《现代电力电子技术》林渭勋_26
现代电力电子技术课程大纲
《现代电力电子技术》课程大纲课程名称〔中文〕：现代电力电子技术课程名称〔英文〕：Modern Power Electronics Technology课程编码：Y0703010C开课单位：电气信息学院授课对象：硕士研究生任课教师：高学军、陈堂贤学时：40学分：2.5学期：2考核方式:笔试+撰写论文等先修课程：电路、电子技术等课程简介：一、教学目的与根本要求：熟悉各种电力电子器件的特性和使用方法；掌握各种电力电子电路的结构、工作原理、控制方法、设计计算方法、谐波分析与计算、应用MATLAB仿真与实验技能；熟悉各种电力电子装置的应用X围与技术经济指标。
二、课程内容与学时分配1、课程主要内容：〔一〕、绪论：电力电子技术的根本概念、学科地位、根本内容和开展历史；电力电子技术的应用X围；电力电子技术的开展前景；本课程的任务与要求〔二〕、电力电子开关器件：电力二极管；半控型器件-晶闸管；典型全控型器件-GTO、电力MOSFET、IGBT、BJT；IGCT、MCT、SIT、STIH等其他电力电子器件；功率集成电路和智能功率模块；电力电子器件的保护和驱动电路〔三〕、直流—直流变换器：降压斩波电路；升压斩波电路；升降压斩波电路；复合斩波电路；多重多相变换器以与带隔离变压器的直流—直流变换器；介绍MATLAB-simulink.〔四〕、直流—交流变换器：电压型逆变电路；电流型逆变电路；多重逆变电路和多电平逆变电路；PWM根本原理和控制方式；PWM波形的生成方法；PWM整流电路；三相逆变器电压空间矢量PWM控制；应用MATLAB仿真。
〔五〕、交流—直流变换器：单相可控整流电路；三相可控整流电路；变压器漏抗对整流电路的影响；电容滤波的二极管整流电路；整流电路的谐波和功率因数；大功率整流电路；含有源功率因数校正环节的单相整流器；三相高频PWM整流；应用MATLAB仿真。
〔六〕、交流—交流变换器：单相相控式交流调压电路；三相相控式交流调压电路；三相输出交—交变频电路；矩阵式变频电路；应用MATLAB仿真。
现代电力电子技术林渭勋
图5-1 具有电容输入滤波的单相不控整流电路 a)电路结构 b)电量波形
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5.1.3 PWM整流电路的分类
所谓PWM整流电路指采用PWM控制方式和全控型器件组成的整流电路。由于它在不同 程度上解决传统低频整流电路存在的问题，得到国内外的重视，随着全控型功率器件开 关容量的增大。微机及数字信号处理器(DSP)性能的提高、SVPWM技术的日渐成熟， 也由于其主电路拓扑结构与逆变电路十分相似，因此逆变电路获得成功的经验和技术都 可以顺利地移植到PWM整流电路，所以近年来发展较快。可以祈望，PWM整流终将成 整流电路的主流。
图5-5 全波零式同步整流电路 a)电路结构 b)电量波形
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5.2.2 同步整流电路
图5-6 非对称型同步整流电路 a)电路结构 b)电量波形
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感谢您的观看！
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5.2 低压大电流高频整流电路 5.2.1 倍流整流电路 5.2.2 同步整流电路
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5.2.1 倍流整流电路
图5-2 倍流式整流电路 a)电路结构 b)电量波形
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5.2.1 倍流整流电路
1)输出滤波电容C0值很大，iL中谐波均从C0流过，负载R0中仅流 过直流分量I0，故输出电压无纹波，即u0≡U0。 2)滤波电感L1=L2=L，无直流内阻且数值较大。
第6页/共11页Βιβλιοθήκη 5.2.1 倍流整流电路图5-3 图5-2b中各时区的 等效电路
a)时区A b)时区B c)时区C
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5.2.2 同步整流电路
图5-4 同步倍流式整流电路 a)电路结构 b)简单的栅压波形 c)改良的栅压波形
电力电子技术应看的书单
《多电平逆变技术及其应用》刘凤君，机械工业出版社; 第1版(2007年4月1日) ，定价¥ 43.00《高性能级联型多电平变换器原理及应用》周京华，陈亚爱，机械工业出版社; 第1版(2013年10月14日) 定价：￥59.80元《多电平变换器的理论和应用技术》何湘宁, 陈阿莲，机械工业出版社; 第1版(2006年9月1日) ，定价：￥29.00《现代电力电子学》徐德鸿等，机械工业出版社; 第1版(2013年5月22日)，定价：￥49.00 《电力电子系统建模及控制》徐德鸿，机械工业出版社; 第1版(2006年1月1日)，定价¥ 22.00《电力电子、电机控制系统的建模和仿真》洪乃刚，机械工业出版社; 第1版(2010年2月1日)，定价￥33.00《现代电力电子技术》林渭勋，机械工业出版社; 第1版(2013年3月7日)，定价￥49.80 《现代整流器技术:有源功率因数校正技术》徐德鸿，李睿，刘昌金，林平，机械工业出版社; 第1版(2013年3月1日)，定价￥49.80《现代电力电子学与交流传动》，博斯(Bimal K.Bose)，王聪，赵金，于庆广，程红，机械工业出版社; 第1版(2013年7月1日)，定价：￥69.90《谐波抑制和无功功率补偿》王兆安，杨君，刘进军，王跃，机械工业出版社; 第2版(2006年1月1日)，定价￥29.00《高频开关型逆变器及其并联并网技术》孙孝峰，顾和荣，王立乔等，机械工业出版社; 第1版(2011年2月1日)，定价￥40.00《电力拖动自动控制系统:运动控制系统》阮毅，陈伯时，机械工业出版社; 第4版(2010年1月1日)，定价￥32.00《常用电机控制及调速技术》翟雄翔，北京理工大学出版社; 第1版(2012年10月1日)，定价￥34.00《交直流调速系统与MA TLAB仿真》周渊深，中国电力出版社; 第1版(2007年12月1日)，定价￥36.00。
《现代电力电子技术》课件
交流调制技术
1
原理
用逆变器将直流电压转变为交流电压，再对交流电压进行调制，的信号与高频三角波叠加，得到PWM信号。
3
三角PWM控制
将需要控制的信号与低频三角波叠加，得到PWM信号。
开关电源技术
工作原理
利用功率开关器件的导通和断开， 将高频电源变换成低压稳定直流电 源。
现代电力电子技术
电力电子技术涉及电能的控制、变换和传输等方面，已经成为现代电力工业、 交通运输、通讯、计算机等各个领域中的关键技术。
概述
定义
电力电子技术是控制和变换电 力的一种新兴技术领域。
应用领域
广泛应用于交通运输、轨道交 通、新能源、家电、通讯和计 算机等领域。
发展历程
20世纪50年代发展并日渐成熟， 80年代达到高峰，90年代后进 入了新的发展阶段。
结语
1
电力电子技术的未来
电力电子技术将继续发挥更大的作用，推动新能源发展。
2
相关学科和领域介绍
电机与电器、电力系统、电力电子等学科和领域紧密相连。
3
总结
电力电子技术在现代社会中扮演着重要的角色，将会继续深入发展和应用。
滤波器设计与优化
电源滤波器、信号滤波器、噪声滤波器等滤波器都 可以用来消除共模噪声。
变频技术
基本原理
将恒定电压变为可调电压、可以调 制频率的交流电源。
电机驱动
变频器是电机驱动的核心装置，根 据不同的负载条件可以调整输出频 率和电压。
实际应用案例
应用于风能、太阳能、水能、地热 能等大规模新能源并驱动各种电动 机械设备。
电路设计
4
电路包括逆变电路、滤波电路和输出负载等 部分。
共模噪声抑制技术
《现代电力电子技术》林渭勋.ppt
1.5.3 VC关断过程分析
1.基本假设和电路的初、终态 2.阴级-门极换流期(时区G) 3.阳极电压上升期(时区H)
GMXD1B
1.基本假设和电路的初、终态
分析假定与VC开通过程相同。 VC关断过程的电路初态相当于开通过 程的终态，即对应于图1-46c中时区F； VC关断过程的终态则相当于开通过程 的初态，对应于图1-46c中的时区A。 VC关断过程即电路由初态到终态的过 渡过程，对应于图1-46c中由G～I的三 个时区。
由应断反图于，偏时，1,iD-4区u06D=cF00可，,=u-见au电k0，=路=u-VU=中C0，开,有u负0通V=载Cu的导=从U电通d直,路V，流D终V0电D处态0源于关对 吸取电能。
GMXD1B
4. VC开通过程
(1)uak下降期(时区B) (2)零压期(时区C) (3)反向恢复期(时区D) 当t＞t3时，VD0开始恢复反向阻断能力，u0 线性上升(uD0负向增长)，当t=t4时，u0=Ud(uD0=-Ud)，iD0=-IRm，ia=I0+I Rm=ITm，由于VD0反向电流峰值IRm随下降率(即ia上升率)增大而增大， 以芯片直径为91mmVC(4.5kV/4kA)为例，采用软恢复特性的VD0(4.5 kV/1.5kA)，在反向恢复电流下降率为1kA/μs时，IRm=1.65kA，也即 反向电流峰值比器件正向电流(有效值)还大，为避免开通中过大的电 流过冲(即降低ITm值)，应控制ia上升率，合理选择LK值，目前对4.5k V电压等级器件，其(dia/dt)m≤0.5kA/μs。 (4)反向电流衰减期(时区E)：当t＞t3时，VD0的反向电流值迅速衰减， 为阻止这种电流变化，uL反向(uL=uLS+uLK)，LKS释放储能(阻尼电路 中VDK正偏导通，储能将转移到RK和CS中，但由于uL＜0，VD0端压 将超越Ud，造成电压过冲，(参阅图1-1c)uD0的峰值为
00507735《现代电力电子技术》教学大纲
00507735《现代电力电子技术》教学大纲课程名称：现代电力电子技术英文名称：Modern Power Electronics Technology课程编号：00507735课程学时：32课程学分：2课程性质：学位课适用专业：电力电子与电力传动预修课程：电力电子技术、模拟电子技术、数字电子技术、电路原理、自动控制理论大纲执笔人：朱建伟一、课程目的与要求本课程的教学目的，使学生在研究生专业课学习阶段了解和掌握有关现代电力电子技术的基本原理和广泛的应用。
内容包括交流调压电路及交交变频电路的原理和控制方法；谐振变换器和谐振电路的工作原理；常用换流器的分析方法；高频化与软开关技术的发展；电路运行条件对电力电子器件性能的影响；PWM直流变换电路、PWM逆变电路、PWM交流变换电路和PWM整流电路的分类、原理和分析方法。
通过本课程的学习要求学生掌握交流调压电路及交交变频电路的基本类型及其分析方法。
掌握谐振变换器电路的工作原理。
学会常用换流器的分析方法，了解高频化与软开关技术的发展。
掌握电力电子器件的应用基础，各类器件触发电路、门控电路及其保护措施和器件的散热问题。
掌握PWM直流变换电路及其应用、PWM逆变电路、PWM交流变换电路和PWM 整流电路的分类、电路的控制问题及电路的参数计算。
二、教学内容及学时安排第一章交流调压电路及交交变频电路6学时1.1 概述1.1.1 交流电力控制电路基本类型及其应用1.1.2 交交变频电路基本类型及其应用1.2 单相交流调压电路1.3 三相交流调压电路1.3.1 主电路基本形式1.3.2 控制原理及工作条件分析1.3.3 三相交流调压电路典型波形分析1.4 其他类型的交流电力控制电路1.5 三相交交变频电路1.6交交变频电路的运行方式及性能特点1.6.1 有环流与无环流运行方式1.6.2 输出电压的控制1.6.3 输入侧功率因数1.7 其他类型的交交变频电路1.7.1 三倍倍频电路1.7.2 负载换流的倍频电路1.7.3 矩阵式交交变频电路第二章谐振变换器8学时2.1 概述2.2 谐振电路的基本概念2.2.1 串联谐振电路工作原理2.2.2 并联谐振电路工作原理2.2.3 高阶谐振电路2.3 负载谐振换流器2.3.1 串联负载谐振换流器2.3.2 并联负载谐振换流器2.3.3 高阶谐振换流器2.3.4 E类换流器2.4 谐振开关换流器2.4.1 零电流谐振开关换流器2.4.2 零电压谐振开关换流器2.5谐振直流连接逆变器2.6双向谐振换流器2.7 小结第三章电力电子器件的应用基础8学时3.1 晶闸管触发电路3.1.1 晶闸管对触发电路的基本要求3.1.2 触发电路的型式3.1.3 单极晶体管移相触发电路3.2 可关断晶闸管（GTO）的门控电路3.2.1 门极驱动特性3.2.2 门极控制信号波形分析3.2.3 GTO的门控电路3.3 电力MOSFET和IGBT的栅控电路及其模块3.3.1 电力MOSFET的栅极驱动电路3.3.2 IGBT的栅极驱动电路3.4 电力电子器件的串并联应用及系统容量扩展3.4.1 晶闸管的串并联3.4.2 GTO的串并联应用3.4.3 功率MOSFET的并联应用3.4.4 IGBT的串并联应用3.5 器件使用中的保护措施3.5.1 晶闸管的保护措施3.5.2 功率MOSFET的保护3.5.3 GTO的过电流保护3.5.4 IGBT的的保护3.6 电力电子器件的缓冲电路3.6.1 缓冲电路的作用与基本类型3.6.2 缓冲电路的基本结构3.7 器件的散热3.7.1 散热的原理与重要性3.7.2 散热器及其安装第四章 PWM整流电路及其应用8学时4.1脉冲整流电路的基本原理及分类4.1.1 基本原理4.1.2 PWM整流器的分类与对偶性4.2 电压型PWM整流器4.2.1 单相PWM整流器主电路结构及工作原理4.2.2 主要方程式及相量图4.2.3 工作模式及能量关系4.2.4 电压型三相PWM整流器主电路结构及工作原理4.2.5 电压型PWM整流器的控制4.3 电流型PWM整流器4.3.1 单相PWM整流器主电路结构及工作原理4.3.2 主要方程式及相量图4.3.3 工作模式及能量关系4.3.4 单相电流型晶闸管PWM整流器工作原理4.3.5 三相电流型PWM整流器主电路结构及工作原理4.4电压型PWM整流器与电流型PWM整流器的性能特点比较4.5 PWM整流器的应用4.5.1 PWM整流器在电力机车上的应用4.5.2 PWM整流器在大容量通用变频器中的应用4.5.3 有源电子负载4.5.4 可再生能源和储能系统与电网间的互联4.6 小结三、教材及主要参考书1、刘志刚主编，《电力电子学》, 清华大学出版社, 2004．6 第1版,2、林渭勋编著，《现代电力电子技术》, 机械工业出版社, 2006．1 第1版,3、石新春主编，《电力电子技术》, 中国电力出版社, 2006．3 第1版,4、周克宁主编，《电力电子技术》, 机械工业出版社, 2004．10 第1版,5、郑宏婕主编，《电力电子技术及应用》, 福建科学技术出版社, 2005．1 第1版,6、（美）Bimai K.Bose著，《现代电力电子与交流传动》, 机械工业出版社, 2005．5 第1版,7、徐德鸿编著，《电力电子系统建模及控制》, 机械工业出版社, 2006．1 第1版,8、贺益康编著，《电力电子技术》, 科学出版社, 2004．4 第1版,9、《第七届中国电力电子与传动控制学术会议论文集》，《电气传动自动化》编辑部，2001.1000507735《现代电力电子技术》课程简介课程名称：现代电力电子技术英文名称：Modern Power Electronics Technology课程编号：00507735课程学时：32课程学分：2课程性质：学位课适用专业：电力电子与电力传动预修课程：电力电子技术、模拟电子技术、数字电子技术、电路原理、自动控制理论大纲执笔人：朱建伟主要教学内容：本课程主要介绍有关现代电力电子技术的基本原理和广泛的应用。
现代电力电子技术
现代电力电子技术现代电力电子技术【1】摘要：电力电子技术是利用电力电子器件对电能转换技术的控制。
如果微电子技术是信息处理技术，电力电子技术就是电力处理技术。
电力电子技术是衔接控制、电子和电力的三大电气工程技术的交叉科学的融合。
由于新型的功率电子器件的广泛使用，使电子技术的发展大大超出信息处理和信息传输为主的弱电范围。
而在交流电源的电压和频率变换技术方面，得到进一步开发。
并且日益普及应用于工业生产中，使电子技术开辟了新的技术领域一一电力电子技术.随着工业设备机电一体化的技术改造，将使工业生产呈现新的面貌。
关键词：浅谈现代电力电子技术现如今的高新技术有很多都是和电网的相位、电压、电流和频率等基本参数的转换与控制相关。
现代电力电子技术能实现对这些参数的高效处理与精确控翻，对大功率的电能频率的变换能够得到很好的实现，这样可以支持多项高新技术的发展。
1现代电力电子技术的内涵现如今电力电子技术主要是处理的对象时功率，主要是来实现高效率和高品质的用电。
电力电子技术主要通过电力半导体器件和自动控制技术、计算机和电磁技术的三者综合运用来实现获取、传输、变换和利用。
在各种高质量、高效和高可靠性的电源中能够起到非常重要的作用，可以让当代的电力电子技术得到很充分的运用。
功率IGBT和MOSFET是非常具有代表性，其功率半导体复合器件主要具有高频、高压和大电流等的特点。
这类的特点也意味着传统的电力电子技术不能够适应现如今的社会发展，电力电子技术已经进入了一个全新的高速发展的时代。
具有功能驱动、节能明显和先进等特点的IGBT，MOSFET等新型电力电子器件，所以可以在新型家电、感应加热、通信、计算机电源和电动交通工具等领域中有很好的发展前景。
2现代电力电子技术的历史沿革电子技术和微电子技术在80年代以来在各自的发展滞后得到了有效的结合，也就产生了全新概念的全控型的高频化电力电子集成器件。
可关断晶体管(GTO)电力晶体管(GTR)以及此类晶体管的模块也得到了实用化。
《现代电力电子技术》课件
电力电子技术的未来发展方向
高效化
智能化
未来电力电子技术将更加注重能效的提高 ，不断推动能源转换和利用效率的提升。
随着人工智能和物联网技术的发展，电力 电子技术将更加智能化，能够实现自适应 控制和远程监控等功能。
集成化
绿色化
未来电力电子技术将更加注重集成化设计 ，实现多功能、高集成度的电力电子系统 。
05
CATALOGUE
电力电子技术的挑战与未来发 展
电力电子技术的挑战
01
02
03
技术更新换代快
随着科技的不断进步，电 力电子技术需要不断更新 换代，以满足更高的性能 和效率要求。
节能环保压力
随着能源危机和环境问题 的日益严重，电力电子技 术在节能环保方面面临更 大的压力。
市场竞争激烈
电力电子市场参与者众多 ，竞争激烈，企业需要不 断提升技术水平和产品创 新能力。
详细描述
在DC/DC转换电路中，开关电源的作用是通过控制开关 管的通断时间来调节输出电压的大小。当输入电压通过开 关管时，通过控制开关管的占空比，可以调节输出电压的 大小，从而实现将一种直流电压转换为另一种直流电压。
总结词
DC/DC转换电路的应用
详细描述
DC/DC转换电路广泛应用于各种需要不同电压等级的场 合，如通信设备、计算机、仪器仪表等。通过DC/DC转 换电路，可以将较高或较低的电压转换为所需的稳定直流 电压，满足各种设备的用电需求。
电力电子技术的应用
电力系统
电力系统中的电力电子技术应用主要涉及发 电、输电和配电环节。通过使用电力电子设 备，如可编程逻辑控制器（PLC）和智能传 感器，可以实现电网的智能化控制和优化管 理，提高电力系统的稳定性和可靠性。
现代电力电子 (研究生)课件
1920
无纺纤维切割/有机材料焊接
室
超声波电源
IGBT单级变换 输出频率25kHZ 输出功率2kW 频率跟踪＋功率调节
2000－焊接国家重点实验
现代电力电子 (研究生)
金属熔炼用
电磁搅拌电源
IPM-PWM恒流/恒压控制 单极性/变极性 0.5占空比方波输出 峰值电流10～300A 频率0.5~300Hz。
现代电力电子技术
MODERN POWER ELECTRONICS
教 材:
林渭勋， 《现代电力电子技术》，机械工业出版社，2006.1
参考文献:
☆林渭勋，《现代电力电子电路》，浙江大学出版社，2002.7 ☆赵良炳，《现代电力电子技术基础》，清华大学出版社，1997.7 ☆张占松、蔡宣三，《开关电源的原理与设计》1998.6 ☆李 宏、《电力电子设备用器件与集成电路应用指南》，机械工业出版社
★ 电压调节范围大
Uo
★ 损耗小、效率高
t
☆ 输出脉动大、电压尖峰
UOT 10 TuOd ttT ON Ui DiU
☆ 无电磁隔离
现代电力电子 (研究生)
例：直流电压源
2、斩波式稳压电源（LC滤波）
AC 220V
Ui C1
uo
L
Uo
RL D C2
Uo
t
现代电力电子 (研究生)
★ 无变压器 ★ 电压调节范围大 ★ 损耗小、效率高 ★ 输出脉动小
01.9 ☆张一工、《现代电力电子技术原理与应用》，1999.3 ☆张 立、《电力电子场控器件及其应用》，机械工业出版社，1995.5 ☆张卫平、《绿色电源－现代电能变换技术及应用》，科学出版社，2001.11 ☆陈道炼、 《DC-AC逆变技术及其应用》 机械工业出版社, 2003.11 ☆杨玉岗.、《现代电力电子的磁技术》 科学出版社. 2003 ☆Jai P.Agrawal《Power Electronic Systems Theory and Design》清华大学出 版
现代电力电子技术》林渭勋
3. M579系列芯片
表1-14 M57959L集成芯片中器件开关状态
GMXD1B
3. M579系列芯片
GMXD1B
图1-45 芯片内部连接
3. M579系列芯片
表1-15 MG50H2YS1的最大额定值
GMXD1B
3. M579系列芯片
表1-16 MG50H2YS1
=25℃
GMXD1B
GMXD1B
(1)IGBT开关电路在负载短路下的后果分析
1)超越热极限：半导体的本征温度为250℃，当结温超越本征温度时， 器件将丧失阻断能力，当负载短路时，高短路电流使IGBT结温上升， 一旦超越其热极限，栅极保护相应失效。 2)电流擎住：在正常电流下，IGBT由于薄层电阻很小，无电流擎住现 象产生；但在短路时，由于短路电流很大，当RS上的压降高于0.7V 时，J1正偏，引发电流擎住，栅压失控。 3)关断过电压：为抑制短路电流，当故障发生时，控制电路立即撤去 正栅压，将IGBT关断，短路电流相应下降，由于电流下降率很高， 在布线电感中将感生很高电压，尤其是器件内引线电感上的感应电压 很难抑制，它将使器件因过电流转为关断过电压而失效。
GMXD1B
(2)过电流保护方法
图1-43 采用降压法抑制短路电流 a)电流持续期为10μs b)电流持续期长于10μs GMXD1B
2. EXB840系列集成式驱动芯片
(1)主要性能指标。 (2)工作原理分析
GMXD1B
(1)主要性能指标
1)最高工作频率：40kHz 2)驱动输出电压：±20V 3)光耦输入电流：10mA 4)输出栅流峰值：±4A 5)驱动器件：300A/1.2kV的IGBT 6)短路屏蔽时间：1.3μs
现代电力电子技术导论
现代电力电子技术导论绪论电力电子技术在现代社会中扮演着至关重要的角色。
随着电子技术的迅速发展，电力电子技术的应用范围不断扩大，涉及到能源转换、能源管理、电动车辆、可再生能源等领域。
本文将介绍现代电力电子技术的基本原理、应用和未来发展方向。
第一章：电力电子器件1.1 电力电子器件概述1.1.1 电力电子器件的定义和分类1.1.2 电力电子器件的特点和性能指标1.2 二极管和整流器1.2.1 二极管的基本原理和特性1.2.2 整流器的基本原理和分类1.3 可控硅器件1.3.1 可控硅的基本原理和特性1.3.2 可控硅的应用和发展趋势1.4 晶闸管和弱级别器件1.4.1 晶闸管的基本原理和特性1.4.2 弱级别器件的基本原理和应用第二章：电力电子转换器2.1 电力电子转换器的概述2.1.1 电力电子转换器的基本结构和工作原理 2.1.2 电力电子转换器的应用领域2.2 直流-直流变换器2.2.1 升压转换器的原理和应用2.2.2 降压转换器的原理和应用2.3 直流-交流变换器2.3.1 单相桥式可控整流器的原理和应用2.3.2 三相桥式可控整流器的原理和应用2.4 交流-交流变换器2.4.1 交流-交流变换器的基本原理和分类2.4.2 交流-交流变换器的应用和发展趋势第三章：现代电力电子应用3.1 电力电子在电能质量控制中的应用3.1.1 电能质量的定义和评价指标3.1.2 电力电子器件在电能质量控制中的应用 3.2 电力电子在电动车辆中的应用3.2.1 电动车辆的概述和分类3.2.2 电力电子技术在电动车辆中的应用3.3 电力电子在可再生能源中的应用3.3.1 可再生能源的定义和分类3.3.2 电力电子技术在可再生能源中的应用案例第四章：现代电力电子技术的发展趋势4.1 多电平和多能源的电力电子系统4.1.1 多电平变换技术的原理和应用4.1.2 多能源系统的概念和特点4.2 高频和高效率的电力电子转换技术4.2.1 高频电力电子转换技术的优势和挑战4.2.2 高效率电力电子转换技术的研究方向4.3 智能和可靠的电力电子系统4.3.1 智能电力电子系统的特点和应用4.3.2 可靠性设计在电力电子系统中的重要性结语现代电力电子技术在电力转换和能源管理方面具有重要的意义。
绪论ppt课件
目前现代电力电子技术研究热点
中压直流输电
采用直流输配电系统具有功率因数高（没有无 功问题）、电网污染小、节电等优点。这种技术 有可能在今后十年推广到中电压（1kV左右）直 流输电范围来
低频交流励磁在水力、风力发电中的应用
在原动力速度变化较大的发电场合，如果把传统 的直流励磁改成超低频可变频交流励磁，用励磁 频率的变化来弥补发电机转子转速的非稳定变化， 就有可能在河水枯水期使水力发电机继续发电； 使风力发电机回归到选择同步机
目前现代电力电子技术研究热点
电动车辆及充电站网络
大城市间的磁悬浮列车、城市内的电动高架列车和地铁 列车、个人用电动自行车和电动汽车将构成未来的交通 网络的主角。
42V直流汽车电子系统
1994年开始提出把汽车供电系统的电压提高到36V蓄电 池，汽车发电机端压为42V。
这种系统中采用60V级功率MOSFET当作无触发继电器， 控制门、窗的开关，座椅的倾斜与复位等，约装有100 多只。在新增加的汽车电子和汽车电器中坚持推行36V 额定电压，对老的12V电器与电子设备则采用42V/14V的 DC－DC变换器供电。
交通运输：
电气化铁道、电动汽车、航空、航海
电力系统：
高压直流输电、柔性交流输电、无功补偿
电子装置电源：
为信息电子装置提供动力
家用电器：
“节能灯”、变频空调
其他：
UPS、 航天飞行器、新能源、发电装置
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电力 电子 电路 在不 同频 率下 的应 用领 域
现代电力电子技术以优化功率变换为己任，以
教材和参考教材
《现代电力电子技术》林渭勋 机械工业出版社 《现代交流调速技术》 胡崇岳 机械工业出版社 《开关电源的原理与设计》 张占松 蔡宣三 电子工
《现代电力电子技术》课程质量标准
《现代电力电子技术》课程质量标准一.定义《现代电力电子技术》课程各教学环节质量标准指完成本教学环节所必需的基本过程或基本要求。
学生达到此标准即可认为达到通过该环节的基本合格条件，通过有关考核合格后得到学分;教师达到此标准，作为工作考核的依据，才能被确认该环节的教学工作合格。
二.《现代电力电子技术》课程教学质量标准1.任课教师资格(1)获得教师资格证书，且具有讲师及讲师以上专业技术职称的师资。
(2)承担过两遍以上《现代电力电子技术》课程助教辅导工作。
(3)具有一定的现代电力电子技术变流系统实践锻炼经历：单独指导过现代电力电子技术变流系统方面题目的学生毕业设计或《现代电力电子技术》课程设计工作。
(4)属新开课教师进行《现代电力电子技术》课程试讲，试讲效果良好。
2.教学准备(1)熟悉《现代电力电子技术》课程教学大纲的基本内容及学时分配。
(2)理解电气工程及其自动化学科各相关课程间的知识体系和关系。
(3)了解学生前序课程学习内容及程度。
(4)上课前，备课量达到学校教务处的基本要求，任新课教师备课前必须阅读并充分理解如下教材相关内容：《电力电子技术》.王兆安黄俊主编•机械工业出版社,2000年.《电力电子技术基础》.林渭勋编..机械工业出版社,1990年.(5)按照《现代电力电子技术》课程教学大纲内容编写授课计划，适当补充国内外现代电力电子技术的最新发展内容。
3.课堂教学及课外辅导(1 )教书育人，对学生的未来负责，关心每一个学生的成长，不歧视学习成绩落后的学生,使学生在一个宽松的环境下健康成长。
(2)课堂教学必须谩守学校相关规章制度，认真组织好每一节课的课堂教学。
严格要求学生，要进行课堂考勤,并在点名册上做好考勤记录。
(3)掌握授课进程，教学进度与授课计划的差距不超过6学时。
(4)与学生约定时间和地点，进行课外辅导答疑。
(5)每章批阅一次作业，课外作业包含所学《现代电力电子技术》课程的基本内容，每次批阅二分之一作业，每次作业按照百分制批阅,并严格登记。
《现代电力电子技术》林渭勋_1
1.2 功率二极管 1.2.1 结型功率二极管的开关过程分析 1.2.2 开关环境对二极管开关性能的影响 1.2.3 二极管的功率损耗 1.2.4 快速功率二极管 1.2.5 肖特基势垒二极管
1.2.1 结型功率二极管的开关过程分析
图1-1 结型功率二极管的开关过程
1.2.2 开关环境对二极管开关性能的影响
1.1.2 电力电子器件的分类
电力电子器件控制功能可控型开关状态可控性半 控型全控型控制信号性质电流控制型电压控制型 不控型导电机理PN结型势垒型反向恢复速度普 通型快速及超快速型反向电流衰减速度硬恢复型 软恢复型载流子类型单极型双极型复合型芯片材 料硅(多晶硅和单晶硅)碳化硅、金刚石等集成度 ( ) 分立型功率模块集成电路功率二极管因无控制极， 属于不控型器件，晶闸管是典型的半控型器件， 凡能用控制信号促使器件导通和关断的器件称为 全控型器件，也称自关断器件。
所有电力电子器件在其装置中的实际效能取决于 两方面：一是电力电子器件的设计和制作(参数 设计、结构安排、材料性能、工艺水平和散热能 力等)；二是器件所在电路的运行条件(电路结构、 负载性质、控制信号、开关频率、环境温度和冷 却条件等)。前一个因素属于器件的设计制作， ) 后一个因素则与器件的选择和使用有关。
图1-2 电路环境对二极管开关性能的影响
现代电力电子技术》林渭勋(3)
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图7-8 N=2并-并/串构造的多重化双管正激式电路 a)主电路构造 b)等效电路
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图7-9 N=2串-串构造的多重化双管正激式电路
7.4 多重化PWM逆变电路
1.变压器串联输出方式
图7-10 多重化PWM电压源逆变电路 a)变压器输出方式 b)直接输出方式 1—输入整流变压器 2—三相不控整流电路 3—驱动电路 4—单相逆变电路 5—输出变压器 6—N相三角形载波发生器 7—单相正弦波发生器
图7-11 N=5多重化SPWM电压源逆变电路电量波形 a)载波 b)单元输出电压 c)合成电压 m=0.8 K=3 N=5 δ=24°
图7-12 SPWM逆变电路 输出电压的THD-m曲线 a—单重电路(N=1,K=15) b—多重电路(N=5,K=3)
2.直接输出方式
表7-4 不同电压比电路的比较
3.基于CPLD的控制电路构造
图7-13 直接输出式三相电压源 多重PWM逆变主电路构造
图7-14 基于DSP和CPLD的三相多重PWM逆变电源
4.变压器耦合输出
图7-15 采用变压器耦合输出的多重化PWM电压源逆变电路 a)主电路构造 b)输出电压波形 c)线电压矢量关系
现代电力电子技术?林渭勋 (3)
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图7-7 N=3多重化PWM单象限降压型电路 a)主电路构造 b)电量波形
《电力电子技术I》参考书目
《电力电子技术》参考书目
1.徐德鸿，马皓，汪槱生. 电力电子技术. 科学出版社, 2006.
2.应建平，林渭勋，黄敏超. 电力电子技术根底. 机械工业出版社,
2003.
3.林渭勋等. 电力电子电路. 浙江大学出版社, 1986.
4.陈坚. 电力电子学－电力电子变换和控制技术. 高等教育出版社,
2002.
5.王兆安，黄俊. 电力电子技术. 机械工业出版社，2000.
6.赵良炳. 现代电力电子技术根底. 清华大学出版社, 1995.
7.丁道宏. 电力电子技术〔修订版〕. 航天工业出版社, 1999.
8.何希才,江云霞. 现代电力电子技术. 国防大学出版社, 1996.
9.张立. 现代电力电子技术. 科学出版社, 1992.
10.黄俊等. 电力电子自关断器件及电路. 机械工业出版社, 1991.
11.王志良. 电力电子新器件及其应用技术. 机械工业出版社, 1995.。
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6.3.2 移相式高频链软PWM逆变电路
表6-2 ZVS/ZCS PWM全桥式间接DC/DC变换电路及性能参数
6.3.2 移相式高频链软PWM逆变电路
图6-26 实测整机效率曲线
图6-31 并联式有源钳位直流谐振环 a)主电路 b)电量波形
6.4.4 并联式有源钳位直流谐振环
图6-32 图6-31b中各时区的等效电路
6.4.5 谐振型单相软PWM逆变电路
1)图6-31a中的电流型负载用单相电压源逆变电路替代，后者带感性负 载并有L0≫Lr。 2)都采用并联式有源钳位直流谐振环以实现ZVS。 3)图6-33a点划线框Ⓐ中无低钳位开关VGr和VDr(如图6-31a所示)，这是 因为在实用中，尤其是逆变电路采用IGBT等快速功率器件时，VGr和 VDr可利用桥臂中器件替代。 4)缓压电容CS1～CS4兼作谐振电容：各桥臂并联缓压电容的目的是为了 实现ZVOFF，其实这些电容可看成是将谐振电容Cr分散到各桥臂中兼 作缓压电容，这样做的好处是可以在高钳位期的任一PWM关断点上实 现器件的ZVOFF，于是在低钳位期中逆变桥中只需要进行PWM的开通 点操作(ZVON)就可以保证电路实现ZVS。
6.4 直流谐振型PWM软开关电路
6.4.1 SCR集中换流电路 6.4.2 直流谐振环的基本结构及其存在问题 6.4.3 有源钳位直流准谐振环 6.4.4 并联式有源钳位直流谐振环 6.4.5 谐振型单相软PWM逆变电路
6.4.1 SCR集中换流电路
(1)电路初态 逆变桥中有VT1、VT2和VT3处于通态，CS端压ucS=Ud， 辅助桥中VT2A和VT4A处于正向阻断状态，逆变桥输入电流id=iβ=iT1+i T3=Id，逆变入端点b与c之间电压ubc=Ud。 (2)电路终态 如上述，换流将在VT1与VT4之间进行，也即在换流结 束之后，逆变桥中应有VT2、VT3和VT4处于通态。
6.4.1 SCR集中换流电路
图6-27 带集中换流电路的SCR三相逆变电路 a)主电路结构 b)主要电量波形
6.4.1 SCR集中换流电路
(3)换流过程 在图6-27b中，当t=t+时，VT2A和VT2B的控制极触发脉 冲同时出现，即ug2A＞0，ug4A＞0，VT2A和VT4A受命导通，逆变桥入 端电压突降，即ubc=-Ud，该电压沿VD4和VD6分别加到VT1和VT3的 阴极和阳极，使uT1=uT3=-Ud，这样原来流经VT1和VT3的阳极电流迅 速移入辅助桥，iβ=0，VT1和VT3进入反向恢复期，由LS1和CS组成的 谐振电路沿直流电源
图6-33 谐振型单相软PWM逆变电路 a)主电路结构 b)电量波形
6.4.2 直流谐振环的基本结构及其存在问题
图6-28 带直流谐振环的三相逆变电路 a)主电路 b)等效电路 c)电量波形
6.4.3 有源钳位直流准谐振环
图6-29 有源钳位式直流准谐振环 a)主电路结构 b)电量波形
6.4.3 有源钳位直流准谐振环
图6-30 图6-29b中各时区的等效电路
6.4.4 并联式有源钳位直流谐振环