特大功率电力电子器件技术研发及推广应用

2010年度国家科学技术进步奖二等奖。 2100433B

主要完成人：丁荣军，张 明，刘国友，黄建伟，邹冰艳，童宗鉴，舒丽辉，李世平，吴煜东，彭勇殿

主要完成单位：株洲南车时代电气股份有限公司

项目是在汶川“5·12”特大地震发生后，泥石流灾害频发的背景下开展的，从2010年开始开展资料整理，2012年立项具体开展科研工作，至2015年11月完成审查，2016年7月成果资料归档，项目历经5年时间。项目主要由四川省华地建设工程有限责任公司牵头完成。

1.主要技术内容

全面调查评价汶川地震区特大泥石流活动特征，研究泥石流成灾机理模式；系统总结汶川县映秀镇红椿沟特大泥石流治理工程和绵竹市清平乡文家沟泥石流治理工程的设计与施工经验及其防灾效果，建立泥石流治理工程有效性和安全性评价体系，为四川、西藏、青海、云南等西南山区泥石流防治提供技术指导。

2.取得的主要创新成果

（1）揭示了强震区特大型泥石流爆发成灾的两种启动放大成灾机理模式。在系统调查汶川地震区21条特大型泥石流及治理工程效果的基础上，总结了汶川地震区特大泥石流的活动特征，总结出了强震区特大型泥石流“多点堵溃、揭底放大、多阵叠加”和“两源分离、集中堵溃、集中放大”成灾机理模式。

（2）首次在特大泥石流治理工程采用软基高坝、柔性排导槽、水砂分治关键技术并创建监测体系验证了关键工程体系效果。针对新近特大型泥石流堆积物结构松散承载力低、厚度较大、富水特征，以及泥石流爆发活动规模较大、活动特征复杂的特点，在国内首次采用软基高坝、柔性排导槽、水砂分治等关键创新技术，并通过对关键工程建立的监测体系，验证了关键技术防治技术是成功的，相关技术得到了广泛借鉴应用。

（3）创建了从降雨—物源启动—过流—堆积—工程约束效应的全过程泥石流治理工程效果对照分析评价体系。以红椿沟和文家沟泥石流治理工程为典型试验场，建立了全面的工程防治效果运行监测网络，成功捕捉到10多次泥石流或洪水活动，获取了3个水文年的全面监测数据。从治理工程对泥石流流量、流速、重度的调节作用，对物源稳固量，拦固工程库区淤积物粒度与回淤纵坡关系，治理工程位移和沉降量等治理工程关键设计参数出发，揭示了泥石流在工程约束条件下活动特征和发展演化规律。

（4）建立了由防治目标、工程体系、关键工程、单体工程等多因子构成的工程有效性和安全性评价指标体系。

3.授权专利情况

针对特大泥石流“软基高坝、柔性排导槽”等关键防治技术，申请并获得2项实用新型专利，分别为“泥石流拦挡坝防冲消能结构”和“软基柔性排导槽”，专利号分别为ZL2015 2 0688888.2和ZL2015 2 0688889.7。

4.技术经济指标

（1）成本指标：本项目投入研究经费共计500万元。

（2）质量指标：成果经中国地质环境监测院组织专家审查获评为优秀，得分95分。

（3）效益指标：项目共获得2项相关专利；2项技术成果被行业规范和指南采用；发表7篇研究论文；出版2部学术专著。建立了2处特大型泥石流防治示范基地

（4）用户满意度指标：用户满意度98%。

5.应用推广及效益情况

技术示范与推广应用于四川、西藏、青海等地震灾区50多处重特大泥石流防治工程中（特大型21处），产生了5亿元的减灾效益，推广应用工程区保护了7.5万多人口的生命安全，取得了良好的社会、经济和环境效益。 2100433B

前言

绪论

一、电力电子器件的概念和特征

二、电力电子器件的分类

三、电力电子器件的发展历程

四、电力电子器件的应用

第一章电力电子器件

第一节不可控器件——功率二极管

一、工作原理

二、功率二极管的伏安特性

三、功率二极管的主要参数和选用

四、功率二极管的主要类型

第二节半控型器件——晶闸管

一、晶闸管的结构和工作原理

二、晶闸管的伏安特性

三、晶闸管的主要参数和选用

四、晶闸管的派生器件

五、晶闸管的命名和简单测试

实验晶闸管的简易测试及导通关断条件

第三节全控型器件

一、GTO晶闸管

二、GTR

三、功率MOSFET

四、IGBT

五、其他新型电力电子器件

实验一GTR和功率MOSFET的简易测试

实验二全控型器件特性实验

第四节电力电子器件的保护

一、过电流保护

二、过电压保护

三、缓冲电路

四、散热

复习思考题

第二章电力电子器件的驱动

第一节晶闸管触发电路

一、晶闸管触发电路概述

二、简易触发电路

三、单结晶体管触发电路

四、锯齿波同步移相触发电路

五、集成触发器

实验一简易触发电路

实验二单结晶体管触发电路

实验三锯齿波同步移相触发电路

实验四西门子TCA785触发电路

第二节全控型器件的驱动电路

一、GT0晶闸管门极驱动电路

二、GTR基极驱动电路

三、功率MOSFET栅极驱动电路

四、IGBT栅极驱动电路

实验一GTO晶闸管驱动与保护电路

实验二功率MOSFET驱动电路

实验三IGBT驱动电路

复习思考题

第三章整流电路

第一节单相可控整流电路

一、单相半波可控整流电路

二、单相桥式全控整流电路

三、单相桥式半控整流电路

实验一单相桥式半控整流电路

实验二单相桥式全控整流电路

第二节三相可控整流电路

一、三相半波可控整流电路

二、三相桥式全控整流电路

实验三相桥式全控整流电路

第三节整流器件的选择

一、整流器件额定电压的确定

二、晶闸管额定电流的确定

复习思考题

第四章交流电力电子开关与交流调压电路

第一节交流电力电子开关电路

一、晶闸管交流开关的基本形式

二、固态开关

第二节单相交流调压电路及调功电路

一、单相交流调压电路的工作原理

二、几种交流调压的触发电路

三、交流调功电路

实验一单结晶体管触发的单相交流调压电路

实验二单相交流调功电路

实验三Kc06触发的单相交流调压电路

第三节三相交流调压电路

一、三相交流调压电路

二、三相交流调压电路应用实例

复习思考题

第五章直流电压变换电路

第一节直流电压变换电路的基本工作原理及分类

一、直流电压变换电路的基本工作原理

二、直流电压变换电路的分类

第二节直流电压变换电路

一、基本直流电压变换电路

二、复合直流电压变换电路

第三节直流电压变换电路的PwM控制

一、PwM控制器集成芯片sG3525简介

二、sG3525的工作原理

第四节直流电压变换电路的应用

一、直流电压变换电路在数控机床上的应用

二、开关电源

实验直流电压变换电路

复习思考题

第六章逆变与变频电路

第一节逆变与变频

一、有源逆变

二、逆变电路的基本工作原理

三、电压型逆变电路

四、电流型逆变电路

五、变频电路

实验IGBT单相并联逆变电路

第二节PwM型变频电路

一、PwM型变频电路概述

二、单相PwM型变频电路

实验单相交-直-交变频电路

复习思考题

参考文献

……