电力电子技术的应用PPT(共49页)
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《电力电子技术的应用》PPT.
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”。
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。
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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”。
《电力电子技术》 ppt课件
电力电子技术
《电力电子技术》
电力电子技术
《电力电子技术》
引言 电力电子器件 电力电子电路 脉宽调制（PWM）技术和软开关技术
第2页
电力电子技术
《电力电子技术》
➢ 什么是电力电子技术？ ➢ 电力电子技术的发展史 ➢ 电力电子技术的应用
第3页
电力电子技术
《电力电子技术》
➢ 电子技术: 信息电子技术 电力电子技术
电力电子技术
IGBT的结构（显示图）
– 图a—N沟道VDMOSFET与GTR组合——N沟道IGBT
（N-IGBT）。 – IGBT比VDMOSFET多一层P+注入区，形成了一个大面
积的P+N结J1。 – ——使IGBT导通时由P+注入区向N基区发射少子，从
而对漂移区电导率进行调制，使得IGBT具有很强的通流 能力。 – 简化等效电路表明，IGBT是GTR与MOSFET组成的达林 顿结构，一个由MOSFET驱动的厚基区PNP晶体管。 – RN为晶体管基区内的调制电阻。
第17页
电力电子技术
《电力电子技术》
1.不可控器件——电力二极管
2.半控型器件——晶闸管 3. 典型全控型器件
（1）门极可关断晶闸管 （2）电力晶体管 （3）电力场效应晶体管 （4）绝缘栅双极晶体管
★
第18页
电力电子技术
《电力电子技术》
1. IGBT的结构和工作原理
三端器件：栅极G、集电极C和发射极E
➢ 全控型器件（复合型器件）
80年代后期开始，以绝缘栅极双极型晶体管（IGBT）为代 表的全控型器件因驱动功率小、开关速度快、载流能力大等得 到迅猛的发展。
★
第10页
电力电子技术
《电力电子技术》
电力电子技术
《电力电子技术》
引言 电力电子器件 电力电子电路 脉宽调制（PWM）技术和软开关技术
第2页
电力电子技术
《电力电子技术》
➢ 什么是电力电子技术？ ➢ 电力电子技术的发展史 ➢ 电力电子技术的应用
第3页
电力电子技术
《电力电子技术》
➢ 电子技术: 信息电子技术 电力电子技术
电力电子技术
IGBT的结构（显示图）
– 图a—N沟道VDMOSFET与GTR组合——N沟道IGBT
（N-IGBT）。 – IGBT比VDMOSFET多一层P+注入区，形成了一个大面
积的P+N结J1。 – ——使IGBT导通时由P+注入区向N基区发射少子，从
而对漂移区电导率进行调制，使得IGBT具有很强的通流 能力。 – 简化等效电路表明，IGBT是GTR与MOSFET组成的达林 顿结构，一个由MOSFET驱动的厚基区PNP晶体管。 – RN为晶体管基区内的调制电阻。
第17页
电力电子技术
《电力电子技术》
1.不可控器件——电力二极管
2.半控型器件——晶闸管 3. 典型全控型器件
（1）门极可关断晶闸管 （2）电力晶体管 （3）电力场效应晶体管 （4）绝缘栅双极晶体管
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第18页
电力电子技术
《电力电子技术》
1. IGBT的结构和工作原理
三端器件：栅极G、集电极C和发射极E
➢ 全控型器件（复合型器件）
80年代后期开始，以绝缘栅极双极型晶体管（IGBT）为代 表的全控型器件因驱动功率小、开关速度快、载流能力大等得 到迅猛的发展。
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第10页
电力电子技术
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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(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。
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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
电力电子技术课件 第7章 电力电子技术应用
7.1.4混合动力电动汽车对电力电子 技术的要求
受实际运用条件的限制，要求混合 动力电动汽车用电力电子技术及装置应 具有成本低、体积小、比功率大、易于 安装的特点。除此之外，下面的技术细 节需进行重点考虑:
(1)电力电子装置密封问题 (2)电磁兼容/ 电磁干扰(EMC/EMI)问 题
(3)直流母线电压利用问题 (4)电力电子装置控制问题
图7-2 混联工作方式
7.1.3电气系统结 构及各部分电力 电子装置
图7-3 Prius THSⅡ整车电气系统结构
下面主要介绍功率控制单元的结构 组成和主要作用 。
1．电动机/发电机用逆变器单元 2．DC-DC 升压变换器单元 3．DC-DC 降压变换器单元
图7-4 功率主回路示意图
图7-5 Prius THSⅡ可变压系统电路结构图
图7-15 带双向变换器的独立光伏发电系统电路图
图7-11 太阳能光伏发电系统
(1)独立光伏发电系统
图7-12所示为一种常用的太阳 能独立光伏发电系统结构示意图， 该系统由太阳能电池阵列、DC/DC 变换器、蓄电池组、DC/AC逆变器 和交直流负载构成。
图7-12 独立光伏发电系统
(2)并网光伏发电系统
图7-13所示一种常用的并网光伏发 电系统结构示意图，该系统包括太阳能 电池阵列、DC/DC变换器、DC/AC逆变 器、交流负载、变压器，另外该系统可 根据需要在DC/DC变换器输出端并联蓄 电池组，以用于提高系统供电的可靠性， 但系统成本将增加。
7.2半导体照明技术
LED光源与传统光源相比较，具有 如下的优点：超长寿命，可达几万小时， 传统光源一般为几千小时；结构坚固， 没有钨丝、玻壳等容易损坏的部件，具 有极高的抗震性能；响应速度快，光通 上升时间短；对点灯线路要求低，易实 现调光和智能控制；耐开关冲击，适用 于频繁开关场合；高效节能，现有光效 已经超过白炽灯，理论光效可达200 lm/W ；不含汞、铅等有害物质，没有 双向变换器的独立光伏发电 系统结构框图如图7-14所示。该系 统主要包括几个部分：太阳能电池 阵列、BOOST变换器（升压变换 器）、负载、双向BUCK-BOOST 变换器（升降压变换器）、蓄电池 以及控制电路，如图图7-15所示。
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(ppt)
逆变 有源逆变
把直流电变换成频率、电 压固定或可调的交流电 。
交流输出接电网
无源逆变
交流输出接负载
无源逆变装置的输出
恒频电源 不间断供电电源 变频电源
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第一章电力电子技术的发展
用于各种变频电源、中频感应加热和交流电动机 的变频调速等场合。
直流电源
+ -
无源（有源） 阻抗
交流负载
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第一章电力电子技术的发展
四大类电力电子功率变换设备
1.AC /DC变换 AC /DC变换
把交流电压变换成固定 或可调的直流电压。
整流
整流器
把交流电压变换成固定或 可调的直流电压的装置。
交流电源
非线性电阻
i u
直流负载
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第一章电力电子技术的发展
2.DC /AC变换 DC /AC变换
功率调节器
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变流技术
第一章电力电子技术的发展
电力——交流和直流两种
从公用电网直接得到的是交流，从蓄电池和干电池 得到的是直流。
电力变换四大类
交流变直流、直流变交流、直流变直流、交流变交流
表1 电力变换的种类
输入
输出
直流
交流
交流
整流
交流电力控制 变频、变相
直流
直流斩波
逆变
进行电力变换的技术称为 变流技术。
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补充：王兆安教材
电子技术
信息电子技术
电力电子技术
模拟电子技术 数字电子技术
信息电子技术——信息处理 电力电子技术——电力变换
电子技术一般即指信息 电子技术，广义而言，也包 括电力电子技术。
把直流电变换成频率、电 压固定或可调的交流电 。
交流输出接电网
无源逆变
交流输出接负载
无源逆变装置的输出
恒频电源 不间断供电电源 变频电源
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第一章电力电子技术的发展
用于各种变频电源、中频感应加热和交流电动机 的变频调速等场合。
直流电源
+ -
无源（有源） 阻抗
交流负载
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第一章电力电子技术的发展
四大类电力电子功率变换设备
1.AC /DC变换 AC /DC变换
把交流电压变换成固定 或可调的直流电压。
整流
整流器
把交流电压变换成固定或 可调的直流电压的装置。
交流电源
非线性电阻
i u
直流负载
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第一章电力电子技术的发展
2.DC /AC变换 DC /AC变换
功率调节器
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变流技术
第一章电力电子技术的发展
电力——交流和直流两种
从公用电网直接得到的是交流，从蓄电池和干电池 得到的是直流。
电力变换四大类
交流变直流、直流变交流、直流变直流、交流变交流
表1 电力变换的种类
输入
输出
直流
交流
交流
整流
交流电力控制 变频、变相
直流
直流斩波
逆变
进行电力变换的技术称为 变流技术。
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补充：王兆安教材
电子技术
信息电子技术
电力电子技术
模拟电子技术 数字电子技术
信息电子技术——信息处理 电力电子技术——电力变换
电子技术一般即指信息 电子技术，广义而言，也包 括电力电子技术。
《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。
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ppt课件
② 按照内部载流子的工作性质分： 单极型器件：导通时只有空穴或电子一种载流子导电的器件。功率场
效应晶体管，器件的特点主要是工作频率高、导通压降较大，单个器 件容量较小。 双极型器件：导通时的载流子既有空穴也有电子导电的器件。功率二 极管、晶闸管及派生器件、可关断晶闸管、双极型功率晶体管等。器 件的特点主要是功率较高、而工作频率较低。 复合型器件：复合型既含有单极型器件的结构，又有双极型器件的结 构，通常其控制部分采用单极性结构，主功率部分采用双极型结构。 绝缘栅双极型晶体管、MOS控制晶闸管等。结合了两者的优点，具有 卓越的电气性能，是电力电子器件的发展方向。
电力电子技术
（第3版）
绪论
1. 电力电子技术的内容 2. 电力电子技术的发展 3. 电力电子技术的应用 4. 电力电子技术课程的学习要求
1. 电力电子技术的内容
电力电子学 , 又 称 功 率 电 子 学 (Power Electronics)。它主要 研究各种电力电子器件，以及由 这些电力电子器件所构成的各式 各样的电路或装置，以完成对电 能的变换和控制。
4. 电力电子技术课程的学习要求
熟悉和掌握常用电力电子器件的工作机理、特性和参数，能正确选 择和使用它们。
熟悉和掌握各种基本变换器的工作原理，特别是各种基本电路中的 电磁过程，掌握其分析方法、工作波形分析和变换器电路的初步设 计计算。
了解各种开关元件的控制电路、缓冲电路和保护电路。 了解各种变换器的特点、性能指标和使用场合。 掌握基本实验方法与训练基本实验技能。
电力电子器件的电压、电流、开关频率是影响它们使用的关键参数 ➢电压容量从低到高的顺序依次为功率场效应晶体管、绝缘栅双极型晶体 管、双极型功率晶体管、可关断晶闸管、晶闸管，其中绝缘栅双极型晶 体管、双极型功率晶体管电压容量接近，可关断晶闸管、晶闸管电压容 量接近。 ➢电流容量从低到高的顺序依次为功率场效应晶体管、绝缘栅双极型晶体 管、双极型功率晶体管、可关断晶闸管、晶闸管，其中绝缘栅双极型晶 体管、双极型功率晶体管电流容量接近。 ➢开关频率从低到高的顺序依次为晶闸管、可关断晶闸管、双极型功率晶 体管、绝缘栅双极型晶体管、功率场效应晶体管，其中绝缘栅双极型晶 体管、双极型功率晶体管的开关频率接近。
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
电力电子技术全套课件
特点
整流电路具有将交流电转换为直流电的功能，是电力电子设备中不可或缺的组成部分。同时，整流电 路的性能直接影响到电力电子设备的整体性能。因此，在设计整流电路时，需要根据实际需求选择合 适的电路类型和器件，并进行合理的布局和走线，以确保整流电路的稳定性和可靠性。
04
逆变电路
逆变电路的工作原理与分类
技术特点与优势
分析高压直流输电的技术特点和优势，如远距离输电损耗 小、系统稳定性高等。
工程应用与发展趋 势
介绍高压直流输电在国内外的典型工程应用，并探讨其未 来发展趋势和技术挑战。
THANKS
感谢观看
制。
逆变电路的应用与特点
应用
逆变电路广泛应用于电力电子变换器、不间断电源、变频调 速系统、新能源发电系统等领域。
特点
逆变电路具有高效率、高功率因数、低谐波污染等优点，能 够实现能量的双向流动和电网的并网运行。同时，随着电力 电子技术的发展，逆变电路的性能和可靠性也在不断提高。
05
直流-直流变流电路
升压型直流-直流变流电路
工作原理
升压型直流-直流变流电路通过开关管的导通和关断，控制电感的 充放电过程，从而实现输入电压到输出电压的升压转换。
电路组成
升压型直流-直流变流电路主要由开关管、电感、电容、二极管等 元件组成，与降压型电路类似，但元件的连接方式和参数有所不同 。
应用场景
升压型直流-直流变流电路广泛应用于各种需要升压的电子设备中， 如电动汽车、太阳能发电系统等。
02
电力电子器件
不可控器件
电力二极管（Power Diode） 工作原理及特性
主要参数与选型
不可控器件
01
晶闸管（Thyristor）
整流电路具有将交流电转换为直流电的功能，是电力电子设备中不可或缺的组成部分。同时，整流电 路的性能直接影响到电力电子设备的整体性能。因此，在设计整流电路时，需要根据实际需求选择合 适的电路类型和器件，并进行合理的布局和走线，以确保整流电路的稳定性和可靠性。
04
逆变电路
逆变电路的工作原理与分类
技术特点与优势
分析高压直流输电的技术特点和优势，如远距离输电损耗 小、系统稳定性高等。
工程应用与发展趋 势
介绍高压直流输电在国内外的典型工程应用，并探讨其未 来发展趋势和技术挑战。
THANKS
感谢观看
制。
逆变电路的应用与特点
应用
逆变电路广泛应用于电力电子变换器、不间断电源、变频调 速系统、新能源发电系统等领域。
特点
逆变电路具有高效率、高功率因数、低谐波污染等优点，能 够实现能量的双向流动和电网的并网运行。同时，随着电力 电子技术的发展，逆变电路的性能和可靠性也在不断提高。
05
直流-直流变流电路
升压型直流-直流变流电路
工作原理
升压型直流-直流变流电路通过开关管的导通和关断，控制电感的 充放电过程，从而实现输入电压到输出电压的升压转换。
电路组成
升压型直流-直流变流电路主要由开关管、电感、电容、二极管等 元件组成，与降压型电路类似，但元件的连接方式和参数有所不同 。
应用场景
升压型直流-直流变流电路广泛应用于各种需要升压的电子设备中， 如电动汽车、太阳能发电系统等。
02
电力电子器件
不可控器件
电力二极管（Power Diode） 工作原理及特性
主要参数与选型
不可控器件
01
晶闸管（Thyristor）
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➢ 由于逆变器部分使用IGBT并采用PWM控制，可获得 良好的控制性能。
使用GTO的大容量UPS主电路 ➢ 逆变器部分采用PWM控制，具有调节电压和改善波形 的功能。 ➢ 为减少GTO的开关损耗，采用较低的开关频率。 ➢ 输出电压中所含的最低次谐波为11次，从而使交流滤 波器小型化。
武汉科技大学信息科学与工程学院 6
图10-18 小容量UPS主电路
图10-19 大功率UPS主电路
武汉科技大学信息科学与工程学院 7
10.4 开关电源 10.4.1 开关电源的结构 10.4.2 开关电源的控制方式 10.4.3 开关电源的应用
武汉科技大学信息科学与工程学院 8
10.4 开关电源——引言
在各种电子设备中，需要多路不同电压供电，如数字电路 需要5V、3.3V、2.5V等，模拟电路需要±12V、±15V等， 这就需要专门设计电源装置来提供这些电压，通常要求电 源装置能达到一定的稳压精度，还要能够提供足够大的电 流。
电压模式控制（图10-26） ➢ 仅有一个输出电压反馈控制环。优点是结构简单，显 著缺点是不能有效的控制电路中的电流。
广义地说，UPS包括输出为直流和输出为交流两种情况， 目前通常是指输出为交流的情况UPS是恒压恒频 （CVCF）电源中的主要产品之一，广泛应用于各种对 交流供电可靠性和供电质量要求高的场合。
武汉科技大学信息科学与工程学院 2
10.3 不间断电源
UPS的基本结构及工作原理：当市电 正常时，由市电供电，当市电异常乃 至停电时，由蓄电池向逆变器供电。
武汉科技大学信息科学与工程学院 10
10.4 开关电源——引言
~220V
+ -
Vref
图10-20 线性电源 的基本电路结构
图10-21 半桥型开
~220V
关电源电路结构
武汉科技大学信息科学与工程学院 11
10.4.1 开关电源的结构
交流输入的开关电源（属于交-直变换电路） 整流电路普遍采用二极管构成的桥式电路，直流侧采用大
因此从负载侧看，供电不受市电停电 的影响；在市电正常时，负载也可以 由逆变器供电，此时负载得到的交流 电压比市电电压质量高，即使市电发 生质量问题（如电压波动、频率波动、 波形畸变和瞬时停电等）时，也能获 得正常的恒压恒频的正弦波交流输出， 并且具有稳压、稳频的性能，因此也 称为稳压稳频电源。
图10-15 UPS基本 结构原理图
武汉科技大学信息科学与工程学院 9
10.4 开关电源——引言
线性电源和开关电源 ➢ 图10-20所示为线性电源，先用工频变压器降压，然后 经过整流滤波后，由线性调压得到稳定的输出电压。 ➢ 图10-21所示为开关电源，先整流滤波、后经高频逆变 得到高频交流电压，然后由高频变压器降压、再整流 滤波。 ➢ 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。
武汉科技大学信息科学与工程学院 14
10.4.1 开关电源的结构
图10-24 a)同步
输入
降压电路
输出
输出
图10-24 b)同步
输入
升压电路Biblioteka 武汉科技大学信息科学与工程学院 15
10.4.2 开关电源的控制方式
典型的开关电源控制系统如图10-26 所示，采用反馈控制， 控制器根据误差e来调整控制量vc。
武汉科技大学信息科学与工程学院 3
10.3 不间断电源
为保证市电异常或逆变器故障时负载供电的切换，实际 的UPS产品中多数都设置了旁路开关，如图10-16所示， 市电与逆变器提供的CVCF电源由转换开关S切换。
在市电断电时由于由蓄电池提供电能，供电时间取决于 蓄电池容量的大小，有很大的局限性，为了保证长时间 不间断供电，可采用柴油发电机（简称油机）作为后备 电源，如图10-17所示，蓄电池只需作为市电与油机之间 的过渡，容量可以比较小。
桥等隔离型电路，而非隔离型采用Buck、Boost、BuckBoost等电路。 负载点稳压器(POL-Point Of the Load regulator) ➢ 仅仅为1个专门的元件（通常是一个大规模集成电路
芯片）供电的直流-直流变换器。 ➢ 微机主板给CPU和存储器供电的电源都是典型的POL。
电容滤波，较为先进的开关电源采用有源的功率因数校正 (PFC)电路。 高频逆变－变压器－高频整流电路是开关电源的核心部分， 具体的电路采用的是隔离型直流直流变流电路。 高性能开关电源中普遍采用了软开关技术。 可以采用给高频变压器设计多个二次侧绕组的方法来实现 不同电压的多组输出，而且这些不同的输出之间是相互隔 离的，但是仅能选择1路作为输出电压反馈，因此也就只有 这1路的电压的稳压精度较高，其它路的稳压精度都较低， 而且其中1路的负载变化时，其它路的电压也会跟着变化。
武汉科技大学信息科学与工程学院 4
图10-16 具有旁路开关的UPS系统
图10-17 用柴油发电机作为后备电源 的UPS
武汉科技大学信息科学与工程学院 5
10.3 不间断电源
UPS的主电路结构 容量较小的UPS主电路
➢ 整流部分使用二极管整流器和直流斩波器（用作 PFC），可获得较高的交流输入功率因数。
武汉科技大学信息科学与工程学院 12
10.4.1 开关电源的结构
工频
高频
高频
交流
整流 直流 电路
高频 逆变
交流 变压器 交流
高频 整流
脉动直流 滤波器
直流
图10-22 开关电源的能量变换过程
+
+
-
图10-23 多路输出的整流电路
武汉科技大学信息科学与工程学院 13
10.4.1 开关电源的结构
直流输入的开关电源（直流-直流变换器） 分为隔离型和非隔离型。隔离型多采用反激、正激、半
第10章电力电子技术的应用
10.1 晶闸管直流电动机系统 10.2 变频器和交流调速系统 10.3 不间断电源 10.4 开关电源 10.5 功率因数校正技术 10.6 电力电子技术在电力系统中的应用 10.7 电力电子技术的其他应用
本章小结
武汉科技大学信息科学与工程学院 1
10.3 不间断电源
不间断电源（Uninterruptible Power Supply — UPS） 是当交流输入电源（习惯称为市电）发生异常或断电时， 还能继续向负载供电，并能保证供电质量，使负载供电 不受影响的装置。
使用GTO的大容量UPS主电路 ➢ 逆变器部分采用PWM控制，具有调节电压和改善波形 的功能。 ➢ 为减少GTO的开关损耗，采用较低的开关频率。 ➢ 输出电压中所含的最低次谐波为11次，从而使交流滤 波器小型化。
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图10-18 小容量UPS主电路
图10-19 大功率UPS主电路
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10.4 开关电源 10.4.1 开关电源的结构 10.4.2 开关电源的控制方式 10.4.3 开关电源的应用
武汉科技大学信息科学与工程学院 8
10.4 开关电源——引言
在各种电子设备中，需要多路不同电压供电，如数字电路 需要5V、3.3V、2.5V等，模拟电路需要±12V、±15V等， 这就需要专门设计电源装置来提供这些电压，通常要求电 源装置能达到一定的稳压精度，还要能够提供足够大的电 流。
电压模式控制（图10-26） ➢ 仅有一个输出电压反馈控制环。优点是结构简单，显 著缺点是不能有效的控制电路中的电流。
广义地说，UPS包括输出为直流和输出为交流两种情况， 目前通常是指输出为交流的情况UPS是恒压恒频 （CVCF）电源中的主要产品之一，广泛应用于各种对 交流供电可靠性和供电质量要求高的场合。
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10.3 不间断电源
UPS的基本结构及工作原理：当市电 正常时，由市电供电，当市电异常乃 至停电时，由蓄电池向逆变器供电。
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10.4 开关电源——引言
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图10-20 线性电源 的基本电路结构
图10-21 半桥型开
~220V
关电源电路结构
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10.4.1 开关电源的结构
交流输入的开关电源（属于交-直变换电路） 整流电路普遍采用二极管构成的桥式电路，直流侧采用大
因此从负载侧看，供电不受市电停电 的影响；在市电正常时，负载也可以 由逆变器供电，此时负载得到的交流 电压比市电电压质量高，即使市电发 生质量问题（如电压波动、频率波动、 波形畸变和瞬时停电等）时，也能获 得正常的恒压恒频的正弦波交流输出， 并且具有稳压、稳频的性能，因此也 称为稳压稳频电源。
图10-15 UPS基本 结构原理图
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10.4 开关电源——引言
线性电源和开关电源 ➢ 图10-20所示为线性电源，先用工频变压器降压，然后 经过整流滤波后，由线性调压得到稳定的输出电压。 ➢ 图10-21所示为开关电源，先整流滤波、后经高频逆变 得到高频交流电压，然后由高频变压器降压、再整流 滤波。 ➢ 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。
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10.4.1 开关电源的结构
图10-24 a)同步
输入
降压电路
输出
输出
图10-24 b)同步
输入
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10.4.2 开关电源的控制方式
典型的开关电源控制系统如图10-26 所示，采用反馈控制， 控制器根据误差e来调整控制量vc。
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10.3 不间断电源
为保证市电异常或逆变器故障时负载供电的切换，实际 的UPS产品中多数都设置了旁路开关，如图10-16所示， 市电与逆变器提供的CVCF电源由转换开关S切换。
在市电断电时由于由蓄电池提供电能，供电时间取决于 蓄电池容量的大小，有很大的局限性，为了保证长时间 不间断供电，可采用柴油发电机（简称油机）作为后备 电源，如图10-17所示，蓄电池只需作为市电与油机之间 的过渡，容量可以比较小。
桥等隔离型电路，而非隔离型采用Buck、Boost、BuckBoost等电路。 负载点稳压器(POL-Point Of the Load regulator) ➢ 仅仅为1个专门的元件（通常是一个大规模集成电路
芯片）供电的直流-直流变换器。 ➢ 微机主板给CPU和存储器供电的电源都是典型的POL。
电容滤波，较为先进的开关电源采用有源的功率因数校正 (PFC)电路。 高频逆变－变压器－高频整流电路是开关电源的核心部分， 具体的电路采用的是隔离型直流直流变流电路。 高性能开关电源中普遍采用了软开关技术。 可以采用给高频变压器设计多个二次侧绕组的方法来实现 不同电压的多组输出，而且这些不同的输出之间是相互隔 离的，但是仅能选择1路作为输出电压反馈，因此也就只有 这1路的电压的稳压精度较高，其它路的稳压精度都较低， 而且其中1路的负载变化时，其它路的电压也会跟着变化。
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图10-16 具有旁路开关的UPS系统
图10-17 用柴油发电机作为后备电源 的UPS
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10.3 不间断电源
UPS的主电路结构 容量较小的UPS主电路
➢ 整流部分使用二极管整流器和直流斩波器（用作 PFC），可获得较高的交流输入功率因数。
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10.4.1 开关电源的结构
工频
高频
高频
交流
整流 直流 电路
高频 逆变
交流 变压器 交流
高频 整流
脉动直流 滤波器
直流
图10-22 开关电源的能量变换过程
+
+
-
图10-23 多路输出的整流电路
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10.4.1 开关电源的结构
直流输入的开关电源（直流-直流变换器） 分为隔离型和非隔离型。隔离型多采用反激、正激、半
第10章电力电子技术的应用
10.1 晶闸管直流电动机系统 10.2 变频器和交流调速系统 10.3 不间断电源 10.4 开关电源 10.5 功率因数校正技术 10.6 电力电子技术在电力系统中的应用 10.7 电力电子技术的其他应用
本章小结
武汉科技大学信息科学与工程学院 1
10.3 不间断电源
不间断电源（Uninterruptible Power Supply — UPS） 是当交流输入电源（习惯称为市电）发生异常或断电时， 还能继续向负载供电，并能保证供电质量，使负载供电 不受影响的装置。