电力电子技术课件(2024)

发展历程
自20世纪50年代晶闸管的问世以来，电力电子技术经历了多个发展阶段，从最 初的整流器时代到逆变器时代，再到变频器时代，技术不断革新，应用领域也 不断扩展。
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应用领域及重要性
应用领域
电力电子技术在能源、交通、工业、 通信等领域都有广泛应用，如新能源 发电、电动汽车、工业自动化、智能 电网等。
PWM整流器
采用脉宽调制技术，实现交流到直流的高效转换，同时可控制输出电压和电流。
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交流-交流变换器
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01
交流调压器（AC
Voltage
Regulator）：通过改变交流电压
的幅值或相位，实现对输出电压
的调节。
02
频率变换器（Frequency Converter）：将一种频率的交 流电转换为另一种频率的交流电 ，常用于电机调速等领域。
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06 电力电子技术应用案例剖析
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电动汽车充电站设计与实现
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充电站整体架构设计
包括充电设备、配电系统、监控系统等组成部分 。
充电控制策略设计
根据电动汽车电池特性，设计合理的充电控制策 略，实现快速、安全、高效的充电过程。
充电站监控系统开发
3
实时监测充电站运行状态，包括充电设备状态、 电池状态、电量统计等，确保充电站安全稳定运 行。
特点
电力电子技术的特点包括高效率、高可靠性、高精度控制、宽范围调节等。同时 ，随着新型半导体器件和拓扑结构的不断涌现，电力电子技术的性能也在不断提 升。
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02 电力电子器件
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晶闸管
01
晶闸管的基本结构和工作原理
02
晶闸管的伏安特性与主要参数
03
晶闸管的触发电路与驱动电路
04
晶闸管的应用与保护
MATLAB简介
数学计算软件，提供丰富的算法库和工具箱，支持矩阵运算、数据分析、信号处理等功
能。
Simulink简介
基于图形的仿真环境，可建立复杂的动态系统模型，支持多种物理域建模，如电气、机 械、液压等。
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MATLAB与Simulink的联合使用
利用MATLAB强大的计算能力和Simulink直观的建模方式，实现电力电子系统的快速 设计和仿真。
。
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风能并网发电系统设计与实现
风力机建模与仿真
建立风力机的数学模型，通过仿真分析风力机的输出特性。
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变流器设计
设计适用于风能并网发电系统的变流器，实现风能发电机输出交流 电的电压和频率与电网匹配。
风能并网控制策略研究
研究风能并网控制策略，提高风能并网发电系统的稳定性和经济性 。
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智能家居用电管理系统设计与实现
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智能用电设备接入与控制
设计智能插座、智能开关等设备，实现家居用电设备的远程控制 和自动化管理。
家庭能源管理系统开发
开发家庭能源管理系统软件，实时监测家庭用电设备的用电情况， 提供用电统计、用电分析等功能。
用电优化策略研究
研究用电优化策略，根据家庭用电设备的用电情况和电价信息，制 定合理的用电计划，降低家庭用电成本。
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可控硅整流器
可控硅整流器的基本结构 和工作原理
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可控硅整流器的触发电路 与驱动电路
可控硅整流器的伏安特性 与主要参数
可控硅整流器的应用与保 护
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晶体管与场效应管
晶体管的基本结构、工作原 理、特性和参数
场效应管的基本结构、工作 原理、特性和参数
晶体管与场效应管的比较与 选择
智能化发展
预测电力电子技术的智能化发展将成为未来重要趋势，包括智能控制、自适应技术、故障 诊断等方面的智能化将提高电力电子系统的性能和可靠性。
绿色低碳发展
预测电力电子技术将在绿色低碳发展方面发挥重要作用，包括提高能源利用效率、减少环 境污染等方面的技术将促进可持续发展。
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谢谢聆听
在逆变电源、电机驱动等领域广泛 应用，可实现高效、低噪、低失真 度的正弦波输出。
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SVM调制方法
SVM基本原理
通过空间矢量合成的方 法生成PWM脉冲，实 现对三相电压型逆变器 的控制。SVM将三相电 压看作空间矢量，通过 控制矢量的幅值和相位 来合成所需的输出电压 。
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SVM实现方法
电力电子技术课件
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目录
2024/1/25
• 电力电子技术概述 • 电力电子器件 • 变换器电路拓扑及工作原理 • PWM控制技术与应用 • 电力电子系统设计与仿真分析 • 电力电子技术应用案例剖析 • 总结与展望
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01 电力电子技术概述
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定义与发展历程
定义
电力电子技术是一门研究利用半导体器件对电能进行变换和控制的学科，涉及 电力、电子、控制等多个领域。
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光伏并网发电系统设计与实现
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光伏电池建模与仿真
01
建立光伏电池的数学模型，通过仿真分析光伏电池的输出特性
。
并网逆变器设计
02
设计高性能的并网逆变器，实现光伏电池输出直流电转换为交
流电并接入电网。
最大功率点跟踪算法研究
03
研究最大功率点跟踪算法，提高光伏并网发电系统的发电效率
可通过微处理器实现， 需要实时计算空间矢量 的幅值和相位，并生成 相应的PWM脉冲。
SVM应用
在三相电压型逆变器、 电机驱动等领域广泛应 用，可实现高性能、高 效率的电压输出。
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PWM在电力电子系统中的应用
A
逆变电源
PWM控制技术可实现逆变电源的高效、低噪、 低失真度输出，满足各种用电设备的需求。
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典型案例分析：逆变器设计实例
逆变器基本原理
设计步骤
将直流电转换为交流电的装置，广泛应用 于新能源发电、电动汽车等领域。
确定输入输出参数、选择适当的拓扑结构 、设计控制电路、进行系统仿真和实验验 证。
关键技术点
案例分析
PWM控制技术、电流电压检测技术、保护 电路设计等。
以一个具体的逆变器设计为例，详细介绍 设计流程、关键技术和实验结果，加深学 员对逆变器设计的理解和掌握。
晶体管与场效应管的应用电 路
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绝缘栅双极型晶体管（IGBT）
01
IGBT的基本结 构和工作原理
02
IGBT的静态和 动态特性
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IGBT的驱动和 保护电路
03
04
IGBT的应用领 域和发展趋势
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变换器电路拓扑及工作原理
03
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直流-直流变换器
重Hale Waihona Puke 性电力电子技术对于提高能源利用效率 、减少环境污染、推动产业升级等方 面具有重要意义，是现代社会发展不 可或缺的关键技术之一。
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基本原理与特点
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基本原理
电力电子技术的基本原理是通过半导体器件对电能进行变换和控制，实现电能的 优化利用。主要包括整流、逆变、斩波、变频等技术。
学习方法总结
回顾并总结课程中采用的有效学习方法，如主动学习、合 作学习、探究式学习等，以及这些方法对学生学习的促进 作用。
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前沿技术动态介绍
01
最新研究进展
介绍电力电子技术领域的最新研究进展，包括新型电力电子器件、高效
变换技术、智能化控制等方面的研究成果。
02
产业应用趋势
分析电力电子技术在新能源、智能电网、电动汽车等产业领域的应用趋
势，以及面临的挑战和机遇。
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03
前沿技术探讨
探讨电力电子技术的前沿技术，如宽禁带半导体器件、无线电能传输、
人工智能在电力电子技术中的应用等，并分析其对未来发展的影响。
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未来发展趋势预测
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技术创新驱动
预测电力电子技术在未来将继续受到技术创新的驱动，包括新材料、新工艺、新拓扑等方 面的创新将推动电力电子技术的不断进步。
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SPWM调制方法
SPWM基本原理
采用正弦波作为调制信号，与高 频三角波进行比较，生成一系列 等幅不等宽的脉冲序列，其脉冲
宽度按正弦规律变化。
2024/1/25
SPWM实现方法
可通过模拟电路、数字电路或微处 理器实现。其中，微处理器实现方 法具有灵活性高、精度高等优点。
SPWM应用
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直流-交流变换器
2024/1/25
逆变器（Inverter）
将直流电压转换为交流电压，输出频率和幅值可调的交流电 。
PWM逆变器
采用脉宽调制技术，通过调节脉冲宽度来改变输出电压的幅 值和频率。
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交流-直流变换器
整流器（Rectifier）
将交流电压转换为直流电压，通常采用二极管或可控硅等器件实现。
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07 总结与展望
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课程总结回顾
2024/1/25
课程重点回顾
对电力电子技术的基本概念、原理、分析方法和设计方法 进行系统回顾，强调课程的核心知识点和技能要求。
学习成果展示
通过案例分析、实验报告、课程设计等方式，展示学生在 课程学习中所取得的成果，以及对电力电子技术的理解和 应用能力。
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01
降压型（Buck）变换器
通过开关管的导通和关断，将输入直流电压降压为所需 的输出电压。
02
升压型（Boost）变换器
利用电感储能和开关管的导通与关断，将输入直流电压 升压到所需的输出电压。
03
升降压型（Buck-Boost）变换器
结合降压型和升压型变换器的原理，实现输入电压的升 降压转换。
电机驱动
PWM控制技术可实现电机的精确控制，包 括速度、位置、转矩等参数的控制，提高 电机的运行性能。
B
C
新能源发电
PWM控制技术可用于太阳能、风能等新能 源发电系统中，实现对直流电压的精确控制 和逆变并网。
电力储能
PWM控制技术可用于电池储能系统中，实 现对电池充放电过程的精确控制和能量管理 。
D
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04 PWM控制技术与应用
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PWM基本原理及分类
PWM基本原理
通过调制信号的脉冲宽度来控制输出电压或电流的幅值和频率，实现对电力电子设备的精确控制。
PWM分类
根据调制信号的性质和产生方式，PWM可分为模拟PWM和数字PWM两大类。模拟PWM通过模拟 电路产生调制信号，而数字PWM则通过数字电路或微处理器产生调制信号。
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05 电力电子系统设计与仿真分析
2024/1/25
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系统设计流程与规范
2024/1/25
系统设计流程
需求分析、概念设计、详细设计、仿 真验证、实验验证、优化改进。
设计规范
遵循行业标准、考虑系统可靠性、安 全性和可维护性、满足性能指标要求 。
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MATLAB/Simulink仿真工具介绍