电力电子装置总结

第一篇：电力电子装置总结

1、电力电子装置的主要类型：AC/DC、DC/DC、DC/AC、AC/AC、静态开关

2、器件特点

电力二极管：由于存在结电容，有反向恢复时间，在未恢复阻断能力之前，相当于短路状态

晶闸管：电流型器件。擎住电流 IL，触发后，当IA > IL 撤除Ig，仍导通。

维持电流IH，当IA < IH时阻断。要关断晶闸管，必须使IA小于维持电流。

电力三极管：电流型器件。二次击穿，当Uce超过超过集电极额定电压后，发生正向雪崩击穿，Ic剧增，称为一次击穿。一次击穿后如不及时限流，大的集电结功耗会造成局部过热，导致三极管等效电阻减小，Ic再次急剧上上升，管子瞬时过热烧毁，称为二次击穿。

电力场效应管：电压型器件。单极性导电，开关速度快，常工作在高频方式，存在寄生体二极管D，有反向恢复过程，易引起管子损坏。导通电阻有正的温度系数，便于并联使用（易于均流）

IGBT：电压型器件。MOSFET与双极晶体管构成的复合管，无二次击穿，有擎住效应。

达到擎住电流后，IGBT失去控制能力。解决办法：工作电流不超过规定最大值，并尽量减小du/dt值。

3、器件缓冲电路

主要作用：抑制开关器件的di/dt、du/dt，改变开关轨迹，减少开关损耗，使之工作在安全工作区内。

分类：无极性、有极性、复合型 RCD关断缓冲电路（P14）

电容选择：原则1：按总损耗为最小确定电容值

原则2：按临界缓冲计算电容

电阻选择：

1、器件最小导通时间应大于电容的放电时间常数

2、电容的最大电流与工作电流之和不超过器件额定值，为防振荡，采用无感电阻

二极管选择：要求快速回复，耐受瞬时大电流，耐压高，一般选用快速恢复二极管。

4、保护技术

保护的类型： 过电流保护、输出过压保护、输入瞬态电压抑制、输入欠压保护、过温保护、器件控制极保护（P19 重点，清楚其中各元件的作用。）

第二章

1、线性电源与开关电源的区别：线性电源管子工作在线性放大区，开关电源工作在开关模式

2、开关电源的基本组成：1.开关电源输入环节，（输入浪涌电流的抑制：限流电阻

加开关、采用负温度系数热敏电阻NTC）2.功率变换电路（P23）：拓扑结构，Buck、Boost、BuckBoost（不带隔离）

正激、反激、推挽、半桥、全桥（带隔离变压器）

重点掌握前5种的工作原理，波形绘制很重要 3.控制及保护电路：控制主要方式是PWM，又分为电压控制模式和峰值电流控制模式

3、反激变换器：开关管导通时电源将电能转为磁能储存在电感（变压器）中，当开关管关断时再将磁能变为电能传送到负载(那么应该知道正激变换器了吧) 单端变换器：变压器磁通仅在单方向变化

4、重点掌握单端反激开关电源（P27）

工作模式：连续和不连续，两种模式输出电压表达式（输入公式困难，自己看书）第三章 逆变器

1、逆变器的主电路拓扑机构：半桥式、全桥式、推挽式（P55）

2、半桥电压利用率低，仅为直流母线电压一半，但其可以利用两个大电容自动补偿不对称波形，这是其一大优点。

3、全桥和推挽电压利用率均为半桥2倍，但存在变压器直流不平衡的问题

4、推挽的主要优点是电压损失小，只有单管压降。而且两个开关管的驱动可以共用，驱动电路简单。

5正弦脉宽调制（SPWM）：利用面积冲量等效的原理获得谐波含量很小的正弦电压输出，其谐波主要分布在载波频率以及载波频率的整数倍附近。

5、SPWM类型：单极性SPWM，双极性SPWM，单极性倍频SPWM

6、怎样区分单极性与双极性：（简单）看输出半周期内脉冲是否正负交替

7、单级倍频的有点：Uab存在三种电平（哪三种因该知道吧），电压脉动幅度比双极性低一倍，相同开关频率下输出SPWM脉动频率单极性倍频比双极性高一倍（单极倍频为载波频率两倍，双极性为载波频率），有利于猴急滤波。

8、会分析什么时候产生什么样的驱动信号，那些管子导通，输出什么样的波形。

9、什么是载波比？什么是调制比？（自己找一下答案比较好）

10、输出电压表达式：幅值 = 直流侧电压 * 调制比。有效值又是什么样的？

11、直流偏磁问题：由于逆变电压中出现直流分量，使变压器磁芯的工作磁滞回线中心偏离了坐标原点 ,正反向脉冲磁过程中工作状态不对称，使得变压器正负半周传输的能量不平衡，称为直流偏磁现象。

12、哪些变换电路存在直流偏磁现象：全桥变换一般存在，半桥变换利用两个大电容自动补偿不对称波形，不存在。

13、直流偏磁危害：造成变压器磁芯单向饱和 ,励磁电流急增, 威胁器件的安全运行。同时逆变器输出电压波形发生严重畸变。

14、直流偏磁产生原因：控制系统的电源电压或元件参数引起三角载波或正弦调制波正、负半周不对称

15、抗不平衡措施：分静态、动态。静态：严格挑选器件，注意驱动电路一致性

动态：模拟补偿、数字适时补偿

16、辅助电源：为控制电路、检测电路、驱动电路等供电

17、感应加热电源：先将市电整流，在逆变为高频交流给感应线圈供电。分为串联谐振和并联谐振两种。其功率调节是靠调节工作频率来实现的，在谐振点附近时负载等效阻抗最低，电流大，功率亦大。提高频率后阻抗增加，电流减小，功率减小。第四章 不间断UPS

1、UPS定义：Uninterruptible Power Supply是指当交流输入电源（习惯称为市电）发生异常或断电时，还能继续向负载供电，并能保证供电质量，使负载供电不受影响的装置。

2、UPS的类型：后备式、双变换在线式、在线互动式、Delta变换式

3、后备式原理：原理框图（P95）

市电正常时，充电器给蓄电池充电，市电经过滤波、稳压后向负载供电  市电异常（含掉电）时，蓄电池通过逆变器向负载供电 特点：

1、市电—电池转换时，输出电压有转换时间

2、供电品质不高

3、结构简单、成本低、效率高

4、双变换在线式原理：原理框图（重点掌握P95）

市电正常时，市电经AC/DC，DC/AC两次变换后给负载供电 市电故障时，由蓄电池经DC/AC变换供电

只有当逆变器故障时，才通过装换开关切换，市电直接旁路给负载供电 特点：市电—电池切换时，可实现零时间切换

供电品质高，结构复杂，成本高、效率低

5、在线互动式: 市电正常时，UPS逆变器工作在整流状态，向电池充电，市电通过智能调压直接向负载供电

市电掉电后，逆变器转为逆变状态，电池通过逆变器向负载供电 特点：

1、市电—电池转换时，输出电压有转换时间

2、供电品质较低

3、结构简单、成本低、效率高

6、Delta变换式

只对输出电压的差值进行调整和补偿

特点：

1、市电—电池转换时，可实现零切换时间

2、供电品质高

3、前端变换器功率等级较低

4、结构较复杂、成本较高（低于双变换在线式UPS）、效率高

7、蓄电池的基本性能指标（P106）：

放电终止电压：表示电池不允许再放出电能时的电压，通常为1.75V/单格。放电率：放电至终止电压的电流大小或时间快慢。可用放电电流或放电时间表示。容量：放电电流与放电时间的乘积来表示，单位为安时(A·h)放电电流：就是电池的输出电流

8、逆变、市电切换

a.机械接触器：可以防止电弧，但不能很好解决对后级负载不间断、无扰动供电 b.静态开关：零时间切换，但是有管耗

c.混合式开关：同时导通实现不间断供电，但可能产生环流

9、输出滤波：作用是滤除逆变桥输出SPWM波中的谐波分量。由于输出脉宽调制波中的谐波主要分布在开关频率附近，选取LC滤波器的谐振频率满足（P113 式4-5）

10、同步锁相组成：鉴相器、环路滤波器、压控振荡器 第五章

1、四象限斩波调速（重点分析P135）

各象限运行时的工作原理，各管的通断状态（对照书上进行分析,图不好贴）

2、具有中间环节的DC/DC变换器

为什么采用具有中间变换环节的变换形式：输入输出电压悬殊，采用具有中间高频环节的变换形式，经高频变压器实现降压或升压 工作原理：直流输入电压经输入滤波后加到半桥式逆变器电路上，逆变后的方波经高频变压器降压，再经二极管不空整流，得到低压直流电压。输出电压通过闭环控制逆变器的PWM信号，达到电压的控制，实现电压稳定输出。

3、TL494锯齿波形成（P141）：频率由5端和6端电容、电阻决定f=1.1/RC（知道1.1是都少吗？Ln3,想到什么了吗）。5端产生锯齿波

4、TL494的脉宽控制原理（P141，结合图5.11进行分析）第六章

1、交流调功器：调节输出功率，对电压，电流没有严格要求。

2、交流调功器的控制模式：过零触发半周波控制（定周期/ 变周期）、调相触发 控制

3、过零触发半周波控制：将交流电源每N个电压半周定为一个调节周期T，在该调节

周期内调节导通电压半周的个数M来调节输出功率。

特点：负载得到的电压(电流)波形总是完整的正弦波，避免了电流的瞬时冲击，功率因数高，但负载电流存在频率低于基频的次谐波分量，应用范围受限制，且调节周期较长。

4、调相触发控制：以每个交流电压半周为调节周期，通过调节晶闸管的导通相位角进行调功。

特点：负载的电压(电流)是缺角正弦波，功率因数差，且存在高次谐波，对电网和无线电波会产生射频干扰

5、谐振型逆变器（有可能会画波形）

主电路结构：1.串联谐振逆变电路。

2.电容分压电路（可增强电路承受冲击负载的能力P168）3.移相调压(使得逆变电压可控P168)6、400Hz谐振型逆变器实例分析 总体构成（P169图6.19）：

1浪涌抑制电路（启动电阻R97，接触器JC）2输入滤波电路（滤波电感L01 电容C1-C4）

3移相全桥电路（Q1、Q2、Q3、Q4以及开关器件的RCD缓冲电路）4主变压器、5反馈变压器、6桥臂直通保护电路（上下桥臂直通时，触发QE、QF，强制关断Q2、Q4）

第七章 电力系统用电力电子装置

1、阻抗补偿方案（P175）：1.晶闸管投切电容器TSC

2.晶闸管控制电抗器TCR（晶闸管触发角90-180）3.晶闸管控制串联电容器TCSC

2、电压源变流器补偿方案：1.无功功率发生器 2.开关型串联基波电压补偿

3、谐波危害：公用电网、电缆、用电设备、继电器接触器、电气仪表、环境电磁干扰、电网局部谐振等（P181）

3、无源滤波器的缺点： 1.受参数影响；

2.消除特定次谐波；

3.与无功补偿、调压要求难以协调

4、有源滤波器（APF）的原理： 针对电网中非线性负载，检测其谐波电流，作为电流指令控制一个与电网并联的电流发生源，使之输出电流跟踪指令电流，该电流源就提供了非线性负载所需的谐波电流，电网只需提供基波电流。

5、有源滤波器拓扑结构：串联型、并联型、混合型，其变流器分电压型和电流型

6、直流输电基本原理：包括直流输电线和两个换流站，一站工作在整流，一站工作在逆变，功率从整流站向逆变站传送。直流输电系统通过调节换流器的触发控制角，将两端换流站的直流电压极性同时反向，实现输送功率翻转。

7、直流输电主接线方式: 双极方式、单极大地回线方式、单极金属回线方式、单极

双极线并联大地回线

8、直流输电有点：1.方便电网互联

2．线路造价低，功耗小 3．适宜远距离输电

9、直流输电缺点：

1、换流装置价格昂贵，结构复杂

2、消耗无功功率

3、产生谐波

4、控制装置复杂

10、直流输电适用场合：

1、与距离大功率输电

2、海底电缆隔海输电

3、出线走廊拥挤地区

4、两大系统互联或不同频率电网连接

11、直流输电的控制和调节：稳态直流电流表达式（P193）

明显从式中可以看出改变那些量可以改变直流电流 第八章

1、形成电磁干扰的条件：

1.向外发送电磁干扰的源——噪声源 2.传递干扰的途径——噪声耦合和辐射 3.承受电磁干扰的客体——受扰设备

2、常用抑制电磁干扰的措施：1.用电路和器件抑制电磁干扰

2．滤波 3.屏蔽 4.布线 5.接地

第二篇：电力电子装置谐波问题的综述

电力电子装置谐波问题的综述

0 引言

随着电力电子技术的发展，电力电子装置的广泛应用给电力系统带来了严重的谐波污染。各种电力电子设备在运输、冶金、化工等诸多工业交通领域的广泛应用，使电网中的谐波问题日益严重，许多低功率因数的电力电子装置给电网带来额外负担并影响供电质量，因此，电力电子装置的谐波污染已成为阻碍电力电子技术发展的重大障碍。故抑制谐波污染，提高功率因数的研究已成为电力电子技术中的一个重大课题。本文围绕这一关键问题，通过对电力电子谐波源及其危害的认识和分析，从污染和防治的关系考虑，探讨了综合治理的方法，最后对谐波综合治理的发展趋势进行了展望。1 电力电子装置——最主要的谐波源

非线性负荷是个谐波源，它引起电网电压畸变，使电压中带有整数倍基波频率的分量。作为最主要的谐波源的电力电子装置主要为各种交直流变流装置（整流器、逆变器、斩波器、变频器）以及双向晶闸管可控开关设备等，另外还有电力系统内部的变流设备，如直流输电的整流阀和逆变阀等。下面对其产生的谐波情况作一分析。1.1 整流器

作为直流电源装置，整流器广泛应用于各种场合。图1(a)及图1(b)分别为其单相和三相的典型电路。在整流装置中，交流电源的电流为矩形波，该矩形波为工频基波电流和为工频基波奇数倍的高次谐波电流的合成波形。由傅氏级数求得矩形波中的高次谐波分量In与基波分量I1之比最大为1/n，随着触发控制角α的减小和换相重叠角μ的增大，谐波分量有减小的趋势。

(a)单相(b)三相

图1 AC/DC整流电路

此外，现有研究结果表明：整流器的运行模式对谐波电流的大小也有直接的影响，因此在考虑调整整流电压电流时，最好要进行重叠角、换相压降以及谐波测算，以便确定安全、经济的运行方式；当控制角α接近40°，重叠角μ在8°左右时的情况往往是谐波最严重的状态，所以要经过计算，尽量通过正确选择调压变压器抽头，避开谐波最严重点[1]。1.2 交流调压器

交流调压器多用于照明调光和感应电动机调速等场合。图2(a)及图2(b)分别为其单相和三相的典型电路。交流调压器产生的谐波次数与整流器基本相同。

(a)单相(b)三相 图2 AC/AC交流调压电路

1.3 频率变换器

频率变换器是AC/AC变换器的代表设备，当用作电动机的调速装置时，它含有随输出频率变化的边频带，由于频率连续变化，出现的谐波含量比较复杂。1.4 通用变频器

通用变频器的输入电路通常由二极管全桥整流电路和直流侧电容器所组成，如图3(a)所示，这种电路的输入电流波形随阻抗的不同相差很大。在电源阻抗比较小的情况下，其波形为窄而高的瘦长型波形，如图3(b)实线所示；反之，当电源阻抗比较大时，其波形为矮而宽的扁平型波形，如图3(b)虚线所示。

(a)输入电路(b)输入电流波形

图3 通用变频器 除了上述典型变流装置会产生大量的谐波以外，家用电器也是不可忽视的谐波源。例如电视机、电池充电器等。虽然它们单个的容量不大,但由于数量很多,因此它们给供电系统注入的谐波分量也不容忽视。2 谐波的危害

谐波对公用电网的危害主要包括：

1）使公用电网中的元件产生附加的谐波损耗，降低了发电、输变电设备的效率，大量的3次谐波流过中性线时，会引起线路过热甚至发生火灾；

2）影响各种电气设备的正常工作，除了引起附加损耗外，还可使电机产生机械振动、噪声和过电压，使变压器局部严重过热，使电容器、电缆等设备过热、绝缘老化、寿命缩短，以致损坏；

3）会引起公用电网中局部并联谐振和串联谐振，从而使谐波放大，使前述的危害大大增加，甚至引起严重事故；

4）会导致继电保护和自动装置误动作，并使电气测量仪表计量不准确； 5）会对邻近的通信系统产生干扰，轻者产生噪声，降低通信质量，重者导致信息丢失，使通信系统无法正常工作。3 谐波的管理原则

要提高电能质量，必须加强对谐波的管理。本着限制谐波源向公用电网注入谐波电流，将谐波电压限制在允许范围内的原则。首先要掌握系统中的谐波源及其分布，限制其谐波在允许范围内方可入网，未达标的必须采取治理措施，以防谐波扩散。为此国际电工委员会（IEC）和美国IEEE都有推荐标准，如IEEE规定的电流谐波极限标准见表1。我国结合电网实际水平并借鉴其他国家标准制定的电压正弦波形畸变率规定见表2。

表1 谐波电流极限值（IEEE519－1992规定）

表2 电压正弦波形畸变率限值 谐波的综合治理

目前，我国电力系统对谐波的管理呈现“先污染，后治理”的被动局面，所以如何综合治理已经成为一个迫在眉睫的研究课题。

关于“综合”的内涵，有人认为用范围广泛、普遍推广来描述；也有人认为用集合的、一体化的来表述更实际；笔者认为综合治理的工作应包含以下两方面: ——加强科学化、法制化管理；

——采取有效技术措施防范和抑制谐波。4.1 加强科学化、法制化管理 主要从两个方面加强管理：

——普遍采用具有法律约束和经济约束的手段，改变先污染后治理的被动局面，即应该严格按照各类电力设备、电力电子设备的技术规范中规定的谐波含量指标，对其进行评定，如果超过国家规定的指标，不得出厂和投入电力系统使用； ——供电部门应从全局出发，全面规划，采取有力措施加强技术监督与管理，一方面审核尚待投入负荷的谐波水平，另一方面对已投运的谐波源负载，要求用户加装滤波装置。

4.2 采取有效的技术措施

目前解决电力电子设备谐波污染的主要技术途径有两条：

——主动型谐波抑制方案即对电力电子装置本身进行改进,使其不产生谐波,或根据需要对其功率因数进行控制；

——被动型谐波抑制方案即谐波负载本身不加改变，而是在电力系统或谐波负载的交流侧加装无源滤波器（PF）、有源滤波器（APF）或者混合滤波器（HAPF）等装置，通过外加设备对电网实施谐波补偿。4.2.1 主动型谐波抑制方案 主要是从变流装置本身出发，通过变流装置的结构设计和增加辅助控制策略来减少或消除谐波，目前采用的技术主要有一下几个方面。

——多脉波变流技术大功率电力电子装置常将原来6脉波的变流器设计成12脉波或24脉波变流器以减少交流侧的谐波电流含量。理论上讲，脉波越多，对谐波的抑制效果愈好，但是脉波数越多整流变压器的结构越复杂，体积越大，变流器的控制和保护变得困难，成本增加。

——脉宽调制技术脉宽调制技术的基本思想是控制PWM输出波形的各个转换时刻，保证四分之一波形的对称性。根据输出波形的傅立叶级数展开式，使需要消除的谐波幅值为零、基波幅值为给定量，达到消除指定谐波和控制基波幅值的目的，目前采用的PWM技术有最优脉宽调制、改进正弦脉宽调制、Δ调制、跟踪型PWM调制和自适应PWM控制等。

——多电平变流技术针对各种电力电子变流器（对于电压型的变流器必须用联接电感与交流电源相连），采用移相多重法、顺序控制和非对称控制多重化等方法，将方波电流或电压叠加，使得变流器在网侧产生的电流或电压为接近正弦的阶梯波，且与电源电压保持一定的相位关系。

——功率因数预调整器在电力电子装置中加入高功率因数预调整器，在预调整器的直流侧通过DC/DC变换控制入端电流，保证电力电子装置从电网中获取的电流为正弦电流并与电网电压同相。此方法控制简单，可同时消除高次谐波和补偿无功电流，使电力电子装置输入端的功率因数接近1。

主动型谐波抑制方案的主要问题在于成本高、效率低。同时，电力电子系统中很高的开关频率使PWM载波信号产生高次谐波，还会导致高电平的传导和辐射干扰。因此在设计主动型谐波抑制方案时，必须用EMI滤波器将高次谐波信号从系统中滤除，防止它们作为传导干扰进入电网；还要利用屏蔽防止它们作为辐射干扰进入自由空间，对空间产生电磁污染。所以对于较大功率的电力电子装置，一般除了采用主动型谐波抑制方法以外，还要辅以无源或有源滤波器加以抑制高次谐波。4.2.2 被动型谐波抑制方案

——无源滤波器(PF)无源滤波器通常采用电力电容器、电抗器和电阻器按功能要求适当组合，在系统中为谐波提供并联低阻通路，起到滤波作用。无源滤波器的优点是投资少、效率高、结构简单、运行可靠及维护方便，因此无源滤波是目前广泛采用的抑制谐波及进行无功补偿的主要手段。无源滤波器的缺点在于其滤波特性是由系统和滤波器的阻抗比所决定，只能消除特定的几次谐波，而对其它次谐波会产生放大作用，在特定情况下可能与系统发生谐振；谐波电流增大时滤波器负担随之加重，可能造成滤波器过载；有效材料消耗多，体积大。

——有源滤波器(APF)图4为APF原理图，APF通过检测电路检测出电网中的谐波电流，然后控制逆变电路产生相应的补偿电流分量,并注入到电网中,以达到消谐的目的。APF滤波特性不受系统阻抗影响,可消除与系统阻抗发生谐振的危险。与无源滤波器相比，具有高度可控性和快速响应性，不仅能补偿各次谐波，还可抑制电压闪变、补偿无功电流，性价比较为合理。另外,APF具有自适应功能，可自动跟踪补偿变化着的谐波。

图4 APF原理图

APF按与系统连接方式分类,可分为串联型、并联型、混合型和串－并联型。并联型APF可等效为一受控电流源，主要适用于感性电流源负载的谐波补偿。它能对谐波和无功电流进行动态补偿，并且补偿特性不受电网阻抗影响。目前这类APF技术已相当成熟，大多数工业运行的APF多属此类滤波器。

串联型APF可等效为一受控电压源，主要用于消除带电容滤波的二极管整流电路等电压型谐波源负载对系统的影响，以及系统侧电压谐波与电压波动对敏感负载的影响。由于此类APF中流过的电流为非线性负载电流，因此损耗较大；此外串联APF的投切、故障后的退出等各种保护也较并联APF复杂，所以目前单独使用此类APF的案例较少，国内外的研究多集中在其与LC无源滤波器构成的混合型APF上[2]。

混合型APF就是将常规APF上承受的基波电压移去，使有源装置只承受谐波电压，从而可显著降低有源装置的容量，达到降低成本、提高效率的目的。其中LC滤波器用来消除高次谐波，APF用来补偿低次谐波分量。

串－并联型APF又称为电能质量调节器(UPQC)[3]，它具有串、并联APF的功能，可解决配电系统发生的绝大多数电能质量问题，性价比较高。虽然目前还处于试验阶段，但从长远的角度看，它将是一种很有发展前途的有源滤波装置。有源滤波技术作为改善供电质量的一项关键技术,在日本、美国、德国等工业发达国家已得到了高度重视和日益广泛的应用。但是有源滤波器还有一些需要进一步解决的问题，诸如提高补偿容量、降低成本和损耗、进一步改善补偿性能、提高装置的可靠性等。同时APF的故障还容易引发系统故障，因此各国对此技术还保持着一定的谨慎态度[4]。

——有源电路调节器(APLC)图5为有源线路调节器(APLC)的原理图，其结构与APF相似，因此过去很多文献上都将其等同于APF。其实，从原理上分析，与APF单节点谐波抑制相比较,APLC是向网络中某个(几个)优选节点注入补偿电流，通过补偿电流在网络中一定范围内的流动，实现该范围内所有节点谐波电压的综合抑制。即通过单节点单装置的装设，达到多节点谐波电压综合治理的功能，APLC的出现，表明电力系统谐波治理正朝着动态、智能、经济效益好的方向发展。

图5 APLC原理图 谐波综合治理的展望

日益严重的谐波污染已引起各方面的高度重视。随着对谐波产生的机理、谐波现象的进一步认识，将会找到更加有效的方法抑制和消除谐波，同时也有助于制定更加合理的谐波管理标准。加大对谐波研究的投入将会大大加快对谐波问题的解决，当然谐波问题的最终解决将取决于相关技术的发展，特别是电力电子技术的发展。随着国民经济、谐波抑制技术的进一步发展、法制的进一步完善和对高效利用能源要求的增强，谐波治理问题最终将会得到妥善的解决。

随着电子计算机和电力半导体器件的发展，有源电力滤波器的性能会越来越好，价格会越来越低。而用于无源滤波的电容和电抗器的价格却呈增长的趋势。因此有源电力滤波器将是今后谐波抑制装置的主要发展方向。另外，电力电子技术中的有源功率因数校正技术也是极具生命力的。6 结语

谐波的综合治理工作势在必行。消除电力电子装置谐波污染的工作，可称之为电力电子技术应用的“绿色工程”。电力电子技术的发展必须和这个工程同步，这样才能为高效、低污染地利用电能开辟重要途径，促进我们国民经济的发展和用电设备的革新。同时,电力电子技术的推广和利用才能有更为广阔的发展前景。

第三篇：关于电力电子装置谐波问题的综述

摘要：随着电力电子技术的发展，谐波的危害已越来越严重，谐波治理问题已经迫在眉睫。对电力电子装置谐波源进行了分析和总结，指出了其危害及相应的谐波管理原则和综合治理方法，并对谐波治理工作进行了展望。

关键词：电力电子；谐波；危害；抑制

引言

1电力电子装置——最主要的谐波源

1.1整流器

作为直流电源装置，整流器广泛应用于各种场合。图1(a)及图1(b)分别为其单相和三相的典型电路。在整流装置中，交流电源的电流为矩形波，该矩形波为工频基波电流和为工频基波奇数倍的高次谐波电流的合成波形。由傅氏级数求得矩形波中的高次谐波分量In与基波分量I1之比最大为1/n，随着触发控制角α的减小和换相重叠角μ的增大，谐波分量有减小的趋势。

此外，现有研究结果表明：整流器的运行模式对谐波电流的大小也有直接的影响，因此在考虑调整整流电压电流时，最好要进行重叠角、换相压降以及谐波测算，以便确定安全、经济的运行方式；当控制角α接近40°，重叠角μ在8°左右时的情况往往是谐波最严重的状态，所以要经过计算，尽量通过正确选择调压变压器抽头，避开谐波最严重点[1]。

1.2交流调压器

交流调压器多用于照明调光和感应电动机调速等场合。图2(a)及图2(b)分别为其单相和三相的典型电路。交流调压器产生的谐波次数与整流器基本相同。

1.3频率变换器

频率变换器是AC/AC变换器的代表设备，当用作电动机的调速装置时，它含有随输出频率变化的边频带，由于频率连续变化，出现的谐波含量比较复杂。

1.4通用变频器

通用变频器的输入电路通常由二极管全桥整流电路和直流侧电容器所组成，如图3(a)所示，这种电路的输入电流波形随阻抗的不同相差很大。在电源阻抗比较小的情况下，其波形为窄而高的瘦长型波形，如图3(b)实线所示；反之，当电源阻抗比较大时，其波形为矮而宽的扁平型波形，如图3(b)虚线所示。

除了上述典型变流装置会产生大量的谐波以外，家用电器也是不可忽视的谐波源。例如电视机、电池充电器等。虽然它们单个的容量不大,但由于数量很多,因此它们给供电系统注入的谐波分量也不容忽视。

2谐波的危害

2）影响各种电气设备的正常工作，除了引起附加损耗外，还可使电机产生机械振动、噪声和过电压，使变压器局部严重过热，使电容器、电缆等设备过热、绝缘老化、寿命缩短，以致损坏；

4）会导致继电保护和自动装置误动作，并使电气测量仪表计量不准确；

5）会对邻近的通信系统产生干扰，轻者产生噪声，降低通信质量，重者导致信息丢失，使通信系统无法正常工作。

3谐波的管理原则

表1谐波电流极限值（IEEE519－1992规定）

Isc/IL

Hlt;11

11lt;H lt;17

17lt;H lt;23

23lt;H lt;35H

35THD

lt;20 4.0 2.0 1.5 0.6 0.3 5.0

20－50 7.0 3.5 2.5 1.0 0.5 8.0

50－100 10.0 4.5 4.0 1.5 0.7 12.0

100－1000 12.0 5.5 5.0 2.0 1.0 15.0

1000 15.0 7.0 6.0 2.5 1.4 20.0

表2电压正弦波形畸变率限值

供电电压/kV

电压正弦波形畸变率限值/％

0.38 5

6或10 4

3

1.5

4谐波的综合治理

目前，我国电力系统对谐波的管理呈现“先污染，后治理”的被动局面，所以如何综合治理已经成为一个迫在眉睫的研究课题。

关于“综合”的内涵，有人认为用范围广泛、普遍推广来描述；也有人认为用集合的、一体化的来表述更实际；笔者认为综合治理的工作应包含以下两方面:

——加强科学化、法制化管理；

——采取有效技术措施防范和抑制谐波。

4.1加强科学化、法制化管理

主要从两个方面加强管理：

——普遍采用具有法律约束和经济约束的手段，改变先污染后治理的被动局面，即应该严格按照各类电力设备、电力电子设备的技术规范中规定的谐波含量指标，对其进行评定，如果超过国家规定的指标，不得出厂和投入电力系统使用；

——供电部门应从全局出发，全面规划，采取有力措施加强技术监督与管理，一方面审核尚待投入负荷的谐波水平，另一方面对已投运的谐波源负载，要求用户加装滤波装置。

4.2采取有效的技术措施

目前解决电力电子设备谐波污染的主要技术途径有两条：

——主动型谐波抑制方案即对电力电子装置本身进行改进,使其不产生谐波,或根据需要对其功率因数进行控制；

4.2.1主动型谐波抑制方案

主要是从变流装置本身出发，通过变流装置的结构设计和增加辅助控制策略来减少或消除谐波，目前采用的技术主要有一下几个方面。

——多脉波变流技术大功率电力电子装置常将原来6脉波的变流器设计成12脉波或24脉波变流器以减少交流侧的谐波电流含量。理论上讲，脉波越多，对谐波的抑制效果愈好，但是脉波数越多整流变压器的结构越复杂，体积越大，变流器的控制和保护变得困难，成本增加。

——脉宽调制技术脉宽调制技术的基本思想是控制PWM输出波形的各个转换时刻，保证四分之一波形的对称性。根据输出波形的傅立叶级数展开式，使需要消除的谐波幅值为零、基波幅值为给定量，达到消除指定谐波和控制基波幅值的目的，目前采用的PWM技术有最优脉宽调制、改进正弦脉宽调制、Δ调制、跟踪型PWM调制和自适应PWM控制等。

力电子装置，一般除了采用主动型谐波抑制方法以外，还要辅以无源或有源滤波器加以抑制高次谐波。

4.2.2被动型谐波抑制方案

——无源滤波器(PF)无源滤波器通常采用电力电容器、电抗器和电阻器按功能要求适当组合，在系统中为谐波提供并联低阻通路，起到滤波作用。无源滤波器的优点是投资少、效率高、结构简单、运行可靠及维护方便，因此无源滤波是目前广泛采用的抑制谐波及进行无功补偿的主要手段。无源滤波器的缺点在于其滤波特性是由系统和滤波器的阻抗比所决定，只能消除特定的几次谐波，而对其它次谐波会产生放大作用，在特定情况下可能与系统发生谐振；谐波电流增大时滤波器负担随之加重，可能造成滤波器过载；有效材料消耗多，体积大。

APF按与系统连接方式分类,可分为串联型、并联型、混合型和串－并联型。

串联型APF可等效为一受控电压源，主要用于消除带电容滤波的二极管整流电路等电压型谐波源负载对系统的影响，以及系统侧电压谐波与电压波动对敏感负载的影响。由于此类APF中流过的电流为非线性负载电流，因此损耗较大；此外串联APF的投切、故障后的退出等各种保护也较并联APF复杂，所以目前单独使用此类APF的案例较少，国内外的研究多集中在其与LC无源滤波器构成的混合型APF上[2]。

混合型APF就是将常规APF上承受的基波电压移去，使有源装置只承受谐波电压，从而可显著降低有源装置的容量，达到降低成本、提高效率的目的。其中LC滤波器用来消除高次谐波，APF用来补偿低次谐波分量。

串－并联型APF又称为电能质量调节器(UPQC)[3]，它具有串、并联APF的功能，可解决配电系统发生的绝大多数电能质量问题，性价比较高。虽然目前还处于试验阶段，但从长远的角度看，它将是一种很有发展前途的有源滤波装置。

有源滤波技术作为改善供电质量的一项关键技术,在日本、美国、德国等工业发达国家已得到了高度重视和日益广泛的应用。但是有源滤波器还有一些需要进一步解决的问题，诸如提高补偿容量、降低成本和损耗、进一步改善补偿性能、提高装置的可靠性等。同时APF的故障还容易引发系统故障，因此各国对此技术还保持着一定的谨慎态度[4]。

5谐波综合治理的展望 日益严重的谐波污染已引起各方面的高度重视。随着对谐波产生的机理、谐波现象的进一步认识，将会找到更加有效的方法抑制和消除谐波，同时也有助于制定更加合理的谐波管理标准。加大对谐波研究的投入将会大大加快对谐波问题的解决，当然谐波问题的最终解决将取决于相关技术的发展，特别是电力电子技术的发展。随着国民经济、谐波抑制技术的进一步发展、法制的进一步完善和对高效利用能源要求的增强，谐波治理问题最终将会得到妥善的解决。

随着电子计算机和电力半导体器件的发展，有源电力滤波器的性能会越来越好，价格会越来越低。而用于无源滤波的电容和电抗器的价格却呈增长的趋势。因此有源电力滤波器将是今后谐波抑制装置的主要发展方向。另外，电力电子技术中的有源功率因数校正技术也是极具生命力的。

6结语

谐波的综合治理工作势在必行。消除电力电子装置谐波污染的工作，可称之为电力电子技术应用的“绿色工程”。电力电子技术的发展必须和这个工程同步，这样才能为高效、低污染地利用电能开辟重要途径，促进我们国民经济的发展和用电设备的革新。同时,电力电子技术的推广和利用才能有更为广阔的发展前景。

第四篇：电力电子实验总结

电力电子技术实验总结

随着大功率半导体开关器件的发明和变流电路的进步和发展，产生了利用这类器件和电路实现电能变换与控制的技术——电力电子技术。电力电子技术横跨电力、电子和控制三个领域，是现代电子技术的基础之一，是弱电子对强电力实现控制的桥梁和纽带，已被广泛应用于工农业生产、国防、交通、能源和人民生活的各个领域，有着极其广阔的应用前景，成为电气工程中的基础电子技术。

本学期实验课程共进行了四个实验。包括单结晶体管触发电路实验，单相半波整流电路实验，三相半波有源逆变电路实验，单相交流调压电路实验.单结晶体管触发电路实验 实验目的

(1)熟悉单结晶体管触发电路的工作原理及电路中各元件的作用。(2)掌握单结晶体管触发电路的基本调试步骤。

实验线路及原理 单结晶体管触发电路利用单结晶体管(又称双基极二极管)的负阻特性和RC充放电特性，可 组成频率可调的自激振荡电路。V6为单结晶体管，其常用型号有BT33和BT35两种，由等效电阻V5和C1组成RC充电回路，由C1-V6-脉冲变压器原边组成电容放电回路，调节RP1电位器即可改变C1充电回路中的等效电阻，即改变电路的充电时间。由同步变压器副边输出60V的交流同步电压，经VD1半波整流，再由稳压管V1、V2进行削波，从而得到梯形波电压，其过零点与电源电压的过零点同步，梯形波通过R7及等效可变电阻V5向电容C1充电，当充电电压达到单结晶体管的峰值电压UP时，V6导通，电容通过脉冲变压器原边迅速放电，同时脉冲变压器副边输出触发脉冲；同时由于放电时间常数很小，C1两端的电压很快下降到单结晶体管的谷点电压Uv，使得V6重新关断，C1再次被充电，周而复始，就会在电容C1两端呈现锯齿波形，在每次V6导通的时刻，均在脉冲变压器副边输出触发脉冲；在一个梯形波周期内，V6可能导通、关断多次，但对晶闸管而言只有第一个输出脉冲起作用。电容C1的充电时间常数由等效电阻等决定，调节RP1电位器改变C1的充电时间，控制第一个有效触发脉冲的出现时刻，从而实现移相控制。

实验内容

(1)单结晶体管触发电路的调试。

(2)单结晶体管触发电路各点电压波形的观察。单相半波整流电路实验 实验目的

1、熟悉强电实验的操作规程；

2、进一步了解晶闸管的工作原理；

3、掌握单相半波可控整流电路的工作原理。

4、了解不同负载下单相半波可控整流电路的工作情况。实验原理

1、晶闸管的工作原理 晶闸管的双晶体管模型和内部结构如下： 晶闸管在正常工作时，承受反向电压时，不论门极是否有触发电流，晶闸管都不会导通。当承受正向电压时，仅在门极有触发电流的情况下晶闸管才能开通。晶闸管一旦导通，门极就失去控制作用。要使晶闸管关断，只能使晶闸管的电流降到接近于零的某一数值一下。

2.单相半波可控整流电路（电阻性负载）2.1电路结构

若用晶闸管T替代单相半波整流电路中的二极管D，就可以得到单相半波可控整流电路的主电路。变压器副边电压u2为50HZ正弦波，负载 RL为电阻性负载。

三相半波有源逆变电路实验 实验目的

1、掌握三相半波有源逆变电路的工作原理，验证可控整流电路在有源逆变时的工作条件，并比较与整流工作时的区别。

2、观察逆变失败现象，并研究逆变失败产生原因及预防措施 注意事项

(1)参照三相半波可控整流实验的注意事项

(2)电阻调节要缓慢进行,以防主电路电流过大,损坏晶闸管.实验内容

三相半波整流电路在有源逆变状态工作下带电阻电感性负载的研究。单相交流调压电路实验 实验目的

1加深理解单相交流调压电路的工作原理；

2加深理解单相交流调压电路带阻感性负载对脉冲及移相范围的要求； 3了解KC05晶闸管移相触发器的原理和应用。实验内容

1KC05 集成移相触发电路的调试； 2单相交流调压电路带电阻性负载； 3单相交流调压电路带阻感性负载。

相对来说，这门实验课程的线路连接及线路实验原理 并不复杂，最困难的是是完成试验线路连接以后所进行的调试与操作，难以得出相关的正确的波形以及争取的结果和参数。这是由于对实验的过程及原理理解的不深刻，对相关的知识掌握的不够透彻，不能熟练应用到实际操作以及应用当中。并且动手能力不够强，对实验过程不熟悉，实验操作生疏，缺乏相关的实际操作经验以及实际操作技巧，遇到实际操作中的问题难以独立解决，如何下手。对操作过程中的错误以及故障难以发现排除。

《电力电子技术》遵循的学习思路为：理论联系实践，实践促进创新。在学习该课程的过程中，注重对基本概念和基本方法的理解，在理论推导中引出工程应用的概念，在实例分析中强化理论概念，加深了我们对电力拖动自动控制系统的认识和理解。本课程综合性、理论性和实践性都较强，要求我们在掌握基本理论的基础上，能综合运用学过的专业知识,根据生产工艺的具体要求，实现对电机的控制和对一般自动控制系统的分析和设计，从而培养了我们学生的理论联系实际的能力、分析问题和解决问题的能力。

虽然实验台只是一个小型的模拟平台，但是通过对它的学习和操作，我们对有关的知识将会有一个更广泛的认识，而且它对我们以后的学习也会有帮助的。实验中个人的力量是不及群体的力量的，我们分工合作，做事的效率高了很多。虽然有时候会为了一些细节争论不休，但最后得出的总是最好的结论。而且实验也教会我们在团队中要善于与人相处，与人共事，不要一个人解决所有问题。总之，这次课程设计对于我们有很大的帮助。通过这次课程使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。在设计的过程中遇到问题，可以说得是困难重重，这毕竟第一次做的，难免会遇到过各种各样的问题，同时在设计的过程中发现了自己的不足之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固。

这次课程使我学到了更多实用的知识，让我对实验设备及实验原理有了更进一步的认识。通过本次的实验课程，我还发现自己以前学习中所出现的一些薄弱环节，并为今后的学习指明了方向，同时也会为将来的工作打下一个良好的基础。这次的实验课程为我们提供了一个很好的锻炼机会，使我们及早了解一些相关知识以便以后运用到实际中去。通过这次的实验课程，我知道只有通过刻苦的学习，加强对知识的熟练掌握程度，在现实的中才会得心应手，应对自如。

总体来说，经过这次实验课程，我还从中学到了很多课本上所没有提及的知识。我会把这此实验课程作为我人生的起点，在以后的工作学习中不断要求自己，完善自己，让自己做的更好。

实验过程中，获得了很多收获，获得了很多感悟，当然也遇到了很多困难。但我们都一一克服了他们，成功的完成了实验。并在解决问题，克服困难的过程中，发现了自己平时忽略的，隐藏的问题，以及一些不该出现的粗心大意的小毛病。通过这些，我们认识的更加深刻，了解的更加深入。做到了学以致用，对知识掌握得更加牢固。通过了这的学习，真的对它有了一个全新的认识，我会坚持对它的学习，使自己一个长足的提高！

第五篇：电力电子重点总结

电力电子重点总结

1各电力电子器件的特点、导通条件、导通维持条件、关断条件 电力二极管（不可控器件），静态特性主要指其伏安特性，当电力二极管承受的正向电压大到一定值时，正向电流才开始明显增加处于稳定导通状态。当其承受反向电压时，只有少子引起的微小而数值近似恒定的反向饱和漏电流，但随温度的升高而有所增加。动态特性电力二极管在零偏置（外加电压为零），正向偏置和反向偏置这三种状态之间转换的时候必然经历一个过渡过程，因而其电压—电流特性不能用伏安特性来描述，而是随时间变化的。并且往往专指反映通态和断态之间转换过程的开关特性。晶闸管（半控型器件），（1）当晶闸管承受反向电压是，不论门极是否有触发电流，晶闸管都不会导通。（2）晶闸管是一种单向导电器件，即在正常触发导通时电流只能从阳极流向阴极。（3）晶闸管导通的条件，晶闸管承受正向电压，同时在门极有触发电流作用。只有在这两个条件同时具备的情况下晶闸管才能导通。（4）晶闸管的关断条件：若要使已导通的晶闸管关断，只能利用外加反偏电压或外电路的作用使流过晶闸管的电流降到接近于零的某个临界值以下。（5）晶闸管维持导通的条件：晶闸管一旦导通，门极就失去控制作用，不论门极触发信号是否还存在，只要流过晶闸管的电流不低于其维持电流，晶闸管就能维持导通。（6）晶闸管误导通条件：阳极正偏电压过高；du／dt过大；结温过高。（7）晶闸管具有双向阻断作用，既具有正向电压阻断能力，又具有反向电压阻断能力。而不是像二极管那样仅具有反向电压阻断能力。PE系统需要隔离的原因及隔离措施；主电路中的电压和电流一般都比较大，而控制带南路的元器件只能承受较小的电压和电流，因此在主电路和控制电路连接的路径上，如驱动电路于主电路的连接处，或者驱动电路与控制信号的连接处，以及主电路与检测电路的连接处，一般都需要通过光或磁的手段来传递信号并实现电气隔离。强，弱电系统之间通常需要电气隔离，不共地，消除相互影响，减小干扰，提高可靠性。

3单相半波整流电路的α移相范围、波形分析、续流二极管的作用、输出直流电压、电流的计算