电力电子技术-研究生课程

1.5.1 开关型电力电子变换电源（续）
照明灯具用的高频电力电子变换器(电子镇流器)。
各类低压直流开关电源。
蓄电池充电电源。
中频或高频感应加热电源。 大功率脉冲电源、激光电源。
燃料电池或太阳能光-电转换系统输出的恒压直流或恒 频、恒压交流电源。 超导磁体储能、磁悬浮运载工具等高压特大容量的电 力电子变换电源。
C

vo
t
2
R
（b）
0,电压 v o 波形
Vd
Vm

1 cos
V d

vo

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
0
Ton

(c)
t
2
3
V d

0，电压 v o 波形
t
(d) 多脉波PWM整流电压波形
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1.1 电力电子学科的形成
电力技术
利用电力设备（发电机、变压器、输电线、 电动机、开关电器、电感、电容等）组成电 力系统，应用电磁学基本原理处理发电、输 电、配电、用电的技术统称电力技术。 其应用所依赖的器件是电机、变压器、电抗器、 电容器、开关等
研究对象是电能的参数（电压、电流的频 率、波形、幅值、相位等
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电力电子学——电力电子变换和控制技术（第二版）
1.5.2 开关型电力电子补偿控制器
1.5.2.1
电压、电流（有功、无功）补偿控制器
1.5.2.2 阻抗补偿控制器
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电力电子学——电力电子变换和控制技术（第二版）
1.5.2.1
电压、电流（有功、无功）补偿控制器
对图示开关电路的四个开关器件进行实时、适式的高频通、 断控制，再将开关电路输出电压经高频滤波后就可以由变换器 输出端得到所需要的、任意波形的周期性或非周期电压，因此 开关型电力电子变换器可以成为任意波形的电压源 ; 如果电压 经大电感接到外电路，就可以输出任意波形的周期性或非周期 电流，此时又可以看成一个任意波形的电流源。
1.3.4. DC/DC直接变换电路
A S1 C +
VS
S3 L
Vd
o
vo
D S4 B (a) 直流降压电 路
VS
T of
f
vo ( t ) Tof
f
io
C
Vd
o
To
n
To
n
To
n
t
S2
-Ts TS
0
2
TS 2
Ts
波 形
3TS 2
(b)
输 出
vo
直流－直流降压变换电路
工作方式：占空比控制（PWM、PFM、混合调制）
开关型电力补偿控制器
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电力电子学——电力电子变换和控制技术（第二版）
1.5.2 .1 开关型电力电子补偿控制器
将图示的电感、电容或电阻经一个可控的开关器件 S 并联接入或串联接入交流电网就构成了一个阻抗补偿 控制器。对开关器件进行实时、适式的通、断控制，就 可以改变电网的等效负载阻抗或等效线路阻抗，从而补 偿控制电网、负载的电压、电流、功率。
目前，电力电子器件仍然在发展，推动了电力电子技术 应用范围的不断扩大（功率范围扩大、成本降低）；并 且，半导体器件的发展是电力电子发展的关键；
微电子技术的发展使电力电子装置的控制性能不断提高；
众多研究者的努力使电力电子电路的拓扑结构不断翻新。
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电力电子学——电力电子变换和控制技术（第二版）
(b)桥式开关电路
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电力电子学——电力电子变换和控制技术（第二版）
1.3.1 AC/DC基本整流电路
v C o
S1 S3 A B S2 S4 D (a) 整流电路
0
L
vD
Vd
vo 2 vs Vm sin t vo Vm sin t Vd Vm
vo
i0
0

Vd
vs
A.C
ii
研究对象是载有信息的弱电信号
3
电力电子学——电力电子变换和控制技术（第二版）
1.1 电力电子学科的形成（续2）
电力电子技术
将现代电子技术和控制技术引入
传统的电力技术领域，利用半导 体电力开关器件、半导体集成电 路和微处理器实现电力变换和控 制的电气工程新学科，是一门综 合了电子技术、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(Power
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vS
交流 + 电源 ～ -
S1 A
S3
B S2 S4 D (a) AC-AC直接变频电路
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电力电子学——电力电子变换和控制技术（第二版）
1.3 开关型电力电子变换的基本原理及控制方法
1.3.0 概述 1.3.1 AC/DC基本整流电路
1.3.2 DC/AC基本逆变电路
1.3.3 AC/AC直接变频、变压电路
1.3.4 DC/DC直接变换电路
电力电子学——电力电子变换和控制技术（第二版）
1.2 电力电子变换和控制的技术经济意义
公用电网的恒频、恒压电能经过适当的变换和处理以后再供 负载使用，可以获得更好的技术特性和更大的经济效益，这可从 以下几个方面来说明： 节能 风机、水泵的调速、照明（取代普通镇流器） 省材 设备体积、重量减小使铜、铁的使用量减少 环保 节能、省材是环保的具体表现 提高产品质量和劳动生产率（供电稳定、快速） 自动化设备 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、高压直流输电、谐波治理、无功补偿
分析方法：傅立叶分解
VO
TON TS
VS DVS
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电力电子学——电力电子变换和控制技术（第二版）
1.3.4. DC/DC直接变换电路（续）
vo
P L A S1 C S3
il
VS
io
C + -
vo
R
S2 ON 0
S4 ON
S2 ON Ts
S4 ON
VS
S2 B
Ton Toff Ton Toff
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电力电子学——电力电子变换和控制技术（第二版）
1.5 开关型电力电子变换器的应用领域
1.5.1 开关型电力电子变换电源 1.5.2 开关型电力电子补偿控制器
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电力电子学——电力电子变换和控制技术（第二版）
1.5.1 开关型电力电子变换电源
电力系统中的直流远距离输电
直流电动机变速传动控制
载
20ms
S1、S4导通ON时，S2、S3断开off S2、S3导通ON时，S1、S4断开off
v0(t)
(b) 交流电源电压波形
工作方式：周期控制 思考方法：等效法 考虑问题：开关时刻
0
40 ms T0 4Ti 80ms
(c) 输出交流波形
AC-AC直接变频电路
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电力电子学——电力电子变换和控制技术（第二版）
(c) 宽度
VD
0
vo
180o 方波
t
工作方式：方波、PWM波 分析方法：傅立叶分解
T/2
T
t
(d) PWM输出电压波形
考虑问题：开关时刻、 滤波
基本逆变电路及波形
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电力电子学——电力电子变换和控制技术（第二版）
1.3.3 AC/AC直接变频、变压电路
C
vo
负
vi Vm sint fi 50 HZ Ti 20ms
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电力电子学——电力电子变换和控制技术（第二版）
1.1 电力电子学科的形成（续1）
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）
交流电动机变速传动控制
变速恒频发电系统 电解、电镀等应用领域中的低压大电流可控直流电 源。 各 类 高 性 能 的 不 间 断 供 电 电 源 (UPS ， Uninterruptible Power Supply) 各类恒频、恒压通用逆变电源
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电力电子学——电力电子变换和控制技术（第二版）
1.3.0 概述（续3）
如何用电力电子开关器件实现电能的变换？
分析中我们常常认为图中的开关均为理想开关。此时有:
v0=s×vi
vi
+ 电源 B S2 A
（ S称为开关函数 ）
C
vo
+
io
C S1
io
+ 负 载 -
Ii
vo
+
vi
Ii
A 电源 -
S1
S3
负 载 B S2 S4 D -
D
(a)带开关的电路