级联H桥型电力电子变压器原理及参数设计仿
真研究
近些年来，随着我国经济和科技的迅速发展，对于新型能源的需求也不断增加。于是与新能源供电相关的分布式发电技术和微电网技术获得了快速发展。而在系统中承担重要作用的传统的电力变压器自身所具有的体积重量大、功能单一等缺点一直未得到改善，已无法满足现今的供电需求。因此提高电能质量成为当前电力系统中极其重要的课题。由此结合电力电子技术与信息技术的电力电子变压器(Power Electronic Transformer, PET)得到了广泛的研究。
本文针对一种级联H桥型电力电子变压器的工作原理进行研究，这种电力电子变压器除了具备变压器本身的一些基本的电能传输功能之外，还具备了体积重量小、电能质量可控、故障自隔离、交直流系统共存等特点。另外，此种变压器的级联结构有效解决了电力电子器件耐压等级较低的问题。本文通过对H桥型电力电子变压器的输入级、隔离级以及输出级三个部分进行拓扑分析和建立等效电路等研究来了解其工作特性。
为了验证级联H桥型电力电子变压器系统在主网稳态和动态情况下，系统的稳定性以及相关参数的设计的可行性，本文运用Matlab/Simulink仿真平台搭建了仿真模型，并在最后通过对仿真波形进行分析，验证了本文所提的级联H桥型电力电子变压器的基本功能的工作特性。
关键词：电力电子变压器；级联H桥变换器；虚拟同步机控制；建模仿真
第1章绪论
1.1电力电子变压器研究背景
近些年来，随着我国经济和科技的快速发展，对于新型能源的需求也不断增加。与此同时，由于国家对建设配电网的相关工程投入了大量资源，我国的电力供应能力获得了极大地发展，由此开始大型和超大型电网在我国开始陆续出现，电网的升级虽然实现了电力资源传输与配置的优化，但同时也给电网的安全稳定运行带来了极大的考验。同时，由于非线性负载的大量增加，导致电力系统的供电质量不断下降。但是现今的科技和经济的高速发展对电能质量的要求却越来越高，传统的供电设备电能质量远不能达到目前的需求，因此会给工农业的生产和人们的日常生活带来许多不便，甚至可能造成不可避免的损失。如何保证电网供应稳定且满足用户需求的电能，并确保用户电气设备的安全经济运行己经成为目前研究的重点问题之一。
面对煤炭、石油、天然气等传统能源逐渐枯竭引发的能源危机，新能源技术的研究引起了各国的关注。中国的煤炭资源储量十分丰富，但是相对而言我国的石油和天然气资源就相对匮乏。目前我国己探明的煤炭储量是石油储量的60余倍。在2014年中国的能源消费结构中，煤炭的比例占到了70%左右，包括油气、水电和核能在内的其它能源只占到了约30%左右。煤炭能源的大量使用造成了严重的空气污染和对生态环境的破坏，因此发展可再生能源是摆脱对化石能源依赖的重要途径之一。为了改善我国能源消费的不合理结构，促进可再生能源的开发利用，实现社会的可持续发展，我国政府颁布了《中华人民共和国可再生能源法》，鼓励发展包括太阳能、水能、风能、海洋能、地热能在内的多种形式的可再生能源[1]。到了2018年，根据国家能源局数据显示，天然气、水电、核电、风电等清洁能源消费量占能源消费总量的22.1%，生产量达到24%；煤炭消费比重下降到59.0%，生产比重下降到69.0%。由这些数据可知可再生能源的利用率在近几年中获得了一定提升。但可再生能源不同于传统能源，其存在地理上分散、生产间歇性、随机性、波动性和不可控性等特点，传统电力网络的集中统一管理方式无法满足可再生能源大规模利用的要求。这些可再生能源的发电形式，都是使用分布式发电系统，与大型中心式发电站相比，这些新能源的传输需要涉及到一系列的大功率、高效率以及高质量的能量转换和控制。同时分布式发电系统具有容量小、分布广、交直流共存、电压或频率波动大等特点，因此如何实现将
可再生能源高效可靠地并网己成为目前研究的重点问题之一[2]。
此外，随着电力改革和市场化的推进，电能交易的方式也越来越灵活。如果未来配电网中出现新能源发电站、民间小型发电站等新型的能源提供者，用户将在电能交易方面拥有更多的选择余地，不再仅仅是选择传统的国有控股发电站。另外，由于配电终端接入了新能源发电，终端用户将不仅是电力消耗者，也是电力供给者，因此可以在负荷和电源之间切换。例如，如果家庭用的光伏发电装置产生能量过剩，那么剩余的能源就可以卖给电网和其他电力用户。因此，未来配电网的电能流向不仅是以往的单向流动，还可能产生功率的双向流动，进而产生多方向流动的情况[3]，电力系统的配电形式也将从“一对多”的形式逐渐转变为“多对多”的形式，并且每个输出端的用户可以根据自己能量的盈余情况，在用电方和发电方之间随时切换，在需要使用电能时从电网获得电能，在能量盈余较多时可以反向向电网输出电能，以这种方法大大增加了电能流动的多样性，也减少了电能的浪费。因此为了能够准确地实现将电能定点、定量、定时调度，电网中各个终端和节点均需要满足能量的主动调度管理以及能量流的准确可控。而传统的电力系统和相关设备只能对功率消耗进行被动响应，无法主动对电网中的分布式电源和新型负载的功率消耗进行主动的管理和控制，也无法实现电网中电能的双向流动，因此也就无法满足未来市场化的需求。
与此同时，以电动车为代表的各类不可控型负载的加入，使得未来配电网能量的流动与管理将会变得越发复杂化，传统的电力系统配电装置以及运行方式已经难以胜任这样复杂的要求。于是，近年来，随着大功率开关器件技术的不断进步，电力电子技术己经在电力系统中得到了大量的应用，新技术的应用有机会解决传统的供电系统所无法解决的问题。现有的研究表明，在电力系统中应用电力电子技术可有效改善电能质量、实现无功补偿、提高供电可靠性、输电能力和电网运行稳定性，同时分布式发电系统及其并网的实现都需要借助电力电子技术才能实现[4]。
1.2传统变压器的缺点
变压器的主要功能是实现电压等级的变换和电气隔离，作为是电力系统中的最基本且重要的组成设备之一，它可以将一种形式的交流电能变换成另一种形式的交流电能[5]。变压器自19世纪末被发明以来，就在电力系统之中被广泛地应用，是电力系统中应用数量最多的输变电设备[6]。传统的变压器具稳定性强、传输效率高等优点，但与此相对的，传统的变压器也有具有一下这些缺点：
(1)传统的电力变压器因为体积大，重量大，制造传统需要消耗大量的铜、硅一类的原材料，因此传统变压器的生产成本也较高。
(2)若在输入侧和输出侧发生扰动和故障，传统的变压器无法进行故障隔离，变压器的稳定性无法满足电网需求。输入电压发生扰动时，也会对输出电压产生影响；输入侧电压也会在负载侧出现故障时受到一定影响。
(3)传统变压器对于谐波污染比较敏感，也就是说无论一次侧还是二次侧产生谐波都会对另一侧产生影响。
(4)传统变压器可能会发生变压器油泄漏的情况，会对环境造成较大污染。
(5)无法产生直流输出，对于多种新型负载和新能源发电都可能需要用到直流电的传输功能，而传统变压器若需要实现此种功能则需在输出侧加装整流设备，增加了设备体积和制造成本。
由于需要使用大量的硅钢和铜来制造变压器庞大的铁芯和绕组，因此目前传统变压器是配电系统中重量最大的设备。变压器的尺寸和重量由两个因素确定，即铁芯和绕组的饱和磁通密度以及两者所允许的最大的温升。饱和状态下的磁通密度与频率成反比，因此可以看出，增加频率可以将变压器磁芯的利用率提高到一定水平，并可以有效减小变压器的尺寸。众所周知，对于传统的变压器，电磁能的传输频率是确定的（在我国为50Hz），因此不可能通过这种方法来大幅度减小其体积和重量。除此以外，现在铜、硅、不锈钢等制造传统变压器的基本材料成本越来越高，传统变压器的制造成本越来越高，愈发凸显出其弊端[7][8][9]。
1.3电力电子变压器拓扑结构国内外研究现状
随着科学技术的飞速发展，电力系统发生了翻天覆地的变化。特别是在最近几十年的发展中，电力系统中出现了许多新功能和特征，具有功能过于单一、高昂的造价、巨大的体积重量等缺点的传统变压器已逐渐无法满足现代电力系统的需求。
为了满足新能源、新负载的要求，电力电子变压器（Power Electronic Transformers, PET）的研究得到了广泛的关注。针对适合配电网系统的电力电子变压器，国内外学者几十年以来已经对其进行过深入的研究，并开发出了几种PET拓扑。
一般认为电力电子变压器起源于美国通用电气的工程师William McMurray于1970年在专利中提出的一种含有高频链接的AC-AC变换器(Power converter circuits having a high-frequency link)[10]。图1-1所示为该变换器的主体结构，各个开关由开关
器件与续流二极管反并联构成。变压器原边开关S1、S2的导通与副边S3、S4同步，副边开关与相对应的原边开关存在移相角θ。当所有开关工作在高频状态时，原边的输入信号就被调制成高频方波，再经过高频变压器耦合到副边。通过控制移相角θ即可控制输出电压的幅值。虽然仍存在存在串联开关元件控制困难，无法实现电气隔离和对无功率因数的校正等缺点，但也为未来电力电子变压器的发展指明了方向。
图1-1含有高频链接的AC-AC变换电路
1980年，一种由Buck变换器构成的AC/AC电力电子变压器(PET)由美国研究人员J. L. Brooks提出。
1988年，来自日本九州大学的学者Koosuke Harada提出了一种高频变换的方式，并对相控DC-AC高频变换器进行了研究分析[11]。通过将此变换器应用于UPS系统，不仅减小了UPS系统的体积，而且实现了通过变换器直接给电池充电。
1995年，美国电力科学研究院研发了一种电力电子变压器，此种变压器使用了AC-AC Buck变换器[12]，其基本结构如图1-2所示。该拓扑有效提高了开关管的耐压等级，并且可以实现变压器基本的交交变换功能。但除此以外，在该拓扑结构中，容易产生谐波危害，且由于输入端口和输出端口并没有通过变压器进行电气隔离，故无法保证用电的安全性，因此研究人员并未对该结构进行深入研究。
S1
S2L
C
图1-2 Buck型变换器的电力电子变压器
1996年，日本学者Koosuke Harada等人再次提出了一种智能变压器的概念[13]，并制作了样机。这种变压器实现了减小变压器体积、对恒压恒流控制和功率因数校正等目标，但仍存在着转换效率较低的问题。
1997年，一种基于直接AC-AC变换和高频隔离环节的电力电子变压器结构（如图1-3所示）由美国德克萨斯州A&M大学的学者Moonshik Kang和Enjeti等人共同提出[14]。此种结构达成了缩减变压器的体积和重量的目的，且有效地提高了变压器的电能转换效率。此种拓扑的工作原理为：来自主电网的工频交流信号从变压器的原边输入后，经调制成为高频交流信号，高频交流信号通过高频变压器隔离并将电能传递到副边，副边接收到隔离级信号后，再将高频交流电还原为工频交流信号。实验表明这种变压器的体积和重量分别降低为传统的变压器的1/3和1/13，然而传输电能容量则提高了近3倍，传输电能的效率也有所提高。但这种结构仍存在副边的交流结构容易受到原边输入的影响以致稳定性不足，且可控性不够强等问题。
图1-3直接AC-AC变换的电力电子变压器
2000年，ABB公司的科研人员M.D.Manjrekar和R.Kiefermdorf根据Buck-Boost 结构明确提出了一种AC-AC型电力工程电子变压器。其结构如图1-4所示。该结构具有易于操作，电力电子设备数量少，成本低等优点，但是仍然存在一些困难，例如电流会在整个工作过程中产生断流，进而导致变压器两侧的出现尖锋电压，并导致输出电压中出现大量谐波，因此这种类型的结构只能应用于输出功率较小的情况下[15]。
图1-4基于Buck-Boost变换器的电力电子变压器
上述的几种AC/AC电力电子变压器的主要研究内容是变压器的拓扑结构，控制方法和基本功能，研究目的是通过高频交流环节完成电气隔离和电压转换的功能。除这些功能外，研究者们还着眼于减小变压器的体积和重量。在接下来的几十年中，来自世界各地的科研人员继续进行了大量的科学研究，并获得了一系列的理论研究成果。
美国学者Edward R.Ronan和Scott D. Sudhoff等人于2002年提出了一种多级型的电力电子变压器[16]，该种变压器的输入级和输出级均带有直流环节。其结构如图1-5所示，这种电力电子变压器可分为三个部分：高压输入级、中间隔离级和低压逆变输出级。其高压输入级为AC/DC整流级联型全桥结构，中间隔离级由DC-DC高频隔离结构组成，低压逆变输出级为DC/AC全桥输出结构。这种新提出的AC/DC/DC/AC 三级形式的电子电力变压器结构，既具备了传统变压器电压转换的功能，而且还可以完成对电压波形、交流输入侧功率因数进行调节与控制等功能。电力电子变压器的开关管主要由IGBT组成，现阶段商用IGBT的最大耐压值为6500V，因此受电力电子变压器的应用受到电力电子器件的技术限制，此类电力电子变压器无法在10kV的电压下工作，并且以上额定电压在自然环境下使用。Rick Kieferndorf等学者同样在2002年提出了一种采用这种三级结构的全桥级联型电力电子变压器，这种方案有效提升了电力电子变压器的耐压等级，成功解决了电力电子变压器无法在高压大功率工作环境下正常工作的问题。经过来自全世界的学者几十年来对电力电子变压器相关拓扑结构的不断研究，为了实现对电力电子变压器的控制、改善传输电能质量和使PET能够工作在高压大功率场合等目标，如今各场合电力电子变压器多采用这种由高压整流级、直流隔离级和低压逆变级三部分组成的三级型拓扑结构，并且在输入级采用级联多电
平结构以使电力电子变压器可以应用于高压大功率的供电环境。另外，此种结构成功在电力电子变压器的输出级中引入了直流环节，因此能够起到良好的隔离作用，而且也可以更加灵活地实现对电力电子变压器的控制，也为分布式发电的并网提供了新的解决方案。
图1-5 AC-DC-AC电子电力变压器
ABB公司于2007年成功研发了一台应用于铁路牵引领域的电力电子变压器[17]，此种电力电子变压器容量为1.2MV A，交流输入15kV，频率为16.7Hz，直流输出为800V。这种电力电子变压器的输入级采用了一种运用了矩阵变换器的级联型结构，但这种级联结构会引起换流困难等问题。此外，此种结构输入级和输出级变换器的开关状态会对交流侧的开关器件两端的电压产生一定影响。2007年，庞巴迪公司研制出一台主要应用于铁路牵引方面的电力电子变压器(3kV/75KW )，该电力电子变压器的输入级可通过增加H桥整流器单元的数量来增大电力电子变压器的耐压等级，以使其可以适应高电压的场合，此外该种变压器原边串联，副边并联的结构也可使原副边并联电容具有自动平衡的能力，以此保证系统在运行时保持稳定可靠。
图1-6级联型AC-DC-AC电力电子变压器
2010年，美国北卡莱罗纳州州立大学研制了一台单相电力电子变压器[18]，此电力电子变压器输入电压为7.2kV，输出电压为120V/240V。其拓扑结构如图1-6所示，该种电力电子变压器的拓扑结构具有模块集成度高，开关器件数量少等优点，且在输出级设有直流母线端口，通过此端口该种拓扑结构可实现给直流负载供电的功能。1.4级联H桥型电力电子变压器的优点
级联H桥型电力电子变压器具有一些传统变压器所没有的特性。这种变压器可以通过电力电子变换器对输入级和输出级的电压幅值和相位进行实时调控。此外，与传统变压器相比，级联H桥型电力电子变压器还具有以下几个优点[19]：
(1)体积小，重量轻，制造不需消耗大量原材料，因此制造成本较低。
(2)级联H桥型变压器不需要变压器油，不会因变压器泄露而对环境造成污染。
(3)在级联H桥型变压器运行过程中，可以保证电网侧的电压幅值稳定，不随负载侧电压的变化而变化。因为变压器的一次侧和二次侧之间实现了解耦，所以电网侧电压信号的扰动（包括电网电压幅值的变化，频率的波动等）均不会对负载侧产生影响。相对的，用户侧产生的无功功率和谐波均不会影响系统的可靠性。
(4)此种电力电子变压器具有高度的可控性，它的的一次侧和二次侧的电压和电流均是可控的。
(5)级联H桥型电力电子变压器输出级设有直流环节，可以直接为直流负载供电。这一特点有助于直流入户概念的实现，无需另外安装整流设备，降低了用户的用电成本。
(6)级联H桥型电力电子变压器可配合智能控制单元进行调控，可实现两种功能：一是可以实现变压器自身的自检测、自诊断、自保护和自恢复等功能，二是可以实现变压器状态或控制的联网通信，为未来智能电网的实现打下基础。
由此可见，级联H桥型电力电子变压器在能够实现传统变压器的电压转换、电气隔离和电能传递等基本功能的同时，还可以实现潮流控制和电能质量控制等功能，这是电力电子变压器最突出的优点。
本文以级联H桥电力电子变压器为研究对象。与一般的传统电力电子变压器相比，级联H桥型电力电子变压器可以在配电网中充当新型能量媒介的角色。它具有功率密度高、灵活可控等诸多优点，且对于改善电网质量，建设新型智能电网具有重要的意义。其次它除了具有电气隔离、变换电压等级和传递能量等基本功能之外，由于
它的多端口结构以及各接口变换器灵活可控等特点，级联H桥电力电子变压器还能够满足未来交直流混合配电网多种形式负荷、电源及储能设备的接入要求，以此能够实现接口潮流定量、综合高效利用多类型能源以及对电能质量的控制等许多额外功能。由以上这些优点可知，研究级联H桥电力电子变压器及其在配电网控制中的应用具有极其重要的理论意义和应用价值。
本文对H桥电力电子变压器各部分的工作原理进行分析研究，并通过分析级联H 型电力电子变压器的工作原理，引入虚拟同步机控制方案，并进行相关参数的设计。最后通过Matlab/Simulink仿真软件验证H桥型电力电子变压器的相关特性以及工作原理。
1.5本文主要工作
级联H桥型电力电子变压器作为一种新型的电力电子变压器，在新能源运用和新型智能电网的建设等方面都有重大意义。本文在学习了大量文献书籍的基础上，针对级联H桥型电力电子变压器的拓扑结构与部分特性展开研究，对H桥电力电子变压器输入级、隔离级和输出级三部分的工作原理进行分析研究，并通过分析级联H型电力电子变压器的工作原理，引入虚拟同步机控制方案并进行相关参数的设计，使得电力电子变压器能够参与电网电压和频率的调节，以提高系统的稳定性。最后通过Matlab/Simulink仿真软件验证H桥型电力电子变压器的工作原理。全文具体章节安排如下：
第一章主要介绍了电力电子变压器的研究背景和发展现状，通过与传统变压器的对比，说明电力电子变压器的优点和对于新型电网的适应性，以说明电力电子变压器具有极其重要的理论意义和应用价值。另外本章还介绍了在电力电子变压器发展的几十年里，国内外研究者提出过的几种具有不同拓扑结构的电力电子变压器，并分别对它们的工作原理和优缺点进行了简单的讲解。本章最后提出了一种具有级联结构的三级型电力电子变压器，并明确了本文的研究对象。
第二章重点介绍了本文采用的级联H桥型电力电子变压器拓扑与数学模型。级联H桥型电力电子变压器的输入级采用级联H桥型整流器，可以显著提高变压器的耐压等级。隔离级采用双向有源桥式DC-DC变换器（DAB），可有效对变压器的功率流动方向与大小进行控制。输出级采用了一种常用的三相逆变器结构。此章节主要介绍了级联H桥型电力电子变压器的主电路拓扑及其数学模型的建立并对变压器的输入
级级联H桥整流器、隔离级DC-DC变换器和输出级三相逆变器三个部分分别的拓扑结构和工作状态进行说明，并在此基础上对级联H桥型电力电子变压器的三个部分的工作原理进行深入分析，明确了不同工作状态下的状态方程，功率分析，并建立等效电路。为后续对电力电子变压器的参数计算提供了必要的前提条件。
第三章是级联H桥型电力电子变压器控制策略。本文针对电力电子变压器的输入级和输出级，引入了一种虚拟同步机控制策略。该种方案可根据微电网电压及频率的变化自动对有功、无功功率进行调节，从而使得PET能够参与电网电压和频率的调节。本文仅适用此种控制策略来提高系统的稳定性，不对该策略的控制原理进行深入研究。
第四章中，本文对级联H桥型电力电子变压器的主电路进行参数设计。主要介绍了级联H桥型电力电子变压器的主电路中部分器件选型及相关推导和计算。主要设计目标是输入级和输出级的两种滤波器相关参数，包含输入级的L型滤波器和输出级的LCL型滤波器以及输入级各H桥整流器单元直流侧并联电容值的选择等。
第五章是对级联H桥型电力电子变压器的仿真验证。根据第四章的计算结果，进行级联H桥型电力电子变压器主电路器件参数选定，并利用MATLAB/Simulink仿真软件搭建了容量为200kV A的级联H桥电力电子变压器的仿真模型。针对高压电网侧输入电压稳定状态以及电压幅值和频率发生扰动的情况分别进行变压器系统的仿真，根据所得波形对级联H桥型电力电子变压器的工作特性以及部分特点进行验证分析。
第2章级联H桥型电力电子变压器拓扑结构原理分析2.1级联H桥型电力电子变压器主电路拓扑结构与原理分析
本文所研究的级联H桥型电力电子变压器拓扑结构如图2-1所示，此种电力电子变压器由输入级隔离级和输出级三部分构成。输入级采用了级联H桥型整流器的拓扑结构，并且在每个H桥单元的直流侧都并联了一个电容C n(n=1,2,3)。多个H桥单元的级联降低了每一个开关管上承受的电压，以此提高了变压器的耐压等级，从而使得电力电子变压器的输入级能够承受高压场合，以达到可以将电力电子变压器直接并入10 kV配电网的目的。除此以外，级联H桥型电力电子变压器还具有易于模块化、可冗余运行等优点。另外如果对电力电子变压器输入级的直流侧和交流测进行一定的控制，就可使输入级电流和电压的相位保持相同以使变压器工作在单位功率因数上，并且可以使输入及电流获得正弦度较好的波形，同时可使输入级直流侧的电压稳定在给定值上。变压器的隔离级采用了一种使用了中频变压器的双向全桥DC/DC变换器，每个全桥变换器输出的直流电经电容C d并联到输出级的直流母线上。隔离级的主要目的是为了实现输入级和输出级直流侧电压的等级变换，电能的传递以及输入级和输出级的电气隔离。直流侧母线电压经隔离级多组双向有源桥DC-DC变换器降压后输出级由三相电压型逆变器和LCL滤波器组成，输出级的直流侧连接隔离级的二次侧，将二次侧的750V直流电转换为380V/50Hz的三相交流电输出，可直接接入微电网进行供电。
图2-1级联H型电力电子变压器主电路拓扑
2.2输入级工作原理
本文主要研究级联H桥型电力电子变压器对输入线电压为10kV的交流电进行整流时的工作情况，由于配电网的电压等级较高，传统的电力电子开关器件的耐压等级因技术条件的限制已经无法满足高压电网的需求。而如果单纯使用二极管或晶闸管等开关器件进行整流，虽然能一定程度上提升变压器的耐压值，但会使输入级的电网侧电压发生畸变而产生大量谐波，从而降低电力电子变压器工作时的功率因数，造成电网传输的电能污染。因此本文采用了由一种单相级联PWM整流模块串联的形式来提高电力电子变压器系统的耐压等级。如图2-2所示为本文采用的级联PWM整流拓扑结构，此处将电力电子变压器的隔离级与逆变级等效为直流侧的等效电阻。该种输入级结构通过对级联模块进行PWM控制，能够使输入级主网侧电流保持为正弦度较好的波形，同时因为电网侧功率因数可调，可以此实现输入级能量的双向流动[20]，并可以有效减小输入级的体积和重量，为整个电力电子变压器系统的运行的灵活性和稳定性打下了基础。
图2-2级联PWM整流拓扑结构图
单相PWM整流桥结构与原理
输入级使用级联H桥型整流器结构，全桥结构的使用可以使输入侧电流波形为正弦波，并使直流侧电压更加稳定。同时通过对功率因数的控制和调整，可以实现能量的双向流动。将数个容量相同和耐压等级相同的全桥模块进行串联，并进行适当的控制，即可使每个全桥模块的直流侧电压相等，从而实现将高压电网侧的电压平均地分配在每个单相全桥变换器上，以达到提高级联H桥型电力电子变压器整体耐压等级的
目的。
级联H 桥型整流结构的每个H 桥都是一个单相全桥，如图2-3所示。
图2-3单相PWM 整流桥拓扑图
图中u s 代表电网电压，L f 代表输入级滤波电感，i s 代表流过电感的主电路电流，这里为了方便说明，将图中的单个PWM 整流器单元中的4个开关管的驱动信号设为S l 到S 4，v s =v sa -v sb 则代表交流侧电压，C 1代表整流器直流侧并联电容，u dcxl 代表直流电容C 1两端的电压，i 1代表输出电流，i Rl 代表流过等效负载的电流，i Cl 表示流过直流侧电容的电流。另外，每个开关管上都反向并联了一个续流二极管，主要功能是用来缓冲开关管导通时产生的无功功率。输入级交流侧串联的电感的主要作用是滤波，目的是用来降低主电网测输入电压发生畸变时在输入级产生的谐波对系统产生的不利影响，以保证输入电流的波形为工频的正弦波。直流侧电容C 1作用是储能与滤波，保证输出电压的稳定性。
接下来本文对单相PWM 整流模块的电压电流的矢量关系进行分析。单相H 桥型整流结构的矢量关系如图2-4所示[21]。
图2-4单相PWM 整流桥矢量图
设电网输入电压为U s ，输入电流为I s ，电压、电流矢量关系如图所示，整流桥交流输入端电压矢量的d 轴分量和q 轴分量分别为：
sq s s sd cos XI U V V -==δ (2-1)
sd sq XI V = (2-2)
由式(2-1)可得无功电流的表达式为：
?δsin )cos ()(s s s sd s sq I X
V U X V U I =-=-= (2-3) 由式(2-2)可得有功电流的表达式为：
X
V X V I δsin s sq
sd == (2-4) 复数功率S 为电压矢量s U 与电流共扼矢量*s
I 的乘积，则由图3中向量关系可得： sq
sd s -jI I I = (2-5) sq
sd *s jI I I += (2-6) 因此复功率可以将上式(2-6)代入推导得其表达式为：
sq
s sd s sq sd s *s s 33)(33I U j I U jI I U I U jQ P S +=+==+= (2-7) 由复功率表达式可得有功功率P 和无功功率Q 的表达式分别为：
X V U X V U I U I U P /sin 3/3cos 33s s sq s s s sd s δ?==== (2-8)
X V V U U I U I U Q /cos 3sin 33s s s s s s sq s ）（??-=== (2-9)
定义?是输入级的功率因数角。易得图中的矢量关系为输入电流s I 滞后于输入电
压S
U 的角度为?角，此时?为正值时，由无功电流的计算公式?sin s sq I I =可得此时无功电流相位滞后且为正值，此时可得无功功率Q 也为正值且同样相位滞后。此时输入级的工作状态为主电网向H 桥整流器输出相位滞后的无功功率。相反的，若s I 超前S U ，则此时在矢量图中s
I 在X 轴的上方，功率因数角?为负值，则由上文提到的计算公式推导易得无功电流sq I 此时为负值且相位超前，同样的无功功率Q 此时也为负，
此时表示主电网向H 桥整流器单元输出相位超前的无功功率，或者说，电网从H 桥整流器处获得相位滞后的无功功率[22]。
当H 桥结构的交流侧输入电压S V 滞后于主网输入电压S
U 时，由矢量关系可得滞后角δ此时也为正，由矢量关系可得有功电流I sd 为正，此时有功功率P 由计算可得也为正，此种状态表示主电网向H 桥整流器输出有功功率，电网电压经H 桥整流结构将交流电变为直流电输出，此时输入级H 桥结构工作于整流状态。当H 桥结构的
交流侧输入电压S V 超前于主网侧输入电压S
U 时，即滞后角δ为负时，有功电流I sd 为负，计算可得有功功率P 也为负，此种工作状态表明主电网此时向H 桥结构输入有功功率，即H 桥结构将直流电变为交流电输送回主电网，H 桥结构此时起到逆变的作用。
除此以外，当交流侧输入电压S
V 较大，由矢量关系易知此时s S U V >δcos ，由此可得I sq 为负值，且相位超前，无功功率Q 也为负，此时主电网向H 桥结构输出相位超前
的无功电流和无功功率。当电压S V 较小，以致s
S U V <δcos 时，此时sq I 为相位滞后的正值，无功功率Q 也同样为正，即此时电网从H 桥输入相位超前的无功电流和无功
功率，或者说电网向H 桥输出相位滞后的无功电流和无功功率。由于S U 和S
V 它们之间的有功电流I sd 和有功功率P 总是从相位超前的点流向相位滞后的点，而感性无功电流I sq 和感性无功功率Q 总是从电压高的点流向电压低的点。由以上矢量关系分析
可知，通过改变交流侧输入电压S V 的大小和S V 相对于S
U 的相位角δ，即可对输入电流的两个分量I sd 、I sq 的大小和方向进行控制，进而控制有功功率P 的大小和方向。在负载阻抗一定的情况下，输出侧的直流电压U dcx1的大小取决于有功功率P 与等效负载消耗的功率P R 之间的平衡关系，增大有功功率P ，U dcx1自然升高；反之，若减小有功功率，则U dcx1降低，在负载保持不变情况下，保持有功功率P 恒定，U dcx1也会保持不变。由此可得，通过调节有功功率P 的大小也就能控制电压U dcx1。因此，只要能对H 桥的四个IGBT 进行适当的控制，就能实现控制H 桥结构交流侧电压V s 的大小和相位并以此实现保持输入级整流器在单位功率因数下工作。
接下来，本文通过研究单个全桥PWM 整流器的工作过程来分析输入级单相级联H 桥型PWM 整流器的工作原理，本文每个PWM 整流模块工作时，根据各开关管导通状态的不同，存在有如图2-5所示的六种工作状态交替出现，且各种工作状态对应的整流器直流侧输出电压的幅值共存在±u dcx1和0三种情况，由图中电流回路可知：整流器运行于状态(a)与(d)时，变流器交流侧输出电压为-u dcx1；运行于状态(b)与(e)下时，变流器交流侧输出电压为0；运行于状态(c)与(f)下时，变流器交流侧输出电压为+u dcx1。
S 1 S 1
图2-5级联PWM 整流器子模块工作模态图
为了便于输入级工作于整流状态时的模型分析，可以将单个H 桥模块简化成如图2-6所示的开关模型，定义开关函数为：
???=0
11L S (1:左上桥臂导通 0:左下桥臂导通) ???=0
11R S (1:右上桥臂导通 0:右下桥臂导通) 由图2-5所示的单相PWM 整流模块的六种工作状态可得整流器模块交流侧输入电压和直流侧输出电压存在如下关系：
v s =(S L 1-S R 1)u dcxi
根据基尔霍夫电压定律和基尔霍夫电流定律可得单个的级联型PWM 整流器模块在静止坐标系下存在如式(2-10)所示的状态方程：
??
???-
-=--=R u i S S dt du C u S S u dt di L s R L R L s s dcx1
11dcxi dcx111)()( (2-10)
图2-6级联PWM 整流器子模块简化结构图
根据式(2-10)的整流器状态方程，我们可进一步将输入级的级联H 桥型PWM 整流器转换为如图2-7所示的等效数学模型，其中
u s ，i s 是电网侧输入电压和电流，L f 是输入级交流侧的滤波电感，S Li 、S Ri (i =1、2、3)分别为第i 级整流模块左桥臂和右桥臂的IGBT 开关函数，C i (i =1、2、3)是第i 级整流模块直流侧的电容值，u dcxi (i =1、2、
3)是第i 级整流模块直流侧的电压值，R i (i =1、2、3)是第i 级整流模块所对应的隔离级等效到输入级直流侧的等效负载值。由此数学模型我们能更清晰地理解输入级的工作原理与开关管导通状态之间的关系。
图2-7单相级联PWM 整流器数学模型图
2.3隔离级结构与原理
本文的隔离级采用了一种双向有源桥式(DAB)DC-DC变换器结构，配合输入级的级联结构使用了三个相同的隔离式双向DAB单元并联组成隔离级结构。每个DAB单元由中频变压器、耦合电感L以及输入级输出级的两个H桥单元构成，其主要作用是实现输入级整流器和输出级逆变器之间的电压等级变换、功率传输、电气隔离等功能。
带变压器的双向有源桥式DC-DC变换器得原边和副边由两组独立的变换器构成。如果只需要功率由原边向副边传递时，只需要在原边使用4个开关管，而副边可使用功率二极管替代开关管，而原边的开关功率管的导通与关闭是由控制回路产生的开关信号来进行控制的。但本文研究的级联H桥型电力电子变压器具备使功率双向流动的功能，因此隔离级的原副边都需要使用开关功率管，且原边和副边的所有开关管的导通和关断都需要由控制电路产生的触发信号进行控制。
隔离级的原边和副边采用完全相同的全桥结构，即每个DAB单元都是由两个单相全桥变换器与中频变压器组成。输入级首先将交流输入电压整流成稳定的直流然后，DAB变换器将直流电压信号通过中频变压器耦合到二次线圈侧，通过逆变器再逆变成交流电压并输出给微电网，完成对电压信号的传递和降压。结构中采用的中频变压器也使得输入端的高压与输出端的低压实现了电气隔离，在实现降压功能的同时也保障了电路的安全。综上所述，隔离级拓扑结构中的中频变压器具有两个主要作用：一是实现原边输入级系统和副边输出级系统的电气隔离，二是实现电压等级的变换。
u m
图2-8隔离级拓扑结构
隔离级的拓扑结构如图2-8所示。图中，u dcx1，u dc1分别表示第一个DAB变换器单元中输入侧和输出侧电压，i p、i m分别表示通过中频变压器的原、副边的电流，u p、u m分别表示中频变压器原、副边H桥输出电压，K=n1:n2表示中频变压器的原、副边的变比，T1~T4为原边IGBT功率开关管，T5~T8为副边IGBT功率开关管，且原、副边所有功率管的开关频率相同且对角开关管同时导通，使得输出电压为占空比为50%的方波电压，C1、C d分别表示DAB变换器输入、输出电容。
DAB变换器常用的控制方式是移相控制，基本原理是通过调节高压侧与低压侧H 桥模块驱动信号之间的移相角，来控制直流输出电压，以及功率的大小与方向。传统的移相调制优点有：工作原理简单，具有实现开关器件零电压开关(Zero-V oltage Switching ZVS)的可能性。而移相控制的缺点在于这种控制方法发存在较大的功率回流，且在变换器轻载时不易实现开关器件的软开关；为了解决这一问题，诸多研究者都对此种控制方法进行了研究，因而衍生出了PWM加移相调制的多种扩展移相调制方法，它们的一个共同点是这些调制方法都增加了可控的变量：如高压侧与低压侧H 桥模块的占空比，以及变换器的开关频率等。现在常用的移相调制通常可分为单极性和双极性移相控制两种。单极性移相控制的特点是：中频变压器原边或副边H桥的左右桥臂之间不存在移相，但两个H桥之间存在的移相角度，其控制方式如图2-9(a)所示。双极性移相控制的特点是：中频变压器原边或副边H桥的左右桥臂之间和原、副边两个H桥之间均存在移相角度?，其中原或副边H桥的左右桥臂之间的移相角分别表示为d1T s/2、d2T s/2，?表示两个H桥之间的移相角度，其控制方式如图2-9(b)所示。由于双极性控制方式比较复杂，本文为了简化直流环节的控制设计，采用了单级性移相控制方式。
图2-9 两种DAB移相调制
DAB变换器工作原理如下：本文以单个DAB变换器模块正向传输功率时的工作状态为例，即u p的相位超前u m的相位的情况进行分析，通过中频变压器原、副边两个H桥之间的移相角度来控制DAB变换器输出功率的流动方向和大小。假设移相角为开关管T1超前T5的驱动信号，则DAB变换器的工作状态波形如图2-10所示。
摘要：详细介绍了一个带有中间抽头高频大功率变压器设计过程和计算方法，以及要注意问题。根据开关电源变换器性能指标设计出变压器经过在实际电路中测试和验证，效率高、干扰小，表现了优良电气特性。关键词：开关电源变压器；磁芯选择；磁感应强度；趋肤效应；中间抽头 0 引言 随着电子技术和信息技术飞速发展，开关电源SMPS(switch mode power supply)作为各种电子设备、信息设备电源部分，更加要求效率高、成本小、体积小、重量轻、具有可移动性和能够模块化。变压器作为开关电源必不可少磁性元件，对其进行合理优化设计显得非常重要。在高频开关电源设计中，真止难以把握是磁路部分设计，开关电源变压器作为磁路部分核心元件，不但需要满足上述要求，还要求它性能高，对外界干扰小。由于它复杂性，对其设计一、两次往往不容易成功，一般需要多次计算和反复试验。因此，要提高设计效果，设汁者必须有较高理论知识和丰富实践经验。 1 开关电源变换器性能指标 开关电源变换器部分原理图如图1所示。 https://www.doczj.com/doc/a26527171.html,提示请看下图: 其主要技术参数如下： 电路形式半桥式； 整流形式全波整流； 工作频率 f=38kHz； 变换器输入直流电压 Ui=310V； 变换器输出直流电压 Ub=14.7V； 输出电流 Io=25A； 工作脉冲占空度 D=0.25～O.85； 转换效率η≥85％； 变压器允许温升△τ=50℃； 变换器散热方式风冷； 工作环境温度t=45℃～85℃。 2 变压器磁芯选择以及工作磁感应强度确定 2.1 变压器磁芯选择 目前，高频开关电源变压器所用磁芯材料一般有铁氧体、坡莫合金材料、非晶合金和超微晶材料。这些材料中，坡莫合金价格最高，从降低电源产品成本方面来考虑不宜采用。非晶合金和超微晶材料饱和磁感应
作者简介：晏阳(1988- )，男，硕士研究生，研究方向为电力电子技术在电力系统中的应用。 电力电子变压器理论研究综述 摘 要：介绍了目前国内外电力电子变压器的研究概况，对电力电子变压器发展过程中出现的斩 控式电力电子变压器、交-交-交型电力电子变压器、反激型电力电子变压器、双PWM 变换型电力电子变压器几种典型的设计构想进行了梳理，并且给出了相应的主电路拓扑。通过分析电力电子技术在电力电子变压器研究领域的相关理论及其应用，阐述各种拓扑的优缺点，并给出了主要的研究方向和发展趋势。 关键词：电力电子变压器；电力电子技术；电能质量中图分类号：TM401+.1 文献标识码：A 文章编号：1007-3175(2012)03-0005-04 晏阳 (东南大学 电气工程学院，江苏 南京 210096) Abstract: Introduction was made to the present research survey of power electronic transformers at home and abroad. This paper hackled several typical design schemes such as chop-controlled power electronic transformer, AC-AC power electronic transformer, flyback power electronic transformer and double PWM power electronic transformer and gave the corresponding main circuit topolo-gy. Via analysis to the relevant theory and its application of power electronic technology in power electronic transformer field, this paper expatiated on advantages and disadvantages of various topologies and summarized the main research direction and developing trend of power electronic transformers. Key words: power electronic transformer; power electronic technology; quality of power supply YAN Yang （School of Electrical Engineering, Southeast University, Nanjing 210096, China ） Research Summary of Power Electronic Transformer Theory 0 引言 电力电子变压器(power electronic trans-former，PET)，又称固态变压器(solid trans-former)，是一种通过电力电子技术实现电力系统电压变换和能量传递的新型变压器。相对于传统变压器而言，电力电子变压器具有如下优点[1]：(1)体积小，重量轻，环境污染小；(2)运行时二次侧输出电压幅值恒定，不随负载变化，且平滑可调；(3)一次、二次侧电压为正弦波形，功率因数可调；(4)一次、二次侧电压、电流和功率均高度可控[2]；(5)本身具有断路器的功能，无需传统的变压器继电保护装置。电力电子变压器是集电力电子、电力系统、计算机、数字信号处理以及自动控制理论等领域为一体的电力系统前沿研 究课题，也是解决电能质量问题，建设“绿色电网”、“数字电网”的可行途径之一。目前在国内外，都有很多相关的研究和开发。 在电力电子变压器的设计和研发中，大规模的电力电子器件以及相应的电力电子变流技术得到了广泛的应用。本文总结电力电子变压器研究的发展历史及主要的电路拓扑，并分析各个拓扑的电路原理和应用情况。 1 国内外研究现状 电力电子变压器起源于美国。通用电气公司的W.McMurray于1970年在一份专利中首先提出了基于AC/AC变换电路的电力电子变压器[3]。在随后的发展过程中，科研人员提出了传统AC/AC变换、buck 变换、AC/DC/AC变换等多个研究课题，并取得了一
配电系统电力电子变压器的研究 作者：佚名转贴自：电力安全论坛点击数： 35 更新时间：2008-7-28 配电系统电力电子变压器的研究 方华亮，黄贻煜，X澍，陆继明，毛承雄 (华中科技大学电气与电子工程学院，XX430074) 摘要: 供电可靠性及电能质量一直是用户和供电部门密切关注的问题。在电网中，变压器是电能转换的最基本的元件，但常规变压器难以对供电可靠性的提高和电能质量的改善作出贡献。本文介绍了一种全新的产品－电力电子变压器，它具有提高供电可靠性、改善电能质量并且体积小、重量轻、环保效果好等一系列优点，可以较好地解决这些问题。在对电力电子变压器现有方案进行分析的基础上，本文提出了一种新的实现方案，计算机仿真结果表明：变压器原方可以实现输入电流波形为正弦和功率因数接近于1，变压器副方可以获得良好的输出电压、电流。 关键词: 电力电子变压器; 高频变压器; 供电可靠性; 电能质量; 脉宽调制 1引言 当今社会经济的快速发展，使得人们对供电可靠性以及改善电能质量提出了越来越高的要求。如果一个供电系统的可靠性不能保证，停电不只是给供电企业带来损失，给用户将造成更大的经济损失。就电能质量而言，一种频率、电压、波形的电能已远远不能满足用户要求，经过变换处理后再供用户使用的电能占全国总发电量的百分比比值的高低，已成为衡量一个国家技术进步的主要标志之一。如在美国，2000年末，发电厂生产的40%以上的电能都是经变换和处理后再供负载使用，预计到21世纪二、三十年代，美国发电站生产的全部电能都将经变换和处理后再供负载使用。 如何更进一步提高供电可靠性和改善电能质量已成为供电部门十分重视和不断努力解决的问题，在供电系统中，变压器是实现电能转换的最基本、最重要的元件之一，对供电可靠性和电能质量有着重大的影响。目前广泛使用的配电系统变压器通常是采用铁芯油浸式，其运行可靠和效率较高；但同时，也存在以下一些不足之处［1］： ·不能维持副方电压恒定； ·铁芯饱和时，会造成电压电流的波形畸变，产生谐波； ·原副方电压、电流紧密耦合，负荷侧的波动会影响到电网侧； ·需装备继电保护装置； ·体积大，笨重； ·矿物油会带来环境问题，且不易维护； 基于以上常规变压器的一些不足之处，如何进一步提高变压器的功能、改善其运行特性以更好的发挥其在供电系统中的作用，从而实现进一步提高供电可靠性、改善电能质量的愿望，是一个十分值得我们深入研究的课题。目前随着电力电子变流技术和大功率电力电子器件的迅速发展，以及在电力系统中的应用日益广泛，所有的这些为我们研制新型变压器奠定了很好的基础。我们要研制的新型变压器主要是采用电力电子技术实现的，我们称之为电力电子变压器。 对电力电子变压器的研究，国内在这方面还基本上未开展，国外在十多年前就已提出了这个概念。首先是美国海军的一个研究计划，提出了一种“交流－交流”的降压变换器构成的电力电子变压器；在这之后，由美国电力科学研究院(EPRI)赞助的一个研究项目
现代电力电子技术的发展 浙江大学电气工程学院电气工程及其自动化992班马玥 (浙江杭州310027 E-mail: yeair@https://www.doczj.com/doc/a26527171.html,学号:3991001053 摘要:本文简要回顾电力电子技术的发展,阐述了现代电力电子技术发展的趋势,论述了走向信息时代的电力电子技术和器件的创新、应用,将对我国工业尤其是信息产业领域形成巨大的生产力,从而推动国民经济高速、高效可持续发展。 关键词:现代电力电子技术;应用;发展趋势 The Development of Modern Power Electronics Technique Ma Yue Electrical Engineering College. Zhejiang University. Hangzhou 310027, China E-mail: yeair@https://www.doczj.com/doc/a26527171.html, Abstract: This paper reviews the development of power electronics technique, as well as its current situation and anticipated trend of development. Keywords: modern power electronics technique, application, development trend. 1、概述 自本世纪五十年代未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臵,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。
电力电子变压器简介 编者按：电力电子变压器是一种有发展前途的电力电子设备。它与目前使用的铁芯铜线变压器，有明显的优点，特别是耐高压（15kV）的碳化硅器件的成熟会给电力电子变压器的发展带来新的机遇。它是未来智能电网的得利电力电子设备。作为一种新型的电力变压器，得到了国内外研究人员越来越多的关注。 此外，电力电子变压器能否将电压变换与电能质量调控结合一起解决？如一条轧钢生产线使用的变压器，采用电力电子变压器，可以即变压，又能实现电能质量调控，能否有可能？我公司已开发成功的‘’27.5k V转10k V‘’装置也是一种电力电子变压器。轻型直流输电系统也可兼有电力电子变压器功能。可见，公司已具备生产电力电子变压器的能力。 根据现有资料选编成“电力电子变压器简介”一文。文中内容不一定十分准确，供公司开发新产品参考。 王春岩2010.10.22 1、定义 电力电子变压器，又称为固态变压器——P E T ( P o w e r E l e c t r o n i c T r a n s f o r m e r )，也有称为EPT。 电力电子变压器是一种含有电力电子变换器，且通过高频变压器实现磁耦合的变电装置，它通过电力电子变换技术和高频变压器实现电力系统中的电压变换和能量传递。 2、电子电力变压器的基本组成和工作原理 2、1 基本组成（以单相为例）
基本组成见图2.1 2、2 直接、AC/AC变换的电力电子变压器（以单为例） 2、3 含直流环节的PET
2、4 单相含直流PET的电路结构 2、5 用于风电、光电和小水电单相并网PET 图2.5用于风电、光电和小水电单相并网PET 3、电力电子变压器优点和缺点： 3、1 优点 1）．体积小，重量轻，无环境污染； 2）．运行时可保持副方输出电压幅值恒定，不随负载变化； 3）．始终保证原、副方电压电流为正弦波形，并且原、副方功率因数任意可调；4）．具有高度可控性，变压器原副方电压、电流的幅值和相位均可控：
1 引言 1.1 变压器的概述 变压器是一种电能转换装置，它将相同的频率，不同的电压和电流实现能量传递。它由一个软铁片制成的铁芯和围绕着铁芯的绝缘铜线或铝线绕组所成，变压器的应用非常广泛。电力系统中在向远方传输电力时，为了减少线路上的电能损失和增加输送容量，需要升高电压；为了满足用户用电的要求，又需要降低电压，这就需要电力变压器。变压器设计过程中，为了更好的优化其参数、性能指标，对其进行初期的仿真研究很有意义[1]。 变压器虽然种类繁多、品种庞杂，但其最主要品种则为电力变压器。变压器的用途也比较广泛，随着新一轮的电力投资热潮来临，输变电设备制造企业在未来几年都将处于满负荷状态，呈现产销两旺、十分景气的局面。而作为输配电行业一个重要分支的变压器制造业更是一路高歌。由于中国西电东送，南北互供，全国联网的实施，变压器需求仍将保持平稳增长的态势[2]。 国内变压器行业通过引进国外先进技术，使变压器产品品种、水平及高电压变压器容量都有了大幅提高。国内企业生产的变压器品种包括超高压变压器、换流变压器、全密封式变压器、环氧树脂干式变压器、卷铁心变压器、组合式变压器。此外随着新材料、新工艺的不断应用，国内各变压器制造企业还不断研制和开发出各种结构形式的变压器[3]。 1.2 电力电子技术的概述 20世纪60年代发展起来的电力电子技术，使电能可以变换和控制，产生了现代各种高效、节能的新型电源和交直流调速装置，为工业生产，交通运输，楼宇、办公、家庭自化提供了现代化的高新技术，提高了生产效率和人们的生活质量，使人类社会生产、生活发生了巨大变化。随着新型电力电子器件的研究和开发以及先进控制技术的发展，电力电子的性能也不断优化和提高，这种变化的影响将越来越大[4]。 电力电子技术综合了电子电路、电机拖动、自动控制理论、微机原理和应用等多学科的知识，并且是两门实践性和应用性很强的课程。由于电力电子器件自身的开关非线性，给电力电子电路和系统的分析带来了一定的复杂性和困难，一
现代电力电子技术发展及其应用 摘要：电力电子技术是研究采用电力电子器件实现对电能的控制和变换的科学，是介于电气工程三大主要领域——电力、电子和控制之间的交叉学科，在电力、工业、交通、航空航天等领域具有广泛的应用。电力电子技术的应用已经深入到工业生产和社会生活的各个方面，成为传统产业和高新技术领域不可缺少的关键技术，可以有效地节约能源。 一、引言 自上世纪五十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控制技术舞台，标志着电力电子技术的诞生。究竟什么是电力电子技术呢？电力电子技术就是采用功率半导体器件对电能进行转换、控制和优化利用的技术，它广泛应用于电力、电气自动化及各种电源系统等工业生产和民用部门。它是介于电力、电子和控制三大领域之间的交叉学科。目前，电力电子技术的应用已遍及电力、汽车、现代通信、机械、石化、纺织、家用电器、灯光照明、冶金、铁路、医疗设备、航空、航海等领域。进入21世纪，随着新的理论、器件、技术的不断出现，特别是与微控制器技术的日益融合，电力电子技术的应用领域也必将不断地得以拓展，随之而来的必将是智能电力电子时代。 二、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、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
电力电子技术在变压器中的应用 近几十年来，随着科学技术的不断进步，电力电子技术已快速成为一门独立的完善的学科。它作为集电路技术、功率半导体器件、现代控制技术、计算机技术于一身的技术平台，已慢慢渗入国民經济发展的各个领域。本文就主要探讨电子电力技术在变压器中的应用，从实例中反映电子电力技术广泛的应用前景。 标签：电力电子技术；变压器；应用 新世纪电力电子技术不断提升，尤其是微电子技术的革新，使得电力电子技术的世界日新月异，带动许多关键技术引领尖端科学技术的潮流。电力电子技术发展迅猛，应用能力广泛，与其他学科的交叉应用性强，是目前颇具焦点性的一个专业领域。 通过半导体器件、计算机科技、电路科技、控制智能科技等等平台构成电力电子技术，通过将近五十年时间的发展，其已经不断融入生活、工作的方方面面，在新世纪中伴随电力电子技术新的理论、实践应用发展，成为了关键性的技术。目前，电力电子技术相关的研究，在国际上仍处于较为初级的阶段，虽然为我们带来了巨大的便利，但其仍有许许多多方面的理论和实际应用有待人们的开发与研究，相信在不久的将来，电力电子技术将成为我们生活中不可或缺的一部分。 本文基于电力电子技术在变压器中的应用，通过其相关的理论与原理的阐述，设计电力电子变压器的仿真，致力于提升电力质量，实现电力电子变压器的优越性。 1 相关定义与原理 1.1 电力电子变压器定义 电力电子变压器，又叫做固态、柔性变压器，通过对目前在用的电力电子变压器进行结构研究，可以阐述为电力电子变压器是一种将带有电力特性的能量向另一种带有电力特性的能量进行转变的设备，而上述的两种能量具有不同的频率、相位等等特征。 1.2 电力电子变压器原理 电力电子变压器通过两种不同的功率变换器实现变频，属于交-交式的转化。它的工作原理主要是将一种电压，经过一定的转换器，变换为另一种交流的电压，利用高频电压进行耦合，经变换器转换为所需电压。其可以利用增强变压器的功率实现体积的缩小。运用目前的电力电子技术以及合理的工作技术，实现高频交流电的”制造”，再利用电压器进行电压的交互，实现工频交流电的”制造”，减少、减轻变压器的体积，如此往返，即为电力电子变压器的工作原理。
现代电力电子技术的发展、现状与未来展 望综述
课程报告 现代电力电子技术的发展、现状与 未来展望综述 学院：电气工程学院 姓名： ********* 学号: 14********* 专业： ***************** 指导教师： *******老师 0 引言
电力电子技术就是使用电力半导体器件对电能进行变换和控制的技术，它是综合了电子技术、控制技术和电力技术而发展起来的应用性很强的新兴学科。随着经济技术水平的不断提高，电能的应用已经普及到社会生产和生活的方方面面，现代电力电子技术无论对传统工业的改造还是对高新技术产业的发展都有着至关重要的作用，它涉及的应用领域包括国民经济的各个工业部门。毫无疑问，电力电子技术将成为21世纪的重要关键技术之一。 1 电力电子技术的发展［1］ 电力电子技术包含电力电子器件制造技术和变流技术两个分支，电力电子器件的制造技术是电力电子技术的基础。电力电子器件的发展对电力电子技术的发展起着决定性的作用，电力电子技术的发展史是以电力电子器件的发展史为纲的。 1.1半控型器件（第一代电力电子器件） 上世纪50年代，美国通用电气公司发明了世界上第一只硅晶闸管(SCR)，标志着电力电子技术的诞生。此后，晶闸管得到了迅速发展，器件容量越来越大，性能得到不断提高，并产生了各种晶闸管派生器件，如快速晶闸管、逆导晶闸管、双向晶闸管、光控晶闸管等。但是，晶闸管作为半控型器件，只能通过门极控制器开通，不能控制其关断，要关断器件必须通过强迫换相电路，从而使整个装置体积增加，复杂程度提高，效率降低。另外，晶闸管为双极型器件，有少子存储效应，所以工作频率低，一般低于400 Hz。由于以上这些原因，使得晶闸管的应用受到很大限制。 1.2全控型器件（第二代电力电气器件） 随着半导体技术的不断突破及实际需求的发展，从上世纪70年代后期开始，以门极可关断晶闸管（GTO）、电力双极晶体管（BJT）和电力场效应晶体管（Power-MOSFET）为代表的全控型器件迅速发展。全控型器件的特点是，通过对门极（基极、栅极）的控制既可使其开通又可使其关断。此外，这些器件的开关速度普遍高于晶闸管，可用于开关频率较高的电路。这些优点使电力电子技术的面貌焕然一新，把电力电子技术推进到一个新的发展阶段。 1.3电力电子器件的新发展 为了解决MSOFET在高压下存在的导通电阻大的问题，RCA公司和GE公司于1982年开发出了绝缘栅双极晶体管（IGBT）,并于1986年开始正式生产并逐渐系列化。IGBT是MOS?FET和BJT得复合，它把MOSFET驱动功率小、开关速度快的优点和BJT通态压降小、载流能力大的优点集于一身，性能十分优越，使之很快成为现代电力电子技术的主导器件。与IGBT 相对应，MOS 控制晶闸管(MCT)和集成门极换流晶闸管（IGCT）都是MOSFET和GTO的复合，它们都综合
电力电子应用课程设计 课题：50W三绕组复位正激变换器设计 班级电气学号 姓名 专业电气工程及其自动化 系别电气工程系 指导教师 淮阴工学院 电气工程系 2015年5月
一、设计目的 通过本课题的分析设计，可以加深学生对间接的直流变流电路基本环节的认识和理解，并且对隔离的DC/DC电路的优缺点有一定的认识。要求学生掌握单端正激变换器的脉冲变压器工作特性，了解其复位方式，掌握三绕组复位的基本原理，并学会分析该电路的各种工作模态，及开关管、整流二极管的电压电流参数设计和选取，掌握脉冲变压器的设计和基本的绕制方法，熟悉变换器中直流滤波电感的计算和绕制，建立硬件电路并进行开关调试。 需要熟悉基于集成PWM芯片的DCDC变换器的控制方法，并学会计算PWM控制电路的关键参数。输入：36～75Vdc，输出：10Vdc/5A 二、设计任务 1、分析三绕组复位正激变换器工作原理，深入分析功率电路中各点的电压 波形和各支路的电流波形； 2、根据输入输出的参数指标，计算功率电路中半导体器件电压电流等级， 并给出所选器件的型号，设计变换器的脉冲变压器、输出滤波电感及滤波电容。 3、给出控制电路的设计方案，能够输出频率和占空比可调的脉冲源。 4、应用protel软件作出线路图，建立硬件电路并调试。 三、总体设计 3.1 开关电源的发展 开关电源被誉为高效节能电源，代表着稳压电源的发展方向，现已成为稳压电源的主流产品。 开关电源分为DC/DC和AC/DC两大类。前者输出质量较高的直流电，后者输出质量较高的交流电。开关电源的核心是电力电子变换器。按转换电能的种类，可分为直流-直流变换器（DC/DC变换器），是将一种直流电能转换成另一种或多种直流电能的变换器；逆变器，是将直流电能转换成另一种或多种直流电能的变换器；整流器是将交流电转换成直流电的电能变换器和交交变频器四种。 开关电源的高频化是电源技术发展的创新技术，高频化带来的效益是使开关电源装置空前的小型化，并使开关电源进入更广泛的领域，特别是在高新技术领
#科普园地# 电力电子变压器及其发展综述 Summary of Development of Power Electronic Transformer 潘诗锋,赵剑锋 (东南大学电气系,江苏南京210096) 摘要:介绍了电力电子变压器的优点、工作原理、目前研究状况。指出了用电力电子变压器解决电能质量问题是今后 的发展趋势,拓宽了电力电子变压器的应用场合,使得其不但可以使用在对能量转换装置的体积、重量有特殊要求的场 合,如航海、航空、航天等领域,还可以为电能质量敏感负荷供电。它是建设/绿色电网0/数字电网0的关键设备之一,对 其进行研制和使用可取得巨大的经济和社会效益。 关键词:电力电子变压器;电能质量;绿色电网;数字电网 中图分类号:TM41文献标识码:E文章编号:1009-0665(2003)06-0052-03 收稿日期: 2003-06-28 传统的电力变压器具有制作工艺简单、可靠性高 等优点,在电网中得到广泛应用。但是,它的缺点也十 分明显,如体积、重量、空载损耗大;过载时易导致输出 电压下降、产生谐波;负载侧发生故障时,不能隔离故 障,从而导致故障扩大;带非线性负荷时,畸变电流通 过变压器耦合进入电网,造成对电网的污染;电源侧电 压受到干扰时,又会传递到负载侧,导致对敏感负荷的 影响;使用绝缘油造成环境污染;需要配套的保护设备 对其进行保护[1]。 作为一种新型的能量转换设备,与传统的变压器 相比,电力电子变压器具有体积小、重量轻、空载损耗 小、不需要绝缘油等优点。它是集电力电子、电力系 统、计算机、数字信号处理以及自动控制理论等领域为 一体的电力系统前沿研究课题,通过电力电子器件和 电力电子变流技术,对能量进行转换与控制,以替代传 统的电力变压器。 研究电力电子变压器的初衷是为了降低传统变压 器的体积和重量。因为,变压器的体积和重量与它的运 行频率成反比,借助于电力电子技术提高其变换频率, 就可减小体积和重量。美国海军于20世纪70年代末 至80年代初,首先对其进行了研究[2],美国电科院于 1995年也进行了相关研究[3]。以上2个项目研究,试验 样机都不实用,因为它们采用的是降压型变换器 (Buck),不能很好地抑制输入的谐波电流,而且变压器 输入和输出是不隔离的[1]。20世纪90年代末,美国密 苏里大学在ABB和爱默生公司资助下对电力电子变压 器进行了研究,完成了10 kV A,7 200 V/240 V的实验 样机,但仅实现了基本的电压变换功能和对输入的功率 因数控制。另外,设计时为减小对开关器件的应力,输
电力电子变压器研究综述 李璟 摘要：电力电子变压器(PET ) 是一种采用电力电子变换器和高频开关变压器的电能传输装置。首先，介绍了电PET 的基本工作原理及其研究现状。其次，介绍了发展过程中出现的几种典型拓扑结构。再次，对PET 的控制方法进行了总结。最后，对将来PET 的应用及发展做出了展望。 关键词：电力电子变压器 电力系统 控制 拓扑 0 引言 PET 除了具有传统电力变压器电能变换与传输功能外，其突出优点在于体积小、重量轻，通过变压器原、副方电压源变换器对其交流侧电压幅值和相位的实时控制，可以实现变压器原、副方电压、电流和功率的灵活调节，在暂态过程中控制性能良好，本身具有断路器的功能，无需传统的变压器继电保护装置等[1~3]。因此PET 具备解决电力系统相关问题的潜力，应用前景广阔。随着电力系统朝着智能电网不断发展，PET 也受到越来越多的专家学者的关注。 1 PET 基本工作原理 电力电子变压器是一种将电力电子变换技术和基于电磁感应原理的电能变换技术相结合,实现将一种电力特征的的电能转变为另一种电力特征的电能的静止电气设备。[4]上述电力特征包括电压或者电流的幅值、相位、相序、波形、频率和相数等。它的主要功能包括变压、变流、电气隔离、能量传递和电能控制。 在结构上,电力电子变压器主要包括两个部分:高频变压器和电力电子变换器。电源接到一次侧时,电力电子变换器1将输入的工频交流电变换成高频交流电,高频交流电经高频变压器耦合后与这电力电子变换器2相连接,通过电力电子变换器2输出到负载上。 图1 电力电子变压器中电力电子变换器的主要功能是实现电压或者电流的频率控制、相位控制和谐波控制；电力电子变压器中的高频变压器主要功能是电压等级的变换和电气隔离。变压器容量S 可以表示为下式： m e c B A A J f K S ******=22.2 (1) 式中K 为铜导线饱和因数；f 为励磁频率（Hz ）；c A 、e A 分别表示为铁芯和绕组导线面积（m 2）；J 为导体中的电流密度（2 /m A ）；m B 为最大磁通密度(T)。可见在其他条件相同的情况下，f 与e c A A *成反比，因此高频变压器体积远小于同容量的工频变压器。[5]
现代电力电子技术
现代电力电子技术二、主观题(共12道小题) (主观题请按照题目，离线完成，完成后纸质上交学习中心，记录成绩。在线只需提交客观题答案。) 11. 电力电子技术的研究内容？ 12. 电力电子技术的分支？ 13. 电力变换的基本类型？ 14. 电力电子系统的基本结构及特点？ 15. 电力电子的发展历史及其特点？ 16. 电力电子技术的典型应用领域？ 17. 电力电子器件的分类方式？ 18. 晶闸管的基本结构及通断条件是什么？ 19. 维持晶闸管导通的条件是什么？ 20. 对同一晶闸管，维持电流I H与擎住电流IL在数值大小上有I L______I H。 21. 整流电路的主要分类方式？ 22. 单相全控桥式整流大电感负载电路中，晶闸管的导通角θ=________。
现代电力电子技术二、主观题(共12道小题) 11. 电力电子技术的研究内容？ 参考答案：主要包括电力电子器件、功率变换主电路和控制电路。 12. 电力电子技术的分支？ 参考答案：电力学、电子学、材料学和控制理论等。 13. 电力变换的基本类型？ 参考答案： 包括四种变换类型：（１）整流ＡＣ－ＤＣ （２）逆变ＤＣ－ＡＣ （３）斩波ＤＣ－ＤＣ （４）交交电力变换ＡＣ－ＡＣ 14. 电力电子系统的基本结构及特点？ 参考答案： 电力电子系统包括功率变换主电路和控制电路，功率变换主电路是属于电路变换的强电电路，控制电路是弱电电路，两者在控制理论的支持下实现接口，从而获得期望性能指标的输出电能。'
15. 电力电子的发展历史及其特点？ 参考答案：主要包括史前期、晶闸管时代、全控型器件时代和复合型时代进行介绍，并说明电力电子技术的未来发展趋势 16. 电力电子技术的典型应用领域？ 参考答案：介绍一般工业、交通运输、电力系统、家用电器和新能源开发几个方面进行介绍，要说明电力电子技术应用的主要特征。 17. 电力电子器件的分类方式？ 参考答案： 电力电子器件的分类 （１）从门极驱动特性可以分为：电压型和电流型 （２）从载流特性可以分为：单极型、双极型和复合型 （３）从门极控制特性可以分为：不可控、半控及全控型 18. 晶闸管的基本结构及通断条件是什么？ 参考答案：晶闸管由四层半导体结构组成，是个半控型电力电子器件，导通条件：承受正向阳极电压及门极施加正的触发信号。关断条件：流过晶闸管的电流降低到维持电流以下。 19. 维持晶闸管导通的条件是什么？ 参考答案：流过晶闸管的电流大于维持电流。 20. 对同一晶闸管，维持电流I H与擎住电流IL在数值大小上有I L______I H。 参考答案：I L__〉____I H 21. 整流电路的主要分类方式？ 参考答案： 按组成的器件可分为不可控（二极管）、半控（SCR)、全控(全控器件）三种； 按电路结构可分为桥式电路和半波电路； 按交流输入相数分为单相电路和三相电路。
电力电子变压器原理、现状、应用场合 介绍
电力电子变压器介绍 0、前言 电力电子变压器(Power Electronic Transformer 简称PET)作为一种新型的能量转换设备，与传统的变压器相比，具有体积小、重量轻、空载损耗小、不需要绝缘油等优点。它是集电力电子、电力系统、计算机、数字信号处理以及自动控制理论等领域为一体的电力系统前沿研究课题，通过电力电子器件和电力电子变流技术，对能量进行转换与控制，以替代传统的电力变压器。 1、基本原理 PET 的设计思路源于具有高频连接的AC/AC变换电路, 其基本原理见图1, 即通过电力电子变换技术将变压器原边的工频交流输入信号变换为高频信号, 经高频变压器耦合到副边后, 再经电力电子变换还原成工频交流输出。因高频变压器起隔离和变压作用, 因铁心式变压器的体积与频率成反比, 所以高频变的体积远小于工频变压器, 其整体效率高。 图1 电力电子变压器基本原理框图 PET 的具体实现方案分两种形式: 一是在变换中不含直流环节, 即直接AC/AC变换, 其原理是: 在高频变压器原边进行高频调制, 在副边同步解调; 二是在变换中存在直流环节, 通常在变压器原边进行AC/AC变换,
再将直流调制为高频信号经高频变压器耦合到副边后, 在副边进行DC/AC 变换。比较两种方案, 后种控制特性良好, 通过PWM 调制技术可实现变压 器原副边电压、电流和功率的灵活控制, 有望成为今后的发展方向。 2、研究现状 自1970 年美国GE 公司首先发明了具有高频连接的AC/AC 变换电路后, 很多科研工作者对各种不同结构的具有高频连接的AC/AC 变换器进行了深 入的探讨和研究, 并提出了PET 的概念。美国海军和美国电力科学研究院(EPRI)的研究小组先后提出了一种固态变压器结构, Koo suke Harada等人也提出了一种智能变压器, 他们通过对高频技术的使用, 使变压器体积减小, 实现恒压、恒流、功率因数校正等功能。 早期的PET的理论和实现研究由于受当时电力电子器件和功率变换技 术发展水平的限制, 所提出的各种设计方案均未能实用化, 特别是在可用 于实际输配电系统(10kV以上)的PET的研究方面进展不大。进入20 世纪 90 年代,国外在这一研究领域中取得了一些新进展, 提出了新的技术方案, 并制作了与配电系统电压等级相当的实验室样机。如美国密苏里大学在ABB 和爱默生公司资助下对电力电子变压器进行了研究，完成了10kVA，7200 V ／240 V的实验样机，但仅实现了基本的电压变换功能和对输入的功率因数控制。另外，设计时为减小对开关器件的应力，输入采用多个变流器串联 工作，使系统的可靠性大大降低，当其中任意一个器件出现故障都会导致 工作异常。美国威斯康星一麦迪逊大学与ABB公司合作，德克萨斯农机大 学也于20世纪90年代末对电力电子变压器进行了研究，但以上工作只对 其电压变换的功能进行了分析和研究。
现代电力电子技术第1次作业 一、单项选择题(只有一个选项正确，共4道小题) 1. 在晶闸管应用电路中，为了防止误触发应将幅值限制在不触发区的信号是( ) (A) 干扰信号 (B) 触发电压信号 (C) 触发电流信号 (D) 干扰信号和触发信号 正确答案：A 2. 当晶闸管承受反向阳极电压时，不论门极加何种极性触发电压，管子都将工作在( ) (A) 导通状态 (B) 关断状态 (C) 饱和状态 (D) 不定 正确答案：B 3. 晶闸管工作过程中，管子本身产生的管耗等于管子两端电压乘以（） (A) 阳极电流 (B) 门极电流 (C) 阳极电流与门极电流之差 (D) 阳极电流与门极电流之和 正确答案：A 4. 电阻性负载三相半波可控整流电路，相电压的有效值为U2，当控制角α=0°时，整流输出电压平均值等于（） (A) 1.41U2 (B) 2.18U2 (C) 1.73U2 (D) 1.17U2 正确答案：D 四、主观题(共14道小题) 5. 电力电子技术的研究内容？ 参考答案：主要包括电力电子器件、功率变换主电路和控制电路。 6. 电力电子技术的分支？ 参考答案：电力学、电子学、材料学和控制理论等。 7. 电力变换的基本类型？ 参考答案：包括四种变换类型：（１）整流ＡＣ－ＤＣ （２）逆变ＤＣ－ＡＣ
（３）斩波ＤＣ－ＤＣ （４）交交电力变换ＡＣ－ＡＣ。 8. 电力电子系统的基本结构及特点？ 参考答案： 电力电子系统包括功率变换主电路和控制电路，功率变换主电路是属于电路变换的强电电路，控制电路是弱电电路，两者在控制理论的支持下实现接口，从而获得期望性能指标的输出电能。 9. 电力电子的发展历史及其特点？ 参考答案： 主要包括史前期、晶闸管时代、全控型器件时代和复合型时代进行介绍，并说明电力电子技术的未来发展趋势。 10. 电力电子技术的典型应用领域？ 参考答案：介绍一般工业、交通运输、电力系统、家用电器和新能源开发几个方面进行介绍，要说明电力电子技术应用的主要特征。 11. 电力电子器件的分类方式？ 参考答案：电力电子器件的分类如下 （１）从门极驱动特性可以分为：电压型和电流型 （２）从载流特性可以分为：单极型、双极型和复合型 （３）从门极控制特性可以分为：不可控、半控及全控型。 12. 晶闸管的基本结构及通断条件是什么？ 参考答案： 晶闸管由四层半导体结构组成，是个半控型电力电子器件，导通条件：承受正向阳极电压及门极施加正的触发信号。关断条件：流过晶闸管的电流降低到维持电流以下。 13. 维持晶闸管导通的条件是什么？ 参考答案：流过晶闸管的电流大于维持电流。 14. 对同一晶闸管，维持电流IH与擎住电流IL在数值大小上有IL______IH。 参考答案：IL〉IH。 15. 电力电子技术的定义和作用？ 参考答案：电力电子技术是研究利用电力电子器件实现电能变换和控制的电路，内容涉及电力电子器件、功率变换技术和控制理论，作用是把粗电变成负载需要的精电。 16. 双极型器件和单极型器件的特点与区别？ 参考答案： 双极型，电流驱动，通流能力很强，开关速度较低，所需驱动功率大，驱动电路复杂； 单极型，电压驱动，开关速度快，输入阻抗高，热稳定性好，所需驱动功率小而且驱动电路简单。
计算方法 A 已知条件： 输出功率：2P =25W ； 次级电流：2I =0.115A ；（220V ？） 初级电流：1I =1.0A ； 电源频率：f =50Hz ； 效率：η>0.9; 功率因数：cos ?>0.9； 温升：m τ?<55℃。 B 电压计算输入功率：212527.80.9P P η= ==W 初级电压：11127.827.81P U I = ==V 次级电压：22225217.390.115 P U I ===V 次级负载电阻：()222222518900.115P R I = ==?C 选择铁芯 按2P 选择铁芯。当使用R 型铁芯R-30，材料使用DQ151-35时。铁芯 相关性能为： 当0B =1.70T 时，S P ≤2.2W/kg ，磁化伏安≤8V A/kg ，~H ≤3.5A/cm 2 223.1410 3.142C d S cm π??==×=????；()()2 5.45 2.021.95 2.022.8C L =×+++=cm ；
C G =0.425（kg ）;c F =64cm 2 D 匝数计算 44 1010108.43864.44 4.4450 1.7 3.14 c TV fB S ===×××匝/V 当%U ?=15%（8%？），()()128.43869.92781%10.15TV TV U ===???匝/V （()()128.43869.1721%10.08TV TV U ===???）11127.88.4386235N U TV =×=×=匝 2222179.92782155N U TV =×=×=匝（2222179.1721990N U TV ==×= ）E 导线直径确定（数据提供23.5~4.0/j A A mm = ）1 1.130.604d === mm 2 1.130.205d ===mm 若取QZ-2（二级聚酯漆包线）标准导线，则10.630d mm =,1max 0.704d mm =，铜导体电阻54.84/km ?；20.224d mm =,2max 0.266d mm =，铜导体电阻433.8/km ?。
现代电力电子技术应用及发展探讨 现代电力电子技术自上世纪六十年代开始出现，其发展势头迅猛。这是一项能够对电能进行控制和转换的技术，在多个行业都起到非常重要的作用，应用领域十分广泛。文中分析了现代电力电子技术的发展趋势，并进一步对现代电力电子技术的应用进行了具体的阐述。 标签：电力电子技术；发展趋势；应用 前言 现代电力电子技术的发展经历了几个不同的阶段，整流器时代、逆变器时代和变频器时代，现代电力电子技术属于变频器时代，同时又与微电子技术有效地进行了结合，这不仅使其应用范围十分广泛，而且在国民经济中的地位也变得越来越重要。 1 现代电力电子技术的发展趋势 在当前科学技术快速发展的新形势下，随着电力电子技术的不断革新，其发展达到了一个较高的水平。现代电力电子技术主要是对电源技术进行开发和应用，可以说电源技术的发展是当前电力电子技术发展的主要方向。 1.1 现代电力电子技术向模块化和集成化转变 电源单元和功率器件作为现代电力电子技术的重要组成部分，是电子器件智能化的核心所在，其组成器件具有微小性，因此电力电子器件结构也更为紧凑，体积较小，但其能够与其他不同器件的优点进行有效综合，所以其具有显著的优势。也加快了现代电力电子技术向模块化和集成化转变的进程，为电力系统使用性能的提升奠定了良好的基础。 1.2 现代电力电子技术从低频向高频化转变 变压器供电频率与变压器的电容体积、电感呈现反比的关系，在电力电子器件体积不断缩小的情况下，现代电力电子技术必然会加快向高频化方向转化。可控制关断型电力电子器件的出现即是现代电力电子技术向高频转化的重要标志。而且随着科学技术发展速度的加快，电力电子技术也必然会向着更高频的方向发展。 1.3 现代电力电子技术向全控化和数字化转变 传统的电力电子器件在使用过程中存在着一些限制，而且关断电器时还会产生一些危险，自关断的全控型器件在市场上出现后，有效地弥补了这些限制和避免了危险的发生，这也是现代电力电子技术变革的重要体现，表明现代电力电子