1.1 选题的背景和意义

本次毕业设计的主要目的制作出相比于传统的电容器，对成本、可靠性、能量密度等多目标进行优化过的一种双端有源电容器。并以其为基础制作出带有源电容器的逆变器。

电力电子技术是利用电力电子器件对电能进行控制和转换的学科。它包括电力电子器件、变流电路和控制电路三个部分，是电力、电子、控制三大电气工程技术领域之间的交叉学科。随着科学技术的发展，电力电子技术由于和现代控制理论、材料科学、电机工程、微电子技术等许多领域密切相关，已逐步发展成为一门多学科相互渗透的综合性技术学科。
现代电源技术是应用电力电子半导体器件，综合自动控制、计算机（微处理器）技术和电磁技术的多学科边缘交又技术。在各种高质量、高效、高可靠性的电源中起关键作用,是现代电力电子技术的具体应用。当前，电力电子作为节能、节才、自动化、智能化、机电一体化的基础，正朝着应用技术高频化、硬件结构模块化、产品性能绿色化的方向发展。在不远的将来，电力电子技术将使电源技术更加成熟、经济、实用，实现高效率和高品质用电相结合。当今世界能源消耗增长十分迅速。目前，在所有能源中电力能源约占40%，而电力能源中有40%是经过电力电子设备的转换才到使用者手中。预计十年后，电力能源中的80%要经过电力电子设备的转换，电力电子技术在21世纪将起到更大作用。

七十年代出现了世界范围的能源危机,交流电机变频调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。

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在电力电子领域已成定论。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,使其性能更加完善可靠,而且使现代电子技术不断向高频化发展,为用电设备的高效节材节能,实现小型轻量化,机电一体化和智能化提供了重要的技术基础。

九十年代，微电子技术的发展使新近的控制技术如矢量控制技术、多电平变换技术、重复控制、模糊控制等技术在逆变领域得到了较好的应用，极大的促进了逆变器技术的发展

而在如今，逆变技术的发展随着电力电子技术、微电子技术和现代控制理论的进步不断改进，逆变技术正朝着高频化、高效率、高功率密度、高可靠性、智能化的方向发展。

逆变电源技术是电力电子技术的重要组成部分。逆变电源是一种采用开关方式的电能变换装置，它从交流或直流输人获得稳压、稳频的交流输出。典型的交流输人、交流输出隔离型逆变电源的基本结构。典型的交流输入交流输出宏，逆变电源中的能量转换过程是：输人的工频交流电经过整流电路成为直流电，直流电通过逆变电路变为交流PWM波电压，其基波频率是逆变电源的输出频率，PWM波电压经输出变压器隔离，再由 L C 滤波器滤成正弦波。这一能量转换、传递的过程通常表示为AC-DC-AC。直流输人、输出隔离型的逆变电源结构相同，只是不需要输人端的整流电路，能量转换传递的过程可表示为 D C - A C。在逆变电源中，逆变器及其控制是逆变电源的核心。衡量逆变电源性能高低的主要指标是输出电压的品质，输出电压品质由以下特性来衡量:（1）稳压特性：指稳态时输出电压有效值的稳定度。一般用电压稳定度来衡量。（2）稳频特性：指稳态时输出电压频率的稳定度。一般用频率稳定度来衡量。（3）波形特性：指稳态时输出电压波形的特性。一般用以下四项指标评价：（1）总谐波含量：除基波分量外各次谐波的方均根电压值与基波电压有效值之比；（2）单次谐波含量：某一次谐波电压有效值与基波电压有效值之比；（3）波峰系数：电压峰值与有效值之比；（4）偏离系数：波形对基波相应点的偏离值与基波峰值之比制量的大小来衡量。

自十九世纪发明以来，电容器已成为电子电路与电子仪器中的关键部件。电容器的基本结构是由导电材料和绝缘材料制成的两层板组成。电解电容器，薄膜电容器和陶瓷电容器广泛应用于电力电子应用。电解电容器又分为铝电解电容器与钽电解电容器。铝电解电容器是用浸有糊状电解质的吸水纸夹在两条铝箔中间卷绕而成，薄的化氧化膜作介质的电容器。因为氧化膜有单向导电性质，所以电解电容器具有极性。容量大，能耐受大的脉动电流容量误差大，泄漏电流大；普通的不适于在高频和低温下应用，不宜使用在25kHz以上频率低频旁路、信号耦合、电源滤波。钽电解电容器是用烧结的钽块作正极，电解质使用固体二氧化锰温度特性、频率特性和可靠性均优于普通电解电容器，特别是漏电流极小，贮存性良好，寿命长，容量误差小，而且体积小，单位体积下能得到最大的电容电压乘积对脉动电流的耐受能力差，若损坏易呈短路状态超小型机件中。薄膜电容器的结构与纸质电容器相似，但用聚脂、聚苯乙烯等低损耗塑材作介质频率特性好，介电损耗小不能做成大的容量，耐热能力差滤波器、积分、振荡、定时电路。瓷介电容器则主要分为穿心式或支柱式结构瓷介电容器，它的一个电极就是安装螺丝。引线电感极小，频率特性好，介电损耗小，有温度补偿作用不能做成大的容量，受振动会引起容量变化特别适于高频旁路。

一般来说，这些电容均为无源电容，它们对系统的规模、成本和故障都有着相当大的影响，这就使得在使用时不可避免地会遇到能量密度、成本和可靠性等问题。