电力电子变换器的可靠性分析_电力电子变换器工作原理

admin 2024年10月17日 04:24 908 0

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整流（交流变直流）将交流电变换为直流电称为AC/DC变换，这种变换的功率流向是由电源传向负载，称之为整流。变频（交流变交流）变频就是改变供电频率，从而调节负载，起到降低功耗，减小损耗，延长设备使用寿命等作用。逆变（直流变交流）逆变是把直流电变成交流电称为逆变。

电力电子变换共有4种基本类型。分别是整流、逆变、斩波和周波变换。

四种变换型式是交流变直流(AC/DC)变换（俗称整流）、一种电压的直流变为另一种电压的直流（DC/DC）变换（俗称斩波）、直流变交流（DC/AC）变换（俗称逆变）和交流变交流（AC/AC）变换（又有周波变换和交流调压之分）。

电力电子变换电路有整流，逆变，斩波，交流交流变频调幅变换，电路形式有单相的，三相的，还有多相的。电力学科电力电子技术是一门新兴的应用于电力领域的电子技术，就是使用电力电子器件（如晶闸管，GTO，IGBT等）对电能进行变换和控制的技术。

电力电子可以实现电能形式的多种变换。可以实现把交流电变换为大小固定或可调的直流电，这种变换叫整流或可控整流。与上述相反，可能实现将直流电变换成大小固定或可调的交流电，这种变换叫逆变，即俗称的变频。可以实现将一种频率的交流电直接变换成另一种频率的交流电，这种变换叫交交变频。

根据不同的应用需求，电力电子变换器还可以细分为整流器、逆变器和斩波器等类型，它们的结构组成各有特点：整流器：这种变换器将交流电转换为直流电。其结构主要包括输入电路、整流器主电路和输出电路。逆变器：逆变器则将直流电转换为交流电。其结构主要包括输入电路、逆变器主电路和输出电路。

电力电子变换器的结构组成如下：电源：为电力电子变换器提供电能。有源器件：指开关管、晶体管等能够控制电路通断的电子器件，是电力电子变换器的核心组成部分，通过控制开关管的通断状态，实现对电路中电压、电流的调节和控制。

基本结构 DCDC变换器由输入滤波器、整流桥、开关管、PWM（脉宽调制）控制器和输出滤波器等部分构成。输入电源首先通过滤波器以减少纹波，然后进入整流桥进行电压转换和稳定。接下来，开关管在PWM控制器的指挥下，调节其开关频率和占空比，以精确控制输出电压和电流。

理想的电力电子器件是全控型器件，具有好的静态和动态特性，在截止状态时能承受高电压且漏电流要小；在导通状态时能流过大电流和很低的管压降；在开关转换时，具有短的开、关时间；通态损耗、断态损耗和开关损耗均要小，同时还要能承受高的di/dt和 du/dt。

电力电子器件又称为功率器件，通常工作于高电压、大电流的条件下，普遍具备耐压高、工作电流大、自身耗散功率大等特点。而信息电力电子一般是指小功率的器件，放大能力特别是电压放大能力比较强，噪声小，但功率放大能力弱，一般工作在低电压、微电流的场合。

电力电子器件是用半导体做的高速电子开关，其开关的速度远远高于机械开关，高的可以达到3MHz（也就是每秒钟开关3百万次），普通的也有几千次或者几万次。而机械开关，无论如何达不到这么高的开关频率。

电力电子变换器的可靠性分析_电力电子变换器工作原理

理想的电力电子器件应具特点晶闸管：承受电压和电流容量在所有器件中最高。IGBT：开关速度高，开关损耗小，具有耐脉冲电流冲击的能力，通态压降较低，输入阻抗高，为电压驱动，驱动功率小；开关速度低于电力MOSFET，电压，电流容量不及GTO。

电力电子变换器的可靠性分析_电力电子变换器工作原理

电力电子器件因其独特的性能和应用特点，为电子系统提供了重要的支撑。首先，电力二极管以其简单的结构和可靠的运行原理，成为基础元件之一。在所有器件中，晶闸管以其极高的承受电压和电流的能力脱颖而出，尤其在大功率应用中表现突出。

实验室还设有大功率感应加热电源试验台，用于成套开发和试验验证，配备有源滤波器和电磁兼容分析设备，以深入研究电能质量。电磁兼容预论证实验室/拥有德国R&S公司、瑞士EMTEST和美国Pacific公司的高端设备，全面致力于电力电子系统的电磁兼容性研究，确保系统的稳定性和安全性。

电力电子应用国家工程研究中心专注于多个关键领域的学科研究，致力于电力电子技术在工业界的广泛应用。中心的主要研究内容包括：高压大电流技术、高频化变流技术、采用微机和数字控制技术的电力电子系统智能化、以及组件和功能模块的设计与制造。

此外，中心还设有电磁干扰分析、电磁设计、可靠性分析等实验室，以及快速数字信号处理和SMT实验室，配备着国际一流的电力电子研究测试设备和自动测试软件。中心的核心团队由中国工程院院士汪生教授领军，包括7位教授、7位副教授/高工，以及一支实力雄厚的博士生、硕士生和工程师队伍。