电力电子技术论文模板(10篇)

导言：作为写作爱好者，不可错过为您精心挑选的10篇电力电子技术论文，它们将为您的写作提供全新的视角，我们衷心期待您的阅读，并希望这些内容能为您提供灵感和参考。

篇1

1.分析电路尽量使用多媒体。

电力电子技术的核心就是整流、逆变、斩波和交交变换四大基本电路，在电路工作过程的分析中，通常一个电路都有多个工作状态，不同的工作状态又分别对应着不同的电压电流波形，也就是说电路的工作过程往往都是动态的过程，而传统的书本上的文字和原理图是无法很好地展现动态过程的。这时，如果采用幻灯片等多媒体形式，可以将电路工作的动态过程很好地展现给学生们观看，把书本上静态的电路以及波形图动起来，这样就能够让学生们更好地理解电力电子电路的工作过程。与此同时，结合书本上的理论，再将不同电路的特点进行总结，使同学们复习时结合着书中的理论，头脑中联想着多媒体演示动画，便会在学习中事半功倍，容易记忆，提高学生的分析计算和实际解题的能力。

2.器件与控制部分应注重练习。

电力电子器件及控制部分具有覆盖面大、定性与定量相结合的特点，学好这一部分，就必须将概念的理解与相关的计算进行练习，在习题式的教学中，不断提高分析问题和解决问题的能力。研究生阶段，各高校几乎很少带领学生做与课程相关的习题，多数学生也只有在考试的时候才有机会在试卷中解答一些问题，虽说现在不提倡传统针对考试的题海战术，但是平时适当做一些典型的练习还是有必要的，电力电子器件种类多、特点各不相同，而控制方法也有很多，甚至与自动控制原理等其他学科相关联，在教学中适当找一些典型例题进行讲解，可以让同学们在繁杂的知识中抓住重点内容进行突破，最终掌握这部分知识要点。

3.学生自主参与新技术教学。

电力电子技术具有发展速度快的特点，新的技术和应用领域不断出现，加强电力电子新技术的教学可以扩展学生知识面，掌握电力电子技术发展新方向。这一部分的特点是没有定量计算、难度不大、但对于资料的收集工作量比较大，根据这些特点，在教学中，可以将这部分安排给每个学生进行讲解，在讲解前每个同学查找相关资料，然后对资料进行分类总结，加入自己的理解，在讲解过程中既可以使用多媒体也可使用板书的形式，讲解后学生之间可以相互提出问题，相互讨论，形成良好的研究氛围。在这种学生自主教学的过程中，既提高了学生查找资料的能力，也能提高学生的概括的创新能力，还为研究生毕业学术论文的撰写提供了相关的经验。

二、实验教学应进行分类

电力电子技术是一个应用性很强的一门学科，在理论教学的同时一定要有相应的实验来配合和补充，开设实验课是对理论课的延伸和补充，更能够突出应用型学科的特色。在实验教学上，应分为验证实验、探究实验、拓展实习三个部分进行教学。

1.验证实验应紧密结合课本。

验证性实验的特点是对已经有的理论进行实验验证，与学生的理论教学紧密衔接，通过书上的理论来指导实验的操作，同时实验的结果又可以加深学生对于书本理论的深度理解。在理论课程之后，应当有相应的实验课程相跟进，在实验开始前，老师带领学生对课本知识点进行回顾，确定实验目的和实验步骤，同学们按照实验要求完成相应的实验操作，并能够运用书本上的知识来解释实验中的现象，最后通过实验报告的形式进行总结，得出验证性的结论。

2.鼓励开展探究性试验。

电力电子技术是一门正在快速发展的学科，在实验教学中，应当鼓励学生进行自主探究，通过对已有知识的学习让学生们充分发挥想象力，制作一些相关的小制作、小发明，在探究性试验的过程中培养学生的创新能力。学生根据自己掌握的知识，结合当今电力电子发展的前沿技术，加上自己的想象力和创造力，独立设计出属于自己的电子作品，而在探究的过程中难免会遇到一些问题，这时老师应进行适当指导，给出一些方案，让学生自主解决实际问题。平时尽可能地开放实验室，使学生增加动手操作机会。此外还应当鼓励学生参加“挑战杯”等科技比赛，增加在创新方面的交流合作，从而学会更多解决问题的新方法。

3.拓展实习应突出实际应用。

在传统的教学环节之外，对于电力电子技术这种应用型很强的学科，应适当组织学生到某个单位进行参观学习。学习的目的是为了应用，当今电力电子技术已经应用在了许多领域之中，在实验教学中可以联系某个具体单位进行参观，在实际的生产过程中，让学生们更加具体地了解电力电子技术的应用。除了参观之外，也可由老师或者学生找一些与电力电子技术应用相关的视频资料，分享给大家进行观看，也可以起到非常好的效果。实习结束之后，学生以报告的形式写出自己学到了什么或者是心得体会。这样，理论联系实际，对于理工科的教学是有很大帮助的。

篇2

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。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。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。

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：

篇3

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。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。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。

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：

[1]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。

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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。

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。

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。

二、电力电子技术的应用

1、一般工业

工业中大量应用各种交直流电动机。直流电动机有良好的调速性能，给其供电的可控整流电源或直流斩波电源都是电力电子装置。近年来，由于电力电子变频技术的迅速发展，使得交流电机的调速性能可与直流电机相媲美，交流调速技术大量应用并占据主导地位。大至数千kW的各种轧钢机，小到几百W的数控机床的伺服电机，以及矿山牵引等场合都广泛采用电力电子交直流调速技术。一些对调速性能要求不高的大型鼓风机等近年来也采用了变频装置，以达到节能的目的。还有些不调速的电机为了避免起动时的电流冲击而采用了软起动装置，这种软起动装置也是电力电子装置。电化学工业大量使用直流电源，电解铝、电解食盐水等都需要大容量整流电源。电镀装置也需要整流电源。电力电子技术还大量用于冶金工业中的高频、中频感应加热电源、淬火电源及直流电弧炉电源等场合。

2、交通运输

电气化铁道中广泛采用电力电子技术。电气机车中的直流机车中采用整流装置，交流机车采用变频装置。直流斩波器也广泛用于铁道车辆。在未来的磁悬浮列车中，电力电子技术更是一项关键技术。除牵引电机传动外，车辆中的各种辅助电源也都离不开电力电子技术。电动汽车的电机靠电力电子装置进行电力变换和驱动控制，其蓄电池的充电也离不开电力电子装置。一台高级汽车中需要许多控制电机，它们也要靠变频器和斩波器驱动并控制。飞机、船舶需要很多不同要求的电源，因此航空和航海都离不开电力电子技术。如果把电梯也算做交通运输，那么它也需要电力电子技术。以前的电梯大都采用直流调速系统，而近年来交流变频调速已成为主流。3、电力系统

电力电子技术在电力系统中有着非常广泛的应用。据估计，发达国家在用户最终使用的电能中，有60%以上的电能至少经过一次以上电力电子变流装置的处理。电力系统在通向现代化的进程中，电力电子技术是关键技术之一。可以毫不夸张地说，如果离开电力电子技术，电力系统的现代化就是不可想象的。直流输电在长距离、大容量输电时有很大的优势，其送电端的整流阀和受电端的逆变阀都采用晶闸管变流装置。近年发展起来的柔流输电（FACTS）也是依靠电力电子装置才得以实现的。无功补偿和谐波抑制对电力系统有重要的意义。晶闸管控制电抗器（TCR）、晶闸管投切电容器（TSC）都是重要的无功补偿装置。近年来出现的静止无功发生器（SVG）、有源电力滤波器（APF）等新型电力电子装置具有更为优越的无功功率和谐波补偿的性能。在配电网系统，电力电子装置还可用于防止电网瞬时停电、瞬时电压跌落、闪变等，以进行电能质量控制，改善供电质量。

在变电所中，给操作系统提供可靠的交直流操作电源，给蓄电池充电等都需要电力电子装置。

4、电子装置用电源

各种电子装置一般都需要不同电压等级的直流电源供电。通信设备中的程控交换机所用的直流电源以前用晶闸管整流电源，现在已改为采用全控型器件的高频开关电源。大型计算机所需的工作电源、微型计算机内部的电源现在也都采用高频开关电源。在各种电子装置中，以前大量采用线性稳压电源供电，由于高频开关电源体积小、重量轻、效率高，现在已逐渐取代了线性电源。因为各种信息技术装置都需要电力电子装置提供电源，所以可以说信息电子技术离不开电力电子技术。

5、家用电器

照明在家用电器中占有十分突出的地位。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”，它正在逐步取代传统的白炽灯和日光灯。变频空调器是家用电器中应用电力电子技术的典型例子。电视机、音响设备、家用计算机等电子设备的电源部分也都需要电力电子技术。此外，有些洗衣机、电冰箱、微波炉等电器也应用了电力电子技术。电力电子技术广泛用于家用电器使得它和我们的生活变得十分贴近。

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2教材内容的合理取舍任课教师要选择一本合适的电力电子技术课程教材作为主教材，再参考其他的辅助教材，取长补短，主讲教师应具有宽阔的知识面及丰富的电力电子工程实践经验，注重应用型人才培养目标。教材的内容既有丰富的理论知识，还要注重工程实际的应用，要体现电力电子技术发展的新技术，也要体现出“电力电子技术”课程是基础课到专业课平稳过渡的桥梁，使教材内容更符合二本院校电气工程及其自动化专业的人才培养的要求。主教材中除重点讲授交流变直流、直流变交流、直流变直流、交流变交流四大类基本变流电路及它们的组合之外，还要联系当今电力电子技术的发展趋势及应用情况，注重电力电子技术在电力系统及其他工程领域中的应用，注重主电路设计、驱动电路设计、保护电路设计、参数计算及元器件选择，还应该适当介绍SVC、SVG、高压直流输电、开关电源、UPS电源、感应加热电源、光伏逆变器等装置的工作原理和实际应用情况，以适应电气工程及其自动化专业宽口径就业要求。

3课堂教学方式改革教学过程中应以学生为主，教师为辅，避免一人堂和填鸭式教学方法，针对教学内容和学生的具体情况组织安排教学内容。由于“电力电子技术”课程的教学内容繁多，课堂教学中需要绘制大量的电路图和波形图，以及诸多公式推导及各种参数计算等。由于课程学时少而教学内容又多,仅仅依靠传统的黑板加粉笔的教学方式显然是达不到教学效果的，所以多媒体技术逐渐走进了“电力电子技术”的课堂教学，大大地提高了课堂教学效果。这里需要强调的是，多媒体教学的引进并非完全取消黑板加粉笔的课堂教学方式，二者应该相互协调、相辅相成，各有各的长处。对于复杂的电路及波形的绘制和分析，可以充分利用多媒体的音容并茂的特点，使学生更容易理解和掌握电路的基本原理和工作过程，如以flas的方式显示电力电子器件的开通和关断过程、过电流和过电压的产生过程、电路的输入输出电压和电流波形等，使学生感到生动而有趣，使学生的课堂学习不再枯燥无味；而对于简单电路的分析以及例题习题的讲解，还是黑板加粉笔的方式显得更简单便捷，更具亲和力，加强了教师与学生间的互动和情感交流。总之，课堂教学十分重要，教师要根据自身的特点、教学内容、学生的素质，充分利用现代化教学手段及互联网资源，在有限的课堂教学时间内，最大程度地使学生理解和吸收所学的知识。

4改革实验教学环节为了提高学生的工程实践能力，对原有的电力电子实验室设备进行了更新和改造，引进近几年内较为先进的电力电子实验设备，对原有的验内容和实验计划进行了修改和调整，尽量减少简单的验证性实验，增大设计性和综合性实验的比例，根据专业的特点和理论教学情况组织实验教学。我院现有的电力电子综合实验室可开出多种实验，囊括了AC/DC、DC/AC/、AC/AC、DC/DC四大电力变换所需的实验，如整流及有源逆变实验、交流调压及交流调功实验、直流斩波实验、无源逆变变实验等。为了培养学生的科技创新意识，还增设了开放性实验和创新性实验，加强了教师与学生间的知识交流，也使电力电子课程的实验教学延伸到课外，对教学时间的不足起了一定程度的弥补作用；同时，在我院的大学生电子挑战杯大赛中，部分学生的竞赛题目与电力电子技术有关，提高了学生的电力电子技能。另外，我院每个学期举行教师实践技能大赛，有相当一部分竞赛题目与电力电子技术有关，大大提高了教师的电力电子技术实践能力和实验教学水平。

5将Matlab仿真软件引进课堂教学和实验教学Matlab仿真软件是各院校普遍开出的课程，将Matlab仿真软件与电力电子技术课程相结合，在课堂上，利用Matlab仿真软丰富友好的图形界面，使学生更直观地掌握所学的知识，也避免了教师画电路图、波形图的繁琐及时间的浪费；将Matlab仿真软件与电力电子技术课程实验相结合，是原有的实验操作的有益补充，同时又具备原有实验装置不具备的优点，如解决设备费用高、实验所花时间长、危险性大的缺点。而利用仿真教学工具代替实际元件在计算机上进行仿真，既不担心元器件损坏，也没有任何危险，学生完全可以在无人指导的情况下，在任何地点的计算机上自行完成电力电子电路的仿真实验，在此基础上再进行适当的真实性实验，这样不仅激发了学生的学习兴趣，更重要的是提高了学生发现问题、解决问题和实际动手的能力，会收到事半功倍的实训效果。

6课程设计环节的改革“电力电子技术”课程教学改革后，在课程教学的后期,增加了课程设计环节，由主讲教师布置该课程的设计任务,为避免雷同，每人一题，主要以电力电子技术的四大电力变换为核心，结合工程实际，根据给出的技术参数和技术指标，要求学生综合运用所学的相关知识,设计出总体方案、主电路图、驱动电路、保护电路等，并进行相关参数计算及元器件选择。较简单的题目，要求制作电路板和元器件焊接，并使用实验室的仪器和工具进行调试；较复杂的题目要求用实验室的实验设备验证或进行matlab仿真，最终以论文的形式完成课程设计，并进行课程设计答辩。课程设计环节的增加，拓宽了学生的知识面，提高了学生独立分析问题、解决问题的能力，是理论与实践相结合的有益补充，同时为后期的毕业设计、就业及将来打下基础。

7毕业设计环节的改革为了提高电气专业学生的电力电子技术理论知识和工程实践能力，近几年来，在电气工程及其自动化专业毕业实习过程中，除了到发电厂、变电所参观实习外，有相当一部分学生到电力电子装置的厂家实习；有时也请电力电子产品的专家学者做专题报告。在毕业设计选题方面，除了发电厂、变电所、继电保护、电气照明等传统设计题目外，许多教师在本科毕业设计中也增加了许多有关电力电子技术方面的设计课目，如感应加热电源、大功率开关电源、UPS电源、光伏逆变并网系统、SVC、SVG、高压直流输电等方面的题目。有些设计题目还获得了省级或校级优秀学士学位论文。

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欧洲专家介绍了近海岸直流电网示范工程的研究结论，这项研究工作包括近海岸间歇性能源，直流电网经济，控制保护等问题。两个著名硬件设备开发商参与了该项目，完成用于测试控制技术开发的低功率模拟器，并证明保护算法可用于直流电网，开发出了基于电力电子和机械技术创新的直流断路器；另有专家提出了利用有限的直流断路器操作，设计具有故障清除能力直流网络，模拟研究表明使用直流断路器可迅速隔离直流侧电网故障，即可在点对点的电缆方案中使换流器继续支撑交流网络。针对此问题，中国专家发言指出可采用全桥型子模块拓扑结构来清除直流侧故障，实现与电网换相换流器（LCC）相同的功能。德国专家提出了关于采用电压源换流器（VSC）的交直流混合架空线运行的特殊要求，虽然混合运行可提高现有输电通道的容量，但存在一系列挑战，包括利用可控、有效的方式实现多终端的操作管理，交直流系统的耦合效应，直流电压和电流匹配原则以及机械特性差异等。韩国专家提出了用于晶闸管换流阀的新型合成运行试验回路，该回路可向测试对象施加试验用交、直流电压和电流脉冲，并配置了可在试验前给电容充电的可控硅开关，以及为试验回路中晶闸管门极提供触发能量的独立高频电源。

1．2可再生能源的并网

美国专家提出了近海岸高压直流输电系统设计方案的可靠性分析方法，研究了平均失效时间和平均修复时间等可靠性指标，并结合概率（蒙特卡洛）技术来评估风速波动对风电场的影响，且评估不同的系统互联、系统冗余以及使用直流断路器与否等技术方案的能量削减水平，提议将能量削减作为量化直流电网可靠性的指标。为设计人员选择不同的技术方案、拓扑结构和保护方案提供依据。近海岸直流输电换流站选址缺乏相关的标准、项目参考及工程经验，难以给项目相关者提供合理的建议，并且可能会在项目的开发过程中引入风险。挪威专家针对此情况提出了一种从石油和天然气行业经验总结得出的技术资格要求，将有助于更加快速、高效、可靠地部署海上高压直流输电系统。

1．3工程项目规划、环境和监管

哥伦比亚和意大利专家提出了哥伦比亚与巴拿马电气互联优化设计方案，初步设计方案额定容量为600MW／±450kV，经过综合比较，方案优化为300MW／±250kV，400MW／±300kV的双极结构，并使用金属回线作为最佳的技术和经济解决方案。线路长度由原来的600km变为480km，但考虑到哥伦比亚输电系统的强度问题，决定保留原来的输电路线。贝卢蒙蒂第一条800kV特高压直流输电线路项目规划构想了额定参数为2×4GW／±800kV双极结构，直流线路长2092km，连接巴西北部与南部的直流输电工程方案；印尼第一条Java－Sumatra直流输电工程，额定参数为3GW／±500kV，双极结构，直流线路包含架空线和海底电缆，考虑采用每极双十二脉动换流器和备用海底电缆来提高系统的可靠性和可用率；太平洋直流联接纽带介绍了延长太平洋北部换流站寿命的最佳方案，将原有的换流器变为传统的双极双换流器结构，但保留多余的2个换流器阀厅，现以3．8GW／±560kV为额定参数运行。

1．4工程项目实施和运行经验

新西兰和德国专家提出“新西兰直流工程新增极3的挑战和解决方案”，该工程不仅要保证设备能承受较高的地震烈度，保障其在弱交流系统中安全稳定运行，还要设计合理的设备安装地点，以及新建极与原有极的一体化控制保护系统；巴西互联电力系统的Madeira河项目中SanAntonio发电厂对400MW的背靠背中第一个模块及额定参数为3．15GW／±600kV双极中的第一极进行充电，工程因交流系统没有足够的短路容量而延迟工期，后通过安装500kV／230kV联接变压器得以解决。印度的Champa－Kurukshetra±800kV／3GW高压直流工程首次在特高压输电工程中采用金属回线返回方式运行，输电线路长1035km，远期增加容量3GW，双极功率传输容量可达6GW；法国与西班牙东部互联案例中采用双回VSC－HVDC馈入交流网络，研究认为VSC－HVDC是首选的技术解决方案。

2FACTS装置及技术应用

2．1可再生能源并网

丹麦专家开发了多电平静止同步补偿器（STATCOM）通用电磁暂态模型，并基于伦敦Array风力发电厂多电平STATCOM现场测量和电磁暂态仿真结果对比研究进行了验证，仿真结果与现场测量结果比较相符，并显示出良好的相关性。

2．2提高交流系统的性能

加拿大专家提出了用于工程规划的通用VSC模型，开发了基于PSS／E的稳态和动态模型。验证了该模型部分交流侧和直流侧故障，结果表明具有良好的相关性，可在新的工程规划和规范研究中应用。伊朗专家提出了分布式发电并网中基于自适应脉冲VSC的新型控制方法，与另外两种控制方法相比，谐波补偿和电能质量改善比较表明，分布式发电中谐波含量减少，从而减少谐波注入交流网络。“智能电力线路（smartpowerline，SPL）实验研究项目”引入了在架空输电线路嵌入微型变电站的概念。电源交换模块，保护模块和在线监测系统可使输电线路变得更智能，该技术还可以用于管理功率潮流和额外参数测量。

2．3FACTS工程项目规划、环境和监管

印度专家进行了动态补偿装置在印度电力系统的配置及选址研究，以易受故障扰动影响的印度西部地区为重点研究区域，并提出了无功功率控制补偿器的最佳位置和动态范围。

3电力电子设备的技术发展

3．1直流断路器、直流潮流控制器和故障电流限制装置

Alstom进行了120kV直流断路器的开发和测试研究，该断路器包括电力电子元器件，超快速机械断路器，串联电容器和避雷器等重要组成部分，可在5．3ms内开断电流。ABB提出混合型直流输电工程断路器为未来高压直流系统的解决方案，描述了混合直流断路器的详细功能、控制方式和设计原则，混合断路器的核心部件同样为超快速机械断路器。ABB的专家还提出了低损耗机械直流断路器在高压直流电网中的应用，其可替代混合直流断路器，开断参数最大为10kA／5ms。断路器包含电磁制动器、并联谐振电路，已完成一个额定参数为80kV的断路器样机，并成功通过了开断目标电流的试验。

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随着我国的科技不断进步，电力电子技术的重要性也愈来愈得到了显著体现，电力电子技术能够对电能的使用加以优化，在其作用下可以将电能的应用得以高效节约，这样就能够对电能的使用达到优化的目标。另外就是对传统相关产业和机电一体化发展有着改造作用，再者就是电力电子技术的智能化可将信息化和功率处理进行统一，进而将微电子技术与之相结合，推动电子技术的改革发展。

1.2电力电子技术的发展分析

电力电子技术的发展经过了几个重要阶段，首先就是在20世纪50年代末时，第一个晶闸管问世，在这一阶段属于晶闸管整流时代。大功率的工业用电通过工频交流发电机来提供，在实际的应用过程当中，大约有百分之二十电能是通过直流形式进行消费的，到了60年代及70年代，大功率硅整流管与晶闸管的开发应用比较迅速，这一阶段就是电力电子技术的晶闸管时期。从70年代开始，在自关断器件发展中就是的电力电子技术进入到了逆变时代，在这一时期由于能源危机就让交流电机变频调速因节能效果明显而有了很大程度上的发展，虽然已经实现了逆变以及整流，但在作的频率方面还不高。到了80年代，集成电路技术开始从大规模和超大规模的方向得到了迅猛发展，一些以MOSFET和IGBT作为代表的大电流以及高频和高压功率的半导体复合器出现以来，电力电子技术在这一阶段已经进入到了发展的重要时期，多样化的新型器件都已经应用在了电路技术当中，同时向着复合化和模块化的方向进行发展，在性能上更加的完善可靠，为用电的设备高效节能等提供了重要基础。

2电力电子技术在现阶段的实际应用探究

2.1电力电子技术在交通运输中的实际应用

在我国的电力电子技术得到了迅速发展过程中，已经在诸多的领域有了应用，其中在电气化的铁道交通当中就对电力电子技术有了广泛应用，在电气机车当中的直流机车就是对整流装置进行的应用，而交流机车方面就是对变频装置进行的应用。另外，在磁悬浮列车当中的电力电子技术的应用比较关键，有着诸多的地方需要电力电子技术的支持才能够使得磁悬浮列车得以顺利的运行，不仅在牵引电机传动方面，在各种的辅助电源方面也需要这一技术的支持。而在电动汽车的电机方面也是需要电子装置对电力进行转换才能够起到控制驱动的作用。在船舶以及飞机等对电源的使用也有着很大的不同，所以在对电力电子技术的应用上也比较的关键。

2.2电力电子技术在家用电器中的实际应用

电力电子技术在人们日常生活中的家用电器方面的应用也比较的广泛，这对人们的生活提供了很大的方便，其中洗衣机是生活中常用的家用电器，在电力电子技术的应用下能够代替人工工作，只需要将衣服放进洗衣机按下按钮，就能够通过电力电子技术的功能支持完成整整个洗衣的过程。还有就是在厨房洗碗机家用电器的电力电子技术的应用上和洗衣机的原理类似，在空调器的电力电子技术的应用上能够起到节能作用，实践证明能够节约30%的电能，而电频荧光灯在工作效率上要比普通的能的效率高很多。

2.3电力节能中的电力电子技术的实际应用

在我国的经济得到迅速发展的过程中，也在能源的消耗上付出了很大的代价，尤其是在电力能源的消耗上比较严重。当前的工业和电力的结合已经成了发展的必需条件，所以在电力能源的消耗上逐渐的增加，主要就是由于电力能源而对稳定以及利用率高等诸多优点。从我国整体的工业发展情况来看，在工业的用电方面还存在着一些不合理的情况，尤其是在用电的效率上得不到有效提高，从而造成了严重浪费的现象，在当前的可持续发展理念深化背景下节约电力能源是可持续发展理念实践的一个内容，通过对电力电子技术的实际应用能够有效的将电源的消耗程度有效的降低，在电力电子技术的作用下，能够对电力设备得到性能上的优化以及节约原材料的使用，这样就能够最大化的对电力能源进行节约。

2.4电力电子技术在发电环节中的实际应用

随着我国对新能源的开发利用，例如风力发电以及水力发电等，这其中就涉及到发电机的电流频率的变换，水力发电功率要取决于水头压力以及流量，而这对机组的最佳转速变化也会产生影响，为能够将最大的有效功率得以实现，就需要通过调整转子励磁电流频率促进机组的变速运行。另外在大型的发电机相对静止励磁控制方面正是采用的晶闸管整流自并励的方式，省去了励磁机中间的惯性环节。

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在广泛调研的基础上，通过课程组讨论，改变传统的教学思路，突出对学生工程应用素质的培养。针对学生能力和需求的差异，将教学内容分为基础知识掌握、应用能力提升和创新培养三个渐进层次，其中最低层次教学满足就业需要，后两个层次则以满足职业发展需求和培养创新能力为目标。通过课堂教学内容的改革，体现课程综合化趋势，结合先进的教学手段，帮助学生打好扎实理论基础，设计贴合实际应用的实验特别是实践教学环节，提升学生的应用能力，培养学生自主学习和终身学习的能力，保证学生的知识、能力和素质获得全面提高。

1.2围绕能力培养，深化教学方法改革

根据学生毕业后从事职业所必需的能力，在教学过程中，弱化对教材中过于复杂电路的理论分析和公式推导，突出对实际电路应用和设计的分析。同时充分利用多媒体教学的优势，增加理论教学趣味性。加强实践性教学环节，通过实验、课程设计等实践性教学内容锻炼学生的实际动手和电路分析能力，发挥学生潜力。在教学中积极推广相关的学习工具和应用软件的使用。

1.3通过课程改革，提高教师教学水平与科研能力

新型元器件、电路拓扑和控制技术的不断涌现，使电力电子技术课程的内容更新较快。通过课程教学改革，激励教师及时更新知识储备，做好新知识、新技术的学习与传授，使课堂教学更能体现时代性，并使教师自觉提高自己的教学水平。同时，依托我校已建成的电力电子实验室，鼓励教师开发适用于各层次、满足不同专业侧重点的实验和实践环节，使教师通过指导学生课程设计、毕业设计，并结合企业项目需求，开发出多项科研教研项目，使教师科研能力得到提高。

1.4为课程群建设、产学研相结合的进一步探索研究奠定基础

电力电子技术已逐步发展成为一门由现代控制理论、材料科学、电机工程、微电子技术多学科相互渗透的综合性技术学科[3]。通过课程改革，为电力电子技术精品课程建设、课程群建设奠定良好基础。此外，通过课程改革，探索适用于我校的电类专业卓越工程师特色培养模式，并促进教科研和企业项目合作与承接等工作的深入开展。

2教学改革方案的实施与主要特色

为努力改变该课程原有的难教难学的状况，教学改革方案从以下几个方面实施：2.1重新编排教学内容，突出课程实用性和趣味性改变传统教学中对四大变流电路孤立、单一的学习模式，引入生活中常见电路以及电子小制作的实例，通过一系列具体电路系统设计过程的演示，将《模拟电路》、《电机与电气》等前期专业课程的知识与《电力电子技术》所学理论知识相联系，展现课程强弱电结合、多学科融合的特点。并且，在保证理论基础扎实前提下，增加日常电路分析和设计实践环节在整个教学过程中所占比重，以实例激发学生自主学习兴趣，以兴趣带动能力培养，在这一过程中培养学生的读图、分析、画图、简单电源电路设计等能力，实现理论与应用相辅相成、有机结合，最终提升学生工程应用方面的综合素质。2.2采用引导型教学方式，注重教学过程中的互动性和学生分析解决问题能力的培养授课过程中注意开展互动，通过采用提出启发性问题—共同讨论—获得结论—实验验证的方法，在教师“教”与学生“学”的过程中不断发现问题和新的突破点，将学生被动接受知识的过程转化为其不断解决问题的过程，使学生主动学习、开放思维，并在此过程中加深相关理论的理解，训练其分析和解决问题的能力。2.3充分发挥多媒体教学优势，改变理论教学抽象、刻板的现状电力电子技术重视对电路波形的分析。课程原有的单一的板书或简单PPT课件加板书的传统授课形式课堂信息量较少，不够直观，不能解决学生缺乏学习兴趣，接收效果较差等问题。利用PowerPoint、Flash、视频等多媒体手段，不仅能使波形分析更为直观，还能方便地展示电路在不同条件下的工作状态，以及课程内容在实际生产中的应用。既可使教学内容更加丰富，还使分析过程不再枯燥抽象，分析结果生动醒目，便于学生理解。2.4以实际系统分析为手段，提高学生知识融会贯通的能力改变对变流技术中各典型电路孤立的讲解，通过带领学生进行典型的电力电子系统分析，结合系统供电、控制等模块电路结构、原理的介绍，体现该门课程电力、电子和控制学科间的交叉性，使学生学会将与课程相关的专业课内容灵活运用于电路分析和设计应用中，提高他们对所学知识的融会贯通能力。2.5引入专业常用仿真软件，激发学生学习兴趣，培养基本专业技能专业仿真软件在现代工业设计及应用中的作用越来越显著，掌握一至两种仿真软件工具将成为工科学生应具备的基本素质之一。同时，在教学过程中，利用仿真软件对电路工作情况进行仿真，可以使分析过程更为直观，有利于激发学生学习兴趣。目前，电力电子仿真软件主要有Matlab、Pspice、SIMetrix/SIMPLIS和Saber等，其中Pspice和Matlab在开关电源开发应用中具有重要作用，被相关企业广泛运用[4]。在教学改革中，通过在课堂教学和实验环节中引入建模的基本原理与过程，既能使课堂教学和实验更加生动直观与安全，还能引导学生学习软件的应用，使他们具备基础建模能力，有助于满足企业对于学生基本专业技能的要求。2.6开发一批设计性、综合性研究实验，培养学生的利用学校电力电子实验室和软件仿真的资源，结合当前热门课题和企业需求，开发一些设计性、综合性较强的实验，或通过课程设计、毕业设计的方式指导带领学生进行研究设计。实验的开发以培养学生应用创新能力为主要目的，既有助于学生巩固所学知识，提高知识综合运用能力，又可为电子设计大赛等专业比赛人才选拔奠定基础。2.7以课程改革为契机，积极拓展校企合作途径，开发产学研项目，提升教师科研水平在课程改革中，积极寻求校企合作的新途径，深化校企合作的内容，将企业实际项目作为教学的实践、提升环节，依托学校的实验实训中心，以教师为主导，学生进行设计、验证配合，不仅可以极大地激发学生学习和实践的兴趣，同时也有利于教师自身科研水平的提高。

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2MATLAB/Simulink在三相桥式全控整流电路的应用

笔者在电力电子技术课堂教学中可以直接在MATLAB/Simulink画出三相半波可控整流电路，其实也就是搭建其仿真模型，其过程十分简单，不需占用很多课堂教学时间，最重要的是这是一种新鲜事物，可吸引学生的注意力，增加他们的好奇心，间接地可以提高课堂教学质量。三相半波可控整流电路的仿真模型如图3所示[4-6]。仿真结果如图4所示，其中图4(a)、(b)和(c)中的每个波形从上到下分别为触发脉冲波形仿真波形、晶闸管电流仿真波形、晶闸管电压仿真波形、输入负载电压和电流仿真波形。很容易看出，图4中的各个仿真波形跟图2所示的理论分析波形完全一致。在这个教学过程中可以得出以下结论：第一，将计算机仿真软件引入课堂教学中达到了实验的目的，在教学过程中直接对所学理论知识进行验证，可以完全等同于在实验室通过实验方法验证理论的正确性，从而节省了实验资源。第二，将计算机仿真软件引入课堂教学中，可以改变传统的授课方式，改变“满堂灌”的教学方式，更能吸引学生的注意力，激发他们的学习兴趣，更重要的是在课后他们可以自己动手通过计算机仿真软件对当天所学的知识进行验证，其实这个过程就是学生学习和掌握所学课堂知识的过程，如果任课教师布置一些任务，学生就可以做到学以致用，达到培养人才的目的。

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教学思路

在明确教学目标的基础上，首先，教师一定要意识到，兴趣是最好的老师，兴趣是学习的动力和源泉。只要通过有效的兴趣培养和教学方式，就可以让这些学生达到甚至超过自己的水平。以科研的态度和精神贯穿于教学之中，让学生在“学生做”和“做中学”激发课程学习热情。鼓励学生走上讲台，敢于大胆走进实验室;敢于向老师发难，以“我”为中心，全然不顾“名家颜面。

其次在教学理念上，以发展学生思考能力为本，结合课程实验和教师现有的课题进行实践，建立系统设计理念，通过对主电路和控制电路、保护电路、检测电路同时分组进行设计。CDIO强调以熟悉产品研发的生命周期为工程背景的

“做中学”的学习方式，这不是对教师主导作用的弱化，相反对教师在整个教学活动过程中的掌控能力、自身的知识水平提出了更高的高求。“教师”兼为“导师”，实现学生在知识获取过程中的地位由“被动”到“主动”的角色转变:学生在教师指导下积极、主动地参与实践，从独立学习转向合作学习;从深层次角度讲，就是大学中“物质教育”与“自由教育”的转变。在探索、实验和应用中行动上给与相当的灵活性，这样可以唤起学生的好奇心，使其热切地寻求有助于解决问题的知识，同时又具备相当的实行工具。学生所具有的创造性的和富有想象力的远见都将发挥作用，并能控制其冲动和习惯。他自己的目的就能指导他的行动。

再次，就教学方法而言，坚持把工程科学基础和工程专业知识紧密地揉合在一起进行教学，学生仍然需要坚实的科学基础。在讲述定理、结论时，要注意理论基础与专业知识的结合。除了应用高等数学和大学物理分析内容的机理之外，还要讲定理、结论的提出背景、前提条件以及应用情况和近展状况等等。在教学手段上注意应用现代信息技术，如多媒体动画和系统仿真技术。熟练的、精心的准备过的课堂讲授仍然是最有效的学习和教授经验。

最后，在重点和难点教学模式上，采用项目或者案例教学模式，基于问题解决模式的模式;教师引导学生效仿教师、专家学者做项目的方法，如专题研讨、方案和技术设计、仿真模拟和实验操作等，探索并解决课程内容相关工程应用中的现实问题;培养学生发现问题与综合分析问题的能力。因此恰当地设计题目是项目教学法运用成功的保证，既不能太难，让学生望而却步，又不能太简单，没有挑战性。这要求教师平时有一定知识积累。“电力电子技术”实力较强的几个院校的积极尝试为我们提供了较好的参考。浙江大学将“功率因数校正实验”等部分实验项目列为创新设计型实验，由学生自主设计实验内容和方法，提高学生创新能力。哈尔滨工业大学以直流脉宽调速系统驱动电源的设计为课程设计的主要内容。南京航空航天大学开发了“软开关逆变电源实验装置”课程设计教学平台，以此设计若干个课程设计题目。中国石油大学选择反激式开关电源为课程设计题目。这些题目既紧密联系书本知识，又有创新的空间，值得借鉴。

实验教学在方式上注重启发，引导学生积极参与实验设计的同时;在时间和内容安排上注意了验证实验、仿真实验和综合设计实验的循序渐进。在实践平台装置的设计上，注意

“先进性、实用性、开放性、安全性”的特点，满足基础型和综合设计型的实验教学和实践活动的要求。使学生既动手又动脑，丰富工程实践知识，培养学生的创新能力和综合能力。同时学生小组成员之间密切协作和互相配合，锻炼学生的责任感和协作、互助的团队精神。

教学案例