电力电子变流技术

包括晶闸管在内的电力电子器件是变流技术的核心，近年来，随着电力电子器件的发展，变流技术得到了突飞猛进的发展，特别是在交流调速应用方面获得了极大的成就。变流技术按其功能应用可分成下列几种变流器类型：

整流器：把交流电变为固定的（或可调的）直流电。整流过程是将交流信号转换为直流信号的过程，一般可通过二极管或开关器件组成的桥式电路来实现。

逆变器：把固定直流电变成固定的（或可调的）交流电。将直流电变换成交流电的电路称为逆变器。当蓄电池和太阳能电池等直流电源需要向交流负载供电时，就需要通过逆变电路将直流电转换为交流电。逆变过程还往往应用在变频电路中，变频就是将固定频率的交流电变成另一种固定或可变频率的交流电。变频的方法通常有两种，一种是将交流整流成直流，再将直流逆变成负载所需要的交流（交―直―交）；另一种是直接将交流变换成负载所需要的交流（交―交）。前一种直流变交流的过程就应用了逆变的方法。

斩波器：把固定的直流电压变成可调的直流电压。直流伺服电机的调速控制是通过改变励磁电压来实现的，因此把固定的直流电压变成可调的直流电压是直流伺服调速电路中不可缺少的组成部分。直流调压包括电位器调压和斩波器调压等办法。电位器调压法是通过调节与负载串联的电位器来改变负载压降，因此只适合小功率电器；斩波器调压的基本原理是通过晶闸管或自关断器件的控制，将直流电压断续加到负载（电机）上，利用调节通、断的时间变化来改变负载电压平均值。斩波器调压控制直流伺服电机速度的方法又称为脉宽调制（Pulse　Width　Modulation）直流调速。

交流调压器：把固定交流电压变成可调的交流电压。

周波变流器：把固定的交流电压和频率变成可调的交流电压和频率。

变流器中开关器件的开关特性决定了控制电路的功率、响应速度、频带宽度、可靠性和功率损耗等指标。由于普通晶闸管是只具备控制接通、无自关断能力的半控型器件，因此在直流回路里，如要求将它关断，需增设含电抗器和电容器或辅助晶闸管的换相回路。另外，普通晶闸管的开关频率较低，故对于开关频率要求较高的无源逆变器和斩波器，就无法胜任，必须使用开关频率较高的全控型的自关断器件。例如将电力晶体管替代普通晶闸管用在变频装置的逆变器中，其体积可减少2/3，而开关频率可提高6倍，还相应地降低了换相损耗，提高了效率。近年来，不间断电源和交流变频调速装置广泛采用电力电子自关断器件。

可以说，以全控型的开关器件来取代线路复杂、体积庞大、功能指标较低的普通晶闸管和换相电路，这是变流技术发展的规律。由于全控型器件开关频率的提高，变流器可采用脉宽调制（PWM）型的控制，既可降低谐波和转矩脉动，又提高了快速性，还改善了功率因数。目前国外的中小容量和较大容量的变频装置已大部分采用了由自关断器件构成的PWM控制电路，大功率的电动机传动以及电力机车用PWM逆变器的功率达兆瓦级，开关频率为1～20kHz。

在斩波器的直流――直流变换中，采用PWM技术亦有多年历史，其开关频率为20kHz～1MHz。应用场效应晶体管及谐振原理，采用软开关技术以构成直流――直流变流器，其开关损耗及电磁干扰均可显著减少，可使小功率变流器的开关频率达几兆赫，这时滤波用的电感和电容的体积显著减小，充分显示其优越性。

电子电力变压器1——电力电子变换技术概述

导语

20世纪40年代，正值二战期间，战场上各种武器层出不穷，让人目不暇接。

在当时最流行的武器中，电子管式装置凭借其超高的作战效能备受青睐。

同时，在战争结束后，电子管式装置收到的影响也逐渐扩大，各个国家开始将其逐渐转化为民用端的设备，用于电力端。

1947年，贝尔电话实验室成功推出了第一个半导体器件——点接触晶体管，正式开启了电子电力变压器的发展时代。

而在1985年，全球第一款商用晶闸管问世，其出台被认为是电力电子技术领域的一次重大突破。

我国在1989年也推出了第一款商用晶闸管，由此打开了我国电力电子技术的新时代。

那么，电力电子技术到底是什么?

它又有哪些应用?

电力电子技术概述

电力电子技术又被称作电力电子学，是指电子技术、电力技术以及控制技术的交叉学科。

它是我国在进行电力相关设备升级和改造进程中，逐渐发展起来的一个新兴学科。

作为电力电子技术的重要组成部分，电力电子器件和电力电子变流技术共同构成了电力电子学的主要理论基础和技术支撑。

在电力电子器件方面，伴随着技术的逐步发展，电力电子器件的形式也不断演化。

在技术刚刚兴起时，最为原始的电力电子器件实际上是采用真空管或者晶体管来进行电压的转换。

在1950年代，随着半导体材料和器件的深入研究，基于晶体管的器件逐渐转向了采用半控型器件的方案。

此方案的优势在于相较于真空管，半控型器件不仅体积更小、重量更轻，同时抗振动能力更强，并且有着更高的操作安全性。

而且由于采用了半控型器件的方案，电力电子器件的控制灵活性得到了显著提升。

然而，随着技术的进一步发展，科研人员发现半控型器件在操作灵活性和反应速度方面仍然存在一定的不足，于是他们开始向全控型器件的方向努力。

在1960年代，全控型器件正式问世，其中最为典型的就是晶闸管。

全控型器件的出现不仅进一步提高了电力开关的控制灵活性，同时还极大地提升了开关的工作效率。

在1970年代，复合型器件相继问世，其中最为典型的就是绝缘栅双极晶体管(IGBT)和绝缘栅换流管(IGCT)。

这些复合型器件凭借其优越的性能和广泛的适用性，迅速获得了市场的认可和广泛应用。

然而，尽管复合型器件在电力电子技术领域发挥了重要的作用，但在其发展过程中，科研人员并未止步不前，而是继续进行深入研究和改进。

随着时间的推移，复合型器件逐渐演化出多种新型器件，这些新型器件在性能、效率和控制能力方面取得了显著的提升。

电力电子器件技术的发展不仅为电力系统的稳定性和可靠性提供了保障。

电力电子变流技术是电力电子技术的核心内容之一，它涉及到交流电和直流电之间的相互变换过程。

电力电子变流技术可以实现电能在多种形态之间的灵活变换，主要包括AC-DC、DC-AC、DC-DC和AC-AC四类基本变换。

其核心原理是通过控制电力电子器件的开关状态，以达到改变电流类型、频率或者电压等参数的目的。

电力电子变流技术在电力系统中发挥着重要的作用，主要应用于高压直流输电和柔性交流输电等领域。

高压直流输电技术允许远距离电能以直流的形式进行输送，这种技术不仅提高了电网的输电能力，还降低了输电损耗，极大地提升了电力资源的利用效率。

柔性交流输电技术则通过控制交流电的相位和幅度，以实现对电力系统中功率流向和功率分配的灵活调节。

这种技术在电力系统中起到了稳定电网、降低功率波动和提高系统可靠性的作用。

随着电力电子技术的发展，电力电子变流技术的应用范围也在不断扩展。

未来，电力电子变流技术有望在电力质量控制和自适应控制等方面发挥更加重要的作用。

通过对电力电子器件和变流技术的深入研究和应用，我们能够更好地实现对电能的高效利用和可控管理，为电力系统的稳定运行和可持续发展提供有力保障。

电力电子技术应用分析。

电力电子技术在多个领域具有广泛的应用，其主要作用是在电力系统中进行电能的高效变换和控制。

以下是电力电子技术的几个重要应用领域:

1. 高压直流输电技术(HVDC)

高压直流输电技术是电力电子技术在电力传输中的重要应用之一。

传统的交流输电技术在长距离输电中存在一定的损耗和效率问题，而高压直流输电技术通过将电能以直流的形式进行输送，能够显著提高输电效率并降低线路损耗。

高压直流输电技术应用于远距离大功率电能的输送，能够有效降低输送过程中的能量损失，并能够将电能进行高效转换和调节。

这种技术在多个国家中得到了广泛应用，特别是在中国，随着多个大型高压直流输电项目的建设和运营，高压直流输电技术逐渐成为国家间电力资源优化配置的核心技术之一。

高压直流输电技术的应用，推动了电力电子器件和控制技术的发展，并为电力系统的稳定性和灵活性提供了有力保障。

2. 柔性交流输电系统(FACTS)

柔性交流输电系统是电力电子技术在交流输电中的一种先进应用。

传统的交流输电系统在面对负荷波动、故障和电力流向变化时，往往难以迅速调整电力传输状态，从而导致电力网络的稳定性和可靠性降低。

柔性交流输电系统通过引入基于电力电子技术的设备，能够实时监测并调整电力系统中的功率流动，使电力系统能够更灵活地应对各种电力需求和故障情况。

这些设备包括静态无功补偿器(SVC)、固定串联电容器(FC)和统一潮流控制器(UPFC)等。

柔性交流输电系统的优势在于能够提高电力系统的稳定性、提高电力传输能力并降低投资成本。

通过电力电子技术的应用，柔性交流输电系统为电力网络提供了更高的灵活性和可控性，使其能够更好地适应现代电力市场的需求和挑战。

3. 用户电力技术

用户电力技术是指在用户端利用电力电子设备实现对电力供给和消耗的优化管理。

随着可再生能源的广泛应用，用户电力技术逐渐成为电力电子技术的重要应用领域之一。

电力电子技术在用户电力端的应用主要体现在配电系统和负荷管理上。

通过使用电力电子变换器，将可再生能源生成的电能与电网实现高效互联，从而在不影响供电可靠性的前提下，将可再生能源资源最大化利用。

同时，电力电子技术还可以在用户端实现对负荷的智能调度和管理。

通过电力电子设备对负荷进行实时监测和分析，根据电力市场价格波动和电力需求变化，智能调节用电负荷以实现节能和降低电费支出。

此外，电力电子技术还能够支持用户端的储能系统，通过电池或超导储能装置实现对电力的储存和释放，以应对电力需求的高峰期和低谷期。

这种灵活性和可控性使用户能够更好地管理和优化自身电力资源，提高能源利用效率。

结语

电力电子技术作为一个交叉学科，在电力系统中发挥着越来越重要的作用。

通过高效灵活的电能变换和控制，电力电子技术为电力传输和利用提供了更高的效率和稳定性。

随着电力电子技术的不断发展，我们能够更好地适应现代电力系统的需求，为可持续发展和能源利用提供有力保障。

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