用于将不稳定的直流电或交流电转换为稳定的交流电并接入电网。
在交通运输领域，电动汽车的驱动系统离不开电力电子器件。
电力电子器件工作原理及在电力调制设备中的应用
电力电子器件工作原理及在电力调制设备中的应用在现代电力系统中，电力电子器件扮演着至关重要的角色。
本文将探讨电力电子器件的工作原理以及其在电力调制设备中的应用。
一、电力电子器件工作原理1.1 整流器整流器是一种将交流电转换为直流电的电力电子器件。
它的基本工作原理是利用晶体管或功率MOSFET等器件，使交流电流向流经电路的一个方向流动。
整流器分为单相和三相整流器，可分别应用于低功率设备和高功率系统。
1.2 逆变器逆变器是一种将直流电转换为交流电的电力电子器件。
逆变器可按照输出波形分为脉宽调制（PWM）逆变器和谐波变换（THD）逆变器。
脉宽调制逆变器通过控制开关器件的导通和截止时间来产生所需的输出波形。
THD逆变器则采用非线性元件的特性使得输出波形具有所需谐波成分。
1.3 调制器调制器是电力电子器件中的关键组成部分，它用来控制和调节电力设备的输出。
常见的调制技术包括脉宽调制（PWM）和脉码调制（PCM）。
调制器通过对输入信号进行处理，生成控制信号以驱动功率开关器件，并实现所需的功率调节。
二、电力电子器件在电力调制设备中的应用2.1 UPS系统不间断电源（UPS）系统是一种用于保障电力系统连续供电的装置。
电力电子器件在UPS系统中起到关键作用，它们通过将输入交流电转换为直流电，并通过逆变器将直流电转换为所需的交流电供给负载。
电力电子器件的高效率和快速响应能力使得UPS系统能够及时提供稳定的电力。
2.2 高压直流输电系统高压直流输电（HVDC）系统是一种有效传输大功率电力的技术。
电力电子器件在HVDC系统中扮演着关键角色，它们通过将输送的交流电转换为直流电，并在接收端将直流电再转换为交流电。
电力电子器件的高功率密度和高效率使得HVDC系统成为长距离电力传输的重要技术。
2.3 可再生能源发电系统可再生能源发电系统如风力发电和太阳能发电利用自然资源进行电力生产。
电力电子器件在这些系统中起到重要作用，它们通过将可再生能源转换为可用的电力。
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1.2 电力电子高频化
音频(16Hz～20kHz)以上开关频率一般称高频 超音频 → 不同于无线电高 ～ 以上开关频率一般称高频(超音频 音频 以上开关频率一般称高频 超音频) 用于无线电广播与通讯的中波: 短波: ～ 频(用于无线电广播与通讯的中波 100kHz～6MHz; 短波 6～30MHz; 用于 用于无线电广播与通讯的中波 ～ 电视雷达卫星通讯的超短波(微波 微波): 电视雷达卫星通讯的超短波 微波 30 ～ 3×105 MHz)。 × 。 高频化→提高功率密度、减小储能元件体积，便于装置小型轻便化， 高频化 提高功率密度、减小储能元件体积，便于装置小型轻便化，如， 提高功率密度 变压器、电感、电容体积— 平方根成反比。带来主要问题 要问题: 变压器、电感、电容体积 Hz平方根成反比。带来主要问题 开关元件功耗、开关应力问题； 开关元件功耗、开关应力问题； 寄生分布参数影响及EMI(Electro-Magnetic Interference)等问题。 等问题。 寄生分布参数影响及 等问题
2. 几个典型发展态势： 几个典型发展态势：
1.器件：如同因为有了计算机才引发信息浪潮一样， 1.器件：如同因为有了计算机才引发信息浪潮一样，电力电子技术伴随着 器件 器件的发展而进步。 器件的发展而进步。 1950-1970 : 摇篮期。主要 摇篮期。主要Thyristor、GTR等。 、 等 1970-1990 : 成长期。主要 MOSFET、IGBT、GTO、光控 成长期。 、 、 、光控Thyristor等。 等 1990-至今 成熟期 硅材料的电压全控型电力电子器件和各种复合型器件 至今: 成熟期。硅材料的电压全控型电力电子器件和各种复合型器件 至今 进一步完善和发展, 进一步完善和发展 如, IGBT(600～6.5 kV, 1～3.5kA)、IGCT; 各种功率集 ～ ～ 、 成模块(PM) 、智能模块 智能模块(SPM, IPM)的出现等。 的出现等。 成模块 的出现等 目前电力电子器件的功率水平基本上稳定在10 水平, 目前电力电子器件的功率水平基本上稳定在 9- 1010 WHz水平 传统功率 水平 器件已逼近由于寄生二极管制约而能达到的材料极限。 器件已逼近由于寄生二极管制约而能达到的材料极限。 但自1990年代之后，电力电子器件无进一步突破性发展→电力电子技术 年代之后，电力电子器件无进一步突破性发展 电力电子技术 但自 年代之后 也难以有革命性跨越。 也难以有革命性跨越。
5. 应用：涉及机械 交直流电机传动 、电子 各种电子、半导体材料器件 涉及机械(交直流电机传动 电子(各种电子 交直流电机传动)、 各种电子、
1.1.2 电力电子发展态势 1. 总体发展趋势
除应用范围不断扩大之外，总体： 除应用范围不断扩大之外，总体： (1) 高频化 高频化(MHz水平 提高性能、效率、功率密度：变压器、电感、电容体 水平: 水平 提高性能、效率、功率密度：变压器、电感、 平方根成反比)。 积→ Hz平方根成反比 。 平方根成反比
1. 绪论
2. 特点：开关状态工作、进行电能转换（功率大)。 开关状态工作、进行电能转换（功率大)
整流） AC → DC（整流） C 斩波） D → DC（斩波） 变流→ 核心：变流 AC DC 交交变换） AC → AC（交交变换） DC → AC（逆变） 逆变）
3.
4. 基本技术问题
1. 绪论
为突破目前器件极限--两大技术发展方向： 为突破目前器件极限--两大技术发展方向： --两大技术发展方向 新的器件结构(如超级结、浮动结型）。 新的器件结构(如超级结、浮动结型）。 宽禁带电力半导体器件(碳化硅 氮化稼等),如 宽禁带电力半导体器件 碳化硅、氮化稼等 如, SJ -MOSFET; LDDMOSFET; RB-IGBT(反相阻断型 等。 反相阻断型)等 反相阻断型 随着宽禁带电力半导体器件的商用化，可能给电力电子技术带来一个革命 性改观。 查看 宽禁带半导体电力电子器件及应用》，陈治明、 查看《 》，陈治明 性改观。(查看《宽禁带半导体电力电子器件及应用》，陈治明、李守智编 机械工业出版社， 著，机械工业出版社，2009年1月） 年 月 2. 可再生新能源以及分布式发电系统的发展为电力电子技术应用提供并将 提供更广阔的发展空间。 提供更广阔的发展空间。 海洋) 太阳能等→ 传统：煤、油、核、水电。可再生：风、水(海洋)、生物、地热、太阳能等 需要电力电子转换并入电网。 需要电力电子转换并入电网。 电能质量控制：无功、谐波补偿等。 电能质量控制：无功、谐波补偿等。 3. 电力电子系统集成 电力电子系统集成IPES: 1997,美国海军提出 美国海军提出PEBB(Power Electronics Building Block) →便于标准 便于标准 美国海军提出 模块化、维护和规模生产等。 化、模块化、维护和规模生产等。 1998,美国电力电子系统中心 美国电力电子系统中心(CPES)正式提出电力电子系统集成概念。主 正式提出电力电子系统集成概念。 美国电力电子系统中心 正式提出电力电子系统集成概念 要分为： 要分为：
(2) 绿色化（洁净化。高效、无谐来自、EMC）。 绿色化（洁净化。高效、无谐波、 ）。
1. 绪论
3.智能化 数字化 神经网络、模糊、自适应、仿生学(粒子群 蚁群)等方 粒子群， 3.智能化(数字化。神经网络、模糊、自适应、仿生学 粒子群，蚁群 等方 智能化 数字化。 法应用）。 法应用）。 4. 集成化 集成化(PIC/PM→IPM/SPM→IPEM/IPES)。 。
负载
采用110 可调电阻，负载50V(250W)运行 采用 可调电阻，负载 运行 额外损耗： 时：R2—99.1 , R1—10.9 。额外损耗： P=502/99.1+602/10.9≈355W — 效率极低。 效率极低。
不用电力电子 可控整流 负载 用电力电子
方案3 方案 交流电网
负载50V(250W)运行时： 运行时： 负载 运行时 损耗10W计, 效率 损耗 计 效率96%
现代电力电子技术
绪论(节能概念,电力电子特点,应用,发展态势等) 电力电子器件(器件基础,开关环境下特点,缓冲,散热等) AC/DC变换(PWM整流,同步整流,倍流技术等) AC/AC变换(斩波交流调压,矩阵式交交变换等) DC/DC变换(软开关电路,开关电源等) DC/AC变换(多电平电路,软开关电路等)
1 绪论
一个简单例子－电力电子节能概念 一个简单例子－
1kW直流阻性负载 需10～100V可调 对应电流 ～10A，电阻 直流阻性负载, 可调(对应电流 直流阻性负载 ～ 可调 对应电流1～ ，电阻10 ).
方案1 方案 方案2 方案
交流电网
交/直发电机组
负载 无电力电子
（效率低(70%)，噪声） 效率低 ，噪声） 直 R1 流 110VR2 电 网
(1) 新材料、器件(碳化硅、氮化镓→宽禁带材料; 超级结、浮动结等); 新材料、器件(碳化硅 氮化镓→宽禁带材料 超级结、浮动结等); 碳化硅、 宽禁带材料; (2)电路拓扑 核心桥式 电路拓扑(核心桥式 电路拓扑 核心桥式); (3) 控制及转换方法 移相、PWM、多电平；智能控制 控制及转换方法(移相 移相、 、多电平；智能控制); (4) 功率集成 (PIC→Power Integrated Circuits; IPM →Intelligent /Smart Power Module; IPES(M) →Integrated Power Electronics System/Module); (5)抑制谐波、提高功率因素 抑制谐波、 抑制谐波 提高功率因素(PFC → Power Factor Compensation); (6) 提高转换效率 提高转换效率; (7) 高频化 高频化(Soft switch、高频磁技术 、高频磁技术); (8) EMC设计 设计(Electromagnetic compatibility)。 设计
采用电子开关、进行电能转换（处理） 电力电子: 采用电子开关、进行电能转换（处理） 涉及
{
电子学（半导体器件）。 电子学（半导体器件）。 电工学（电力、电机）。 电工学（电力、电机）。 控制学（控制技术）。 控制学（控制技术）。
应用前景：电能使用 转换使用， 经电力电子。 应用前景：电能使用→90%-转换使用，2010 ：80% 经电力电子。 转换使用 （ CPES 语, Center of Power Electronics system, USA).
1. 绪论
及电子、集成电路)、冶金(电炉冶炼精炼、锻轧钢)、材料(电焊、透热、淬 及电子、集成电路 、冶金 电炉冶炼精炼、锻轧钢 、材料 电焊、透热、 电炉冶炼精炼 电焊 火)、化工(电解电镀、鼓风除尘制氧机)、交通(机车牵引、船舶、电动汽车)、 、化工 电解电镀、鼓风除尘制氧机 、交通 机车牵引、船舶、电动汽车 、 电解电镀 机车牵引 通信(各种有线无线卫星通信电源 、电力(无功补偿、太阳能风力新能源发 通信 各种有线无线卫星通信电源)、电力 无功补偿、 各种有线无线卫星通信电源 无功补偿 电)、家电(空调、电磁灶、电视冰箱洗衣机) 、医疗(B超CT等电子诊断医疗 、家电 空调、电磁灶、电视冰箱洗衣机 医疗 超 等电子诊断医疗 空调 仪器)、国防(激光武器、电磁炸弹、电子对抗)以及航空航天等。 仪器 、国防 激光武器、电磁炸弹、电子对抗 以及航空航天等。 激光武器 以及航空航天等 1995年，美国总统科技顾问委员会提供咨询报告，列举 项关系国民经 年 美国总统科技顾问委员会提供咨询报告，列举6项关系国民经 济发展及国家长久安全关键技术：材料、制造业、信息通讯、航空和运输、 济发展及国家长久安全关键技术：材料、制造业、信息通讯、航空和运输、 能源与环境、生物技术→前 项均与电力电子有关 项均与电力电子有关。 能源与环境、生物技术 前5项均与电力电子有关。 我校电力电子技术学科： 年代初我校苏文成教授 浙大汪 年代初我校苏文成教授、 我校电力电子技术学科：80年代初我校苏文成教授、浙大汪槱生院士 等人发起…… 等人发起……