高等电力电子技术共48页文档
电力电子技术电力电子技术
电力电子技术Power Electronics绪论1.什么是电力电子技术2.电力电子技术的发展史3.电力电子技术的应用4.教材内容简介和使用说明1. 什么是电力电子技术1.1 电力电子与信息电子1.2 两大分支1.3 与其他学科的关系1.4地位和未来1.2 两大分支9电力电子器件制造技术电力电子技术的基础，理论基础是半导体物理9变流技术（电力电子器件应用技术）用电力电子器件构成电力变换电路和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。
电力电子技术的核心，理论基础是电路理论。
与电子学（信息电子学）的关系9都分为器件和应用两大分支9器件的材料、工艺基本相同，都采用微电子技术9应用的理论基础、分析方法、分析软件也基本相同9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9二者同根同源与电力学（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与控制理论（自动化技术）的关系•控制理论广泛用于电力电子系统中•电力电子技术是弱电控制强电的技术，是弱电和强电的接口控制理论是这种接口的有力纽带•电力电子装置是自动化技术的基础元件和重要支撑技术2、电力电子技术的发展史•历史是人类社会的一面镜子分析过去、现在有助于把握未来•科学史是科学家的一面镜子了解一门学科的过去、现在有助于把握未来9一般工业：交直流电机、电化学工业、冶金工业9交通运输：电气化铁道、电动汽车、航空、航海9电力系统：高压直流输电、柔性交流输电、无功补偿9电子装置电源：为信息电子装置提供动力9家用电器：“节能灯”、变频空调9其他：UPS、航天飞行器、新能源、发电装置9总之，电力电子技术的应用范围十分广泛，激发了一代又一代的学者和工程技术人员学习、研究电力电子技术并使其飞速发展。
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。
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电力电子技术课件
整流电路原理及分类
整流电路原理
利用二极管的单向导电性，将交流电转换为直流电。整流电路的核心是二极管， 通过二极管的导通与截止来实现电流的单向流动。
整流电路分类
根据整流方式的不同，可分为半波整流、全波整流、桥式整流等。其中，桥式整 流具有输出电压高、波形好、效率高等优点，应用最为广泛。
逆变电路原理及分类
GTR是一种双极型晶体管，具有 发射极、基极和集电极。
GTR的工作原理
当基极施加正向偏置电压时，GTR 导通；当基极电流减小或施加反向 偏置电压时，GTR关断。
GTR的特点
具有高开关速度、低饱和压降和较 好的线性放大特性等优点，但耐压 和耐流能力较低。
绝缘栅双极型晶体管（IGBT）
IGBT的基本结构
交流调压器
定义
交流调压器是一种通过控制交流电压的幅值来调 节输出电压的装置。
工作原理
通过控制晶闸管的导通角，实现对输出电压的连 续调节。
应用
交流调压器广泛应用于灯光控制、电机调速、温 度控制等领域。
交流调功器
定义
交流调功器是一种通过控制交流电源的功率来调节负载功率的装 置。
工作原理
通过控制晶闸管的通断时间，实现对负载功率的调节。
电力电子技术课件
汇报人： 2023-12-31
• 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 • 交流-交流变换器 • 电力电子技术应用实例分析
01
电力电子技术概述
定义与发展历程
定义
电力电子技术是一门研究利用半导体 电力电子器件进行电能转换和控制的 学科。
工作原理
升压型变换器通过控制开关管的 导通和关断，将输入直流电压提
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VT1、VD1导通
18
二、工作原理
3、当u2为负半周且控制角为α 时，触发VT2导通，负载电流 id经VT2、VD1流通，电感由 释放能量变成储存能量，负 载端电压ud=uba=-u2。
4、 u2电压由负变正过零时，电 感由储存能量变为释放能量， 产生上负下正的自感电动势， 维持电流流通，VT2将继续到 通，同时VD1关断、VD2导通， 负载端电压为0。
负载性质： 电阻性 电感性 反电势性
4
第2章：单相可控整流电路
用晶闸管组成的可控整流电路，可以很方便地把交流 电变成大小可调的直流电，且具有体积小、重量轻、效率 高以及控制灵敏等优点。
§2-1 单相可控整流电路 §2-2 三相可控整流电路
§2-3 带平衡电抗器的双反星型可控整流电路
§2-4 整流电路的换相压降与外特性
晶闸管承受的最大电压为 6U2 。
44
§2-2-3 ：三相桥式半控整流电路
一、阻性负载： a <=60º，负载端电压波形 连续
Ud 1.17U 21 cosa
VT1 VT3 VT5
当α〉60°时，负载端电压波形断续 VD4 VD6 VD2
Ud 1.17U 21 cosa
二、电感性负载： 与单相半控桥式整流电路一样，桥内二极管有续流作用，因
qT qD 180
VT2、VD1导通
VT2、VD2导通
19
结论
1.晶闸管在触发时刻换 流，二极管在电源电 压过零时刻换流。
2.对于单向半控桥感性 负载，负载端的电压 波形如右图。
根据波形得
Ud=0.9U2(1+cosα)/2
20
结论
3.单相半控桥感性负载， 负载端电压波形与阻 性负载完全相同，即 单相半控桥感性负载 本身具有续流作用。
电力电子技术概述 PPT课件
1.1 什么是电力电子技术
电力电子技术与控制理论的关系
1) 控制理论广泛用于电力电子技术，使电力电子装置和系统 的性能满足各种需求
2) 电力电子技术可看成“弱电控制强电”的技术，是“弱电 和强电的接口”，控制理论是实现该接口的强有力纽带
3) 控制理论和自动化技术密不可分，而电力电子装置是自动 化技术的基础元件和重要支撑技术
➢ 在变电所中，给操作系统提供可靠的交直流操作电 源，给蓄电池充电等都需要电力电子装置
1.3 电力电子技术的应用
4) 电子装置用电源
➢ 各种电子装置一般都需要不同电压等级的直流电源供电。通信 设备中的程控交换机所用的直流电源以前用晶闸管整流电源， 现在已改为采用全控型器件的高频开关电源。大型计算机所需 的工作电源、微型计算机内部的电源现在也都采用高频开关电 源。在各种电子装置中，以前大量采用线性稳压电源供电，由 于高频开关电源体积小、重量轻、效率高，现在已逐渐取代了 线性电源。因为各种信息技术装置都需要电力电子装置提供电 源，所以可以说信息电子技术离不开电力电子技术。
➢ 电动汽车的电机靠电力电子装置进行电力变换和 驱动控制其蓄电池的充电也离不开电力电子装置。 一台高级汽车中需要许多控制电机，它们也要靠 变频器和斩波器驱动并控制
➢ 飞机、船舶需要很多不同要求的电源，因此航空 和航海都离不开电力电子技术
➢ 如果把电梯也算做交通运输，那么它也需要电力 电子技术。以前的电梯大都采用直流调速系统， 而近年来交流变频调速已成为主流
1.3 电力电子技术的应用
➢ 传统的发电方式是火力发电、水力发电以及后来 兴起的核能发电。能源危机后，各种新能源、可 再生能源及新型发电方式越来越受到重视。其中 太阳能发电、风力发电的发展较快，燃料电池更 是备受关注。太阳能发电和风力发电受环境的制 约，发出的电力质量较差，常需要储能装置缓冲， 需要改善电能质量，这就需要电力电子技术。当
2024年电力电子技术课件
电力电子技术课件1.引言电力电子技术是现代电力系统的重要组成部分，涉及到电力电子器件、电路及其应用。
随着科技的不断发展，电力电子技术在能源、交通、工业等领域发挥着越来越重要的作用。
本课件旨在介绍电力电子技术的基本概念、原理和应用，帮助读者了解电力电子技术的相关知识。
2.电力电子器件电力电子器件是电力电子技术的基础，主要包括二极管、晶体管、晶闸管等。
这些器件具有开关速度快、控制精度高、效率高等优点，广泛应用于电力变换和控制领域。
2.1二极管二极管是一种具有单向导电特性的半导体器件，主要用于整流和隔离。
根据结构的不同，二极管可分为点接触二极管和面接触二极管。
点接触二极管具有高频性能好、反向电压高等特点，适用于高频和小功率的工作；面接触二极管具有反向电压低、电流容量大等特点，适用于低频和大功率的工作。
2.2晶体管晶体管是一种具有放大和开关功能的半导体器件，根据结构的不同，可分为双极型晶体管（BJT）和场效应晶体管（FET）。
双极型晶体管具有输入阻抗低、输出阻抗高、电流放大能力强等特点，适用于模拟信号放大和开关控制；场效应晶体管具有输入阻抗高、输出阻抗低、开关速度快等特点，适用于数字信号放大和开关控制。
2.3晶闸管晶闸管是一种具有双向导电特性的半导体器件，具有开关速度快、控制精度高、效率高等优点，广泛应用于电力变换和控制领域。
根据结构的不同，晶闸管可分为单向晶闸管（SCR）和双向晶闸管（TRIAC）。
单向晶闸管具有单向导电特性，适用于交流电源的整流和调节；双向晶闸管具有双向导电特性，适用于交流电源的开关和控制。
3.电力电子电路电力电子电路是电力电子技术的核心，主要包括整流电路、逆变电路、斩波电路等。
这些电路通过对电力电子器件的控制，实现电能的变换和控制。
3.1整流电路整流电路是一种将交流电转换为直流电的电路，根据整流方式的不同，可分为半波整流电路、全波整流电路和桥式整流电路。
半波整流电路具有结构简单、成本低等优点，但输出电压脉动较大；全波整流电路具有输出电压脉动小、效率高等优点，但结构复杂；桥式整流电路具有输出电压脉动小、效率高等优点，但需要使用四个二极管。
《高等电力电子技术》第四章
其内环根轨迹如右图所示
-1000
Real Axis
内环增益K如何变化，基于iL1 反馈的单位调节器内环控制始 终是稳定的。
高
等
电
力
电
子
技
术
4.2.2 基于LCL的VSR内环结构设计
（4）电感L1电压 uL1 反馈
u* 1 L
u L1
1
K PW M
ui
u L1
1 sL1
iC
1 sC
uC
u* 2 L
uL2
1
KPWM
ui
uL1
1 sL1
iL1
iC
1 sC
uC
eg
uL2
1 sL2
io
图4-10 基于uL2反馈的单位调节器内环控制结构
u* c
uC
1
ui
K PW M
u L1
1 sL1
iC
1 sC
uC
eg
1 sL2
io
图4-11基于 uC反馈的单位调节器内环控制结构
被控量 给定
电力电子
电力电子
扰动量
G1 s
调节器
变换输入
电力电子变换
变换输出
G2 s
被控量
检测
图4-1 电力电子系统闭环控制结构图
高
等
电
力
电
子
技
术
4.1 引言
电力电子系统的控制主要包括对给定信号的跟随（跟随性） 和对扰动信号的抑制（抗扰性）两个方面。而对于不同的 电力电子系统，其控制性能对跟随性和抗扰性的要求则有 所不同。 VSR的控制性能要求主要是使其输出电流具有良好的控制 跟随性。 VSI的控制性能要求主要是使其输出电压具有良好的控制 抗扰性。
电力电子技术第一章
• 单片集成式模块
–功率器件、驱动、保护等电路集成于一个硅片
• 智能功率模块
–将具有驱动、自保护、自诊断功能的集成芯片再与电力电子 器件集成
-10-
电力工程系
表1-1 电力电子器件
类型
名称
不可控器件 电力二极管(Power Diode)
半控型器件
晶闸管(Thyristor)
第1章 电力电子器件
1.1 电力电子器件概述 1.2 电力二极管 1.3 晶闸管及其派生器件 1.4 门极可关断晶闸管 1.5 电力晶体管 1.6 功率场效应晶体管 1.7 绝缘栅双极性晶体管
-1-
电力工程系
1.1 电力电子器件概述
1.1.1 电力电子器件的概念和特征 1.1.2 电力电子器件的基本类型 1.1.3 电力电子器件的模块化与集成化 1.1.4 电力电子器件的应用领域
电流控
分
制器件
立 器 件
全 控 型
器 件
电压控 制器件
门极可关断晶闸管(GTO)
电力晶体管(GTR) 电力场效应晶体管(Power
MOSFET) 绝缘栅双极型晶体管(IGBT)
MOS控制晶闸管(MCT)
集成门极换流晶闸管(IGCT)
集成模块
功率集成模块(PIC) -11-
出现时间 1955 1958 1964 1975 1975 1985 1992 1996
1.1.1 电力电子器件的概念和特征
2. 特征 • 承受电压和电流的能力，是其最重要的参数。 • 为了减小损耗、提高效率，工作在开关状态。 • 由信息电子电路来控制，并且需要驱动电路。 • 自身的功率损耗远大于微电子器件，一般需要安装散热器。
电力电子技术
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3 . 伏安特性 (I f (U)曲线)
正向平均电流
I IF
+_
维持电流
UBR URRM
IH
反向转折电压
o U _+
反向特性
IG2 > IG1 > IG0 IG2 IG1 IG0
UFRM UBO U
正向转折电压
共九级, 用字母A~I表示0.4~1.2V
额定电压,用百位或千位数表示
取UFRM或URRM较小者
额定正向平均电流(IF)
普通型 （晶闸管类型）
P--普通晶闸管
S --双向晶闸管
晶闸管
如KP5-7表示额定正向平均电流为5A,额定电压为700V。
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T2
EA
+ _
iB2 iG
iC2 2iG iB1
iC1 β 1iC 2 12iG iB2
在极短时间内使两 个三极管均饱和导通，
K EA > 0、EG > 0
此过程称触发导通。
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2. 工作原理
形成正反馈过程
T1和D2承受正向 电压。 T1控制极加触 发电压, 则T1和D2导 通，电流的通路为
a
T1
RL
D2
io
a
+
u
T1
T2 RL
++uo
–
–
D1
D2 –
b
电力电子技术全套课件
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）
《电力电子技术》电子课件(高职高专第5版) 1.8 其它新型电力电子器件
1、SITH的工作原理
1）结构：在SIT的结构的基础上再增加一 个P+层即形成了SITH的元胞结构，如图 2.8.4(a)。
2）三极：阳极A、阴极、栅极G，
3）原理：栅极开路，在阳极和阴极之间加 正向电压，有电流流过SITH；
在栅极G和阴极K之间加负电压，G-K 之间PN结反偏，在两个栅极区之间的导 电沟道中出现耗尽层，A-K间电流被夹 断，SITH关断；
其中：1）导通的MCT中晶闸管流过主电 流，而触发通道只维持很小的触发电流。 2）使P-MCT触发导通的栅极相对阳极的负脉 冲幅度一般为-5～-15V，使其关断的栅极相 对于阳极的正脉冲电压幅度一般为+10V。
对于N-MCT管 ，其工作原理刚好相反。
图1.8.6 P-MCT的结构、 等效电路和符号
1.8.3 MOS控制晶闸管（MCT）
②碳化硅MOSFET 碳化硅MOSFET其结构与硅功率MOSFET没有太大区别，具有理想 的栅极绝缘特性、高速的开关性能、低导通电阻和高稳定性，驱动电 路非常简单，与硅功率MOSFET驱动电路完全兼容。用6H-SiC和4HSiC制造功率MOSFET，其通态电阻可以比同等级的硅功率MOSFET 分别低100倍和2000倍。2006年，美国Cree公司制作出5A/10kV的 4H-SiC MOSFET，其通态压降为3.76V；2009年多种功率等级系列 化的SiC MOSFET已经量产，并广泛应用到光伏逆变器、风电并网逆 变器、电动汽车充电机等领域。
④ 碳化硅IGBT 碳化硅MOSFET器件的通态电阻过高，在10kV以下的应用中，碳化硅IGBT 相对于碳化硅MOSFET的优势并不十分明显。在15 kV以上的应用领域，碳 化硅IGBT综合了功耗低和开关速度快的特点，相对于碳化硅的MOSFET以及 硅基的IGBT器件具有明显的技术优势，特别适合于高压电力系统领域。新型 高温高压碳化硅IGBT器件将对大功率应用，特别是电力系统的应用产生重大 的影响。可以预见，高压碳化硅IGBT器件将和pin二极管器件一起，成为下一 代智能电网技术中核心的电力电子器件。
电力电子技术48
io
Ton
− TS 2
0
Ton
TS 2
Ts
t
S2
3TS 2
(b) 输出 vo 波形
图1.8 直流－直流降压变换电路
VO =
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TON TS
VS = DVS
文件: 电力电子技术48.8
电力电子技术
课程总结
2）DC/AC变换器
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电力电子技术48.9
电力电子技术
vi
+ 电源 -
A
C S1
io
+ 负 载 -
C
vo
+
io
Ii
vo
+
vi
Ii
A 电源 -
S1
S3
负 载 B S2 S4 D -
B S2
D
(a)带开关的电路
(b)桥式开关电路
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文件:
电力电子技术48.5
电力电子技术
课程总结
2. 电力电子变换（变流）电路
电力变换可划分为四类基本变换，相应的有四种电力变换电路或电力变换器。 利用以上四种基本变换电路还可以组合成许多复合型(组合型）电力电子电路。 哈尔滨工业大学远程教育 电力电子技术
哈尔滨工业大学远程教育
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电力电子技术 16
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3. 电力电子装置
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