王兆安 电力电子第四版 绪论PPT课件
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第3章 电力电子技术王兆安
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图3-2 带阻感负载的单相半 波可控整流电路及其波形
3.1.1 单相半波可控整流电路
◆电力电子电路的一种基本分析 方法 把器件理想化， ☞把器件理想化，将电路简化 分段线性电路。 为分段线性电路。 ☞器件的每种状态组合对应一 线性电路拓扑， 种线性电路拓扑，器件通断状 态变化时，电路拓扑发生改变。 态变化时，电路拓扑发生改变。 ☞以前述单相半波电路为例 √当VT处于断态时，相当 处于断态时， 当 处于断态时 于电路在VT处断开 处断开， 于电路在 处断开， id=0。当VT处于通时， 处于通时， 。 处于通时 相当于VT短路 短路。 相当于 短路。两种情 况的等效电路如图3-3所 况的等效电路如图 所 示。
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3.1.2 单相桥式全控整流电路
■带电阻负载的工作情况 ◆电路分析 闸管VT 组成一对桥臂， ☞闸管 1和VT4组成一对桥臂，VT2 组成另一对桥臂。 和VT3组成另一对桥臂。 正半周（ 点电位高于b点电 ☞在u2正半周（即a点电位高于 点电 点电位高于 位） √若4个晶闸管均不导通，id=0,ud=0, 个晶闸管均不导通， 若 个晶闸管均不导通 VT1、VT4串联承受电压 2。 串联承受电压u √在触发角α处给 1和VT4加触发 脉 在触发角 处给VT 即导通，电流从电源a端经 冲，VT1和VT4即导通，电流从电源 端经 VT1、R、VT4流回电源 端。 流回电源b端 、 过零时， ☞当u2过零时，流经晶闸管的电流也 降到零， 关断。 降到零，VT1和VT4关断。 负半周， ☞在u2负半周，仍在触发角α处触发 VT2和VT3，VT2和VT3导通，电流从电源 导通，电流从电源b 端流出， 流回电源a端 端流出，经VT3、R、VT2流回电源 端。 、 过零时，电流又降为零， ☞到u2过零时，电流又降为零，VT2和 VT3关断。 关断。
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图3-2 带阻感负载的单相半 波可控整流电路及其波形
3.1.1 单相半波可控整流电路
◆电力电子电路的一种基本分析 方法 把器件理想化， ☞把器件理想化，将电路简化 分段线性电路。 为分段线性电路。 ☞器件的每种状态组合对应一 线性电路拓扑， 种线性电路拓扑，器件通断状 态变化时，电路拓扑发生改变。 态变化时，电路拓扑发生改变。 ☞以前述单相半波电路为例 √当VT处于断态时，相当 处于断态时， 当 处于断态时 于电路在VT处断开 处断开， 于电路在 处断开， id=0。当VT处于通时， 处于通时， 。 处于通时 相当于VT短路 短路。 相当于 短路。两种情 况的等效电路如图3-3所 况的等效电路如图 所 示。
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3.1.2 单相桥式全控整流电路
■带电阻负载的工作情况 ◆电路分析 闸管VT 组成一对桥臂， ☞闸管 1和VT4组成一对桥臂，VT2 组成另一对桥臂。 和VT3组成另一对桥臂。 正半周（ 点电位高于b点电 ☞在u2正半周（即a点电位高于 点电 点电位高于 位） √若4个晶闸管均不导通，id=0,ud=0, 个晶闸管均不导通， 若 个晶闸管均不导通 VT1、VT4串联承受电压 2。 串联承受电压u √在触发角α处给 1和VT4加触发 脉 在触发角 处给VT 即导通，电流从电源a端经 冲，VT1和VT4即导通，电流从电源 端经 VT1、R、VT4流回电源 端。 流回电源b端 、 过零时， ☞当u2过零时，流经晶闸管的电流也 降到零， 关断。 降到零，VT1和VT4关断。 负半周， ☞在u2负半周，仍在触发角α处触发 VT2和VT3，VT2和VT3导通，电流从电源 导通，电流从电源b 端流出， 流回电源a端 端流出，经VT3、R、VT2流回电源 端。 、 过零时，电流又降为零， ☞到u2过零时，电流又降为零，VT2和 VT3关断。 关断。
第1章_电力电子器件概述(王兆安《电力电子》_第四版)
1-11
1.2
不可控器件—电力二极管· 引言
Power Diode结构和原理简单，工作可靠，自 20世纪50年代初期就获得应用。
快恢复二极管和肖特基二极管，分别在中、高 频整流和逆变，以及低压高频整流的场合，具 有不可替代的地位。
整流二极管及模块
1-12
1.2.1 PN结与电力二极管的工作原理
电力二极管的主要类型
按照正向压降、反向耐压、反向漏电流等性能， 特别是反向恢复特性的不同介绍。
1) 普通二极管（General Purpose Diode）
又称整流二极管（Rectifier Diode） 多用于开关频率不高（1kHz以下）的整流电路 其反向恢复时间较长 正向电流定额和反向电压定额可以达到很高 DATASHEET
肖特基二极管的优点
反向恢复时间很短（10~40ns）。 正向恢复过程中也不会有明显的电压过冲。 反向耐压较低时其正向压降明显低于快恢复二极管。 效率高，其开关损耗和正向导通损耗都比快速二极管还小。
1-24
1.3
半控器件—晶闸管
1.3.1 晶闸管的结构与工作原理 1.3.2 晶闸管的基本特性 1.3.3 晶闸管的主要参数
1-22
1.2.4
电力二极管的主要类型
2) 快恢复二极管 （Fast Recovery Diode——FRD）
简称快速二极管 快恢复外延二极管
（Fast Recovery Epitaxial Diodes——FRED），其 trr更短（可低于50ns）， UF也很低（0.9V左右）， 但其反向耐压多在1200V以下。 从性能上可分为快速恢复和超快速恢复两个等级。 前者trr为数百纳秒或更长，后者则在100ns以下， 甚至达到20~30ns。 DATASHEET 1 2 3
电力电子技术-总复习ppt课件
使用电力电子器件对电能进行变换和控制的技术。是研究电 能变换原理及功率变换装置的综合性学科，包括电压、电流、 频率和波形变换，涉及电子学、自动控制原理和计算机技术 等学科。 本质上就是研究大功率可控电源的技术。 电力电子技术与信息电子技术的主要不同就是效率问题。大 功率电力电子装置效率应高于85%。信息电子主要着眼点在于 信号转换，电子器件大都工作在放大区；电力电子着眼于电 能变换，电力电子器件工作在开关区。
研究课题
开关稳压电源电 路设计
锯齿波移相 触发电路 的实验研 究（维修）
三相晶闸管整流 电路数字触 发控制
逆变器及其 驱动电 路设计
绪论
变流技术利用开关器件实现电力变换
利用开关器件 实现电力变换 ④ AC/AC直接变频、变压电路
绪论
和其他课程的关系： 电 动机 基拖础
自动控 + 制原理
电路
+
电力拖动自
电子技术基础
电力电
动控制系统
课程学习要求： 子技术
➢ 掌握典型电力半导体器件的运行特性和应用技术；
➢ 掌握典型电力电子变换器的主电路
拓扑结构、电路原理、工作波形、控制要求；
➢ 掌握常用的电力电子变换电路的分析方法；
➢ 了解电力电子变换器的应用领域；
➢ 了解电力电子变换器的电路仿真软件如MATLAB、
PSPICE、PSIM等的应用；
➢ 电力电子学是一门实践性很强的专业课程，应主动对待
实验，培养实际工作能力。
绪论
课程考核分为三部分：期末闭卷考试（50%)、 平时考勤实验(20%)、专题研究报告(30%)
专题18-变频器电路原理图设计 专题19－带功率因数校正（PFC）的整流电路设计 专题20－谐振软开关电路实验 专题21-单相交流电源自动稳压器 专题22-24V交流单相在线式不间断电源电路设计 专题23-三相交流在线式不间断电源电路设计 专题24-逆变器电路及其数字控制 专题25-三电平逆变电路及其数字控制 专题26-光伏并网发电模拟装置 专题27-PWM整流器分析与控制 专题28-双PWM变换器分析与控制 专题29-三相晶闸管交交变频电路谐波分析 专题30-矩阵变换器分析与控制 专题31-PWM控制芯片及外围电路设计 专题32-电动汽车充电电路设计 专题33-非接触充电电路设计
研究课题
开关稳压电源电 路设计
锯齿波移相 触发电路 的实验研 究（维修）
三相晶闸管整流 电路数字触 发控制
逆变器及其 驱动电 路设计
绪论
变流技术利用开关器件实现电力变换
利用开关器件 实现电力变换 ④ AC/AC直接变频、变压电路
绪论
和其他课程的关系： 电 动机 基拖础
自动控 + 制原理
电路
+
电力拖动自
电子技术基础
电力电
动控制系统
课程学习要求： 子技术
➢ 掌握典型电力半导体器件的运行特性和应用技术；
➢ 掌握典型电力电子变换器的主电路
拓扑结构、电路原理、工作波形、控制要求；
➢ 掌握常用的电力电子变换电路的分析方法；
➢ 了解电力电子变换器的应用领域；
➢ 了解电力电子变换器的电路仿真软件如MATLAB、
PSPICE、PSIM等的应用；
➢ 电力电子学是一门实践性很强的专业课程，应主动对待
实验，培养实际工作能力。
绪论
课程考核分为三部分：期末闭卷考试（50%)、 平时考勤实验(20%)、专题研究报告(30%)
专题18-变频器电路原理图设计 专题19－带功率因数校正（PFC）的整流电路设计 专题20－谐振软开关电路实验 专题21-单相交流电源自动稳压器 专题22-24V交流单相在线式不间断电源电路设计 专题23-三相交流在线式不间断电源电路设计 专题24-逆变器电路及其数字控制 专题25-三电平逆变电路及其数字控制 专题26-光伏并网发电模拟装置 专题27-PWM整流器分析与控制 专题28-双PWM变换器分析与控制 专题29-三相晶闸管交交变频电路谐波分析 专题30-矩阵变换器分析与控制 专题31-PWM控制芯片及外围电路设计 专题32-电动汽车充电电路设计 专题33-非接触充电电路设计
《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。
电力电子技术王兆安版整流电路PPT课件
b） 考虑散热，选择与之相应的散热器。 14
单相半波可控整流电路—阻性负载
基本数量关系 晶闸管器件承受的最大
正向和反向电压均为电源电 压有效值。
UFM URM 2U2
15
单相半波可控整流电路—阻性负载
例3—1. 单相半波可控整流电路，电阻性负载，不经整流变压
器直接与220V交流电源相接，要求输出的直流平均电压为85V，
第三章 整流电路
AC to DC Converters (Rectifiers)
1
本章主要内容
单相可控整流电路 三相可控整流电路 变压器漏感对整流电路的影响 整流电路的谐波和功率因数 大功率可控整流电路 整流电路的有源逆变工作状态
2
本章主要内容
本章重点应掌握： • 各种整流电路的电路形式 • 分析各种整流电路的工作原理 • 会计算各种电路的参数 • 分析各种波形 • 整流电路产生有源逆变状态的条件及发生
负载电流有效值
IURU R2 2asin42a
13
单相半波可控整流电路—阻性负载
基本数量关系
单相半波电路中，流过晶闸管的电流有效值
ITI2IU R2 2 asin 42a
流过晶闸管的电流平均值为
IdT
Id
Ud R
晶闸管选用原则：
a） 按有效值相等的原则选用，并考虑一定裕量
晶闸管额定电流有效值平均值之间的关系。
逆变颠覆的原因 • 功率因数的概念 本章难点：
整流电路的波形分析和参数计算
3
整流电路的概念
整流电路的定义：一种把交流电源电压转换 成所需的直流电压的一种电路。出现最早的 电力电子电路。
整流电路的性能指标： 直流输出电压的平均值 直流输出中的交流分量 功率因数 网侧谐波电流等
电力电子技术王兆安复习重点
第1章绪论1 电力电子技术定义：是使用电力电子器件对电能进行变换和控制的技术，是应用于电力领域的电子技术，主要用于电力变换。
2 电力变换的种类（1）交流变直流AC-DC：整流（2）直流变交流DC-AC：逆变（3）直流变直流DC-DC：一般通过直流斩波电路实现（4）交流变交流AC-AC：一般称作交流电力控制3 电力电子技术分类：分为电力电子器件制造技术和变流技术。
第2章电力电子器件1 电力电子器件与主电路的关系（1）主电路：指能够直接承担电能变换或控制任务的电路。
（2）电力电子器件：指应用于主电路中，能够实现电能变换或控制的电子器件。
2 电力电子器件一般都工作于开关状态，以减小本身损耗。
3 电力电子系统基本组成与工作原理（1）一般由主电路、控制电路、检测电路、驱动电路、保护电路等组成。
（2）检测主电路中的信号并送入控制电路，根据这些信号并按照系统工作要求形成电力电子器件的工作信号。
（3）控制信号通过驱动电路去控制主电路中电力电子器件的导通或关断。
（4）同时，在主电路和控制电路中附加一些保护电路，以保证系统正常可靠运行。
4 电力电子器件的分类根据控制信号所控制的程度分类（1）半控型器件：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。
如SCR晶闸管。
（2）全控型器件：通过控制信号既可以控制其导通，又可以控制其关断的电力电子器件。
如GTO、GTR、MOSFET 和IGBT。
（3）不可控器件：不能用控制信号来控制其通断的电力电子器件。
如电力二极管。
根据驱动信号的性质分类（1）电流型器件：通过从控制端注入或抽出电流的方式来实现导通或关断的电力电子器件。
如SCR、GTO、GTR。
（2）电压型器件：通过在控制端和公共端之间施加一定电压信号的方式来实现导通或关断的电力电子器件。
如MOSFET、IGBT。
根据器件内部载流子参与导电的情况分类（1）单极型器件：内部由一种载流子参与导电的器件。
如MOSFET。
电力电子技术绪论(ppt 50页)
2 电力电子技术的发展
电力电子技术的两大分支：
电力电子器件制造技术：是电力电子技术的基础，
电 也是电力电子技术发展的动力，其理论基础是半导
力 电
体物理。
子 电力电子器件应用技术（也称变流技术）：
技
是用电力电子器件构成的电力变换电路和
术 对其进行控制的技术，以及构成电力电子装置和电
力电子系统的技术。
电力电子电路的根本任务是实现电能变换和控制。
能够完成电能变换和控制的电路称为电力电子电路。 2）电力电子电路的基本形式：有四种 ①直流变换电路：将直流电能转换为另一固定电压或
可调电压的直流电能的电路。也称开关型DC/DC变 换电路或称直流斩波器。 ②逆变电路：将直流电能变换为交流电能的电路。
也称为DC/AC变换电路。
它是电力电子技术的核心，其理论基础是电路理 论。
（1）电力电子器件的发展：其发展过程也就是电力电子技 术的发展过程。 1904年：电子管问世；之后出现了汞弧整流器。 汞弧整流器：把水银封于真空管内，利用对其蒸气的点弧 可对大电流进行控制，其性能和晶闸管很相似。 30年代～50年代：是汞弧整流器发展迅速并大量应用的时 期。 1947年：美国著名的贝尔实验室发明了晶体管，引发了电 子技术的一场革命。 1956年：美国研制出了最先用于电力领域的半导体器件— —硅整流二极管（SR）。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。 1957年：美国通用电气公司发明了晶闸管（SCR），（即 普通反向阻断型可控硅）。它标志着电力电子技术的诞生。 但在此之前，用于电力变换的电子技术就已经存在了， 把晶闸管出现前的时期称为史前期或黎明期。
多年来，为了提高电力电子装置的功率密度以减小体积，把 多个大功率器件组成的各种单元与驱动、保护电路集成一体， 构成了功率集成电路（PIC）。
电力电子技术基础-绪论
❖
人生不是自发的自我发展，而是一长 串机缘 。事件 和决定 ，这些 机缘、 事件和 决定在 它们实 现的当 时是取 决于我 们的意 志的。 2020 年12月 13日 星期日 3时12 分22 秒Sun day, December 13, 2020
❖
感情上的亲密，发展友谊；钱财上的 亲密， 破坏友 谊。20 .12.1 3202 0年1 2月13 日星期 日3时 12分2 2秒20 .12.1 3
❖ 现有MATLAB 、PSpice 、Saber（ 国外）和PECS（ 国 内）等仿真软件可对电力电子电路进行仿真。
❖ 电力电子电路的仿真技术十分重要，但已超出本课程讲课 的范围，故课内不涉及。
六、学习方法与学习目标
1、课程学法指导
❖ 1、要着重物理概念与基本分析方法的学习，理论要结合 实际，尽量做到器件、电路、系统（包括控制技术）应用 三者结合。
❖
时间是人类发展的空间。2020年12 月13 日星期 日3时1 2分2 2秒03 :12:2 213 December 2020
❖
科学，你是国力的灵魂；同时又是社 会发展 的标志 。上午 3时12 分22 秒上午3 时12 分03:12:22 20.1 2.13
❖
每天都是美好的一天，新的一天开启 。20. 12.13 20.1 2.130 3:12 03:12 :220 3:12:22Dec -20
❖
安全在于心细，事故出在麻痹。20. 12.13 20.1 2.130 3:12:2203 :12:2 2Dec ember 13, 2020
❖
踏实肯干，努力奋斗。2020年12月 13日 上午3 时12分 20.1 2.132 0.12. 13
❖
电力电子技术课件(王兆安)——第六章+交流控制电路和交交变频电路
5
Single-phase AC voltage controller
电阻负载Resistive load 电路结构：两个晶闸管可
用一双向可控硅代替
0 时刻为电源电压过 u
零时刻 在交流电源的正负半周， 分别控制两个晶闸管开通， 正负半周触发角相等
负载电压波形是电源电压 波形的一部分
6
Single-phase AC voltage controller
谐波分析Harmonic analysis
电阻负载Resistive load
由于波形正负半波对称，所以不
含直流分量和偶次谐波
uo (wt) (an cosnw t bn sin nw t) n 1, 3,5,
基波和各次谐波有效值
Uon
1 2
an2 bn2
负载电流基波和各次谐波有效值
20
三相交流相四线
三相四线
基本原理：相当于三个单相 交流调压电路的组合，三相 互相错开120°工作。基波 和3倍次以外的谐波在三相 之间流动，不流过零线
问题：三相中3倍次谐波同 相位，全部流过零线。零线 有很大3倍次谐波电流。 =90°时，零线电流甚至和 各相电流的有效值接近，在 选择线径和变压器时一定要 注意
电阻负载Resistive load 移相范围(The phase
shift range)为
0 u
负载电压有效值RMS value of output voltage
负载电流有效值RMS value of output current
7
Single-phase AC voltage controller
0°≤ a <60°：三管导通与两管导通交替，每管导 通180°－a