电力电子电路

用电力电子器件对工业电能进行变换和控制的大功率电子电路

电力电子电路利用电力电子器件对工业电能进行变换和控制的大功率电子电路。因为电路中无旋转元、部件,故又称静止式变流电路,以区别于传统的由电动机和发电机组成的变流电路的旋转式变流电路。

组成
电力电子器件组成的、用以对工业电能进行变换和控制的大功率电子电路。由于电路中无旋转元、部件,故又称静止式变流电路,以区别于传统的旋转式变流电路(由电动机和发电机组成的变流电路)。两者相比,电力电子电路无磨损、低噪声、高效率,易于实现自动控制和生产,不需建造专门的地基。因而,20世纪60年代以后,已在世界范围基本上取代了旋转式变流电路。
由于电力电子电路所处理的是大容量工业电能,高效低耗是这类电路的主要目标。为减少电路内耗,电力电子器件工作于开关状态,因此电力电子电路实质上是一种大功率开关电路。为实现对电能的控制,器件的开关状态必须是可控的,因此它又是一种器件工作状态可由微弱信号进行控制的大功率开关电路。
电力电子电路按实现电能变换时电路的功能可分为整流电路(将交流电能转换为直流电能)、逆变电路(将直流电能转换为交流电能)、交流变换电路(包括交流调压电路和变频电路)、直流变换电路(改变直流电能的大小和方向)。按电能转换次数可分为基本变换电路和组合变换电路。前者经一次转换即可实现所需电能的变换,又称直接变换电路;后者经多次转换以实现所需电能的变换,又称间接变换电路。按组成电路的器件可分为不控型变换电路(由不控型器件组成,电路对变换的电能无控制能力)、半控型变换电路(由半控型器件组成,只能在电路具备关断晶闸管的条件下才能正常工作)、全控型变换电路(由自关断器件组成,比半控型电路具更佳的技术经济指标,但开关容量低于半控型)。电力电子电路按控制方式可分为4种:①相控电路。控制信号的变化表现为控制极脉冲相位的变化。②频控电路。信号的变化表现为控制极脉冲重复频率的变化。③斩控电路。控制信号的变化表现为控制极脉宽的变化。④组合控制电路。采用上述3种控制方式组合而成的控制方式。按电路中开关器件的工作频率可分为开关元件按电网频率(50或60赫)工作的低频电路和开关元件以远高于电网频率的载波频率工作的高频电路。
发展方向
电力电子电路经历了20世纪30年代由气体闸流管和汞弧整流管组成的低频变流电路和由高频电子管组成的变流电路(统称第一代电力电子电路),60年代由晶闸管组成的半导体变流电路(第二代电力电子电路),80年代由可关断晶闸管(GTO)和双极型功率晶体管(GTR)等新型器件组成的第三代电力电子电路。由于它们具有控制极关断和工作频带较宽的优点,使电力电子电路具有更佳的技术和经济性能,获得了更为广泛的应用。电力电子电路正沿4个方向发展:①采用新型器件。②采用新的控制方式和手段。③采用新的电路结构。④采用新的分析方法和调试手段。
特点介绍
与传统的旋转式变流电路相比,静止式变流电路具有无磨损、低噪声、高效率、易于实现自动控制和生产、无须专门的地基建设等优点,因而在国际范围已基本上取代了前者。
与低频变流电路相比,半导体变流电路有工作频带宽、系统响应快、易于实现小型轻量化并且工作寿命长等优点,故技术经济性能明显优于前者。各国均已不再生产由气体闸流管等离子器件组成的变流电路及其装置。
与高频电子管电路相比,半导体变流电路的显著优点是损耗小,变换效率高,但由于前者的容量等级和工作频带尚高于已经实用化的半导体器件,因而至20世纪80年代,半导体变流电路只能在小容量范围取代前者。可以预计,随着高频大功率半导体器件的出现和实用化(如大功率静电感应晶闸管,简称SITH),半导体高频变流电路终将取代高频电子管变流电路。
分类
电力电子电路有多种分类方法。
按实现电能变换时电路功能分类,可分为4种。
整流电路(AC/DC变换电路):具有整流功能的电路。凡将交流电能转换为直流电能的过程泛称为整流。
整流电路(rectifying circuit)把交流电能转换为直流电能的电路。大多数整流电路由变压器、整流主电路和滤波器等组成。它在直流电动机的调速、发电机的励磁调节、电解、电镀等领域得到广泛应用。整流电路通常由主电路、滤波器和变压器组成。20世纪70年代以后,主电路多用硅整流二极管晶闸管组成。滤波器接在主电路与负载之间,用于滤除脉动直流电压中的交流成分。变压器设置与否视具体情况而定。变压器的作用是实现交流输入电压与直流输出电压间的匹配以及交流电网与整流电路之间的电隔离。
逆变电路(DC/AC变换电路):具有逆变功能的电路。凡将直流电能转换为交流电能的过程称为逆变。
逆变电路是与整流电路(Rectifier)相对应,把直流电变成交流电称为逆变。当交流侧接在电网上,即交流侧接有电源时,称为有源逆变;当交流侧直接和负载链接时,称为无源逆变。
逆变电路的应用非常广泛。在已有的各种电源中,蓄电池、干电池、太阳能电池等都是直流电源,当需要这些电源向交流负载供电时,就需要逆变电路。另外,交流电机调速用变频器、不间断电源感应加热电源电力电子装置使用非常广泛,其电路的核心部分都是逆变电路。它的基本作用是在控制电路的控制下将中间直流电路输出的直流电源转换为频率和电压都任意可调的交流电源。
交流变换电路(AC/AC变换电路):能将交流电能的大小和频率加以改变的电路。前者称交流调压电路;后者称变频电路。
直流变换电路(DC/DC变换电路):能将直流电能的大小和方向加以改变的电路。由于采用斩波控制方式,故又称直流斩波电路
按电能转换次数分类,可分为两种。
①基本变换电路:由一次转换过程即可实现所需电能变换的电路。例如通过一个可控整流电路即可直接实现由交流电能到直流电能的变换和控制,故又称直接变换电路。
②组合变换电路:出于技术和经济上的原因,采用多次转换以实现所需电能的变换的电路。例如通过交流调压和不控整流两次转换也可以实现由交流到直流电能的变换和控制。这种不同组合方式的多次变换电路又称为间接变换电路。
按组成电路的器件分类,可分为3种。
①不控型变换电路:由不控型器件组成的电路。如由电力二极管组成的整流电路仅实现交流到直流间电能的变换,但电路对直流电能无控制能力。
②半控型变换电路:由半控型器件(如普通晶闸管)组成的电路。由于这类器件无自关断能力,故电路只在具备关断晶闸管的条件时才能正常工作。
③全控型变换电路:由全控型元件(自关断器件)组成的电路。由于器件具有自关断能力,全控型电路易于实现电能的变换和控制。它比半控型电路具有更佳的技术经济指标。但多数全控型器件的开关容量尚低于半控型,故大容量变换电路尚需由半控型元件组装。
按控制方式分类,可分为4种。
①相控电路:控制信号的变化表现为控制极脉冲相位的变化。传统的整流电路即采用这种控制方式。
②频控电路:指信号的变化表现为控制极脉冲重复频率的变化。传统的无源逆变电路即采用这种控制方式。
③斩控电路:控制信号的变化表现为控制极脉宽的变化。传统的直流斩波电路即采用这种方式。
④组合控制电路:电路采用上述3种基本控制方式组合而成的控制方式。如用于直接变频电路的相频控制方式就是相控和频控方式的组合。
按开关器件的工作频率分类,可分为两种。
①低频电路:开关元件按电网频率(50赫或60赫)工作的电路,如传统的相控整流电路有源逆变电路等。
②高频电路:开关元件以远高于电网频率的载波频率工作的电路,如采用脉冲宽度调制控制方式的电路。
发展趋势
电子技术发展异常迅速。微细加工技术的进步不仅对信息电子技术以巨大影响,同时也日益对电力电子技术产生作用。就电路而言,正沿着以下4个方向发展。
新型器件
新器件的出现和使用往往对整个变流技术产生深刻的影响。例如,正是由于气体闸流管、晶闸管和功率晶体管的相继问世,才促成了几代电力电子电路的更迭。另外宽禁带半导体器件的研发被视为进一步提高性能的手段。美国也成立了新一代宽禁带研究中心对此进行研究。
新的控制方式
新的控制方法会使电路达到更高的性能。例如交流电机采用矢量控制方法,使交流传动系统的性能可与直流传动相媲美。而这种控制方法之所以能付之实用却是依借微型计算机的普及。这表明,采用新的控制手段会使昔日无法实现的控制方式成为可能。
新的电路结构
变流电路的趋势是向理想变换电路靠近。以往各种传统电路由于各种原因的影响,其性能与理想状态存在种种差距。依借最佳电路拓扑,采用更合理的电路结构,可以使变流器的性能臻于理想化,如丘克电路(见单象限直流变换电路)。
新的分析方法和调试
由于包含非线性开关元件,电力电子电路实质上是一种时变非线性电路,因而分析时相当繁复。以往为了适应工程的要求,不得不作出种种简化,其结果是降低了分析的精确性。大容量变流电路由于元件繁多、规模庞大,调试工作带有很高的不安全性和不确定性。随着计算机辅助分析 (CAN)、辅助设计(CAD)和辅助调试(CAT)技术的发展,数字和物理仿真技术的进步,使电力电子电路的分析、设计和调试工作已日趋完善。
全国各地天气预报查询

上海市

  • 市辖区
  • 云南省

  • 临沧市
  • 云南省

  • 丽江市
  • 云南省

  • 保山市
  • 云南省

  • 大理白族自治州
  • 云南省

  • 德宏傣族景颇族自治州
  • 云南省

  • 怒江傈僳族自治州
  • 云南省

  • 文山壮族苗族自治州
  • 云南省

  • 昆明市
  • 云南省

  • 昭通市
  • 云南省

  • 普洱市
  • 云南省

  • 曲靖市
  • 云南省

  • 楚雄彝族自治州
  • 云南省

  • 玉溪市
  • 云南省

  • 红河哈尼族彝族自治州
  • 云南省

  • 西双版纳傣族自治州
  • 云南省

  • 迪庆藏族自治州
  • 内蒙古自治区

  • 乌兰察布市
  • 内蒙古自治区

  • 乌海市
  • 内蒙古自治区

  • 兴安盟
  • 内蒙古自治区

  • 包头市
  • 内蒙古自治区

  • 呼伦贝尔市
  • 内蒙古自治区

  • 呼和浩特市
  • 内蒙古自治区

  • 巴彦淖尔市
  • 内蒙古自治区

  • 赤峰市
  • 内蒙古自治区

  • 通辽市
  • 内蒙古自治区

  • 鄂尔多斯市
  • 内蒙古自治区

  • 锡林郭勒盟
  • 内蒙古自治区

  • 阿拉善盟
  • 北京市

  • 市辖区
  • 吉林省

  • 吉林市
  • 吉林省

  • 四平市
  • 吉林省

  • 延边朝鲜族自治州
  • 吉林省

  • 松原市
  • 吉林省

  • 白城市
  • 吉林省

  • 白山市
  • 吉林省

  • 辽源市
  • 吉林省

  • 通化市
  • 吉林省

  • 长春市
  • 四川省

  • 乐山市
  • 四川省

  • 内江市
  • 四川省

  • 凉山彝族自治州
  • 四川省

  • 南充市
  • 四川省

  • 宜宾市
  • 四川省

  • 巴中市
  • 四川省

  • 广元市
  • 四川省

  • 广安市
  • 四川省

  • 德阳市
  • 四川省

  • 成都市
  • 四川省

  • 攀枝花市
  • 四川省

  • 泸州市
  • 四川省

  • 甘孜藏族自治州
  • 四川省

  • 眉山市
  • 四川省

  • 绵阳市
  • 四川省

  • 自贡市
  • 四川省

  • 资阳市
  • 四川省

  • 达州市
  • 四川省

  • 遂宁市
  • 四川省

  • 阿坝藏族羌族自治州
  • 四川省

  • 雅安市
  • 天津市

  • 市辖区
  • 宁夏回族自治区

  • 中卫市
  • 宁夏回族自治区

  • 吴忠市
  • 宁夏回族自治区

  • 固原市
  • 宁夏回族自治区

  • 石嘴山市
  • 宁夏回族自治区

  • 银川市
  • 安徽省

  • 亳州市
  • 安徽省

  • 六安市
  • 安徽省

  • 合肥市
  • 安徽省

  • 安庆市
  • 安徽省

  • 宣城市
  • 安徽省

  • 宿州市
  • 安徽省

  • 池州市
  • 安徽省

  • 淮北市
  • 安徽省

  • 淮南市
  • 安徽省

  • 滁州市
  • 安徽省

  • 芜湖市
  • 安徽省

  • 蚌埠市
  • 安徽省

  • 铜陵市
  • 安徽省

  • 阜阳市
  • 安徽省

  • 马鞍山市
  • 安徽省

  • 黄山市
  • 山东省

  • 东营市
  • 山东省

  • 临沂市
  • 山东省

  • 威海市
  • 山东省

  • 德州市
  • 山东省

  • 日照市
  • 山东省

  • 枣庄市
  • 山东省

  • 泰安市
  • 山东省

  • 济南市
  • 山东省

  • 济宁市
  • 山东省

  • 淄博市
  • 山东省

  • 滨州市
  • 山东省

  • 潍坊市
  • 山东省

  • 烟台市
  • 山东省

  • 聊城市
  • 山东省

  • 菏泽市
  • 山东省

  • 青岛市
  • 山西省

  • 临汾市
  • 山西省

  • 吕梁市
  • 山西省

  • 大同市
  • 山西省

  • 太原市
  • 山西省

  • 忻州市
  • 山西省

  • 晋中市
  • 山西省

  • 晋城市
  • 山西省

  • 朔州市
  • 山西省

  • 运城市
  • 山西省

  • 长治市
  • 山西省

  • 阳泉市
  • 广东省

  • 东莞市
  • 广东省

  • 中山市
  • 广东省

  • 云浮市
  • 广东省

  • 佛山市
  • 广东省

  • 广州市
  • 广东省

  • 惠州市
  • 广东省

  • 揭阳市
  • 广东省

  • 梅州市
  • 广东省

  • 汕头市
  • 广东省

  • 汕尾市
  • 广东省

  • 江门市
  • 广东省

  • 河源市
  • 广东省

  • 深圳市
  • 广东省

  • 清远市
  • 广东省

  • 湛江市
  • 广东省

  • 潮州市
  • 广东省

  • 珠海市
  • 广东省

  • 肇庆市
  • 广东省

  • 茂名市
  • 广东省

  • 阳江市
  • 广东省

  • 韶关市
  • 广西壮族自治区

  • 北海市
  • 广西壮族自治区

  • 南宁市
  • 广西壮族自治区

  • 崇左市
  • 广西壮族自治区

  • 来宾市
  • 广西壮族自治区

  • 柳州市
  • 广西壮族自治区

  • 桂林市
  • 广西壮族自治区

  • 梧州市
  • 广西壮族自治区

  • 河池市
  • 广西壮族自治区

  • 玉林市
  • 广西壮族自治区

  • 百色市
  • 广西壮族自治区

  • 贵港市
  • 广西壮族自治区

  • 贺州市
  • 广西壮族自治区

  • 钦州市
  • 广西壮族自治区

  • 防城港市
  • 新疆维吾尔自治区

  • 乌鲁木齐市
  • 新疆维吾尔自治区

  • 伊犁哈萨克自治州
  • 新疆维吾尔自治区

  • 克孜勒苏柯尔克孜自治州
  • 新疆维吾尔自治区

  • 克拉玛依市
  • 新疆维吾尔自治区

  • 博尔塔拉蒙古自治州
  • 新疆维吾尔自治区

  • 吐鲁番市
  • 新疆维吾尔自治区

  • 和田地区
  • 新疆维吾尔自治区

  • 哈密市
  • 新疆维吾尔自治区

  • 喀什地区
  • 新疆维吾尔自治区

  • 塔城地区
  • 新疆维吾尔自治区

  • 巴音郭楞蒙古自治州
  • 新疆维吾尔自治区

  • 昌吉回族自治州
  • 新疆维吾尔自治区

  • 自治区直辖县级行政区划
  • 新疆维吾尔自治区

  • 阿克苏地区
  • 新疆维吾尔自治区

  • 阿勒泰地区
  • 江苏省

  • 南京市
  • 江苏省

  • 南通市
  • 江苏省

  • 宿迁市
  • 江苏省

  • 常州市
  • 江苏省

  • 徐州市
  • 江苏省

  • 扬州市
  • 江苏省

  • 无锡市
  • 江苏省

  • 泰州市
  • 江苏省

  • 淮安市
  • 江苏省

  • 盐城市
  • 江苏省

  • 苏州市
  • 江苏省

  • 连云港市
  • 江苏省

  • 镇江市
  • 江西省

  • 上饶市
  • 江西省

  • 九江市
  • 江西省

  • 南昌市
  • 江西省

  • 吉安市
  • 江西省

  • 宜春市
  • 江西省

  • 抚州市
  • 江西省

  • 新余市
  • 江西省

  • 景德镇市
  • 江西省

  • 萍乡市
  • 江西省

  • 赣州市
  • 江西省

  • 鹰潭市
  • 河北省

  • 保定市
  • 河北省

  • 唐山市
  • 河北省

  • 廊坊市
  • 河北省

  • 张家口市
  • 河北省

  • 承德市
  • 河北省

  • 沧州市
  • 河北省

  • 石家庄市
  • 河北省

  • 秦皇岛市
  • 河北省

  • 衡水市
  • 河北省

  • 邢台市
  • 河北省

  • 邯郸市
  • 河南省

  • 三门峡市
  • 河南省

  • 信阳市
  • 河南省

  • 南阳市
  • 河南省

  • 周口市
  • 河南省

  • 商丘市
  • 河南省

  • 安阳市
  • 河南省

  • 平顶山市
  • 河南省

  • 开封市
  • 河南省

  • 新乡市
  • 河南省

  • 洛阳市
  • 河南省

  • 漯河市
  • 河南省

  • 濮阳市
  • 河南省

  • 焦作市
  • 河南省

  • 省直辖县级行政区划
  • 河南省

  • 许昌市
  • 河南省

  • 郑州市
  • 河南省

  • 驻马店市
  • 河南省

  • 鹤壁市
  • 浙江省

  • 丽水市
  • 浙江省

  • 台州市
  • 浙江省

  • 嘉兴市
  • 浙江省

  • 宁波市
  • 浙江省

  • 杭州市
  • 浙江省

  • 温州市
  • 浙江省

  • 湖州市
  • 浙江省

  • 绍兴市
  • 浙江省

  • 舟山市
  • 浙江省

  • 衢州市
  • 浙江省

  • 金华市
  • 海南省

  • 三亚市
  • 海南省

  • 三沙市
  • 海南省

  • 儋州市
  • 海南省

  • 海口市
  • 海南省

  • 省直辖县级行政区划
  • 湖北省

  • 十堰市
  • 湖北省

  • 咸宁市
  • 湖北省

  • 孝感市
  • 湖北省

  • 宜昌市
  • 湖北省

  • 恩施土家族苗族自治州
  • 湖北省

  • 武汉市
  • 湖北省

  • 省直辖县级行政区划
  • 湖北省

  • 荆州市
  • 湖北省

  • 荆门市
  • 湖北省

  • 襄阳市
  • 湖北省

  • 鄂州市
  • 湖北省

  • 随州市
  • 湖北省

  • 黄冈市
  • 湖北省

  • 黄石市
  • 湖南省

  • 娄底市
  • 湖南省

  • 岳阳市
  • 湖南省

  • 常德市
  • 湖南省

  • 张家界市
  • 湖南省

  • 怀化市
  • 湖南省

  • 株洲市
  • 湖南省

  • 永州市
  • 湖南省

  • 湘潭市
  • 湖南省

  • 湘西土家族苗族自治州
  • 湖南省

  • 益阳市
  • 湖南省

  • 衡阳市
  • 湖南省

  • 邵阳市
  • 湖南省

  • 郴州市
  • 湖南省

  • 长沙市
  • 甘肃省

  • 临夏回族自治州
  • 甘肃省

  • 兰州市
  • 甘肃省

  • 嘉峪关市
  • 甘肃省

  • 天水市
  • 甘肃省

  • 定西市
  • 甘肃省

  • 平凉市
  • 甘肃省

  • 庆阳市
  • 甘肃省

  • 张掖市
  • 甘肃省

  • 武威市
  • 甘肃省

  • 甘南藏族自治州
  • 甘肃省

  • 白银市
  • 甘肃省

  • 酒泉市
  • 甘肃省

  • 金昌市
  • 甘肃省

  • 陇南市
  • 福建省

  • 三明市
  • 福建省

  • 南平市
  • 福建省

  • 厦门市
  • 福建省

  • 宁德市
  • 福建省

  • 泉州市
  • 福建省

  • 漳州市
  • 福建省

  • 福州市
  • 福建省

  • 莆田市
  • 福建省

  • 龙岩市
  • 西藏自治区

  • 山南市
  • 西藏自治区

  • 拉萨市
  • 西藏自治区

  • 日喀则市
  • 西藏自治区

  • 昌都市
  • 西藏自治区

  • 林芝市
  • 西藏自治区

  • 那曲市
  • 西藏自治区

  • 阿里地区
  • 贵州省

  • 六盘水市
  • 贵州省

  • 安顺市
  • 贵州省

  • 毕节市
  • 贵州省

  • 贵阳市
  • 贵州省

  • 遵义市
  • 贵州省

  • 铜仁市
  • 贵州省

  • 黔东南苗族侗族自治州
  • 贵州省

  • 黔南布依族苗族自治州
  • 贵州省

  • 黔西南布依族苗族自治州
  • 辽宁省

  • 丹东市
  • 辽宁省

  • 大连市
  • 辽宁省

  • 抚顺市
  • 辽宁省

  • 朝阳市
  • 辽宁省

  • 本溪市
  • 辽宁省

  • 沈阳市
  • 辽宁省

  • 盘锦市
  • 辽宁省

  • 营口市
  • 辽宁省

  • 葫芦岛市
  • 辽宁省

  • 辽阳市
  • 辽宁省

  • 铁岭市
  • 辽宁省

  • 锦州市
  • 辽宁省

  • 阜新市
  • 辽宁省

  • 鞍山市
  • 重庆市

  • 重庆市

  • 市辖区
  • 陕西省

  • 咸阳市
  • 陕西省

  • 商洛市
  • 陕西省

  • 安康市
  • 陕西省

  • 宝鸡市
  • 陕西省

  • 延安市
  • 陕西省

  • 榆林市
  • 陕西省

  • 汉中市
  • 陕西省

  • 渭南市
  • 陕西省

  • 西安市
  • 陕西省

  • 铜川市
  • 青海省

  • 果洛藏族自治州
  • 青海省

  • 海东市
  • 青海省

  • 海北藏族自治州
  • 青海省

  • 海南藏族自治州
  • 青海省

  • 海西蒙古族藏族自治州
  • 青海省

  • 玉树藏族自治州
  • 青海省

  • 西宁市
  • 青海省

  • 黄南藏族自治州
  • 黑龙江省

  • 七台河市
  • 黑龙江省

  • 伊春市
  • 黑龙江省

  • 佳木斯市
  • 黑龙江省

  • 双鸭山市
  • 黑龙江省

  • 哈尔滨市
  • 黑龙江省

  • 大兴安岭地区
  • 黑龙江省

  • 大庆市
  • 黑龙江省

  • 牡丹江市
  • 黑龙江省

  • 绥化市
  • 黑龙江省

  • 鸡西市
  • 黑龙江省

  • 鹤岗市
  • 黑龙江省

  • 黑河市
  • 黑龙江省

  • 齐齐哈尔市