电力电子及其控制技术共40页文档
电力电子变换和控制技术
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10
如何用电力电子开关器件实现电能的变换？
v0=s¬vi
vi
+ 电源 B S2 A
分析中我们常常认为图中的开关均为理想开关。此时有:
（ S称为开关函数 ）
C
io
+ 负 载 -
C
vo
+
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Ii
S1
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{
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电子技术、控制技术和电力
技术的新兴交叉学科，称为 电力电子技术或电力电子学
» 1.1 í Í ªÕ ÷µ çÀ ¦µ ç¬ Ó»É õµ õ ¸Ç ý¼ ÆÐ Î
(Power Electronics) 。
5
电力电子学科的形成（续三）
3
1.1 电力电子学科的形成（续一）
电子技术： 利用电子元器件（电子管、半导体器件、集 成电路、微处理器、电感、电容等）组成电 子信息系统，应用电磁学基本原理处理信号 的产生、变换、存储、发送、接收的技术称 为电子技术。 其应用所依赖的器件是电子器件（二极管、三 极管、MOS管、集成电路、微处理器等） 研究对象是载有信息的弱电信号
电力电子学
电力电子变换和控制技术
1
第一章 电力电子变换和控制技术导论
电力电子学科的形成
电力电子变换和控制的技术经济意义
开关型电力电子变换的基本原理及控制方法
开关型电力电子变换器基本特性
开关型电力电子变换器的应用领域
2
1.1 电力电子学科的形成
电力电子学电力电子变换和控制技术
•I•D
•I•D
•V•GS3=10
•Ⅰ •V•GS2=8•Ⅱ •Ⅲ
•V•GSth
•V•GS
•(d)转移特性
•V•GS1=4 •V•GS=0
•V•BR
•(e)输出特性
•V•DS
•图2.17 P-MOSFET特性曲线
电力电子学电力电子变换和控制技术
2.6 绝缘门极双极型晶体管IGBT
最大允许反向重复峰值电压 额定电流 最大允许的全周期均方根正向电流 最大允许非重复浪涌电流 最大允许的PN结结温和管壳温度 结－壳、壳－散热器热阻 反向恢复时间
电力电子学电力电子变换和控制技术
2.1.4 二极管的基本应用 ✓ 整流 ✓ 续流
电力电子学电力电子变换和控制技术
2.2 双极结型电力三极管
当正弦半波电流的峰值为Im时，它可用下式计算：
电力电子学电力电子变换和控制技术
二极管电流定额的含义 如手册上某电力二极管的额定电流为100A，说明：
允许通过平均值为100A的正弦半波电流； 允许通过正弦半波电流的幅值为314A； 允许通过任意波形的有效值为157A的电流； 在以上所有情况下其功耗发热不超过允许值。
电力电子学电力电子变 换和控制技术
2023/5/16
电力电子学电力电子变换和控制技术
2 半导体电力开关器件
•2.1 电力二极管 •2.2 双极结型电力三极管 •2.3 晶闸管及其派生器件 •2.4 门极可关断晶闸管GTO •2.5 电力场效应晶体管P－MOSFET •2.6 绝缘门极双极型晶体管IGBT •*2.7 *2.8 自学 •2.9 半导体电力开关模块和功率集成电路 •本章小结
小结
(2024年)电力电子技术完整版全套PPT电子课件
实验报告撰写与答辩
讲解实验报告的撰写要求和答辩技巧 ，提高学生的综合素质和能力。
36
08
电力电子技术应用案例
2024/3/26
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新能源发电系统中电力电子技术应用
光伏发电系统
最大功率点跟踪（MPPT ）技术、逆变器并网技术 、孤岛检测与保护技术等 。
2024/3/26
风力发电系统
变桨距控制技术、变速恒 频技术、直驱式永磁风力 发电技术等。
2024/3/26
13
可控整流电路分析与应用
可控整流电路原理
可控整流电路通过控制触发角α的大小，实现对输出电压的调 节。
2024/3/26
可控整流电路应用
可控整流电路广泛应用于直流调速、电力拖动、电解、电镀 等领域。
14
滤波电路原理与设计方法
滤波电路原理
滤波电路是利用电容、电感等元件对交流电的频率特性进行滤波，从而得到平 滑的直流电的电路。
高性能器件选择
选用高性能的功率器件和驱动电路，提高电路的工作频率和可靠性。例如，选用低导通电阻和低栅极电荷的 MOSFET可以降低电路的导通损耗和开关损耗；选用高耐压和高电流的IGBT可以提高电路的带负载能力等 。
系统优化与热设计
对系统进行全面的优化和热设计，确保电路在高负载、高温等恶劣环境下仍能稳定可靠地工作。例如，采用 合理的散热结构和风扇控制策略可以降低电路的工作温度；采用模块化设计可以提高电路的维修性和可扩展 性等。
2024/3/26
功率场效应晶体管（Power MOSFE…
阐述Power MOSFET和IGBT的结构、特点以及在电力电子电路中的 广泛应用。
11
03
整流与滤波技术
2024/3/26
电工电子技术 现代控制技术PPT文档共38页
61、辍学如磨刀之石，不见其损，日 有所亏 。 62、奇文共欣赞，疑义相与析。
63、暧暧远人村，依依墟里烟，狗吠 深巷中 ，鸡鸣 桑树颠 。 64、一生复能几，倏如流电惊。 65、少无适俗韵，性本爱丘山。
61、奢侈是舒适的，否则就不是奢侈 。——CocoCha nel 62、少而好学，如日出之阳；壮而好学 ，如日 中之光 ；志而 好学， 如炳烛 之光。 ——刘 向 63、三军可夺帅也，匹夫不可夺志也。 ——孔 丘 64、人生就是学校。在那里，与其说好 的教师 是幸福 ，不如 说好的 教师是 不幸。 ——海 贝尔 65、接受挑战，就可以享受胜利的喜悦 。——杰纳勒 尔·乔治·S·巴顿
电力电子技术pdf
电力电子技术pdf
电力电子技术是应用电力电子器件和元件开发的新兴技术，它具
有高效、智能、灵活、安全、可靠等特点。
电力电子技术把计算机技术、信号处理技术、自动控制技术、电力技术、通信技术以及电子化
技术融为一体，构成一系列新的模型。
基于这些模型，可以更好地控
制和管理电力系统的可靠性、安全性和有效性，在电力系统中发挥更
大的作用。
电力电子技术可以用于实现可再生能源利用，作为并网系统的实现者。
另外，电力电子技术也可以用于电力系统的实时监控，以及检测电力
系统中的故障。
此外，电力电子技术还可以用于实时控制电网，为可
控电力系统提供技术支持，保障社会安全。
通过实施电力电子技术，
可以实现智能电网、智能电网和智能电网的变频调节等功能，实现有
效的电能管理和配置。
电力电子与电气控制PPT课件
实训报告要求：
1：画出实训电气原理图
2：根据实训电气原理图，分析控制电路 的工作原理。
3：书面回答问题
第1页/共71页
操作要求
（1）根据给定的设备和仪器仪表，在规定时间内完成接线、调 试、运行,达到规定的要求。 （2）能用仪表测量调整和选择元件。 （3）板面导线经线槽敷设，线槽外导线须平直各节点必须紧 密，接电源、及按钮等的导线必须通过接线柱引出。
第17页/共71页
实训三、书面回答
1)时间继电器KT的整定时间是根据什么来调整的？
电路中时间继电器KT的作用用于控制电动机的能耗制动时间，因此KT的整定时间是根据电动机所需 制动时间来调整的
2)制动直流电流的大小，对电动机是否有影响？该如何调节？
制动直流电流要合适，制动直流电流过大将使电动机定子绕组过热，影响电动机的使用寿命，严重时 可能损坏电动机定子绕组，制动直流电流过小，将影响电动机的制动效果。本电路中制动直流电流的 大小是调节串联电阻R阻值大小来实现。一般将制动直流电流的大小调节为（3.5~4）倍的空载电流
（4）装接完毕后，经教师允许后方可通电试车。遵照单手操作 原则，如有故障自行排除
（5）按照完成的工作是否达到了全部或部分要求，由教师进行评 分。
第2页/共71页
接线规范
1、紧固接线用力要适中，防止用力过大将螺栓螺母滑 扣，发现已滑扣的螺栓螺母及时更换，严禁将就作业。 2、用螺丝刀紧固或松动螺丝时，必须用力使螺丝刀顶 紧螺丝，然后再进行紧固或松动，防止螺丝刀与螺丝打 滑，造成螺丝损伤不易拆装。 3、同一接线端子允许最多接两根相同类型及规格的导 线。 4、所有连接导线中间不应有接头 。 5、先接继电器线圈的公共接线一侧，后接其它控制线 按从上到下，从左到右进行。 6、各条支路接线要求先串后并。 7、触点是上下结构，则上进下出；触点是左右结构， 则左进右出。
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。
电力电子技术电力电子技术的定义电力电子技术是一门
电力电子技术第一部分一、电力电子技术的定义电力电子技术是一门利用电力电子器件、电路理论和控制技术对电能进行处理、控制和变换的学科，是现代电子学的一个重要分支，也是电工技术的分支之一。
电力电子技术是应用于电力领域的电子技术。
具体地说，就是使用电力电子器件对电能进行变换和控制的技术。
二、电力电子技术的研究内容电力电子技术的研究内容：1、电力电子器件2、变流技术3、控制技术或者说，电力电子技术的研究内容：电子学、电力学、控制理论三、与其它学科的关系1、与微电子学的关系三个相同点：（1）都分为电子器件和电子电路两大分支，二者同根同源（2）两类器件制造技术的理论基础相同；（3）制造工艺也基本相同。
两个不同点：（1）应用目的不同——前者用于电力变换，后者用于信息处理；（2）工作状态不同——在微电子技术中，器件既可以处于放大状态，也可以处于开关状态；而在电力电子技术中为避免功率损耗过大，电力电子器件总是工作在开关状态。
2、与电力学(电气工程)的关系（1）电力电子技术广泛用于电气工程中；（2）国内外均把电力电子技术归为电气工程的一个分支；（3）电力电子技术是电气工程学科中最为活跃的一个分支。
3、与控制理论的关系（1）控制理论广泛用于电力电子系统中；（2）电力电子技术是弱电控制强电的技术，是弱电和强电的接口,控制理论是这种接口的有力纽带；（3）电力电子装置是自动化技术的基础元件和重要支撑技术。
四、电力电子技术的发展历史美国通用电气公司研制出第一个工业用的普通晶闸管，标志电力电子技术的诞生1、传统电力电子技术电力电子器件以半控型的晶闸管为主，变流电路以相控电路为主，控制电路以模拟电路为主。
2、现代电力电子技术现代电力电子技术在器件、电路及其控制技术方面与传统电力电子技术相比主要有如下特点：A、集成化B、高频化C、全控化D、控制电路弱电化E、控制技术数字化3、电力电子技术的发展展望科学家预言，电力电子技术和运动控制一起，将和计算机技术共同成为未来科学技术的两大支柱。
电力电子电路控制（ＰＤＦ）
统一电能质量控制器UPQC（Unified Power Quality Conditioner）为补偿三相不平衡、非线性负载的无功电流ioq 和谐波电流ioh对电源、电网的危害，可采用并联型电力电子变换器；为补偿电源电压的三相不对称、谐波畸变（有谐波电压vsh）以及偏离额定值vR，可采用串联型电力电子补偿器。
上图示出由串联型变流器和并联型变流器组成的统一电能质量控制器。
若负载电流(含有功、无功及谐波电流)为i o =i op +i oq +i oh ，若电源电压基波分量为v s1，谐波电压为v sh ，基波电压额定值v R 。
基波电压偏离值△v 1= v s1-v R ，电网电压v s = v s1+v sh = v R +△v 1+v sh 。
如果并联变流器Ⅱ被控为正弦电压源，输出电压指令为三相对称的基波额定电压v R ，串联变流器Ⅰ被控为正弦电流源，输出电流指令为与电源基波电压v s1同相的三相平衡的基波电流I s ，则并联变流器输出的无功电流和谐波电流将完全补偿负载的无功电流和谐波电流，使电源线路电流仅为有功电流I s ，cos φ=1。
同时串联变流器Ⅰ输出的串联电压△v 将完全补偿电源电压中谐波电压v sh 和基波电压的偏离值△v 1，负载端电压将是正弦基波额定电压v R 。
通过对并联、串联两个变流器进行适当控制，可实现较为理想的负载电能质量控制，所以称之为UPQC；由双变流器串、并联补偿的UPQC可以同时保证电网侧电流和负载侧电压的质量；UPQC控制比单个变流器更加复杂，控制成本高，在某些特殊场合下使用。
三逆变器及控制1.逆变器需求恒频恒压交流负载变频变压变速传动系统通信系统的直流开关电源新能源系统风力发电、太阳能电池、燃料电池、超导磁体储能等直流输电系统Ud/2 Ud/2T1T2r LCi1i0a+++u0+-u1负载Ud/2T1T2T3T4rLCi1i0++ba+-u1u0+负载（a）单相半桥逆变电路（b）单相全桥逆变电路开关模式中、小功率逆变器，采用PWM方式；大容量逆变器，采用多个桥式逆变电路通过变压器适当组合而成，每个桥式逆变电路的开关器件每周期仅通断一次，每个开关导电180o；输出波形性能指标谐波系数HF 总谐波畸变率THD畸变系数DF(Distortion Factor)性能指标逆变效率单位重量（或单位体积）输出功率可靠性指标输入电流交流分量电磁干扰EMI 及电磁兼容性EMC1/V V HF n n =∑∞==L ,4,3,2211n n V V THD ∑∞=⎟⎠⎞⎜⎝⎛=L ,4,3,22211n n n V V DF （表征经LC滤波后输出电压波形还存在畸变的程度）2.逆变器的控制以电压源型逆变电源（VSI）为例闭环控制系统框图rv 输出控制器PWM 形成给定-LC滤波器逆变桥负载ov 检测电路单相逆变器负载模型由于实际负载类型存在多样性，为了准确反映负载实际情况，不对逆变器负载做任何假定，把负载电流处理为逆变器的一个外部扰动输入量。
电力电子及其控制技术42页PPT
41、实际上，我们想要的不是针对犯 罪的法 律，而 是针对 疯狂的 法律。 ——马 克·吐温 42、法律的力量应当跟随着公民，就 像影子 跟随着 身体一 样。— —贝卡 利亚 43、法律和制度必须跟上人类思想进 步。— —杰弗 逊 44、人类受制于法律，法律受制于情 理。— —托·富 勒
45、法律的制定是为了保证每一个人 自由发 挥自己 的才能 ，而不 是为了 束缚他 的才能 。—— 罗伯斯 庇尔
6、最大的骄傲于最大的自卑都表示心灵的最软弱无力。——斯宾诺莎 7、自知之明是最难得的知识。——西班牙 8、勇气通往天堂，怯懦通往地狱。——塞内加 9、有时候读书是一种巧妙地避开思考的方法。——赫尔普斯 10、阅读一切好书如同和过去最杰出的人谈话。——笛卡儿
Thank you
电力电子及其控制技术共42页
42、只有在人群中间，才能认识自 己。——德国
43、重复别人所说的话，只需要教育； 而要挑战别人所说的话，则需要头脑。—— 玛丽·佩蒂博恩·普尔
44、卓越的人一大优点是：在不利与艰 难的遭遇里百折不饶。——贝多芬
45、自己的饭量自己知道。——苏联
电力电子及其控制技术
11、用道德的示范来造就一个人，显然比用法律来约束他更有价值。—— 希腊
12、法律是无私的，对谁都一视同仁。在每件事上，她都不徇私情。—— 托马斯
13、公正的法律限制不了好的自由，因为好人不会去做法律不允许的事 情。——弗劳德
14、法律是为了保护无辜而制定的。——爱略特 15、像房子一样，法律和法律都是相互依存的。——伯克
电力电子及其控制技术概述
思考：为什么要变换？
电力电子及其控制技术概述(ppt40页)
电力电子及其控制技术概述(ppt40页)
分类：采用按交-直流变换类型划分
1 AC-DC 2 AC-AC 3 DC-DC 4 DC-AC
电力电子及其控制技术概述(ppt40页)
电力电子及其控制技术概述(ppt40页) 电力电子及其控制技术概述(ppt40页)
Average Current Control
L
Vg
S
iL D
C RV
RS
iS
Vp 比较器
VS 误差放大器
Ve
锯齿波Vsaw 电流积分器
Vref 基准电压
工作原理: 检测电流经电流积分器积分后与误差电压Ve相减，其差值
与锯齿波比较生成控制脉宽驱动开关。
优点: 提高了电流的控制精度，抗干扰性强
电力电子及其控制技术概述(ppt40页)
t
Vint
t
Vref
单周控制主要波形图
工作原理 每个开关周期开始时，时钟给出脉冲信号，控制器输出高电平，开关管S导通，积
分器对二极管上的电压VD进行积分，积分器输出电压Vint从0开始增大，当Vint达到基 准电压Vref时，比较器输出翻转，控制器关断开关管，同时输出Reset信号将积分器复 位，直到下一个时钟脉冲到来开始新的周期 。 优点
可以实现对输入电压平均值的瞬时动态控制，开关变量平均值在经历一次过渡过程 后，仅需一个开关周期就可以达到新的稳态，对输入电压具有良好的抑制能力。 缺点
电流型控制电路
时钟
VVeP VS VP 电流型控制主要波形图
优点: 相对于电压型控制方法有更快的输入瞬态
电力电子中的控制技术研究
电力电子中的控制技术研究随着科学技术的不断发展，新能源的开发已经成为人们关注的热点问题。
电力电子作为新能源领域的重要分支，涉及到能源的质量、可靠性、节能性等方面，其控制技术研究成为电力电子发展的关键之一。
电力电子中的控制技术，主要是指控制电源的电压、电流和频率等参数，以达到节能降耗、提高效率、保护设备等目的。
控制技术的研究，可以针对不同的应用场景和设备进行，例如电动汽车、风力发电、太阳能发电等。
首先，电动汽车方面需要研究电动机控制技术。
电动机控制技术主要包括智能控制、传感器控制、变频控制等技术。
其中，智能控制技术可以根据电动机的负载和转速进行智能调节；传感器控制技术则是通过安装传感器，获取电动机的运行状态，并根据传感器的反馈信号，进行控制保护；变频控制技术则是通过变频器控制电源的电流、电压波形，从而控制电动机的转速和扭矩。
其次，风力发电方面需要研究控制风力涡轮机的转速和叶片角度。
控制风力涡轮机的转速和叶片角度，可以调节发电机的输出功率和转速，从而保证风力发电系统的安全稳定运行。
目前风力涡轮机的控制技术主要有PID控制、模糊控制和神经网络控制等技术。
其中，PID控制技术是较为常用的一种，可以通过调节比例系数、积分时间、微分时间等参数，实现指定转速和叶片角度的控制。
最后，太阳能发电方面需要研究逆变器控制技术。
逆变器是太阳能发电系统中的核心部件，其主要作用是将太阳能光电能转换为交流电能。
逆变器的控制技术主要有PWM控制、MPPT控制和SVPWM控制等技术。
其中，PWM控制技术是较为常用的一种，可以通过调整逆变器输出的电压、频率、相位等参数，实现太阳能发电系统的稳频运行。
总之，电力电子中的控制技术研究已经成为新能源领域发展的关键之一。
不同的设备需要面对不同的问题，因此需要针对不同的应用场景和设备进行控制技术的研究。
电力电子控制技术的不断创新和提升，将为新能源的发展提供更好的技术支持，推动电力电子与新能源的融合发展。
电力电子变换和控制技术PPT课件
的电力电子变换电源
第1章 电力电子变换和控制技术导论 第27页/共33页
27
电机传动
第28页/共33页
开关型电力电子补偿控制器
电压、电流（有功功率、无功功率） 补偿控制器
阻抗补偿控制器
第1章 电力电子变换和控制技术导论 第29页/共33页
16
1. AC/DC基本整流电路
工作方式：相控、斩波 分析方法：傅立叶分解 、积分 考虑问题：开关时刻、 滤波
第1章 电力电子变换和控制技术导论 第17页/共33页
17
2. DC/AC基本逆变电路
工作方式：方波、PWM波 分析方法：傅立叶分解 、积分 考虑问题：开关时刻、 滤波
第1章 电力电子变换和控制技术导论 第18页/共33页
• 提高产品质量和劳动生产率 提高供电可靠性、高速高精度电气传动
• 提高电力系统自身的运行质量和稳定性 发电机励磁、柔性输电、谐波治理、无功补偿
第1章 电力电子变换和控制技术导论 第10页/共33页
10
1.2 电力电子变换和控制的技术经济意义
经过变换处理后再供用户使用的电能，占全国发电总量 的百分比的高低，已成为衡量一个国家技术进步的主要 标志之一；
电源可分为两类： 直流电（D.C），频率f=0 交流电（A.C），频率f0
电力变换按电压/电流的 大小、波形及频率变换划 分为四类基本变换及相应 的四种电力变换电路或电 力变换器。
这四类基本变换可以组合 成许多复合型电力变换器
第1章 电力电子变换和控制技术导论 第13页/共33页
13
传统电力技术如何将交流电变为直流电？
第1章 电力电子变换和控制技术导论 第24页/共33页