chapter6 电力电子
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电力电子技术概述PPT课件
电力电子技术概述PPT课件•电力电子技术基本概念•电力电子器件•电力电子变换技术•电力电子系统分析与设计•典型应用案例剖析•发展趋势与挑战01电力电子技术基本概念它涉及到电力、电子、控制等多个领域，是现代电力工业的重要组成部分。
电力电子技术的核心是对电能进行高效、可靠、可控的转换，以满足各种用电设备的需求。
电力电子技术是一门研究利用半导体器件对电能进行转换和控制的学科。
电力电子技术定义从早期的整流器、逆变器到现在的高频开关电源、智能电网等，电力电子技术经历了多个发展阶段。
发展历程目前，电力电子技术已经广泛应用于工业、交通、通信、家电等各个领域，成为现代社会不可或缺的一部分。
现状随着新能源、智能电网等技术的不断发展，电力电子技术的应用前景将更加广阔。
未来趋势发展历程及现状工业领域电机驱动、电力系统自动化、工业加热等。
电动汽车、高速铁路、航空航天等。
通信电源、数据中心、云计算等。
变频空调、LED照明、智能家居等。
随着新能源技术的不断发展，电力电子技术在太阳能、风能等领域的应用将更加广泛；同时，智能电网的建设也将为电力电子技术的发展提供新的机遇。
交通领域家电领域前景展望通信领域应用领域与前景02电力电子器件电力二极管（Power Diode）结构简单，工作可靠导通和关断不可控主要用于整流电路晶闸管（Thyristor）四层半导体结构，三个电极导通可控，关断不可控主要用于相控整流电路可关断晶闸管（GTO）通过门极负脉冲可使其关断关断时间较长，需要较大的关断电流主要用于大容量场合电力晶体管（GTR）电流驱动的双极型晶体管导通和关断可控，但驱动电路复杂主要用于中等容量场合电力场效应晶体管（Power MOSFET ）电压驱动的单极型晶体管导通电阻小，开关速度快01主要用于中小容量场合02绝缘栅双极型晶体管（IGBT）03结合了MOSFET和GTR的优点01电压驱动，大电流容量，快速开关02目前应用最广泛的电力电子器件之一03电力电子变换技术整流电路的作用整流电路的分类整流电路的工作原理整流电路的应用将交流电转换为直流电。
电力电子课后部分答案文档
电力电子课后部分答案文档一、2使晶闸管导通的条件是什么？答：使晶闸管导通的条件是：晶闸管承受正向阳极电压，并在门极施加触发电流（脉冲）。
或：u AK >0且u GK >0。
9.试列举典型的宽禁带半导体材料.基于这些宽禁带半导体材料的电力电子器件在哪些方面性能优于硅器件？答：典型的是碳化硅、氮化镓、金刚石等材料。
具有比硅宽得多的禁带宽度，宽禁带半导体材料一般都具有比硅高的多的临界雪崩击穿电场强度和载流子饱和飘逸速度的，较高的热导率和相差不大的载流子迁移率，且具有比硅器件高的多的耐受高温电压的能力，低得多的通感电阻，更好的导热性能和热稳定性以及更浅的耐受高温的和射线辐射的能力，许多方面的性能都是成数量级的提高。
三、2. 单相半波可控整流电路对电感负载供电，L ＝20mH ，U 2＝100V ，求当α＝0?和60?时的负载电流I d ，并画出u d 与i d 波形。
解：α＝0?时，在电源电压u 2的正半周期晶闸管导通时，负载电感L 储能，在晶闸管开始导通时刻，负载电流为零。
在电源电压u 2的负半周期，负载电感L 释放能量，晶闸管继续导通。
因此，在电源电压u 2的一个周期里，以下方程均成立：t U tiL ωsin 2d d 2d =考虑到初始条件：当ωt ＝0时i d ＝0可解方程得：)cos 1(22d t L U i ωω-=-=πωωωπ202d )(d )cos 1(221t t LU I=LU ω22=2u d 与i d 的波形如下图：0π2πωtu 20π2πωtu d 0π2πωti d当α＝60°时，在u 2正半周期60?~180?期间晶闸管导通使电感L 储能，电感L 储藏的能量在u 2负半周期180?~300?期间释放，因此在u 2一个周期中60?~300?期间以下微分方程成立：t U tiL ωsin 2d d 2d =考虑初始条件：当ωt ＝60?时i d ＝0可解方程得：)cos 21(22d t L U i ωω-=其平均值为)(d )cos 21(2213532d t t L U I ωωωπππ-==L U ω222=11.25(A) 此时u d 与i d 的波形如下图：ωtu di d++ωtωtu 20α++3．单相桥式全控整流电路，U 2＝100V ，负载中R ＝2Ω，L 值极大，当α＝30°时，要求：①作出u d 、i d 、和i 2的波形；②求整流输出平均电压U d 、电流I d ，变压器二次电流有效值I 2；③考虑安全裕量，确定晶闸管的额定电压和额定电流。
电力电子第六章
2
6.1.1采用矩形波调制的单相逆变电路
结合IGBT单相桥式电压型逆变电路对调制法进行说明 结合 单相桥式电压型逆变电路对调制法进行说明
V1 Ud + V2 VD2 ur 信号波 uc 载波 调制 电路 VD1 R uo L V4 V3 VD3
图5-10 单相桥式PWM VD4 逆变电路
控制规律： 控制规律：
能 不能 0.637Ud Ud 高 2 简单 低
能
能
能
能 能 1.274Ud Ud 低 4 最复杂 高
15
能 能 能 1.274Ud 1.274Ud 0.637Ud Ud 高 4 复杂 中 2Ud 高 2 最简单 低 Ud 中 6 复杂 中Fra bibliotek6.2.3
不间断电源（UPS） 不间断电源（UPS）
不间断电源又称UPS（Uninterrupted Power Supply), 目前 主要应用于IT领域, 为IT设备提供不间断的供电电源。 1、UPS分类 A、按输入电源分：直流UPS和交流UPS B、按输出波形分：方波UPS和正弦波UPS C、按电源相数分：单进单出 三进单出 三进三出 D、按电路组成原理分： 在线式和后备式 E、按电池供电时间分：标准机（15min),长延时（30min)
π
2
此时为单脉冲情况, 则 基波幅值 : uAB1m = 4Ud
π
, 有效值 : uAB1 =
4Ud
π
sin ωt
7
右图为不同mf和г 值下的各谐波分量 的变化情况 mf:―频率调制比 mf=T/Tc=fc/f fc: 载波频率 f：调制波频率 右边实线mf=20
8
– mf值较低时，谐波含量仍很高 – mf值较高时，谐波含量有所下降，但对低次谐 波影响很小。
电力电子技术_王兆安第6章
5.6通 0
1.5.6 通,Ua 1.6通 Uab/2
1.2.6 通,Ua
1.2通 Uac/2
1.2.3 通,Ua
a =60°，分析a相波形。
1.2通 5.6通 0 1.6通 Uab/2
Uab/2
a =120°，分析a相波形。
4. 5 通 无器件 导通 Uac/2
5. 6 通 0
无器件 导通
1. 6 通 Uab/2
6.1.2 三相交流调压电路
三相三线，电阻负载时的情况
任一相பைடு நூலகம்通须和另一相构成回路
电流通路中至少有两个晶闸管，应采用双脉冲或宽 脉冲触发
触发脉冲顺序和三相桥式全控整流电路一样，为 VT1~ VT6,依次相差60° 相电压过零点定为a的起点， a角移相范围是0°~ 150°
a =30°，分析a相波形。
一种形式的交流变成另一种形式交流的电路， 可改变相关的电压、电流、频率和相数等
交流调压电路——相位控制（或斩控式）
交流电力控制电路 交流调功电路及交流无触点开关——通断控制 只改变电压、电流或控制电路的通断，不改变频率 1.晶闸管交交变频电路 交交变频电路 变频电路 2.矩阵式变频电路 交直交变频电路
综上所述，单相交流调压可归纳为以下三点：
① 带电阻性负载时，负载电流波形与单相桥式可控整流 交流侧电流波形一致，改变控制角α可以改变负载电压 有效值。 ② 带电感性负载时，不能用窄脉冲触发，否则当α <φ时 会发生有一个晶闸管无法导通的现象，电流出现很大 的直流分量。 ③ 带电感性负载时，α 的移相范围为φ ~ 180 ，带电 阻性负载时移相范围为0 ~ 180。
t tg sin t a sin a e
电力电子技术chapter6
Uo
~u
VT1
uo
R
（a） 电阻负载单相交流调压电路
u 0 u o 0 io 0
t
t
t
1
2U sin t d (t ) U
2
1 sin 2 2 （式 6-1）
（b）电阻负载单相交流调压工作波形
电
力
电
子
技
术
6.2.1 相控式交流调压电路
流过负载中的电流有效值Io为
Io Uo U R R 1 sin 2 2
式（6-2）
流过晶闸管中电流有效值IVT为
I VT 1 2U sin t U d (t ) 2 R R
2
1 sin 2 4 2
电
力
电
子
技
术
6.2 交流调压电路
交流调压就是把固定的交流电变成幅 值（有效值）可调的交流电。 利用自耦变压器可以实现这一目的， 输入输出电压波形如图6-1(a)所示
ui 0 uo
t
但自耦变压器需要通过手动或电动机 拖动调节碳刷位臵来达到调节输出电 压的目的，这种调压方案碳刷易损坏 且有微小级差。
电力电子技术
Power Electronics
电
力
电
子
技
术
第6章 学习指导
学习指导
AC-AC变换器（AC-AC converter）是指能从一种形式 的交流电变换成另一种形式的交流电的电力电子变换装臵。 根据变换参数的不同，AC-AC变换电路可以分为交流调 压电路、交流电力控制电路和交—交变频电路。 交流调压电路一般采用相位控制，其特点是维持频率不变， 仅改变输出电压的幅值，它广泛应用于电炉温度控制、灯 光调节、异步电机的软启动和调速等场合； 交流电力控制电路主要用于投切交流电力电容器以控制电 网的无功功率，也可以用于电阻炉的温度控制； 交—交变频电路也称直接变频电路(或周波变流器)，是不 通过中间直流环节把电网频率的交流电直接变换成不同频 率的交流电的变换电路，包括相控式交－交变频和矩阵式 交－交变频，主要用于大功率交流电机调速系统。
~u
VT1
uo
R
（a） 电阻负载单相交流调压电路
u 0 u o 0 io 0
t
t
t
1
2U sin t d (t ) U
2
1 sin 2 2 （式 6-1）
（b）电阻负载单相交流调压工作波形
电
力
电
子
技
术
6.2.1 相控式交流调压电路
流过负载中的电流有效值Io为
Io Uo U R R 1 sin 2 2
式（6-2）
流过晶闸管中电流有效值IVT为
I VT 1 2U sin t U d (t ) 2 R R
2
1 sin 2 4 2
电
力
电
子
技
术
6.2 交流调压电路
交流调压就是把固定的交流电变成幅 值（有效值）可调的交流电。 利用自耦变压器可以实现这一目的， 输入输出电压波形如图6-1(a)所示
ui 0 uo
t
但自耦变压器需要通过手动或电动机 拖动调节碳刷位臵来达到调节输出电 压的目的，这种调压方案碳刷易损坏 且有微小级差。
电力电子技术
Power Electronics
电
力
电
子
技
术
第6章 学习指导
学习指导
AC-AC变换器（AC-AC converter）是指能从一种形式 的交流电变换成另一种形式的交流电的电力电子变换装臵。 根据变换参数的不同，AC-AC变换电路可以分为交流调 压电路、交流电力控制电路和交—交变频电路。 交流调压电路一般采用相位控制，其特点是维持频率不变， 仅改变输出电压的幅值，它广泛应用于电炉温度控制、灯 光调节、异步电机的软启动和调速等场合； 交流电力控制电路主要用于投切交流电力电容器以控制电 网的无功功率，也可以用于电阻炉的温度控制； 交—交变频电路也称直接变频电路(或周波变流器)，是不 通过中间直流环节把电网频率的交流电直接变换成不同频 率的交流电的变换电路，包括相控式交－交变频和矩阵式 交－交变频，主要用于大功率交流电机调速系统。
电力电子第六章总结（大全五篇）
电力电子第六章总结（大全五篇）第一篇：电力电子第六章总结交流-交流变流电路引言1.交流-交流变流电路：把一种形式的交流变成另一种形式交流的电路。
可分为直接方式（即无中间直流环节）和间接方式（有中间直流环节）两种。
一、交流调压电路1.单相交流调压电路①.电路负载②.阻感负载2.单相交流调压电路谐波分析3.三项交流调压电路具有多种形式（根据三相连接形式的不同）a）星形连接（分三相三线和三相四线两种情况）b）支路控制三角形连接c）中点控制三角形连接二、其他交流电力控制电路1.交流调功电路（工作原理与交流调压电路的形式相同，但控制方式不一样）2.交流调功电路的谐波分析3.交流电力电子开关：把晶闸管反并联后串入交流电路中，代替机械开关。
优点：响应速度快，没有触点，寿命长，可以频繁控制通断。
三、交交变频电路（周波变流器）1.单相交交变频电路2.单相交交变频电路的输出上限频率一般认为输出上限频率不高于电网频率的1/3-1/2，电网频率为50Hz时，交交变频电路的输出上限频率约为20Hz。
3.交交变频电路是一种直接变频电路。
4.与交直交变频电路的优缺点比较优点：缺点：附课后部分习题答案：1.一调光台灯由单相交流调压电路供电，设该台灯可看成电阻负载，在α=0时输出功率为最大值，试求功率为输出功率的80%、50%时的触发延迟角α。
2.一单相交流调压器，电源为工频220V，阻感负载作为负载，其中R=0.5Ω，L=2mH。
试求：①触发延迟角α的变化范围；②.负载电流的最大有效值；③.最大输出功率及此时电源侧的功率因数；④.当α=π/2时，晶闸管电流有效值、晶闸管导通角和电源侧功率因数。
3.交流调压电路和交流调功电路有什么区别？二者各运用于什么样的负载？为什么？4.交交变频电路的最高输出频率是多少？制约输出频率提高的因素是什么？5.交交变频电路的主要特点和不足之处是什么？其主要用途是什么？6.三相交交变频电路有哪两种接线方式？它们有什么区别？7.在三相交交变频电路中，采用梯形波输出控制的好处是什么？为什么？第二篇：电力电子学习总结电力电子学学习心得这学期经过十几周的学习，与本科时期掌握的电力电子技术的知识相比，我对电力电子学有了更加深入的、详细的了解。
《电力电子》课件
智能控制是一种基于人工智能的控制 方法，其工作原理是通过人工智能算 法实现电力电子设备的智能控制。
数字控制
数字控制是一种现代的控制方法，其 工作原理是通过数字电路和微控制器 实现电力电子设备的控制。
03
电力电子系统设计
系统设计方法
确定系统目标
明确电力电子系统的功能要求，如电压转换、功 率控制等。
电力电子的发展历程
1940年代
1950年代
1960年代
1970年代
1980年代至今
开关管和硅整流器的出 现，开始应用于信号放 大和处理。
晶体管的发明，开始应 用于信号放大和处理以 及无线通信等领域。
可控硅整流器（SCR） 的出现，开始应用于电 机控制和电力系统等领 域。
出现了可关断晶闸管（ GTO）等更加高效的电 力电子器件。
• 高效性：电力电子技术可以实现高效地转换和控制电能，从而提高能源利用效率。 • 灵活性：电力电子器件具有较小的体积和重量，可以方便地集成到各种系统中，实现灵活的电能转换和控制。 • 应用广泛：电力电子技术在能源转换、电机控制、电网管理和可再生能源系统中有着广泛的应用。
电力电子的应用领域
电机控制
电网管理
05
电力电子技术技术
随着电力电子器件性能的不断提 升，电力电子系统的频率逐渐提 高，实现了更高的转换效率和更 小的体积。
高效化技术
为了降低能源消耗和减少环境污 染，电力电子系统正在不断追求 更高的效率。高效化技术包括拓 扑结构优化、控制策略改进等。
电力电子在智能电网中的应用前景
THANK YOU
感谢观看
IGBT是一种广泛应用于电力电子领域的半导体器 件，其工作原理是通过控制栅极电压来调节漏极 和源极之间的电流。
电力电子技术完整版全套PPT电子课件
电力电子技术完整 版全套PPT电子课 件
contents
目录
• 电力电子技术概述 • 电力电子器件 • 电力电子电路 • 电力电子技术的控制策略 • 电力电子技术的实验与仿真
01
电力电子技术概述
电力电子技术的定义与发展
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 的科学。
发展历程
饱和压降等特性
05
广泛应用于电机控制、电源转
换等领域
06
03
电力电子电路
整流电路
整流电路的工作原理
介绍整流电路的基本工作原理，包括 半波整流、全波整流和桥式整流等。
整流电路的应用
列举整流电路在电力电子领域的应用 ，如电源供应器、电池充电器和电机 驱动器等。
整流电路的类型
详细阐述不同类型的整流电路，如单 相半波整流电路、单相全波整流电路 、三相半波整流电路和三相全波整流 电路等。
光调光器和电加热温度控制器等。
一般工业应用
01
02
03
电动机控制
利用电力电子技术实现对 电动机的启动、调速、制 动等控制，提高工业生产 效率。
电热控制
通过电力电子技术对电热 设备进行控制，实现精确 的温度控制和节能效果。
照明控制
利用电力电子技术研发的 照明控制系统，可实现对 照明设备的智能控制和节 能管理。
。
应用领域
适用于对控制精度要求不高、成 本敏感的场合，如某些电源管理
、电机驱动等。
优缺点分析
优点在于实现简单、成本低；缺 点在于控制精度低、易受干扰、
调试困难。
数字控制技术
原理与特点
基于数字电路和微处理器实现控制，具有控制精度高、灵活性好 、易于实现复杂控制算法等特点。
contents
目录
• 电力电子技术概述 • 电力电子器件 • 电力电子电路 • 电力电子技术的控制策略 • 电力电子技术的实验与仿真
01
电力电子技术概述
电力电子技术的定义与发展
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 的科学。
发展历程
饱和压降等特性
05
广泛应用于电机控制、电源转
换等领域
06
03
电力电子电路
整流电路
整流电路的工作原理
介绍整流电路的基本工作原理，包括 半波整流、全波整流和桥式整流等。
整流电路的应用
列举整流电路在电力电子领域的应用 ，如电源供应器、电池充电器和电机 驱动器等。
整流电路的类型
详细阐述不同类型的整流电路，如单 相半波整流电路、单相全波整流电路 、三相半波整流电路和三相全波整流 电路等。
光调光器和电加热温度控制器等。
一般工业应用
01
02
03
电动机控制
利用电力电子技术实现对 电动机的启动、调速、制 动等控制，提高工业生产 效率。
电热控制
通过电力电子技术对电热 设备进行控制，实现精确 的温度控制和节能效果。
照明控制
利用电力电子技术研发的 照明控制系统，可实现对 照明设备的智能控制和节 能管理。
。
应用领域
适用于对控制精度要求不高、成 本敏感的场合，如某些电源管理
、电机驱动等。
优缺点分析
优点在于实现简单、成本低；缺 点在于控制精度低、易受干扰、
调试困难。
数字控制技术
原理与特点
基于数字电路和微处理器实现控制，具有控制精度高、灵活性好 、易于实现复杂控制算法等特点。
电力电子技术(6).ppt
1. 概念
➢ 电力电子器件（Power Electronic Device） — 可直接用于主电路中，实现电能的变 换或控制的电子器件。
➢ 主电路（Main Power Circuit） — 电气设备或电力系统中，直接承担电 能的变换或控制任务的电路。
2020年9月26日星期六
第一章 电力电子器件
三相交流电源
接近于零,而电流由外电路决定 ；阻断时（断态） 阻抗很大，接近于断路，电流接近于零,管子两端 电压由外电路决定 。
➢ 电力电子器件一般需要由电子电路来控制和驱动。 ➢ 电力电子器件自身的功率损耗远大于电子器件，
一般都要安装散热器。
2020年9月26日星期六
第一章 电力电子器件
3.电力电子器件的损耗
3）保护电路
保证电力电子器件和整个电力电子系统正常可靠运行
4）检测电路
由信息电路组成，检测主电路或应用现场信号
2020年9月26日星期六
第一章 电力电子器件
1.1.3 电力电子器件的分类
➢ 按照器件能够被控制的程度，分为以下三类：
1. 半控型器件
— 通过控制信号可以控制其导通来自不能控制其关断。 -- SCR及派生器件
3. PN结加反向电压( 反向偏置)
外电场
1) PN结反向偏置时, PN 结仅流过很小 的反向饱和电流， PN 结反向截止。 PN 结表现为高阻 态.
2020年9月26日星期六
第一章 电力电子器件
2) 反向恢复过程
漂移运动达动态平
－ － －－ －－ ++ ++ ++ ++
衡, 在P区和N区的
－ － －－ －－ ++ ++ ++ ++少子飘移交界面处构成空间
➢ 电力电子器件（Power Electronic Device） — 可直接用于主电路中，实现电能的变 换或控制的电子器件。
➢ 主电路（Main Power Circuit） — 电气设备或电力系统中，直接承担电 能的变换或控制任务的电路。
2020年9月26日星期六
第一章 电力电子器件
三相交流电源
接近于零,而电流由外电路决定 ；阻断时（断态） 阻抗很大，接近于断路，电流接近于零,管子两端 电压由外电路决定 。
➢ 电力电子器件一般需要由电子电路来控制和驱动。 ➢ 电力电子器件自身的功率损耗远大于电子器件，
一般都要安装散热器。
2020年9月26日星期六
第一章 电力电子器件
3.电力电子器件的损耗
3）保护电路
保证电力电子器件和整个电力电子系统正常可靠运行
4）检测电路
由信息电路组成，检测主电路或应用现场信号
2020年9月26日星期六
第一章 电力电子器件
1.1.3 电力电子器件的分类
➢ 按照器件能够被控制的程度，分为以下三类：
1. 半控型器件
— 通过控制信号可以控制其导通来自不能控制其关断。 -- SCR及派生器件
3. PN结加反向电压( 反向偏置)
外电场
1) PN结反向偏置时, PN 结仅流过很小 的反向饱和电流， PN 结反向截止。 PN 结表现为高阻 态.
2020年9月26日星期六
第一章 电力电子器件
2) 反向恢复过程
漂移运动达动态平
－ － －－ －－ ++ ++ ++ ++
衡, 在P区和N区的
－ － －－ －－ ++ ++ ++ ++少子飘移交界面处构成空间
电力电子技术(第2版)第6章
6.1.4 零电压开关准谐振变换器
零电压开关准谐振Buck变换器(ZVS-QRC)也有全波模式和半波模式2 种电路。若开关器件只能承受单方向电压，则ZVS-QRC工作于半波 模式，其电路如图6-5(a)所示；若开关器件能承受双向电压，则 ZVS-QRC工作于全波模式，其电路如图6-5(b)所示。在ZVS-QRC中， 谐振电容Cr与开关管并联，谐振电感Lr与二极管VD串联。
(6) 箝位回馈阶段[T5，T6]。 在T5时，电容电压uc已上升到Ud，由于电感 电流iLr大于负载电流，因此将继续给电容 C充电，uc的电压一旦高于Ud ，由于二极 管VD0的箝位作用，谐振回路电感中的电 流除供给负载外，多余的电流通过VD0回 溃给电压源，电感电流逐渐减小，等效电 路如图6-8(g)所示。当电感电流减小到等 于负载电流时，VT0导通，由电压源和电 感电流iLr 同时给负载供电。VT0 是在零电 压和零电流下导通。
通常，在高通断频率时，ZVS比ZCS更可取，原因在于开关的内部 电容。当开关在零电流但在一定电压下闭合时，内部电容上的电 荷耗散在开关中。当通断频率很高时，这种损耗变得很大。但是， 如果开关是在零电压时闭合就不存在这种损耗。 从上述的电路分析可知，开关准谐振变换器可以有效地降低器件 的开关损耗，使得ZCS-QRC的实际工作频率达到1-2MHz，ZVSQRC的实际工作频率达到10MHz，但器件的电压或电流应力都比 较大，这是一个缺点，也是应用中一个重要的限制因素，值得进 一步研究。
1. 谐振直流环的结构
虚框内为桥式并 联谐振网络，它 由主开关管 VT0(VD0)，谐 振开关管VTa、 VTb、VDa、 VDb及谐振电感 Lr组成。
三相逆变器开关器件两端并联的电容可以等效为逆变器两端的电容C。则 在VT0、VTa、VTb通断，形成Lr、C谐振过程中就能使电容C两端直流电压 为零值，从而在主开关器件VT1—VT6需要改变开关状态时，产生零电压 开通和零电压、零电流关断的条件。该拓扑具有以下特点： (1) 逆变器开关器件可以选择在任何时刻通断，谐振可以在任何时刻进行，便 于和逆变器VT1—VT6开关器件的PWM控制同步。 (2) 所有开关器件承受的电压应力不超过Ud。 (3) 谐振电路的开关动作均在零电压条件下进行。 (4) 谐振电感Lr不在主回路能量传递通道上，逆变器不换流时Lr不工作，Lr仅用 作谐振时的储能元件。 (5) 谐振电容和每个主开关器件并联，因此，可以利用器件本身的寄生电容作 谐振电容或者作为谐振电容的一部分。
电力电子技术ppt课件
05
交流-交流变换器
交流调压器
工作原理
通过控制晶闸管的导通角来调节输出电压的大小。
优点
结构简单，控制方便，效率高。
缺点
输出电压波形畸变较大，谐波含量高。
应用领域
灯光控制、电机软启动等。
交流调功器
01
工作原理
通过控制晶闸管的通断时间来调节 负载功率的大小。
缺点
晶闸管关断时会产生较大的电压尖 峰，需要采取保护措施。
压的降压变换。
电路结构
降压型变换器主要由输入滤波 电路、开关管、输出滤波电路 和控制电路组成。
控制方式
常见的控制方式有脉冲宽度调 制（PWM）和脉冲频率调制（ PFM）两种。
应用领域
广泛应用于电子设备中，如手 机、笔记本电脑等便携式设备
的电源管理。
升压型变换器
工作原理
通过控制开关管的导通和关断时间，实 现输入电压到输出电压的升压变换。
控制方式
可采用PWM、PFM或滞环控制等非线性控制方法，实现 输出电压的稳定调节。
电路结构
升降压型变换器主要由输入滤波电路、开关管、储能元件 （如电感或电容）和输出滤波电路组成，与升压型变换器 类似，但增加了降压功能。
应用领域
应用于需要宽范围电压输出的场合，如太阳能逆变器、不 间断电源（UPS）等。
03
02
优点
能够实现快速、无级调节负载功率 。
应用领域
电加热、电焊机等。
04
周波变换器
工作原理
将输入交流电的周波进行分割和重组，从而 得到所需频率和电压的交流电。
缺点
需要使用大量的电力电子器件，成本高，效 率低。
优点
能够实现频率和电压的灵活变换，输出波形 质量好。
电力电子技术基础
第6章 电力电子技术基础
6.1 电力电子器件
6.2 可控整流电路
6.3 交流调压器与直流斩波器 6.4 直流电动机PMW调速系统
6.5 变频与逆变电路
6.6 异步电动机的变频调速
概述 电子技术包括两大分支：
信息电子技术 电力电子技术 电力有直流和交流两种，电力变换可分为四大类：
交流变直流—整流AC→DC（可控、不可控）
2）反向重复峰值电压URRM。控制极开路时，允许重复作用在晶 闸管两端的反向峰值电压。一般取 URRM = 80% UBR，普通晶闸 管 URRM为100V—3000V。 3）额定正向平均电流 IF。环境温度不高于40C及标准散热条件下， 晶闸管处于全导通时可以连续通过的工频正弦半波电流的平均值。
IF
3
6.1.1 普通晶闸管
普通晶闸管简称晶闸管，又称为可控硅，是一种大功率的可控
型半导体器件，主要用于可控整流、逆变、调压及开关等方面。
1.基本结构
外形
A
G
T
K
符号
A 阳极
P1
N1 P2
控制极 （门极）
N2 G
结构 K 阴极
2.工作原理
A
P1
N1
G
P2
G
N2
K
A
+
A
晶闸管相当于
P
IA
PNP和NPN型
（3）全控型器件 为三端器件，通过控制信号既可控制其开通又
能控制其关断，也称之为自关断器件。
根据控制信号的形式，分为两类：
（1）电流控制型 有普通晶闸管（SCR）、电力晶体管（GTR）、
可关断晶闸管（GTO）等。
（2）电压控制型 有电力场效应晶体管（VDMOS）、绝缘栅双
6.1 电力电子器件
6.2 可控整流电路
6.3 交流调压器与直流斩波器 6.4 直流电动机PMW调速系统
6.5 变频与逆变电路
6.6 异步电动机的变频调速
概述 电子技术包括两大分支：
信息电子技术 电力电子技术 电力有直流和交流两种，电力变换可分为四大类：
交流变直流—整流AC→DC（可控、不可控）
2）反向重复峰值电压URRM。控制极开路时，允许重复作用在晶 闸管两端的反向峰值电压。一般取 URRM = 80% UBR，普通晶闸 管 URRM为100V—3000V。 3）额定正向平均电流 IF。环境温度不高于40C及标准散热条件下， 晶闸管处于全导通时可以连续通过的工频正弦半波电流的平均值。
IF
3
6.1.1 普通晶闸管
普通晶闸管简称晶闸管，又称为可控硅，是一种大功率的可控
型半导体器件，主要用于可控整流、逆变、调压及开关等方面。
1.基本结构
外形
A
G
T
K
符号
A 阳极
P1
N1 P2
控制极 （门极）
N2 G
结构 K 阴极
2.工作原理
A
P1
N1
G
P2
G
N2
K
A
+
A
晶闸管相当于
P
IA
PNP和NPN型
（3）全控型器件 为三端器件，通过控制信号既可控制其开通又
能控制其关断，也称之为自关断器件。
根据控制信号的形式，分为两类：
（1）电流控制型 有普通晶闸管（SCR）、电力晶体管（GTR）、
可关断晶闸管（GTO）等。
（2）电压控制型 有电力场效应晶体管（VDMOS）、绝缘栅双
《电力电子技术 》课件
电机控制
电机控制是指通过电力电子技术实现对电机速度 、方向和位置的精确控制。
电机控制广泛应用于工业自动化、交通运输、家 用电器等领域，如变频空调、电动汽车等。
电机控制有助于提高能源利用效率，降低能耗， 实现更智能化的生产和制造。
新能源发电系统
新能源发电系统是指利用可再生能源进行发电 的系统，如太阳能、风能等。
、更高可靠性和更小体积的方向发展。
系统集成和智能化的发展
系统集成
随着电力电子系统规模的不断扩大，系统集成成为了一个重要的研究方向，通过将多个电力电子模块集成在一个系统 中，可以实现更高的功率密度和更小的体积。
智能化
智能化是电力电子技术的另一个重要发展方向，通过引入人工智能和机器学习等技术，可以实现电力电子系统的自适 应控制和智能管理，提高系统的稳定性和可靠性。
针对高效能转换的挑战，需要不断研 究和开发新的电力电子器件、电路拓 扑和控制策略，以实现更高的转换效 率和更低的能耗。
技术瓶颈
目前电力电子技术面临的主要挑战是 如何进一步提高转换效率，降低能耗 ，以满足不断增长的高效能转换需求 。
新材料和新技术的发展
01
新材料的应用
随着新材料技术的不断发展，新型半导体材料如碳化硅（SiC）和氮化
电力电子技术的应用实例
不间断电源（UPS）
不间断电源（UPS）是一种能够提供持续电力供应的电源设备，主要用于保护重要 设备和数据免受电力中断的影响。
UPS通过使用电力电子转换技术，将电池或其他形式的储能装置与电网连接，确保 在电网故障或停电时，能够继续为设备提供稳定的电力。
UPS在医疗、金融、通信等领域有广泛应用，对于保证关键设备和服务的正常运行 至关重要。
详细描述
电力电子技术(西电第二版)第6章 变频电路幻灯片PPT
下面着重分析负载电流的波形。
第6章 变 频 电 路
46
图6-17 交—交变频电路导通次序及电流波形
第6章 变 频 电 路
47
6.4.2 正弦波型交—交变频电路 1． 输出正弦波的调节方法 在图6-15所示的交—交变频电路中，其输出电压在半个
周期中的平均值取决于变频电路的控制角α。如果在半个周 期中控制角α是固定不变的，那么输出电压在半个周期中的 平均值是一个固定值。如果在半个周期中使导通组变频电路 的控制角α如图6-3所示由π/2(A点)逐渐减小到零(G点)；然 后逐渐由0增加到π/2，即α角在π/2≥α≥0之间来回变化 (分别为B、C、D、E、F各点)，那么变频电路在半个周期中输 出电压的平均值就从0变到最大再减小到0，获得按正弦规律 变化的平均电压。
三相方波型交—交变频电路的主电路如图6-15所示，图 中每一相由两组反并联的三相零式整流电路组成，这种连接
方式又称为公共交流母线进线方式。整流器Ⅰ、Ⅲ、Ⅴ为正
组；Ⅳ、Ⅵ、Ⅱ为反组。每个正组由1、3、5晶闸管组成，每 个反组由4、6、2晶闸管组成。因此，变频电路中的换流应分 成组与组之间换流和组内换流两种情况。
负载呈容性，使io超前负载电压uo一个角度f，负载中电流及
电压波形如图6-6所示。
第6章 变 频 电 路
15
图6-6 并联谐振式逆变电路工作波形
第6章 变 频 电 路
16
根据上述分析，为保证变频电路可靠换流，必须在中频 电压uo过零前的tf时刻去触发V2及V3，tf应满足下式要求：
(6-1)
式中，Kf为大于1的系数，一般取2～3；tf称为触发引前时间。
负载的功率因数角j由负载电流与电压的相位差决定，
从图6-6可知
电力电子第六章
Pattern Recognition Chapter 6
Structural Pattern Recognition (Pattern Recognition Concepts, Methods and Applications J.P. Marques de Sa Springer)
6 Structural Pattern Recognition 6.1 Pattern Primitives 6.2 Structural Representations 6.3 Syntactic Analysis 6.4 Structural Matching
Figure 6.4 Primitives (a) and relations (b) used to describe furniture
Figure 6.5 A cupboard (a) and its description tree (b) using the primitives and relations of Figure 6.4.
1 2 m 1 2 n
6.2.2 Graphs
A graph G is an ordered pair:
4)
G = {N , R},
(6(6-
where N, the node set, is a set of nodes, and R, the edge set, is a set of binary relations defined in NxN. The elements of R represent arcs (or NxN. edges) connecting nodes of N. An arc of G is denoted (a, b) with a, b ∈N.
Structural Pattern Recognition (Pattern Recognition Concepts, Methods and Applications J.P. Marques de Sa Springer)
6 Structural Pattern Recognition 6.1 Pattern Primitives 6.2 Structural Representations 6.3 Syntactic Analysis 6.4 Structural Matching
Figure 6.4 Primitives (a) and relations (b) used to describe furniture
Figure 6.5 A cupboard (a) and its description tree (b) using the primitives and relations of Figure 6.4.
1 2 m 1 2 n
6.2.2 Graphs
A graph G is an ordered pair:
4)
G = {N , R},
(6(6-
where N, the node set, is a set of nodes, and R, the edge set, is a set of binary relations defined in NxN. The elements of R represent arcs (or NxN. edges) connecting nodes of N. An arc of G is denoted (a, b) with a, b ∈N.
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3
Power Electronics
6.1 Basic principles of PWM
Similar response to different shape of impulse input
The equal-area theorem: Responses tend to be identical when input signals have same area and time durations of input impulses become very small.
Spectrum of 3-phase bridge PWM inverter output voltage No lower order harmonics No harmonics at ωc. The lowest frequency and highest content harmonics are ωc±2ωr and 2ωc±ωr.
Power Electronics
Current hysteric control
In Single-phase VSI
20
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பைடு நூலகம்
Current hysteric control
In 3-phase VSI
21
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Voltage hysteric control
5
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A list of PWM techniques
Triangular-wave sampling
– Natural sampling – Uniform sampling
Calculation
– Calculation based on equal-area criterion – Selective harmonics elimination
Uni-polar sampling is used to realize uni-polar PWM.
8
Triangular-wave natural sampling
Power Electronics
Bi-polar PWM in single-phase VSI
V1 Ud + V2 VD2
Control signal Carrier
Use 3k order harmonics bias in the modulating signal
u ur1 ur3 O ur1 u ur uc
u 1 O -1 uP O -0.5 u 1 O -1 uUN'
Ud 2
urU1
urV1
urW1
uc
t
t urU urV urW uc
t
ωt
O
Ud 2
VD1 R uo
V3 L V4
VD3
VD4
ur uc
Mudulation Carrier
Bi-polar sampling is used to realize bi-polar PWM.
9
Triangular-wave natural sampling
Power Electronics
In 3-phase VSI
Hysteric control Space Vector Modulation (SVM, or SVPWM) Random PWM
6
Power Electronics
6.2 Some major PWM techniques
Natural sampling Uniform sampling Selective harmonics elimination Some practical issues
– Synchronous modulation and asynchronous modulation – Harmonics in the PWM inverter output voltages – Ways to improve DC input voltage utilization and reduce switching frequency – Connection of multiple PWM inverters
R ud +
Load
L ua,ub,uc
26
Power Electronics
PWM rectifiers
Direct current control
ia,b,c u*d + ud
PI
id
i*a,b,c sin(ωt+2kπ/3) (k=0,1,2)
R
L ua,ub,uc
ud
+
Load
27
Asynchronous Modulation Synchronous Modulation
13
Power Electronics
Harmonics in the PWM inverter output voltages
Spectrum of 1-phase bridge PWM inverter output voltage No lower order harmonics The lowest frequency harmonics is wc and adjacent harmonics. wc Has the highest harmonic content.
Three-phase bridge inverter can only realize bi-bolar PWM therefore should be controlled by bipolar sampling.
10
Power Electronics
Triangular-wave uniform sampling
4
Power Electronics
Basic principles of PWM
Application of the equal-area theorem This is sinusoidal PWM (SPWM) The equal-area theorem can be applied to realize any shape of waveforms
a) Rectification mode
b) Inversion mode
c) Reactive power compensation mode
d) Current leading by
24
Power Electronics
PWM rectifiers
Three-phase circuit
25
1.2 1.0
Magnitude(%)
a=1.0 a=0.8 a=0.5 a=0
0.8 0.6 0.4 0.2 k 1 n 0
0 +2 +4 0 +1 +3 +5 0 +2 +4 - - - - 1 2 3
(nωc +kωr )
15
Power Electronics
Ways to improve utilization of DC input voltage and reduce switching frequency
Power Electronics
Chapter 6 PWM Techniques
The most widely used control technique in power electronics
Power Electronics
DC/DC
AC/AC
Pulse Width Modulation (PWM) (Chopping control)
Magnitude(%)
1.4 1.2 1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 k 1 n 0 a=1.0 a=0.8 a=0.5 a=0
0 + 2 + 4 0 + 1 + 3 +5 0 +2 + 4 - - - - 1 2 3 (nωc +kωr )
14
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Harmonics in the PWM inverter output voltages
7
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Triangular-wave natural sampling
Uni-polar PWM in single-phase VSI
V1 Ud + V2 VD2
Control signal Carrier
VD1 R uo
V3 L V4
VD3
VD4
ur uc
Mudulation Carrier
Use trapezoidal waveform as modulating signal instead of sinusoidal
16
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Ways to improve utilization of DC input voltage and reduce switching frequency
t
uVN' O uWN'
t
O
ωt
O uUV Ud O -Ud
t
t
17
Power Electronics
Connection of multiple PWM inverters
Purposes
– Expand output power rating – Reduce harmonics
18
Power Electronics