《电力电子技术的应用》PPT.
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电力电子技术的应用
10.1.3 直流电源的保护
1.软启动
在直流电源中，软启动由缓慢增加的脉宽信号提供。
2. 电流限制
输出电流可以通过测量加在与负载串联的小电阻上的电压来测量，测得的电流 (实际为电压)与参考值比较，所得误差被放大后用于减小脉冲宽度以便限制电流。
3. 过电压和欠电压保护
当低于欠电压和高于过电压的设定值时，电源的控制断开。晶闸管和专用的积分 电路可以直接用于这个目的。
1 ATm 0
ke I f
(U S
a
kT I f Tm
)
其中，
A
Ra KT I f
0
US ke I f
10.6.1 直流电动机的驱动
2) 直流伺服电动机驱动中的控制 图10.15给出了带内部电流控制环和不带内部电流控 制环的一个伺服控制系统。在第一种方法中，限流 电路对电枢电流进行保护，防止直流电动机在加速 和减速过程中，电流超过容许的电流。在第二种方 法中，内部电流控制环直接控制直流电动机的电枢 电流和机械转矩。
10.6.2 感应电动机的驱动
低成本和持久性是工业上广泛选用感应电动机的主 要理由。感应电动机的驱动可以分为伺服驱动(使用 精确控制策略，这些应用包括计算机外围设备、机 床等)和调速驱动(使用具有制动的速度控制，这些 应用包括电扇、压缩机、泵、吹风机和过程控制系 统)。 感应电动机控制的最佳策略，一是改变电源频率以 控制电动机转速；二是和电源频率成比例地改变电 源电压。值得注意的是，上述这两种策略只在低转 差情况下才是有效的。
图10.9 UPS结构图
10.2.1 整流电路
AC-DC整流电路同时完成两个功能：一是为逆变器 提供直流电压源；二是对电池银行充电。整流电路 可以是我们熟悉的任何一种不可控、可控整流电路， 这里我们选择三相不可控AC-DC整流电路，其中一 相被分离出来构成单相可控DC-DC变换器(电池充 电器)给电池银行供电，整流电路直接向逆变器提供 功率输出后接带高频隔离或者不带隔离的DC-DC变 换器。注意，DC-DC变换器也可以选择DC-DC谐振 变换器。
电力电子技术(完整幻灯片PPT
1-3
2.1.1 电力电子器件的概念和特征
电力电子器件的损耗 通态损耗
主要损耗 断态损耗 开关损耗
开通损耗 关断损耗
通态损耗是器件功率损耗的主要成因。
器件开关频率较高时，开关损耗可能成为器件功率损 耗的主要因素。
1-4
2.1.2 应用电力电子器件系统组成
电力电子系统：由控制电路、驱动电路、保护电路
恢复特性的软度：下降时间与
延复迟系时数间，用的S比r表值示tf。/td，或称恢uFFra bibliotek2V0
b) tfr
t
图2-6 电力二极管的动态过程波形
a) 正向偏置转换为反向偏置
b) 零偏置转换为正向偏置
1-17
2.2.2 电力二极管的基本特性
关断过程
IF
diF
dt
trr
须经过一段短暂的时间才能重新获 UF
td
A
G
KK
A A
G
G
P1 N1 P2 N2
J1 J2 J3
K
K G
A
a)
b)
c)
图2-7 晶闸管的外形、结构和电气图形符号
a) 外形 b) 结构 c) 电气图形符号
外形有螺栓型和平板型两种封装。
四层三结三极。
螺栓型封装，通常螺栓是其阳极，能与散热器紧 密联接且安装方便。
平板型晶闸管可由两个散热器将其夹在中间。
电力电子技术(完整幻灯片 PPT
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2.1.1 电力电子器件的概念和特征
电力电子器件的损耗 通态损耗
主要损耗 断态损耗 开关损耗
开通损耗 关断损耗
通态损耗是器件功率损耗的主要成因。
器件开关频率较高时，开关损耗可能成为器件功率损 耗的主要因素。
1-4
2.1.2 应用电力电子器件系统组成
电力电子系统：由控制电路、驱动电路、保护电路
恢复特性的软度：下降时间与
延复迟系时数间，用的S比r表值示tf。/td，或称恢uFFra bibliotek2V0
b) tfr
t
图2-6 电力二极管的动态过程波形
a) 正向偏置转换为反向偏置
b) 零偏置转换为正向偏置
1-17
2.2.2 电力二极管的基本特性
关断过程
IF
diF
dt
trr
须经过一段短暂的时间才能重新获 UF
td
A
G
KK
A A
G
G
P1 N1 P2 N2
J1 J2 J3
K
K G
A
a)
b)
c)
图2-7 晶闸管的外形、结构和电气图形符号
a) 外形 b) 结构 c) 电气图形符号
外形有螺栓型和平板型两种封装。
四层三结三极。
螺栓型封装，通常螺栓是其阳极，能与散热器紧 密联接且安装方便。
平板型晶闸管可由两个散热器将其夹在中间。
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电力电子技术的应用
9.2.交流电动机调速
9-9
• 交流电动机相对直流电动机具有结构简单，单 机容量大、电压高、转速高、元整流子、惯量 小、成本低、维修方便等一系列优点。随着电 力电子技术、控制理论及计算机控制技术的发 展，采用半导体功率器件的交流调速系统已经 成为电气传动的主流。 • 9.2.1.交流电动机的调压调速 • 交流调压调速随着转速下降其转差率增加，电 动机转子的损耗增加，效率将下降。因此，交 流调压调速不适宜长时低速运行。
9-23 将无触点开关及其控制电路组装在一起可做成固 态继电器，其控制信号可以是交流电压，也可以 是直流电压。
图8.10是一种具有过零触发电路的交流固态继电 器电路。
9-24
9. 3. 2. 电 加 热
9-25
9-26
• 对于电阻性加热炉，一般用工频电源加热，由 晶闸管电路来控制电炉的加热功率（或温度）。 • 通过移项控制电炉的功率（图8.11（c））：
U 1 P R R
2 R
U 1 (U m sint ) dt 2R ( 2 sin 2 )
2
2 m
•大多数电炉都有几秒或更大的热时间常数。 采用通断控制或整周期控制（图8.11（c）） ， 晶闸管无触点开关把负载与电源按一定的通断 率接通与断开。设接通时间为ton，断开时间为 2 toff，则负载功率为： Um ton P 2R ton toff
9.3.非电动机方面的一些应用
9-20
• 9.3.1.无触点开关 • 有触点开关是指电磁式接触器，其运行时间可 达电源频率的几个周期。当接触器将电路分断 时，在其金属触点之间会产生电弧，易烧灼触 点并成为电磁干扰源；另外，在接触器运行时 还产生噪声。 • 无触点开关又称电力电子开关，它的特点是接 通迅速，无电孤火花，无噪声运行。 • 当触发信号送到晶闸管门极时，可在电源一个 周期的任何电角度导通；晶闸管接通期间门极 需有连续的触发脉冲，在门极脉冲撤除后，当 电流过零时即关断。
电力电子技术的应用(ppt68页).pptx
Ce n] 2U 2
三峡大学电气与新能源学院
(10-9)
10
10.1.2 工作于有源逆变状态时
a 增大方向
增大方向
逆变电流断续时电动机的机械特 性，与整流时十分相似：
理想空载转速上翘很多，机械特 性变软，且呈现非线性。 逆变状态的机械特性是整流状态 的延续。
纵观控制角 a变化时，机械特性得
变化。
ia
ib
ic
O
wt
图10-1 三相半波带电动机负载且 加平波电抗器时的电压电流波形
三峡大学电气与新能源学院
4
10.1.1 工作于整流状态时
此时，整流电路直流电压的平衡方程为
U d EM R Id U
（10-1）
式中，
R
RB
RM
3X B
2
。
EM 为电动机的反电动势
RId 负载平均电流Id所引起的各种电压降，包括：
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2
10.1 晶闸管直流电动机系统·引言
晶闸管直流电动机系统——晶闸管可控整流装
置带直流电动机负载组成的系统。
是电力拖动系统中主要的一种。 是可控整流装置的主要用途之一。
对该系统的研究包括两个方面：
其一是在带电动机负载时整流电路的工作情况。 其二是由整流电路供电时电动机的工作情况。本
率由于内阻不一定相同而稍有差异。
a1<a2<a3
a3
调节a 角，即可调节电动机的转速。 O
Id
图10-2 三相半波电流连续时以
三峡大学电气与新能源学院
电流表示的电动机机械特性
6
10.1.1 工作于整流状态时
2) 电流断续时电动机的机械特性
电力电子技术的发展史与应用(ppt 25页)
5）家用电器
绪－18
3 电力电子技术的应用
6）其他
大型计算机的UPS 新型能源
航天技术
绪－19
3 电力电子技术的应用
总之，电力电子技术的应用范围十分广泛，激发人 们学习、研究电力电子技术并使其飞速发展。 电力电子装置提供给负载的是各种不同的电源，因 此可以说，电力电子技术研究的也就是电源技术。 电力电子技术对节省电能有重要意义。特别在大型 风机、水泵采用变频调速，在使用量十分庞大的照 明电源等方面，因此它也被称为是节能技术。
电子学
电力学
电力 电子学
连续、离散
控制 理论
描述电力电子学的倒三角形
绪－6
1.3 与相关学科的关系
与电子学（信息电子学）的关系 都分为器件和应用两大分支。 器件的材料、工艺基本相同，采用微电子技术。 应用的理论基础、分析方法、分析软件也基本相 同。 信息电子电路的器件可工作在开关状态，也可工 作在放大状态；
电力电子电路的器件一般只工作在开关状态。 二者同根同源。
绪－7
1.3 与相关学科的关系
与电力学（电气工程）的关系 电力电子技术广泛用于电气工程中 高压直流输电 静止无功补偿 电力机车牵引 交直流电力传动 电解、电镀、电加热、高性能交直流电源 国内外均把电力电子技术归为电气工程的一 个分支。 电力电子技术是电气工程学科中最为活跃的 一个分支。
助于把握未来
绪－11
2 电力电子技术的发展史
史前期 （黎明期）
晶体管诞 生
晶闸管问 世，(“公 元元年”)
全控型器件迅 速发展时期
1904
1930
1947 1957 1970 1980 1990 2000 t(年)
电子管 问世
绪－18
3 电力电子技术的应用
6）其他
大型计算机的UPS 新型能源
航天技术
绪－19
3 电力电子技术的应用
总之，电力电子技术的应用范围十分广泛，激发人 们学习、研究电力电子技术并使其飞速发展。 电力电子装置提供给负载的是各种不同的电源，因 此可以说，电力电子技术研究的也就是电源技术。 电力电子技术对节省电能有重要意义。特别在大型 风机、水泵采用变频调速，在使用量十分庞大的照 明电源等方面，因此它也被称为是节能技术。
电子学
电力学
电力 电子学
连续、离散
控制 理论
描述电力电子学的倒三角形
绪－6
1.3 与相关学科的关系
与电子学（信息电子学）的关系 都分为器件和应用两大分支。 器件的材料、工艺基本相同，采用微电子技术。 应用的理论基础、分析方法、分析软件也基本相 同。 信息电子电路的器件可工作在开关状态，也可工 作在放大状态；
电力电子电路的器件一般只工作在开关状态。 二者同根同源。
绪－7
1.3 与相关学科的关系
与电力学（电气工程）的关系 电力电子技术广泛用于电气工程中 高压直流输电 静止无功补偿 电力机车牵引 交直流电力传动 电解、电镀、电加热、高性能交直流电源 国内外均把电力电子技术归为电气工程的一 个分支。 电力电子技术是电气工程学科中最为活跃的 一个分支。
助于把握未来
绪－11
2 电力电子技术的发展史
史前期 （黎明期）
晶体管诞 生
晶闸管问 世，(“公 元元年”)
全控型器件迅 速发展时期
1904
1930
1947 1957 1970 1980 1990 2000 t(年)
电子管 问世
《电力电子技术》PPT课件
可控硅时代
通过控制电流导通角，实现电 压和功率的调节。
现代电力电子时代
以IGBT、MOSFET等为代表 ，实现高效、快速的电能转换
。
电力电子技术的应用领域
电力系统
用于高压直流输电、无 功补偿、有源滤波等， 提高电力系统的稳定性
和效率。
电机驱动
用于电动汽车、电动自 行车、电梯等电机驱动 系统，实现高效、节能
照明控制
通过电力电子技术可实现 对照明设备的调光和调色 ，提高照明质量和节能效 果。
加热与焊接
电力电子技术可用于控制 加热设备的功率和温度， 实现精确控温和高效能焊 接。
交通运输应用
电动汽车驱动
电力电子技术是电动汽车 驱动系统的核心，可实现 高效能、低排放的驱动控 制。
轨道交通牵引
通过电力电子技术可实现 轨道交通车辆的牵引控制 和制动能量回收。
交流-交流变流电路的工作原理
通过电力电子器件的开关作用，改变输入交流电 的电压和频率，得到所需的输出交流电。Fra bibliotekABCD
交流-交流变流电路的分类
变频电路、变压电路等。
交流-交流变流电路的应用
电机调速、风力发电、太阳能发电并网等。
一般工业应用
01
02
03
电机驱动
电力电子技术可用于控制 电机的速度和转矩，提高 电机的效率和性能。
通过求解系统微分方程或差分方程，得到系统输 出与输入之间的关系，进而分析系统性能。
频域分析法
利用傅里叶变换将时域信号转换为频域信号，通 过分析系统频率响应特性来评估系统性能。
3
状态空间分析法
通过建立系统状态空间模型，分析系统状态变量 的变化规律，从而研究系统的稳定性和动态性能 。
《电力电子技术的应用》PPT
双PWM控制的电压型VVVF电源拓扑 电路特点：
能源再生反馈；可实现电动机四象限运行；输入电流为正弦波，可实现高 功率因数；控制较复杂，技术含量高，成本较高。
4
一.电力电子技术在交流设备中的应用
1.1 电力拖动系统----发展趋势 ■交流传动系统的优点（与直流系统相比）
◆最高速度更高和容量更大； ◆交流电动机结构简单，体积更小； ◆耗电量少，更节能； ◆高精度，快速响应。
教学目标：
熟悉电力电子技术的应用领域，了解和把握电力 电子技术的新技术发展及应用趋势。
一.电力电子技术在交流设备中的应用
1.1 电力拖动系统----直流传动系统的变流器装置
3
一.电力电子技术在交流设备中的应用
1.1 电力拖动系统----交流传动系统的变频器装置 ■交直交变频器（VVVF电源 ）
特点：输出交流电压与频率可变。 优点：可实现交流电机的平滑调速。
8
一.电力电子技术在交流设备中的应用
1.3 开关电源----通信电源系统
48V直流母线 AC-DC 交流 电网 AC-DC
一次电源
■分布式电源系统
负载
DC-DC
DC-DC
二Байду номын сангаас电源
负载
通信电源系统
◆在通信交换机、巨型计算机等复 杂的电子装置中，供电的路数太多， 总功率太大，难以用一个开关电源完 成，因此出现了分布式的电源系统。 ◆一次电源完成隔离变换→48V直流 母线→交换机中每块电路板上的DCDC变换器→电路所需的各种电压。 ◆一次电源采用多个开关电源并联 的方案，每个开关电源仅仅承担一部 分功率，并联运行的每个开关电源有 时也被成称为“模块”，当其中个别 模块发生故障时，系统还能够继续运 行，这被称为“冗余”。
电力电子技术的应用PPT课件
Ud EM R Id U
(10-1)
式中，R
RB
RM
3
X
2
B
，其中RB为变压器的等效电阻，RM为电枢电阻，
3
X
2
B
为重叠角引起的电压降所折合的电阻；U
为晶闸管本身的管压降。
■在电动机负载电路中，电流由负载转矩所决定，当电动机的负载较 轻时，对应的负载电流也小，在小电流情况下，特别在低速时，由于 电感的储能减小，往往不足以维持电流连续，从而出现电流断续现象。
给晶闸管阳极上的负电压时间愈长，电 Id 流要维持导通，必须要求平波电抗器储
存较大的磁能，而电抗器的L为一定值 的情况下，要有较大的电流Id才行；故
随着的增加，进入断续区的电流值加
大，这是电流断续时电动机机械特性的 第三个特点。
5/70
第5页/共69页
10.1.1 工作于整流状态时
◆电流断续时电动机机械特性可由下面三个式子准确地得出
变）。
正组
L c1
L
a
b
c
L c2
M EM
L
a
b
M EM
c
反组
正组
反组
a)
b)
+n 正转逆变 Id
Id 正转整流
☞第3象限，反转，电动机作
电动运行，反组桥工作在整流 正组
状态，2</2，EM<Ud。 。
-T
☞第4象限，反转，电动机作
发电运行，正组桥工作在逆变
状态， 1</2(1>/2) ，
正组
EM>Ud 。
R
，Z
R2 L2
，L为回路总电感。
Ce n]
《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
2024版电力电子技术ppt课件
•电力电子技术概述•电力电子器件•整流电路与逆变电路•直流-直流变换器目录•交流-交流变换器•电力电子技术应用实例定义与发展历程定义发展历程应用领域及重要性应用领域重要性提高能源利用效率、实现节能减排、促进可再生能源发展等方面具有不可替代的作用。
基本原理与分类基本原理分类0203PNPN四层半导体结构阳极、阴极和控制极晶闸管的基本结构和工作原理01触发导通和关断过程晶闸管的派生器件快速晶闸管01 02 03电力晶体管（GTR）结构特点和工作原理驱动电路和保护电路电力场效应管（结构特点和工作原理驱动电路和保护电路主要参数和特性曲线01 02 031 2 3010203040102 03整流电路原理整流电路分类整流电路应用逆变电路原理逆变电路分类逆变电路应用030201PWM控制技术PWM控制技术原理通过调节脉冲宽度或频率，实现对输出电压或电流的控制。
PWM控制技术应用电机调速、电源管理、照明控制等。
PWM控制技术优势高效率、高精度、低噪声等。
工作原理电路结构控制方式应用领域电路结构工作原理应用领域控制方式两种，也可采用滞环控制等非线性控制方法。
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。
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降压变换。
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。
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。
升降压型变换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。
工作原理能够实现快速、无级调节负载功率。
优点缺点应用领域01020403电加热、电焊机等。
通过控制晶闸管的通断时间来调节负载功率的大小。
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11
一.电力电子技术在交流设备中的应用
1.5 焊机电源----用途、结构及类型
■电焊机是用电能产生热量加热金属而实现焊接的电气设备，按照焊接加热 原理的不同分为电弧焊机和电阻焊机两大类型。 ◆电弧焊机是通过产生电弧使金属融化而实现焊接；电阻焊机是使焊接金 属通过大电流，利用工件表面接触电阻产生发热而融化实现焊接。 ◆这种焊接电源由于其优良特性已广泛应用。因存在高频逆变环节，又常 被称为逆变焊机电源。
弧焊电源的基本结构图
12
一.电力电子技术在交流设备中的应用
1.6 功率因数校正技术----交流设备功率因数的提高 ■交流电力电子设备的共性问题：谐波污染与低功率因素. ■技术解决方案：功率因数校正技术（PFC）.
■ 交流用电设备采用有源PFC技术的好处： ◆功率因数提高，谐波电流减小，对电网的干扰降低，满足谐波限制标准。 ◆降低了对线路、开关、连接件等电流容量的要求。 ◆可实现宽范围电压输入，能适应世界各国不同的电网电压。 ◆整流电压波动减小，有利于提高了电路输出的控制精度和效率。 ■ 单相有源功率因数校正电路容易实现，可靠性也高，其技术已广泛应用。 ■ 三相有源功率因数校正电路结构和控制较复杂，成本也很高，三相功率因数 校正技术仍是研究的热点。
8
一.电力电子技术在交流设备中的应用
1.3 开关电源----通信电源系统
48V直流母线 AC-DC 交流 电网 AC-DC
一次电源
■分布式电源系统
负载
DC-DC
DC-DC
二次电源
负载
通信电源系统
◆在通信交换机、巨型计算机等复 杂的电子装置中，供电的路数太多， 总功率太大，难以用一个开关电源完 成，因此出现了分布式的电源系统。 ◆一次电源完成隔离变换→48V直流 母线→交换机中每块电路板上的DCDC变换器→电路所需的各种电压。 ◆一次电源采用多个开关电源并联 的方案，每个开关电源仅仅承担一部 分功率，并联运行的每个开关电源有 时也被成称为“模块”，当其中个别 模块发生故障时，系统还能够继续运 行，这被称为“冗余”。
教学目标：
熟悉电力电子技术的应用领域，了解和把握电力 电子技术的新技术发展及应用趋势。
一.电力电子技术在交流设备中的应用
1.1 电力拖动系统----直流传动系统的变流器装置
3
一.电力电子技术在交流设备中的应用
1.1 电力拖动系统----交流传动系统的变频器装置 ■交直交变频器（VVVF电源 ）
特点：输出交流电压与频率可变。 优点：可实现交流电机的平滑调速。
第10章 电力电子技术的应用
主要包括 ：
一. 交流用电设备中的应用
1.1 电力拖动系统 1.2 不间断电源 1.3 开关电源 2.1 高压直流输电 2.2 无功功率控制 2.3 谐波抑制 3.1 3.2 3.3 3.4 1.4 电子镇流器 1.5 焊机电源 1.6 功率因数校正技术 2.4 灵活交流输电 2.5 定制电力技术
10
一.电力电子技术在交流设备中的应用
1.4 电子镇流器----优点及趋势
电子镇流器结构框图 ■电子镇流器的主要优点： ◆荧光灯不易引起眼睛疲劳。 ◆荧光灯的光效增高，能耗低。 ◆采用功率因数校正电路时具有高功率因数。 ◆在电网电压波动的情况下，保持灯功率和光输出的恒定。
趋势：电子镇流器正全面取代传统的电感式镇流器
9
一.电力电子技术在交流设备中的应用
1.4 电子镇流器----用途及结构
电子镇流器结构框图
◆DC/AC逆变器：开关频率一般为20～70kHz，主要有半桥式逆变电路和推 挽式逆变电路两种形式。 ◆输出级LC串联谐振网络：点灯和限流作用。 ◆反馈网络：频率同步及异常状态保护电路。一旦出现灯开路或灯不能启动 等异常状态，则关断高频变换器输出，从而实现保护功能。
双PWM控制的电压型VVVF电源拓扑 电路特点：
能源再生反馈；可实现电动机四象限运行；输入电流为正弦波，可实现高 功率因数；控制较复杂，技术含量高，成本较高。
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一.电力电子技术在交流设备中的应用
1.1 电力拖动系统----发展趋势 ■交流传动系统的优点（与直流系统相比）
◆最高速度更高和容量更大； ◆交流电动机结构简单，体积更小； ◆耗电量少，更节能； ◆高精度，快速响应。
不受市电异常断电影响，能确保负载供电不间断，并保证供电质量的装置。
■ UPS广泛应用于各种对交流供电可靠性和供电质量要求很高的重要场所。 ■ 广义地说，UPS包括输出为直流和交流两种情况，目前通常是指输出为交
流的情况。UPS是恒压恒频（CVCF）类电源的主要产品之一。
UPS基本结构原理图
6
一.电力电子技术在交流设备中的应用
1.2 不间断电源（UPS）----油机后备的UPS
■市电断电时，蓄电池可供电时间取决于蓄电池容量的大小，为了 保证长时间不间断供电，UPS往往还会采用油机作为后备电源，蓄电 池只需作为市电与油机之间的过渡，容量可以比较小。
用柴油发电机作为后备电源的UPS
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一.电力电子技术在交流设备中的应用
1.3 开关电源----用途、结构及优点
二. 电力系统中的应用
三. 移动式用电设备中的应用
电动及混合动力汽车的电力驱动技术 舰船发电及电力推进技术 航空航天飞行器电源系统 国防武器装备特种电源系统
第10章 电力电子技术的应用
本节课的主要内容 ：
★ ★ ★ ★ ★ ★ ★ 电力拖动系统 不间断电源 开关电源 电子镇流器 焊机电源 功率因数校正技术 高压直流输电
■各种电子设备电路需要多路不同直流电压供电。比如数字电路需
要5V、3.3V、2.5V，模拟电路需要±12V、±15V等。
■开关电源在效率、体积和重量等方面都远远优于线性电源，因此
已经基本取代了线性电源，成为电子设备供电的主要电源形式。
~220V
+ -
~220V
Vref
线性电源的基本电路结构
半桥型开关电源基本电路结构
■交流电机的控制技术较为复杂，对所需的电力电子变换 器要求也较高。直到近二十年时间，交流调速传动系统才 得到迅速的发展。
■交流传动系统正逐步取代传统的直流传动系统。
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一.电力电子技术在交流设备中的应用
1.2 不间断电源（UPS）----基本结构原理
■ 不间断电源（UPS）：指当交流输入市电发生异常或断电时，能保证负载
一.电力电子技术在交流设备中的应用
1.5 焊机电源----用途、结构及类型
■电焊机是用电能产生热量加热金属而实现焊接的电气设备，按照焊接加热 原理的不同分为电弧焊机和电阻焊机两大类型。 ◆电弧焊机是通过产生电弧使金属融化而实现焊接；电阻焊机是使焊接金 属通过大电流，利用工件表面接触电阻产生发热而融化实现焊接。 ◆这种焊接电源由于其优良特性已广泛应用。因存在高频逆变环节，又常 被称为逆变焊机电源。
弧焊电源的基本结构图
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一.电力电子技术在交流设备中的应用
1.6 功率因数校正技术----交流设备功率因数的提高 ■交流电力电子设备的共性问题：谐波污染与低功率因素. ■技术解决方案：功率因数校正技术（PFC）.
■ 交流用电设备采用有源PFC技术的好处： ◆功率因数提高，谐波电流减小，对电网的干扰降低，满足谐波限制标准。 ◆降低了对线路、开关、连接件等电流容量的要求。 ◆可实现宽范围电压输入，能适应世界各国不同的电网电压。 ◆整流电压波动减小，有利于提高了电路输出的控制精度和效率。 ■ 单相有源功率因数校正电路容易实现，可靠性也高，其技术已广泛应用。 ■ 三相有源功率因数校正电路结构和控制较复杂，成本也很高，三相功率因数 校正技术仍是研究的热点。
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一.电力电子技术在交流设备中的应用
1.3 开关电源----通信电源系统
48V直流母线 AC-DC 交流 电网 AC-DC
一次电源
■分布式电源系统
负载
DC-DC
DC-DC
二次电源
负载
通信电源系统
◆在通信交换机、巨型计算机等复 杂的电子装置中，供电的路数太多， 总功率太大，难以用一个开关电源完 成，因此出现了分布式的电源系统。 ◆一次电源完成隔离变换→48V直流 母线→交换机中每块电路板上的DCDC变换器→电路所需的各种电压。 ◆一次电源采用多个开关电源并联 的方案，每个开关电源仅仅承担一部 分功率，并联运行的每个开关电源有 时也被成称为“模块”，当其中个别 模块发生故障时，系统还能够继续运 行，这被称为“冗余”。
教学目标：
熟悉电力电子技术的应用领域，了解和把握电力 电子技术的新技术发展及应用趋势。
一.电力电子技术在交流设备中的应用
1.1 电力拖动系统----直流传动系统的变流器装置
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一.电力电子技术在交流设备中的应用
1.1 电力拖动系统----交流传动系统的变频器装置 ■交直交变频器（VVVF电源 ）
特点：输出交流电压与频率可变。 优点：可实现交流电机的平滑调速。
第10章 电力电子技术的应用
主要包括 ：
一. 交流用电设备中的应用
1.1 电力拖动系统 1.2 不间断电源 1.3 开关电源 2.1 高压直流输电 2.2 无功功率控制 2.3 谐波抑制 3.1 3.2 3.3 3.4 1.4 电子镇流器 1.5 焊机电源 1.6 功率因数校正技术 2.4 灵活交流输电 2.5 定制电力技术
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一.电力电子技术在交流设备中的应用
1.4 电子镇流器----优点及趋势
电子镇流器结构框图 ■电子镇流器的主要优点： ◆荧光灯不易引起眼睛疲劳。 ◆荧光灯的光效增高，能耗低。 ◆采用功率因数校正电路时具有高功率因数。 ◆在电网电压波动的情况下，保持灯功率和光输出的恒定。
趋势：电子镇流器正全面取代传统的电感式镇流器
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一.电力电子技术在交流设备中的应用
1.4 电子镇流器----用途及结构
电子镇流器结构框图
◆DC/AC逆变器：开关频率一般为20～70kHz，主要有半桥式逆变电路和推 挽式逆变电路两种形式。 ◆输出级LC串联谐振网络：点灯和限流作用。 ◆反馈网络：频率同步及异常状态保护电路。一旦出现灯开路或灯不能启动 等异常状态，则关断高频变换器输出，从而实现保护功能。
双PWM控制的电压型VVVF电源拓扑 电路特点：
能源再生反馈；可实现电动机四象限运行；输入电流为正弦波，可实现高 功率因数；控制较复杂，技术含量高，成本较高。
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一.电力电子技术在交流设备中的应用
1.1 电力拖动系统----发展趋势 ■交流传动系统的优点（与直流系统相比）
◆最高速度更高和容量更大； ◆交流电动机结构简单，体积更小； ◆耗电量少，更节能； ◆高精度，快速响应。
不受市电异常断电影响，能确保负载供电不间断，并保证供电质量的装置。
■ UPS广泛应用于各种对交流供电可靠性和供电质量要求很高的重要场所。 ■ 广义地说，UPS包括输出为直流和交流两种情况，目前通常是指输出为交
流的情况。UPS是恒压恒频（CVCF）类电源的主要产品之一。
UPS基本结构原理图
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一.电力电子技术在交流设备中的应用
1.2 不间断电源（UPS）----油机后备的UPS
■市电断电时，蓄电池可供电时间取决于蓄电池容量的大小，为了 保证长时间不间断供电，UPS往往还会采用油机作为后备电源，蓄电 池只需作为市电与油机之间的过渡，容量可以比较小。
用柴油发电机作为后备电源的UPS
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一.电力电子技术在交流设备中的应用
1.3 开关电源----用途、结构及优点
二. 电力系统中的应用
三. 移动式用电设备中的应用
电动及混合动力汽车的电力驱动技术 舰船发电及电力推进技术 航空航天飞行器电源系统 国防武器装备特种电源系统
第10章 电力电子技术的应用
本节课的主要内容 ：
★ ★ ★ ★ ★ ★ ★ 电力拖动系统 不间断电源 开关电源 电子镇流器 焊机电源 功率因数校正技术 高压直流输电
■各种电子设备电路需要多路不同直流电压供电。比如数字电路需
要5V、3.3V、2.5V，模拟电路需要±12V、±15V等。
■开关电源在效率、体积和重量等方面都远远优于线性电源，因此
已经基本取代了线性电源，成为电子设备供电的主要电源形式。
~220V
+ -
~220V
Vref
线性电源的基本电路结构
半桥型开关电源基本电路结构
■交流电机的控制技术较为复杂，对所需的电力电子变换 器要求也较高。直到近二十年时间，交流调速传动系统才 得到迅速的发展。
■交流传动系统正逐步取代传统的直流传动系统。
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一.电力电子技术在交流设备中的应用
1.2 不间断电源（UPS）----基本结构原理
■ 不间断电源（UPS）：指当交流输入市电发生异常或断电时，能保证负载