电力电子 成品
电力电子概念
电力电子概念第一章电力电子器件的分类：1.通过控制信号可以控制其导通而不能控制其关断的电力电子器件被称为半空型器件。
2.通过控制信号即可以控制其导通，又可以控制其关断的电力电子器件被称为全控型器件。
3.不能用控制信号来控制其通断的电力电子器件被称为不可控器件。
电力二极管（不可控）主要参数：1.正向平均电流：指电力二极管长期运行时，在制定的管壳温度和散热条件下，其允许流过的最大工频正弦半波电流的平均值。
2.正向压降：指电力二极管在指定温度下，流过某一指定的稳态正向电流时对应的正向压降。
3.反向重复峰值电流：指对电力二极管所能重复施加的反向最高峰值电压。
晶闸管静态参数：1.断态重复峰值电压：是在门极断路而结温为额定值时，允许重复加载器件上的正向峰值电压2.反向重复峰值电压：是在门极断路而结温为额定值时，允许重复加载器件上的反向峰值电压。
3.通态（峰值）电压：是晶闸管通以某一规定倍数的额定通态平均电流时的瞬态峰值电压。
4.通态平均电流：晶闸管在环境温度为40℃和规定的冷却状态下，稳定结温不超过额定结温时所允许流过的最大工频正弦半波电流的平均值。
5.维持电流：晶闸管维持导通所必需的最小电流。
6.擎住电流：晶闸管从断态转入通态并移除触发信号后，能维持导通所需的最小电流。
7.浪涌电流：由于电路异常情况引起的使结温超过额定结温的不重复性最大正向过载电流。
IGBT（全控）擎住效应：IGBT栅极失去对集电极电流的控制作用，导致集电极电流增大，造成器件功耗过高而损坏。
这种电流失控的现象被称为擎住效应或自锁效应。
整流电路1.触发延迟角（触发角，控制角）：从晶闸管开始承受正向阳极电压起到施加触发脉冲止的电角度。
2.导通角：晶闸管在一个电源周期中处于通态的电角度。
3.相控方式（相位控制方式）：通过控制触发脉冲的相位来控制直流输出电压大小的方式。
4.自然换相点：电流由一个二极管向另一个二极管转移，这些交点称为自然换相点。
5.换向重叠角：考虑包括变压器漏感应在内的交流侧电感的影响，由于电感对于电流的变化起着阻碍作用，电感电流不能突变，因此换向过程中不能瞬间完成，而是会持续一段时间，换向过程持续的时间用电角度表示，称为换向重叠角。
电力电子技术(完整幻灯片PPT
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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2024年电力电子市场发展现状
电力电子市场发展现状1. 引言随着电力系统的快速发展和能源转型的推进，电力电子作为关键技术之一，在电力系统中发挥着越来越重要的作用。
电力电子的应用涉及到电力传输、转换、控制等多个领域，对于提高电力系统的可靠性、安全性和能源利用效率具有重要意义。
本文将对电力电子市场的发展现状进行分析。
2. 电力电子市场的背景随着工业化和城市化的发展，电力需求不断增长。
传统的电力系统难以满足复杂多变的电力需求，因此电力电子技术逐渐受到重视。
电力电子技术通过将电力转换、传输和控制，实现了能源的高效利用和进一步智能化管理，成为了电力系统中不可或缺的一部分。
3. 电力电子市场的发展趋势3.1 可再生能源的快速发展随着全球对能源可持续性的关注度增加，可再生能源的发展得到了推动，尤其是太阳能和风能等清洁能源。
这些可再生能源的高效利用离不开电力电子技术的支持，因此可再生能源的快速发展也带动了电力电子市场的增长。
3.2 能源储存技术的提升能源储存技术是电力电子市场的一个重要方向。
电池技术的进步和成本的下降，使得能源储存系统在电力系统中的应用日益广泛。
能源储存技术能够提供电力系统的稳定性和可靠性，同时也为可再生能源的大规模应用提供了可能。
3.3 电动汽车市场的增长电力电子技术在电动汽车市场上的应用也是市场发展的一个重要方向。
随着电动汽车市场的迅速增长，电力电子技术在车载充电、电动驱动等方面发挥着重要作用。
电动汽车市场的增长将直接推动电力电子市场的发展。
4. 电力电子市场的挑战和机遇4.1 技术创新和成本控制电力电子技术的应用受到技术创新和成本控制的双重挑战。
技术创新能够推动电力电子市场的发展，但也需要大量的研发投入和时间。
同时，成本控制是电力电子企业在市场竞争中必须面对的问题，低成本高性能的产品将具有竞争优势。
4.2 标准化和规范化电力电子技术的应用涉及到电力系统的安全稳定，因此标准化和规范化是电力电子市场发展的重要保障。
加强标准化和规范化工作，能够提高电力电子产品的质量和可靠性，促进市场的健康发展。
电力电子器件的发展历程
电力电子器件的发展历程电力电子器件的发展对电力电子技术的发展起着决定性的作用，因此，电力电子技术的发展史是以电力电子器件的发展史为纲的。
l 1904年出现了电子管（Vacuum tube)，能在真空中对电子流进行控制，并应用于通信和无线电，从而开了电子技术之先河l 20年代末出现了水银整流器（Mercury Rectifier ），其性能和晶闸管（Thyristor ）很相似。
在30年代到50年代，是水银整流器发展迅速并大量应用的时期。
它广泛用于电化学工业、电气铁道直流变电所、轧钢用直流电动机的传动，甚至用于直流输电l 1947年美国贝尔实验室发明晶体管(Transistor)(Transistor)，，引发了电子技术的一场革命l 1957年美国通用电气公司研制出第一个晶闸管（Thyristor ）l 1960年我国研究成功硅整流管（Silicon Rectifying Tube/Rectifier Diode Diode））l 1962年我国研究成功晶闸管（Thyristor Thyristor））l 70年代出现电力晶体管（Giant Transistor Transistor－－GTR ）、电力场效应管（Metallic Oxide Semiconductor Field Effect Transistor Oxide Semiconductor Field Effect Transistor－－MOSFET ）l 80年代后期开始：复合型器件。
以绝缘栅极双极型晶体管（Insulated －Gate Bipolar Transistor －IGBT ）为代表,IGBT 是电力场效应管（MOSFET ）和双极结型晶体管（ Bipolar l 90年代主要有：功率模块（Power Module ）：为了使电力电子装置的结构紧凑、体积减小，常常把若干个电力电子器件及必要的辅助元件做成模块的形式，这给应用带来了很大的方便。
2024年度电力电子技术完整版全套PPT电子课件
载流子与掺杂
解释半导体中的载流子（电子和空穴 ）以及掺杂对半导体性质的影响。
半导体能带结构
阐述半导体中导带、价带和禁带的形 成及作用。
2024/2/3
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PN结及其特性
1 2
PN结的形成
介绍P型半导体和N型半导体的接触形成的PN结 。
PN结的单向导电性
阐述PN结在正向偏置和反向偏置下的导电特性 。
3
高效能变频器设计
针对不同的应用场景和负载特性，设计合理的变频调速方案，实现电机的高效、稳定和精确控制。同时，采用先 进的散热技术和防护措施，提高变频器的使用寿命和安全性。
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直流变换与斩波技术
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直流变换器基本原理和类型
直流变换器基本原理
直流变换器是一种将直流电能转换成另一种或几种直流电能的电力电子装置，通过对开关器件的控制 ，实现输入电压到输出电压的变换。
滤波电路设计方法
根据滤波电路的类型和性能要求，可选择合适的电容、电感等元件，并确定其 参数。常见的滤波电路有电容滤波、电感滤波、LC滤波等。
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功率因数校正技术
功率因数定义
功率因数是指交流电路中有功功率与视在功率之比，反映了电能的利用效率。
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功率因数校正技术
功率因数校正技术是通过在整流电路中加入功率因数校正电路，提高电路的功率 因数，减少无功功率的损耗。常见的功率因数校正电路有APFC电路、PFC电路等 。
电力电子技术完整版全套PPT 电子课件
2024/2/3
1
目录
• 电力电子技术概述 • 电力电子器件基础 • 整流与滤波技术 • 逆变与变频技术 • 直流变换与斩波技术 • 交流调压与交-交变频技术 • 电力电子系统仿真与实验 • 电力电子技术应用案例
电力电子技术-电力电子器件的原理与特性
IR
Vo
VS +
-
IZ
DZ
RL
(a)整流
(b)续流
(c)限幅
(d)钳位
图2.6 二极管的整流、续流、限幅、钳位和稳压应用
(e)稳压
本章内容
2.3 晶闸管（SCR）
2. 3 晶闸管
一、名称 ➢晶闸管 （Thyristor） ➢可控硅
（SCR）
二、外形与符号 ➢螺栓式结构 (<200A) ➢平板式结构 (>200A)
• N型半导体： 掺入微量5价元素（磷、锑、鉮等）
自由电子为多数载流子，空穴为少数载流子。 • P型半导体：
掺入微量3价元素（硼、镓、铟等） 空穴为多数载流子，自由电子为少数载流子。
半导体基础知识
器件原理
• PN结（异型半导体接触现象） • （1）扩散运动（多数载流子）
自由电子由 N区 向 P区 空 穴由 P区 向 N区 （2）漂移运动（少数载流子） 与扩散运动相反
三、SCR的工作原理（续）
（2）按晶体管原理可得：
IA
2 I G I CBO1 I CBO2 1 ( 1 2 )
其中： α1、α2分别是晶 体管T1、T2的共基极电 流增益； ICBO1、ICBO2分 别是晶体管T1、T2的共 基极漏电流。
❖双极型器件：有两种载流子参与导电，如二 极管、 晶闸管、GTO、GTR、IGCT、SITH等。
❖复合型器件：由MOSFET与晶体管、晶闸管复 合而成，如IGBT、IPM、MCT等。
➢ 按门极驱动信号的种类（电流、电压）分类： ❖电流控制型器件 如晶闸管、GTO、GTR、 IGCT、SITH等
❖电压控制型器件 如MOSFET、IGBT、IPM、 SIT、MCT等
电力电子设备生产工艺流程
电力电子设备生产工艺流程下载温馨提示:该文档是我店铺精心编制而成，希望大家下载以后，能够帮助大家解决实际的问题。
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新型电力电子器件的材料与制造工艺研发
新型电力电子器件的材料与制造工艺研发近年来，随着电力电子技术的快速发展，新型电力电子器件的研发成为了关注的焦点。
在电力电子器件中，材料与制造工艺的研究和创新起着至关重要的作用。
本文将探讨新型电力电子器件的材料和制造工艺的研发。
一、半导体材料的研发半导体材料是电力电子器件中最基础的材料之一。
传统的硅材料由于其电学性能优良、制造工艺成熟，一直在电力电子领域中得到广泛应用。
然而，随着电力电子器件功率密度的不断提高，传统硅材料的一些局限性逐渐凸显出来，如限制了器件的切换速度和功率损耗。
因此，研发新型半导体材料成为了迫切的需求。
为了克服传统硅材料的局限性，研究人员开展了大量的工作，开发出了多种新型半导体材料，例如碳化硅（SiC）和氮化镓（GaN）。
这些材料具有高电子迁移率、高耐受电场强度和低导通电阻等优点，可以显著提高电力电子器件的性能。
此外，还有一些其他新型半导体材料在研发中，如磷化铟（InP）和碳化氮（CN）。
这些新型半导体材料的研发将进一步推动电力电子器件的发展。
二、材料界面与界面工艺的研究电力电子器件中的材料界面对器件的性能具有重要影响。
在传统硅基电力电子器件中，经典的接触技术由于界面态和品质限制而存在较大的接触电阻和导通电阻。
为了降低接触电阻和导通电阻，研究人员开展了材料界面的研究工作。
在新型半导体材料中，界面工艺对器件性能有着重要影响。
例如，在碳化硅材料中，界面状态和品质会引起电子能级结构变化，进而影响接触电阻和导通电阻。
因此，研究新型材料的界面工艺，如界面能带工程和界面化学物理性质的优化，对于提高电力电子器件性能至关重要。
此外，还有一些表面改性材料和界面修饰技术的研究，能够降低器件的接触电阻和界面电阻。
三、制造工艺的研发新型电力电子器件的制造工艺也是研发的重点之一。
传统的硅基电力电子器件已经具备成熟的制造工艺，但对于新型材料来说，制造工艺的研发仍然面临一些挑战。
首先，新型材料的制造工艺需要与传统工艺有所不同。
电力电子半导体器件(IGBT)
c. 栅分布锁定：是因为绝缘栅旳电容效应，造成在开关过程中个别先开通或 后关断旳IGBT之中旳电流密度过大而形成局部锁定。
——采用多种工艺措施，能够提升锁定电流，克服因为锁定产生旳失效。
4．开关时间与漏极电流、门极电阻、结温等参数旳关系：
5．开关损耗与温度和漏极电流关系
（三）擎住效应
IGBT旳锁定现象又称擎住效应。IGBT复合器件内有一种 寄生晶闸管存在，它由PNP利NPN两个晶体管构成。在NPN晶 体管旳基极与发射极之间并有一种体区电阻Rbr，在该电阻上， P型体区旳横向空穴流会产生一定压降。对J3结来说相当于加 一种正偏置电压。在要求旳漏极电流范围内，这个正偏压不大， NPN晶体管不起作用。当漏极电流人到—定程度时，这个正偏 量电压足以使NPN晶体管导通，进而使寄生晶闸管开通、门极 失去控制作用、这就是所谓旳擎住效应。IGBT发生擎住效应后。 漏极电流增大造成过高旳功耗，最终造成器件损坏。
在使用中为了防止IGBT发生擎住现象:
1．设计电路时应确保IGBT中旳电流不超出IDM值； 2．用加大门极电阻RG旳方法延长IGBT旳关断时间，减小重加
dVDS/d t。 3．器件制造厂家也在IGBT旳工艺与构造上想方设法尽量提
高IDM值，尽量防止产生擎住效应。
（四）安全工作区 1．FBSOA：IGBT开通时正向偏置安全工作区。
4．开关特征：
与功率MOSFET相比，IGBT 通态压降要小得多，1000V旳 IGBT约有2~5Ｖ旳通态压降。这 是因为IGBT中N－漂移区存在电 导调制效应旳缘故。
电力电子技术第二章 全控型电力电子器件
第三节 功率场效应晶体管
功率场效应晶体管简称功率MOSFET，它是对小功率场效应晶体管 的工艺结构进行改进，在功率上有所突破的单极型半导体器件，属于 电压控制型，具有驱动功率小、控制电路简单、工作频率高的特点。
一、功率场效应晶体管的结构与工作原理
1.功率场效应晶体管的结构 由电子技术基础可知，小功率场效应晶体管的栅极G、源极S和漏极 D位于芯片的同一侧，导电沟道平行于芯片表面，是横向导电器件， 这种结构限制了它的电流容量。功率场效应晶体管采取两次扩散工 艺，并将漏极D移到芯片的另一侧表面上，使从漏极到源极的电流 垂直于芯片表面流过，这样有利于减小芯片面积和提高电流密度。 这种由垂直导电结构组成的场效应晶体管称为VMOSFET。
第二节 电力晶体管
(1)放大区(线性区) 其特点是发射结正偏，集电结反偏，集电极与 基极电流呈线性关系。 (2)饱和区 其特征是发射结、集电结都正偏。 (3)准饱和区(临界饱和区) 其特征是集电结反偏，发射结正偏，但 集电极电流与基极电流不是线性关系。 (4)截止区 发射结、集电结反偏，IB为零。 电力晶体管在变流技术应用中作为开关使用，往返工作于饱和区、 截止区。在状态转换过程中，快速地通过放大区及准饱和区。
三、电力晶体管的额定参数
1.最高工作电压 最高工作电压即最高集电极电压额定值，它不仅因器件不同而不同， 而且即便是同一器件，也会由于基极电路条件不同而存在差异。在 晶体管产品目录中BUCEO作为电压容量给出，但不能仅以此项指标 确定晶体管实际工作时的工作电压上限。
2.最大电流额定值ICM 最大电流额定值ICM即允许流过集电极的最大电流值。为了提高GTR 的输出功率，集电极输出电流应尽可能地大。但是集电极电流大，则 要求基极注入的电流也大，这样会使GTR的电气性能变差，甚至于损 坏器件。使用中通常只用到ICM的(1/3～1/2)，以确保使用的稳定与 安全。
电力电子变压器简要介绍
电力电子变压器介绍0、前言电力电子变压器(Power Electronic Transformer 简称PET)作为一种新型的能量转换设备，与传统的变压器相比，具有体积小、重量轻、空载损耗小、不需要绝缘油等优点。
它是集电力电子、电力系统、计算机、数字信号处理以及自动控制理论等领域为一体的电力系统前沿研究课题，通过电力电子器件和电力电子变流技术，对能量进行转换与控制，以替代传统的电力变压器。
1、基本原理PET 的设计思路源于具有高频连接的AC/AC变换电路, 其基本原理见图1, 即通过电力电子变换技术将变压器原边的工频交流输入信号变换为高频信号, 经高频变压器耦合到副边后, 再经电力电子变换还原成工频交流输出。
因高频变压器起隔离和变压作用, 因铁心式变压器的体积与频率成反比, 所以高频变的体积远小于工频变压器, 其整体效率高。
图1 电力电子变压器基本原理框图PET 的具体实现方案分两种形式: 一是在变换中不含直流环节, 即直接AC/AC变换, 其原理是: 在高频变压器原边进行高频调制, 在副边同步解调; 二是在变换中存在直流环节, 通常在变压器原边进行AC/AC变换, 再将直流调制为高频信号经高频变压器耦合到副边后, 在副边进行DC/AC变换。
比较两种方案, 后种控制特性良好, 通过PWM 调制技术可实现变压器原副边电压、电流和功率的灵活控制, 有望成为今后的发展方向。
2、研究现状自1970 年美国GE 公司首先发明了具有高频连接的AC/AC 变换电路后, 很多科研工作者对各种不同结构的具有高频连接的AC/AC 变换器进行了深入的探讨和研究, 并提出了PET 的概念。
美国海军和美国电力科学研究院(EPRI)的研究小组先后提出了一种固态变压器结构, Koo suke Harada等人也提出了一种智能变压器, 他们通过对高频技术的使用, 使变压器体积减小, 实现恒压、恒流、功率因数校正等功能。
早期的PET的理论和实现研究由于受当时电力电子器件和功率变换技术发展水平的限制, 所提出的各种设计方案均未能实用化, 特别是在可用于实际输配电系统(10kV以上)的PET的研究方面进展不大。
《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。
电力电子器件济南吉福半导体有限公司是中国最大的半导体成品和芯片的生产厂家之一
济南吉福半导体有限公司是中国最大的半导体成品和芯片的生产厂家之一。
其中肖特基和DB双向触发系列二极管产品的生产规模居中国第一。
自1970年成功地协助中国第一颗人造卫星发射成功后,在40多年的发展历史中，我们的母公司"济南半导体总厂"先后从美、德、日以及台湾引进了先进的二极管制造工艺和加工设备，并于1992年成立了合资的"济南吉福半导体有限公司"。
2000吉福半导体有限公司整体并入济南晶恒责任有限公司。
济南吉福从生产一开始的硅片采购就严格的按照ISO9002的国际质量标准进行严格的分供方评审和品质控制。
同时，我们的MIS管理系统使公司的工作流程从接单、生产直至出货都得到清晰、明了的控制和管理，保证了公司的指令和每位客户的要求得到准确无误的贯彻和执行。
吉福非常重视技术，我们建立了一支由376位工程技术人员组成的国内最大的二极管科研、开发机构，同时也与世界上最著名的多家半导体公司保持密切的技术联系。
我们成功开发的全系列功率肖特基势垒二极管、DB系列双向触发二极管以及SP系列固体放电管等产品，吉福非常重视质量，我们专门的品质保证部门可以在24小时内回复有关产品质量方面的抱怨和问题，我们的IE部门会在3天内提出最终的质量分析报告和纠正预防措施。
"提供可靠的品质、极富竞争力的价格和客户至上、服务社会"的行销理念是我们吉福人一直遵循的原则。
凡印有"JF"标志、正宗的吉福产品将享有国际一流的品质和服务保证。
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。
电力电子技术第5版pdf-2024鲜版
无源逆变电路常用于一些对输出波形要求不高的场合，如小功率电源 、照明等。
2024/3/28
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逆变电路的应用与特点
应用领域：逆变电路在新能源发电、电动汽车、UPS、 电力拖动等领域有着广泛的应用，是实现电能高效转换 和利用的关键技术之一。 能够实现直流电能与交流电能之间的转换；
具有较高的转换效率和功率因数；
UPS主要由整流器、逆变器、蓄电池组和静态开关等组成，根据工作方式可分为在 线式、后备式和在线互动式三种类型。
2024/3/28
UPS广泛应用于计算机、通信、数据中心、医疗设备等领域，保障关键负载在市电 异常时的正常运行。
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变频调速器
变频调速器是一种通过改变电机供电频率来实现电机速度调节的装置，广泛应用于风机、水泵、压缩 机等负载的节能控制。
晶闸管
一种具有三个PN结的四层结构的大功率半导体器件，可以承受高电压和大电流，具有开 关速度快、寿命长等优点。在交流电力电子开关中广泛应用。
可关断晶闸管（GTO）
具有自关断能力的一种晶闸管，可以通过门极负脉冲或阳极电流下降来实现关断。GTO具 有高电压、大电流、高开关速度等优点，适用于高压、大功率的交流电力电子开关。
环保意识的提高将推动电力电子技术向绿色化方向发展，减少对环境 的影响，提高能源利用效率。
集成化
随着集成电路技术的不断发展，电力电子技术的集成度将不断提高， 实现更小的体积和更高的可靠性。
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02
电力电子器件
2024/3/28
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不可控器件
工作原理
利用PN结的单向导电性
特点
结构简单、价格低廉、工作可靠
源的转换、储存和并网等功能。
5
电力电子技术的未来趋势
电力电子器件发展论文
引言电力电子技术包括功率半导体器件与IC技术、功率变换技术及控制技术等几个方面,其中电力电子器件是电力电子技术的重要基础,也是电力电子技术发展的“龙头”。
从年美国通用电气公司研制出世界上第一个工业用普通晶闸管开始,电能的变换和控制从旋转的变流机组和静止的离子变流器进入由电力电子器件构成的变流器时代,这标志着电力电子技术的诞生。
到了70 年代,晶闸管开始形成由低压小电流到高压大电流的系列产品。
同时,非对称晶闸管、逆导晶闸管、双向晶闸管、光控晶闸管等晶闸管派生器件相继问世,广泛应用于各种变流装置。
由于它们具有体积小、重量轻、功耗小、效率高、响应快等优点,其研制及应用得到了飞速发展。
由于普通晶闸管不能自关断,属于半控型器件,因而被称作第一代电力电子器件。
在实际需要的推动下,随着理论研究和工艺水平的不断提高,电力电子器件在容量和类型等方面得到了很大发展,先后出现了GTR 、GTO、功率MOSET 等自关断、全控型器件,被称为第二代电力电子器件。
近年来,电力电子器件正朝着复合化、模块化及功率集成的方向发展,如GPT，MCT，HVIC等就是这种发展的产物。
普通晶闸管及其派生器件晶闸管诞生后,其结构的改进和工艺的改革,为新器件的不断出现提供了条件。
1964年,双向晶闸管在GE公司开发成功,应用于调光和马达控制。
1965 年,小功率光触发晶闸管出现,为其后出现的光祸合器打下了基础60年代后期,大功率逆变晶闸管问世,成为当时逆变电路的基本元件。
1974年,逆导晶闸管和非对称晶闸管研制完成。
普通晶闸管广泛应用于交直流调速、调光、调温等低频等领域,运用由它所构成的电路对电网进行控制和变换是一种简便而经济的办法。
不过,这种装置的运行会产生波形畸变和降低功率因数、影响电网的质量。
目前水平为12KV/1KA和6500V/4000A。
双向晶闸管可视为一对反并联的普通晶闸管的集成,常用于交流调压和调功电路中。
正、负脉冲都可触发导通,因而其控制电路比较简单。
2024版《电力电子技术》PPT课件
电力电子技术的定义与发展01020304定义晶闸管时代可控硅时代现代电力电子时代用于高压直流输电、无功补偿、有源滤波等，提高电力系统的稳定性和效率。
用于电动汽车、电动自行车、电梯等电机驱动系统，实现高效、节能的电机控制。
用于太阳能、风能等新能源发电系统，实现能源的高效利用和转换。
用于自动化生产线、机器人等工业设备，实现设备的精确控制和高效运行。
电力系统电机驱动新能源工业自动化数字化与智能化随着计算机技术和人工智能的发展，电力电子技术将实现数字化和智能化，提高系统的自适应能力和智能化水平。
高频化与高效化随着半导体材料和器件的发展，电力电子技术将实现更高频率和更高效率的电能转换。
绿色化与环保化随着环保意识的提高，电力电子技术将更加注重绿色、环保的设计理念，降低能耗和减少对环境的影响。
工作原理特点应用整流电路、续流电路等工作原理通过门极触发导通，无法自行关断特点耐压高、电流大、开关速度快应用直流电机调速、交流调压等工作原理特点应用工作原理特点应用逆变器、斩波器、电机驱动等工作原理特点应用工作原理开关速度快、耐压高、电流大、热稳定性好应用逆变器、斩波器、电机驱动等高端应用领域特点VS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整流电路逆变电路逆变电路的作用逆变电路的分类逆变电路的工作原理逆变电路的应用直流-直流变流电路直流-直流变流电路的作用直流-直流变流电路的分类直流-直流变流电路的工作原理直流-直流变流电路的应用交流-交流变流电路交流-交流变流电路的作用交流-交流变流电路的工作原理A B C D交流-交流变流电路的分类交流-交流变流电路的应用电机驱动照明控制加热与焊接030201一般工业应用交通运输应用电动汽车驱动轨道交通牵引航空电源电力系统应用高压直流输电柔性交流输电通过电力电子技术可实现高压直流输电，减少输电损耗和占地面积。
智能电网风能发电通过电力电子技术可实现风能发电系统的变速恒频控制和并网运行。
电力电子变压器简要介绍
电力电子变压器简要介绍电力电子变压器是一种新型的电力变压器，其主要特点是在变压器的核心中直接将电压变换成了电流，而不是通过电流变换电压的方式。
它采用电力电子器件来进行电能转换，具有调节输出电压、频率、相位等的特点，已经得到了广泛的应用。
电力电子变压器是由电源、电力电子器件、控制系统、变压器等部分组成。
其结构相对传统的电力变压器来说稍复杂，但其工作原理却非常简单。
它是通过将输入电压变为脉冲信号，然后再将其转变成所需要的输出电压和电流，从而实现电力能量的转换。
电力电子变压器广泛用于交流电源以及各种电力系统中，可以进行变压、变频、电流控制等应用。
比如铁路电力变频供电系统、不间断电源等，都采用了电力电子变压器的技术。
电力电子变压器最大的优点是具有可调性。
通过控制电力电子器件的工作状态，可以调节输出电压、频率、相位等参数，从而满足不同的电力系统要求。
这使得电力电子变压器比传统的电力变压器更加灵活。
另外，电力电子变压器还具有高效性。
传统的变压器由于存在磁耗、铜耗等损耗导致效率比较低，而电力电子变压器则能够通过改善电力系统的功率因数、减少传输损耗等方面提高效率。
这样一来，它可以更加节省能源，缩减能源浪费。
在未来，电力电子变压器将会越来越广泛的应用于能源领域。
由于电力电子器件技术的不断发展和改进，电力电子变压器的性能和效率将会越来越高，同时它还可以减少系统的维护成本和运行成本，使其在电力系统的优化方面谋求更大的作用。
总之，电力电子变压器是一种处在不断进化和发展的新型电力变压器。
它采用电力电子器件进行电能转换，具有可调性和高效性等特点，广泛用于交流电源以及各种电力系统中。
随着技术的不断改进和电力系统的优化，电力电子变压器将会实现更多的创新和突破，同时也能够逐步升级电力系统的效率和可靠性。
变频电力电子技术在电机控制中的应用
变频电力电子技术在电机控制中的应用
随着现代化工业的发展，电机控制技术的迅速发展已经成为了当今工业界的一个关键课题。
而在电机控制中，变频电力电子技术的应用也逐渐受到了越来越多的关注。
变频技术在电机控制中的应用，主要是通过改变交流电源的频率和电压，来控制电机的旋转速度和工作效率。
这种技术是通过变换器，将交流电源转换为高质量的电力信号源，使得电机控制变得简单且高效。
目前，变频电力电子技术已经广泛应用于许多行业，如工业、交通、建筑和家庭等领域中的许多电机控制中。
在工业生产中，变频技术可以在很大程度上提高生产效率和精度。
以食品加工制造业为例，通过将变频技术应用于调制机和包装机等电机中，可实现精确的速度控制和工作节省能源，从而提高生产效率和成品品质。
在制造业中更广泛应用的是空气压缩机，在空气压缩机的过程中通过增加大小调节器和电子转化器的程序来降低系统阻力，从而减少能源浪费，使机器工作效率更高和稳定，从而达到节能降耗以及减少生产成本的目的。
在交通行业中，变频技术也被广泛应用，如在电动汽车、电动自行车和高速列车等电力驱动系统中，变频技术可以使电机的运转更为平稳，从而能够达到更好的经济性和稳定性。
此外，在现代建筑领域中，通过将变频技术应用在风机和泵的控制中，可以控制气流和水流，实现有效的节能办法，从而为建筑物的可持续性发展做出巨大贡献。
总之，变频电力电子技术在电机控制中的应用可在多种领域中提高电机的工作效率，并且可以充分利用可再生能源，实现节能和低碳的目标。
随着技术的发展，变频技术将会成为电机控制领域的主导技术，为工业、交通和建筑等行业的可持续发展做出更多的贡献。
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课程设计说明书题目直流电机开环调速系统设计（院）系电气信息学院专业自动化班级学号学生姓名指导老师姓名完成日期湖南工程学院课程设计任务书课程名称：电力电子技术题目：直流电机开环调速系统设计（晶闸管整流）专业班级：学生姓名：学号：指导老师：审批：任务书下达日期2012 年12月24 日设计完成日期2013 年01月04 日目录第1章概述 (6)第2章总体方案 (7)2.1 总体方案设计 (7)2.2 系统原理框图 (8)第3章主电路设计 (9)3.1 主电路设计思路 (9)3.2 主电路图 (10)3.3 各单元电路设计 (10)3.4 主电路元件计算及器件选择 (12)第4章控制电路设计 (13)4.1 控制电路设计思路 (13)4.2 控制电路图 (13)4.3 各单元电路设计 (14)第5章硬件调试 (16)第6章总结 (19)参考文献 (20)第1章概述电力电子技术就是应用于电力领域的电子技术，电力电子技术就是使用电力电子器件对电能进行变换和控制的技术。
电力电子器件的发展对电力电子技术的发展起着决定性的作用，因此，电力电子技术的发展史是以电力电子器件的发展史为纲的，一般认为，电力电子技术的诞生是以1957年美国通用电气公司研制出第一个晶闸管为标志的，晶闸管是通过对门极的控制能够使其导通而不能使其关断的器件，属于半控型器件，对晶闸管电路的控制方式主要是相位控制方式，简称相控方式。
晶闸管是晶体闸流管的简称，又称作可控硅整流器SCR，以前被简称为可控硅。
整流电路是电力电子电路中出现最早的一种，它的作用是将交流电能变为直流电能供给直流用电设备。
整流电路的应用十分广泛，例如直流电动机、电镀、电解电源等。
三相桥式全控整流电路是目前应用最广泛的一种整流电路，电路有6个晶闸管，分为共阳极组和共阴极组，习惯上晶闸管是从1到6的顺序导通，每个时刻均需两个晶闸管同时导通，六个晶闸管的脉冲相位依次差60度，整流输出电压一周期脉动六次，每次脉动的波形一样，故称为六脉波整流电路。
直流电机控制系统开环调速系统电路分为主电路和控制电路两大部分，主电路包括整流电路及保护电路，控制电路包括触发电路、驱动电路及检测与故障保护电路等。
利用触发电路调节晶闸管整流电路中触发延迟角α的大小来调整直流电机两端的直流电压大小，进而改变电机的转速。
第2章总体方案确定2.1 总体方案设计直流电机调速系统由两大部分组成，主电路和控制电路，主电路主要环节：整流电路及保护电路，控制电路主要环节：触发电路、驱动电路、检测与故障保护电路。
直流电动机可以有三种调速方法，电枢电路串电阻调速、弱磁调速和降低电枢电压调速。
该课程设计要求是单向无极调速，即单方向转速是连续可调的，故只能采用减压调速的方法进行设计。
直流电动机的工作电压不能大于额定电压，因此只能向小与额定电压的方向改变，降压调速需要有专用的可调直流电源，所以采用三相桥式全控整流电路将电网电压转换为大小可变的直流电压，供给电动机工作。
晶闸管串联一般存在电压分配不均的问题，可以用RC并联支路作动态均压，电力电子电路中需要采用合适的过电压、过电流保护电路，采用RC电路进行过电压保护，利用快速熔断器进行过电流保护，交流变换为直流之后难免存在电压小幅度波动问题，设计利用大电容滤波稳压。
控制电路利用集成触发器作触发电路，只需要3片KJ004和1片KJ041芯片即可形成六路双脉冲。
驱动电路提供控制电路与主电路之间的电气隔离，这里采用光隔离，一般采用光耦合器。
2.2 系统原理框图如图2.1所示：图2.1 系统框图第3章主电路设计3.1 主电路设计思路主电路主要是对电动机电枢和励磁绕组进行正常供电及短路保护。
采用晶闸管可控整流电路给直流电动机供电，通过移相触发，改变直流电动机电枢电压，实现直流电动机的速度调节。
触发电路采用集成触发电路，脉冲送给六个晶闸管。
电网送电给主电路之前应进行一系列保护措施，三相输入端串快速熔断器FUSE防止过载电流突变或短路造成的危害，利用RC电路或压敏电阻进行外因过电压和内因过电压保护。
目前整流电路的应用十分广泛，最为广泛的是三相桥式全控整流电路，电路利用六个晶闸管和足够大电感将三相交流电转换为直流电供给发动机使用的，它可以通过调节触发电路的控制电压来确定触发角的大小，进而改变直流侧电压和电流大小。
整流电路在接入电网时变压器一次侧电压是380v，一般大于负载的额定电压，采用降压变压器，为得到零线，变压器二次侧必须接成y形，而一次侧采用三角形连接以避免三次谐波流入电网对电源产生干扰。
3.2 主电路图图3.1 主电路原理图3.3 各单元电路设计3.3.1 过压保护电路电力电子装置中可能发生的过电压分为外因过电压和内因过电压两类。
由分闸、合闸等开关操作一起的过电压和由雷击引起的过电压叫做外因过电压。
内因过电压主要来自电力电子装置内部器件的开关过程，包括换相过电压和关断过电压，由于晶闸管或者与全控型器件反并联的续流二极管在换相结束后不能立刻恢复阻断能力，因而有较大的反向电流流过，使残存的载流子恢复，而当恢复了阻断能力时，反向电流急剧减小，这样的电流突变会因线路电感而在晶闸管阴阳极之间或与续流二极管反并联的全控型器件两端产生或电压叫做换相过电压。
全控型器件在较高频率下工作，当器件关断时，因正向电流的迅速降低而由线路电感在器件两端感应出的过电压叫做关断过电压。
具体的图形如图3.2所示：图3.2 RC过电压抑制电路3.3.2 过电流保护电路过电流分过载和短路两种情况，采用快速熔断器是电力电子装置中最有效，应用最广的一种过电流保护措施。
此设计利用快熔进行电路全保护，如图3.3所示：图3.3 过电流保护措施3.3.3 滤波电路电容滤波电路利用电容充、放电作用，使输出电压趋于平滑，滤波电路好坏取决于电容充放电常数，电容C愈大，电阻R愈大，充放电时间愈长，那么电压趋于一恒定值，其电路图如图3.4所示：图3.4 滤波电路图3.4 主电路元件计算及器件选择选取直流电动机型号为Z2-32，Pn=2.2KW,Un=220V,In=12.35A,Nn=1500r/min,给定输入输出电压：AC 220V（+-15%波动）,DC 0-230V可调3.4.1 变压器的设计Ud=2.34U2cosα，假设α=0，其中Ud=220V，U2是变压器二次侧相电压，则U2min=220/2.34=94V,U2存在15%的波动，U2=94/0.85=110V，二次电流I2=(1.414/1.732)Id=0.816Id，其中Id=In=12.35A，I2=0.816*12.35=10A于是S2=3U2I2=3*94*10=3KVA三相桥式整流电路有S1=S2，一次电流I1=U2I2/U1=94*10/380=2.5A3.4.2 晶闸管的设计晶闸管电流的有效值Ivt=（1/1.732）Id=1/1.732*12.35=7.2A,晶闸管的额定电流Ivt（av）=Ivt/1.57=4.6A,考虑安全裕量1.5-2倍，选取额定电流值为10A的晶闸管。
由于负载电流连续，晶闸管承受的最大反向电压为根号6倍的U2即2.45*94=230.3V，考虑安全裕量2-3倍，晶闸管的额定电压为470V。
3.4.3 滤波电容的设计该系统负载不大，取C=2200uf，耐压1.5倍的晶闸管的额定电压即705V。
第4章控制电路设计4.1 控制电路设计思路控制电路包括：触发电路，驱动电路，保护电路。
触发电路采用集成触发器，是整个控制电路的核心，它的作用是产生晶闸管的触发脉冲，同时通过控制触发角的大小来调节电动机两端的电压电流大小，进而达到调速的效果。
驱动电路主要作用是放大触发脉冲来驱动晶闸管的导通，进行主电路和控制电路的电气隔离。
4.2 控制电路图图4.1 控制触发电路原理图4.3 各单元电路设计4.3.1 触发电路集成触发电路可靠性高、技术性能好、体积小、功耗低、调试方便，诸多优点已经使晶闸管触发电路逐步取代分立式电路，分为同步、锯齿波形成、移相、脉冲形成、脉冲分选及脉冲放大几个环节，只需要用三个KJ004集成块和一个KJ041集成块，即可形成六路双脉冲，再由六个晶体管进行脉冲放大，即构成完整的三相全控桥整流电路的集成触发电路。
触发电路图如图4.1所示，KJ004集成块1引脚输出正脉冲，15引脚输出负脉冲，相位相差180度，正好形成三相桥式整流电路的同一相上下的上下两个桥臂，Uco叫做控制电压，调节触发角α大小，Up叫做偏移电压，目的是为了确定控制电压等于0时脉冲的初始相位，Usa、Usb、Usc叫做变压器同步电压，KJ041集成块引脚1-6为六路单脉冲输入，引脚10-15为六路双脉冲输出，接至整流电路的六个晶闸管控制端，驱动主电路工作。
触发电路是调速系统的核心内容，脉冲的好坏直接影响调速的连续性，要实现开环无极调速，即转速单方向连续可调，触发电路一定要正确。
4.3.2 驱动电路电力电子系统是由主电路和控制电路组成的，主电路的电压和电流一般都较大，而控制电路的元器件只能承受较小的电压和电流，因此在主电路和控制电路连接的路径上，如驱动与主电路的连接处，或者驱动电路与控制信号的连接处，以及主电路和检测电路的连接处，一般要进行电气隔离，而通过其他手段如光、磁等来传递信号。
此次设计利用驱动电路提供了主电路与控制电路之间的电气隔离，利用光耦合器进行光隔离。
电路图如图4.2所示：图4.2 光耦合器4.3.3 电压电流检测单元课程设计的课题为直流电机控制系统开环调速系统，无反馈环节的设计，只有给定的输入电压电流信号，没有反馈的。
调节给定输入信号可使触发器的脉冲控制角及整流电压改变即电枢电压改变，n=（U-Ia*R）/Ce*Φ，相应改变电动机转速。
负载两端的电压电流分别通过电压表电流表测得。
第5章硬件调试负载为选定电机，采用三相桥式全控整流电路将电网的交流电转换为直流电供给电机，实验室操作面板上有触发电路模块，按钮打到双窄脉冲，提供给六个晶闸管，示波器两端接在U相和脉冲观察孔，调节Uco电压大小来调节α角的大小，电压表并联在负载两端，测量直流电压大小，电流表串联在电路中测量电流大小，负载是直流电机，试验台上有电机，电枢绕组一端接vt5阴极，一端接vt2阳极，励磁电源接交流220V，同步电源分别接到u、v、w各相，根据公式Ud=2.34U2cosα（α<=60），Ud=2.34U2[1+cos(π/3+α)],将控制电压旋钮旋转到底，调节示波器使双窄脉冲与U相电压夹角为80到100度之间某值，旋转偏移电压旋钮使电压表示数为0，调节控制电压电位器旋钮，使α角从90°到0°逐渐减小，电动机旋转速度逐步加快，记录相关数据及波形如下同轴电机带负载运行改变负载时记录的相关数据同轴电机带负载运行固定负载时记录的相关数据ud的波形，α=0°ud的波形，α=30°ud的波形，α=60°ud的波形，α=90°第6章总结就像上两周的数电课程设计一样，电力电子课程设计，综合运用所学的电力电子技术和电机及电力拖动课程的相关知识，从理论到实践的整个过程，提出问题、发现问题、分析问题、解决问题，电力电子方面所学知识的深入理解得到了有效锻炼。