《电力电子技术》电子课件(高职高专第5版) 5.3 交流电力电子开关
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电力电子技术说课稿PPT课件精选全文
《电力电子技术》说课
说课内容
1 课程性质与作用
2 课程整体设计
3
教学内容
4 教学方法与手段
2
课程性质与作用
课程性质
自动化专业基 础课
针对岗位
企业生产第一线 产品装配、调试、 检验、维修、生 产管理、产品后 服务岗位
能力培养
识别电力电子器件 能力 掌握器件使用与保 护技术 相控整流电路分析 能力 单相相控整流电路 设计安装能力 故障排除能力
24
教学内容
教材
❖ 主教材：《电力电子技术》黄家善主编
机械工业出版社， 2005年1月第二版；
❖ 教学辅助教材：《电力电子器件及其应用》，李序葆.赵永健编， 机械工业出版社，2004年6月
动化系编
《可控整流装置》北京电机修理厂、清华大学自
科学出版社， 1971年6月
25
教学方法与手段
多媒体教学
课堂板书讲解
9
课程整体设计
课程教学实施思路： ❖ 理论教学主要结合在项目实验中进行。 ❖ 课程的教学以项目作为核心实例带动知识点讲授，
每一个项目分解为若干个工作任务，通过每一个工 作任务使学生掌握必要的理论知识和技能。 ❖ 大部分内容在实验室中进行理论实践一体化教学， 可先讲再实践，或先实践再分析理论知识，或边讲 边练，讲练结合，工学交替，理论教学与实践教学 同步进行。
“设计实验”根据敖教与学的客观实际并结会现有条件设计 一实用电路，以实现简单的调压或调速。
6
课程整体设计
项目设计（课程设计）
❖ 在项目实训中鼓励学生将课外活动或生活见到的 应用纳入教学设计活动中来，课内外学习相互结 合，使学生视野开阔、能力增强。
7
课程整体设计
说课内容
1 课程性质与作用
2 课程整体设计
3
教学内容
4 教学方法与手段
2
课程性质与作用
课程性质
自动化专业基 础课
针对岗位
企业生产第一线 产品装配、调试、 检验、维修、生 产管理、产品后 服务岗位
能力培养
识别电力电子器件 能力 掌握器件使用与保 护技术 相控整流电路分析 能力 单相相控整流电路 设计安装能力 故障排除能力
24
教学内容
教材
❖ 主教材：《电力电子技术》黄家善主编
机械工业出版社， 2005年1月第二版；
❖ 教学辅助教材：《电力电子器件及其应用》，李序葆.赵永健编， 机械工业出版社，2004年6月
动化系编
《可控整流装置》北京电机修理厂、清华大学自
科学出版社， 1971年6月
25
教学方法与手段
多媒体教学
课堂板书讲解
9
课程整体设计
课程教学实施思路： ❖ 理论教学主要结合在项目实验中进行。 ❖ 课程的教学以项目作为核心实例带动知识点讲授，
每一个项目分解为若干个工作任务，通过每一个工 作任务使学生掌握必要的理论知识和技能。 ❖ 大部分内容在实验室中进行理论实践一体化教学， 可先讲再实践，或先实践再分析理论知识，或边讲 边练，讲练结合，工学交替，理论教学与实践教学 同步进行。
“设计实验”根据敖教与学的客观实际并结会现有条件设计 一实用电路，以实现简单的调压或调速。
6
课程整体设计
项目设计（课程设计）
❖ 在项目实训中鼓励学生将课外活动或生活见到的 应用纳入教学设计活动中来，课内外学习相互结 合，使学生视野开阔、能力增强。
7
课程整体设计
电力电子技术第五版课件
PWM控制技术
采用脉宽调制（PWM）技术，通过改变脉冲宽度来控 制输出电压的大小，实现直流电压的连续调节。
直流斩波电路的分类与特点
分类
根据开关管的控制方式不同，直流斩波电 路可分为定频调宽式、定宽调频式和调宽 调频式三种类型。
输出电压稳定
采用PWM控制技术，输出电压稳定度高， 纹波小。
效率高
由于开关管工作在开关状态，导通压降小， 损耗低，因此效率高。
02
柔性交流输电（FACTS）
通过电力电子装置对交流输电系统的电压、电流、功率等参数进行快速、
灵活的控制，提高电力系统的稳定性和可靠性。
03
分布式发电与微电网
利用电力电子技术实现分布式电源的并网、控制和优化运行，构建高效、
可靠的微电网系统。
电力电子技术在交通运输中的应用
电动汽车驱动与控制
01
采用电力电子技术实现电动汽车的高效、安全驱动，提高电动
交流电力电子开关可用于电力系 统的无功补偿。通过控制晶闸管 的导通与关断，可以实现对无功 电流的连续调节，提高电力系统 的功率因数和稳定性。
电力电子技术的应用与案例分
07
析
电力电子技术在电力系统中的应用
01
高压直流输电（HVDC）
利用电力电子技术实现高效、稳定的直流电能传输，减少输电损耗，提
高输电效率。
特点
方波逆变电路简单、成本低，但输出波形质 量差；正弦波逆变电路输出波形质量好，但 成本高、技术复杂；准正弦波逆变电路介于 两者之间，具有一定的性价比。
逆变电路的应用实例
不间断电源（UPS） 在市电停电或电压不稳定时，UPS通过逆变电路将蓄电池 的直流电能转换为交流电能，为负载提供稳定的电源供应。
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。
电力电子技术(完整幻灯片 PPT
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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。
36
08
电力电子技术应用案例
2024/3/26
37
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
电力电子技术第五版王兆安课件全
电力电子技术第五版王兆安课 件全
本课件旨在深入浅出地讲解电力电子技术的概念、元器件和应用，介绍电力 电子技术的发展历程及未来趋势。
电力电子技术概述
电力
电力是指电荷在电场中移动， 在载流子作用下（如电子和正 离子）而产生的能量。
电子元器件
电力电子元器件是指用于在电 力电子领域中进行实际应用的 半导体器件、磁性元件、电容 电阻等元器件。
寿命、可靠性
由于功率电子器件工作状 态的特殊性，其寿命、可 靠性十分重要，经常需要 进行多方面的工艺优化。
电力电子应用领域
1
电力系统
通过利用功率电子器件来稳定电力系统的电压，电压变换器用于控制柔性交流输电， 提高电力系统的质量。
2
新能源应用
电力电子技术被广泛应用于新型能源制备和利用系统中，如太阳能、风力发电、燃料 电池、储能系统等。
功率电子元器件
功率电子元器件是电力电子技 术中最重要的组成部分，包括 晶闸管、电力场效应管、IGBT 等。
电力电子器件的特点
高压高电流
功率电子器件频率高、电 压高、电流大、热量大， 因此具有高温、高电压、 高电流、高能损状态特点。
高频率、高速度
功率电子器件具有响应速 度快、开关频率高的特点， 这使得它们非常适合在不 同领域中进行应用。
电力电子技术的未来趋势
1 新型功率电子器件
发展更加高效稳定、高可靠性、符合环保要求的全新型号功率电子器件。
2 应用前景广阔
在电力电子技术的不断发展中，其应用场景、应用情境与需要的功能和性能已经无法估 量。
3 高端智能电网
未来电力电子技术的发展将主要体现在高端智能电网，特别是电池和电能储存技术的应 用上。
电力电子技术第五版王兆安课 件全
本课件旨在深入浅出地讲解电力电子技术的概念、元器件和应用，介绍电力 电子技术的发展历程及未来趋势。
电力电子技术概述
电力
电力是指电荷在电场中移动， 在载流子作用下（如电子和正 离子）而产生的能量。
电子元器件
电力电子元器件是指用于在电 力电子领域中进行实际应用的 半导体器件、磁性元件、电容 电阻等元器件。
寿命、可靠性
由于功率电子器件工作状 态的特殊性，其寿命、可 靠性十分重要，经常需要 进行多方面的工艺优化。
电力电子应用领域
1
电力系统
通过利用功率电子器件来稳定电力系统的电压，电压变换器用于控制柔性交流输电， 提高电力系统的质量。
2
新能源应用
电力电子技术被广泛应用于新型能源制备和利用系统中，如太阳能、风力发电、燃料 电池、储能系统等。
功率电子元器件
功率电子元器件是电力电子技 术中最重要的组成部分，包括 晶闸管、电力场效应管、IGBT 等。
电力电子器件的特点
高压高电流
功率电子器件频率高、电 压高、电流大、热量大， 因此具有高温、高电压、 高电流、高能损状态特点。
高频率、高速度
功率电子器件具有响应速 度快、开关频率高的特点， 这使得它们非常适合在不 同领域中进行应用。
电力电子技术的未来趋势
1 新型功率电子器件
发展更加高效稳定、高可靠性、符合环保要求的全新型号功率电子器件。
2 应用前景广阔
在电力电子技术的不断发展中，其应用场景、应用情境与需要的功能和性能已经无法估 量。
3 高端智能电网
未来电力电子技术的发展将主要体现在高端智能电网，特别是电池和电能储存技术的应 用上。
电力电子技术第五版王兆安课 件全
(2024年)电力电子技术第5版王兆安课件
调制法
该方式通过调制信号（如正弦波）与高频载波（如三角波）进行比较生成PWM脉冲。优 点是生成的PWM脉冲频率高、波形好且易于实现实时控制。缺点是对于非线性负载的适 应性较差。
32
07
电力电子系统的设计与应用
2024/3/26
33
电力电子系统的设计原则与方法
2024/3/26
设计原则
确保系统稳定性、高效性、可靠性和 安全性；满足特定应用需求；优化成 本和性能。
2024/3/26
6
02
电力电子器件
2024/3/26
7
不可控器件
电力二极管（Power Diode）
结构和工作原理
伏安特性
2024/3/26
8
不可控器件
主要参数
晶闸管（Thyristor）
结构和工作原理
2024/3/26
9
不可控器件
伏安特性和主要参数
派生器件
2024/3/26
10
半控型器件
2024/3/26
36
感谢您的观看
THANKS
2024/3/26
37
26
电压型和电流型逆变电路
电压型逆变电路
电压型逆变电路的输出电压波形为矩 形波或正弦波，其特点是输出电压幅 值和频率可调，适用于对输出电压要 求较高的场合。
电流型逆变电路
电流型逆变电路的输出电流波形为矩 形波或正弦波，其特点是输出电流幅 值和频率可调，适用于对输出电流要 求较高的场合。
2024/3/26
工业自动化
应用于电机驱动、电源供 应、过程控制等领域，提 高生产效率和能源利用率 。
35
电力电子系统的发展趋势与挑战
发展趋势
该方式通过调制信号（如正弦波）与高频载波（如三角波）进行比较生成PWM脉冲。优 点是生成的PWM脉冲频率高、波形好且易于实现实时控制。缺点是对于非线性负载的适 应性较差。
32
07
电力电子系统的设计与应用
2024/3/26
33
电力电子系统的设计原则与方法
2024/3/26
设计原则
确保系统稳定性、高效性、可靠性和 安全性；满足特定应用需求；优化成 本和性能。
2024/3/26
6
02
电力电子器件
2024/3/26
7
不可控器件
电力二极管（Power Diode）
结构和工作原理
伏安特性
2024/3/26
8
不可控器件
主要参数
晶闸管（Thyristor）
结构和工作原理
2024/3/26
9
不可控器件
伏安特性和主要参数
派生器件
2024/3/26
10
半控型器件
2024/3/26
36
感谢您的观看
THANKS
2024/3/26
37
26
电压型和电流型逆变电路
电压型逆变电路
电压型逆变电路的输出电压波形为矩 形波或正弦波，其特点是输出电压幅 值和频率可调，适用于对输出电压要 求较高的场合。
电流型逆变电路
电流型逆变电路的输出电流波形为矩 形波或正弦波，其特点是输出电流幅 值和频率可调，适用于对输出电流要 求较高的场合。
2024/3/26
工业自动化
应用于电机驱动、电源供 应、过程控制等领域，提 高生产效率和能源利用率 。
35
电力电子系统的发展趋势与挑战
发展趋势
电力电子技术(第5版)课件：交流交流变流电路
I VTN I VT
Z 2U1
(6-10) (6-11)
图6-4 单相交流调压电路为参变量时IVTN和关系曲线
6.1.1 单相交流调压电路
◆<时的工作情况 ☞VT1的导通时间超过。 ☞触发VT2时，io尚未过零，VT1仍导通，VT2不会导通，io过零后，VT2才可
开通，VT2导通角小于。 ☞io有指数衰减分量，在指数分量衰减过程中，VT1导通时间渐短，VT2的导
交流交流变流电路
6.1 交流调压电路 6.2 其他交流电力控制电路 6.3 交交变频电路 6.4 矩阵式变频电路
本章小结
引言
■交流-交流变流电路：把一种形式的交流变成另一种形式 交流的电路。
■交流-交流变换电路可以分为直接方式（即无中间直流环 节）和间接方式（有中间直流环节）两种。
■直接方式 ◆交流电力控制电路：只改变电压、电流或对电路的通 断进行控制，而不改变频率的电路。 ◆变频电路：改变频率的电路。
解：负载阻抗及负载阻抗角分别为：
Z
R2
X
2 L
10W
arctan(X L ) arctan(6) 0.6435 36.87
R
8
因此开通角的变化范围为：
即
0.6435
①当=/6时，由于<,因此晶闸管调压器全开放，输出电压为完整 的正弦波，负载电流也为最大，此时输出功率最大，为
I I 220 22( A)
6.1 交流调压电路
6.1.1 单相交流调压电路 6.1.2 三相交流调压电路
6.1 交流调压电路·引言
■把两个晶闸管反并联后串联在交流电路中，通过对晶闸管的控制就可 以控制交流输出。
■交流电力控制电路 ◆交流调压电路：在每半个周波内通过对晶闸管开通相位的控制，调 节输出电压有效值的电路。 ◆交流调功电路：以交流电周期为单位控制晶闸管的通断，改变通态 周期数和断态周期数的比，调节输出功率平均值的电路。 ◆交流电力电子开关：串入电路中根据需要接通或断开电路的晶闸管。
《电力电子技术》电子课件(高职高专第5版) 5.2 交流调功电路
电力电子技术(第5版) 第5章 交流变换电路
5.2 交流调功电路
5.2 交流调功电路
1、与调压电路的比较：
同
电路形式完全相同
控制方式不同：以交流电源周波数为控制单断周波数
的比值来调节负载所消耗的平均功率。
应用
交流调功电路直接调节对象是电路的平均输出功率；
控制对象时间常数很大，以周波数为单位控制；
晶闸管导通时刻为电源电压过零的时刻，负载电压电流都 是正弦波，不对电网电压电流造成通常意义的谐波污染。
5.2 交流调功电路
2、电阻负载时的工作情况：
控制周期为M倍电源周期， 晶闸管在前N个周期导通，后M－ N个周期关断；
负载电压和负载电流（也即
电源电流）的重复周期为M倍电
源周期；
M=3、N=2时
的电路波形
图5.2.1交流调功电路典 型波形
5.2 交流调功电路
3、谐波分析：
图5.2.2为以控制周期为基准 的交流调功电路的频谱图，In为 n次谐波有效值， Io为导通时电 路电流幅值；
电流中不含整数倍频率的谐 波，但含有非整数倍频率的谐 波，而且在电源频率附近，非 整数倍频率谐波的含量较大。
图5.2.2 交流调功电路的电 流频谱图(M =3、N =2)
5.2 交流调功电路
5.2 交流调功电路
1、与调压电路的比较：
同
电路形式完全相同
控制方式不同：以交流电源周波数为控制单断周波数
的比值来调节负载所消耗的平均功率。
应用
交流调功电路直接调节对象是电路的平均输出功率；
控制对象时间常数很大，以周波数为单位控制；
晶闸管导通时刻为电源电压过零的时刻，负载电压电流都 是正弦波，不对电网电压电流造成通常意义的谐波污染。
5.2 交流调功电路
2、电阻负载时的工作情况：
控制周期为M倍电源周期， 晶闸管在前N个周期导通，后M－ N个周期关断；
负载电压和负载电流（也即
电源电流）的重复周期为M倍电
源周期；
M=3、N=2时
的电路波形
图5.2.1交流调功电路典 型波形
5.2 交流调功电路
3、谐波分析：
图5.2.2为以控制周期为基准 的交流调功电路的频谱图，In为 n次谐波有效值， Io为导通时电 路电流幅值；
电流中不含整数倍频率的谐 波，但含有非整数倍频率的谐 波，而且在电源频率附近，非 整数倍频率谐波的含量较大。
图5.2.2 交流调功电路的电 流频谱图(M =3、N =2)
《电力电子技术》电子课件(高职高专第5版) 5.4 交-交变频电路
图5.4.3交－交变频电路的波形图（a变化）
5.4.1 单相输出交－交变频电路
2、变频电路的工作过程（电感性负载）
图5.4.4 交-交变频电路电感性负载时的输出电压和电流波形
对于电感性负载，输出电压超前电流。一个周期可以分为六个阶段 第一阶段：输出电压过零， u0为正，i0<0，反组整流器工作在有源 逆变状态，正组整流器被封锁；
5.4.1 单相输出交－交变频电路
2、变频电路的工作过程（电感性负载）
图5.4.4 交-交变频电路电感性负载时的输出电压和电流波形
第二阶段：电流过零。为无环流死区；
第三阶段：i0>0，u0>0。正组整流器工作在整流状态，反组整流器
被封锁。
5.4.1 单相输出交－交变频电路
2、变频电路的工作过程（电感性负载）
◆以低于电源的频率切换正反组整流器 的工作状态,在负载端就可获得交变的输出 电压；（如图5.4.2 ）
◆晶闸管的开通与关断必须采用无环流 控制方式，防止两组晶闸管桥同时导通；
图5.4.2 单相交流输入时交－ 交变频电路的波形图
5.4.1 单相输出交－交变频电路
电路控制特点：
（1）一个周期内控制角a固定不变时，输出电压为含有大量的谐波矩
电源进线通过进线电抗器 接在公共的交流母线上。
电源进线端公用,故三相单 相变频电路的输出端必须隔离， 为此，交流电动机的三个绕组 必须拆开，同时引出六根线。
主要用于中等容量的交流 调速系统。
图5.4.7公共交流母线进线方式的
三相交－交变频电路原理图
5.4.2 三相输出交－交变频电路
2、输出星形联结方式
5.4.2 三相输出交－交变频电路
交－交变频器主要用于交流调速系统中， 实 际使用的主要是三相交－交变频器。
5.4.1 单相输出交－交变频电路
2、变频电路的工作过程（电感性负载）
图5.4.4 交-交变频电路电感性负载时的输出电压和电流波形
对于电感性负载，输出电压超前电流。一个周期可以分为六个阶段 第一阶段：输出电压过零， u0为正，i0<0，反组整流器工作在有源 逆变状态，正组整流器被封锁；
5.4.1 单相输出交－交变频电路
2、变频电路的工作过程（电感性负载）
图5.4.4 交-交变频电路电感性负载时的输出电压和电流波形
第二阶段：电流过零。为无环流死区；
第三阶段：i0>0，u0>0。正组整流器工作在整流状态，反组整流器
被封锁。
5.4.1 单相输出交－交变频电路
2、变频电路的工作过程（电感性负载）
◆以低于电源的频率切换正反组整流器 的工作状态,在负载端就可获得交变的输出 电压；（如图5.4.2 ）
◆晶闸管的开通与关断必须采用无环流 控制方式，防止两组晶闸管桥同时导通；
图5.4.2 单相交流输入时交－ 交变频电路的波形图
5.4.1 单相输出交－交变频电路
电路控制特点：
（1）一个周期内控制角a固定不变时，输出电压为含有大量的谐波矩
电源进线通过进线电抗器 接在公共的交流母线上。
电源进线端公用,故三相单 相变频电路的输出端必须隔离， 为此，交流电动机的三个绕组 必须拆开，同时引出六根线。
主要用于中等容量的交流 调速系统。
图5.4.7公共交流母线进线方式的
三相交－交变频电路原理图
5.4.2 三相输出交－交变频电路
2、输出星形联结方式
5.4.2 三相输出交－交变频电路
交－交变频器主要用于交流调速系统中， 实 际使用的主要是三相交－交变频器。
《电力电子技术》电子课件(高职高专第5版) 5.3 交流电力电子开关
电力电子技术(第5版) 第5章 交流变换电路
5.3 交流电力电子开关
作用
5.3 交流电力电子开关
将晶闸管反并联后串入交流电路代替机械开关， 起接通和断开电路的作用；
优点
◆响应速度快、无触点寿命长、可频繁控制通断；
◆控制晶闸管总是在电流过零时关断，在关断时不会 因负载或线路电感存储能量而造成过电压和电磁干扰；
图5.3.2 TSC理想投切时刻原理说明
5.3 交流电力电子开关
2、晶闸管投切时间的选择
3)电路特点：
◆由于二极管的作用，在电路不导通时uC总会维持在电源
电压峰值； ◆二极管不可控，响应速度要慢一些，投切电容器的最大
时间滞后为一个周波。图5. Nhomakorabea.3 晶闸管和二极管反并联方式的TSC
4）为避免电容器组投切造成较大 电流冲击，一般把电容器分成几组，如 图5.3.1(b)所示，可根据电网对无功的 需求而改变投入电容器的容量。
图5.3.1 TSC基本原理图
5.3 交流电力电子开关
2、晶闸管投切时间的选择
1）选择原则：投入时刻交流电源电压和电容器预充电 电压相等，防止冲击电流。
2）理想选择：理想情况下，希望电容器预充电电压为 电源电压峰值，这时电源电压的变化率为零，电容投入过 程不但没有冲击电流，电流也没有阶跃变化。
◆提高功率因数、稳定电网电 压、改善用电质量
◆是一种很好的无功补偿方式
图5.3.1 TSC基本原理图
5.3 交流电力电子开关
1、电路结构和工作原理（晶闸管反并联）
1）实际常用三相TSC，可三角形联 结，也可星形联结。
2）反并联的晶闸管控制C并入电网 或从电网断开，如图5.3.1（a）。
3）串联电感很小，用来抑制电容 器投入电网时的冲击电流。
5.3 交流电力电子开关
作用
5.3 交流电力电子开关
将晶闸管反并联后串入交流电路代替机械开关， 起接通和断开电路的作用；
优点
◆响应速度快、无触点寿命长、可频繁控制通断；
◆控制晶闸管总是在电流过零时关断，在关断时不会 因负载或线路电感存储能量而造成过电压和电磁干扰；
图5.3.2 TSC理想投切时刻原理说明
5.3 交流电力电子开关
2、晶闸管投切时间的选择
3)电路特点：
◆由于二极管的作用，在电路不导通时uC总会维持在电源
电压峰值； ◆二极管不可控，响应速度要慢一些，投切电容器的最大
时间滞后为一个周波。图5. Nhomakorabea.3 晶闸管和二极管反并联方式的TSC
4）为避免电容器组投切造成较大 电流冲击，一般把电容器分成几组，如 图5.3.1(b)所示，可根据电网对无功的 需求而改变投入电容器的容量。
图5.3.1 TSC基本原理图
5.3 交流电力电子开关
2、晶闸管投切时间的选择
1）选择原则：投入时刻交流电源电压和电容器预充电 电压相等，防止冲击电流。
2）理想选择：理想情况下，希望电容器预充电电压为 电源电压峰值，这时电源电压的变化率为零，电容投入过 程不但没有冲击电流，电流也没有阶跃变化。
◆提高功率因数、稳定电网电 压、改善用电质量
◆是一种很好的无功补偿方式
图5.3.1 TSC基本原理图
5.3 交流电力电子开关
1、电路结构和工作原理（晶闸管反并联）
1）实际常用三相TSC，可三角形联 结，也可星形联结。
2）反并联的晶闸管控制C并入电网 或从电网断开，如图5.3.1（a）。
3）串联电感很小，用来抑制电容 器投入电网时的冲击电流。
电力电子技术第五版(王兆安)课件
VS
漏抗对整流器换相的影响
漏抗的存在使得换相过程变得复杂，可能 导致换相失败或产生过大的换相过电压。
整流电路的谐波和功率因数
谐波
整流电路输出的非正弦波形含有丰富的谐波 成分，对电网和负载造成不良影响。
功率因数
整流电路的功率因数通常较低，因为谐波和 无功功率的存在使得视在功率大于有功功率 。提高功率因数的方法包括采用功率因数校 正电路和采用高功率因数的整流器等。
用效率。
交通运输
电动汽车、高铁、航空器等交 通工具的电力驱动系统大量采
用电力电子技术。
工业自动化
电机驱动、电源供应、自动化 控制等方面广泛应用电力电子
技术，提高生产效率。
信息技术
数据中心、云计算等领域需要 高效、可靠的电源供应，电力 电子技术发挥着重要作用。
课程目标与学习方法
课程目标
掌握电力电子技术的基本原理、分析方法、设计方法和实验 技能，具备从事电力电子技术应用和研究的初步能力。
电压型和电流型逆变电路
电压型逆变电路
电压型逆变电路以电压源作为输入，通过控制开关元 件的通断，得到所需的交流输出电压。其特点是输出 电压波形质量高，但需要较大的滤波电感。
电流型逆变电路
电流型逆变电路以电流源作为输入，通过控制开关元 件的通断，得到所需的交流输出电流。其特点是输出 电流波形质量高，但需要较大的滤波电容。
BIG DATA EMPOWERS TO CREATE A NEW ERA
电力电子技术第五版(王兆
安)课件
• 电力电子技术概述 • 电力电子器件 • 整录
CONTENTS
01
电力电子技术概述
BIG DATA EMPOWERS TO CREATE A NEW
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》电子课件(高职高专第5版) 5.1 交流调压电路
一些； 4） 角相同时，随着阻抗角的增大，谐波含量有所
减少；
5.1.2 三相交流调压电路
1、三相四线制调压电路特点：
1）相当于三个独立的单相交流调压 电路组合而成的；
2）存在中性线，但是3次谐波在中 线中的电流大，故中线的导线截面要求 与相线一致；
3）晶闸管的门极触发脉冲信号，同 相间两管的触发脉冲要互差180°。
)e tan
]dt
IT
1
(
2U
) 2 [s in(t
)
sin(
t
)e tan
]2
dt
2 Z
U sin cos(2 )
Z
cos
(5.1.9) (5.1.10)
(5.1.11)
IO 2IT
(5.1.12)
5.1.1 单相交流调压电路
调压电路在不同α时的工作情况
2、α =ф
由
式中 n=1为基波，n=3,5,7,…为奇次谐波。随着谐波次数n的增加，谐 波含量减少。
5.1.1 单相交流调压电路
2、阻感性负载 （R-L负载）
单相交流电压器带阻感负载时， 工作情况同可控整流电路带电感负 载相似；
当电源电压反向过零时，负载 电感产生感应电动势阻止电流的变 化，故电流不能立即为零；
1、α>ф，导通角θ≺1800，正负半波电流断续。α愈大，θ愈小， 波形断续愈严重。
负载电压的有效值UO、晶闸管电流平均值IdT、电流有效值IT以及负 载电流有效值IO分别为：
U 0
1
(
2U
sint)2 dt U
sin2 sin2( )
I dT
1 2
[sin(t
)
sin(
减少；
5.1.2 三相交流调压电路
1、三相四线制调压电路特点：
1）相当于三个独立的单相交流调压 电路组合而成的；
2）存在中性线，但是3次谐波在中 线中的电流大，故中线的导线截面要求 与相线一致；
3）晶闸管的门极触发脉冲信号，同 相间两管的触发脉冲要互差180°。
)e tan
]dt
IT
1
(
2U
) 2 [s in(t
)
sin(
t
)e tan
]2
dt
2 Z
U sin cos(2 )
Z
cos
(5.1.9) (5.1.10)
(5.1.11)
IO 2IT
(5.1.12)
5.1.1 单相交流调压电路
调压电路在不同α时的工作情况
2、α =ф
由
式中 n=1为基波，n=3,5,7,…为奇次谐波。随着谐波次数n的增加，谐 波含量减少。
5.1.1 单相交流调压电路
2、阻感性负载 （R-L负载）
单相交流电压器带阻感负载时， 工作情况同可控整流电路带电感负 载相似；
当电源电压反向过零时，负载 电感产生感应电动势阻止电流的变 化，故电流不能立即为零；
1、α>ф，导通角θ≺1800，正负半波电流断续。α愈大，θ愈小， 波形断续愈严重。
负载电压的有效值UO、晶闸管电流平均值IdT、电流有效值IT以及负 载电流有效值IO分别为：
U 0
1
(
2U
sint)2 dt U
sin2 sin2( )
I dT
1 2
[sin(t
)
sin(
《电力电子技术》第五版ppt课件
直流（DC）
直流斩波 逆变
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4
1.1 什么是电力电子技术
■电力电子学 ◆美国学者W. Newell认为电力电子学是由电力学、 电子学和控制理论三个学科交叉而形成的。
图1-1 描述电力电子学的倒三角形
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5
1.1 什么是电力电子技术
☞电力电子技术和电子学 电力电子器件的制造技术和用于信息变换的电子
动，甚至用于直流输电。这一时期，各种整流电路、逆变
电路、周波变流电路的理论已经发展成熟并广为应用。在
这一时期，也应用直流发电机组来变流。
☞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。
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10
1.2 电力电子技术的发展史
◆晶闸管时代
☞晶闸管由于其优越的电气性能和控制性能，使
降为零，从而提高了电力电子装置的功率密度。
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13
1.3 电力电子技术的应用
■电力电子技术的应用范围十分广泛。它不仅用于 一般工业，也广泛用于交通运输、电力系统、通信 系统、计算机系统、新能源系统等，在照明、空调 等家用电器及其他领域中也有着广泛的应用。
◆一般工业 ☞工业中大量应用各种交直流电动机，都是用
无功补偿、电力机车牵引、
交直流电力传动、电解、励
磁、电加热、高性能交直流
电源等之中，因此，无论是
国内国外，通常都把电力电
图1-2 电气工程的双三角形描述
子技术归属于电气工程学科。在我国，电力电子与电力传
动是电气工程的一个二级学科。图1-2用两个三角形对电 气工程进行了描述。其中大三角形描述了电气工程一级学
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《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
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图5.3.2 TSC理想投切时刻原理说明
5.3 交流电力电子开关
2、晶闸管投切时间的选择
3)电路特点：
◆由于二极管的作用，在电路不导通时uC总会维持在电源
电压峰值； ◆二极管不可控，响应速度要慢一些，投切电容器的最大
时间滞后为一个周波。
图5.3.3 晶闸管和二极管反并联方改善用电质量
◆是一种很好的无功补偿方式
图5.3.1 TSC基本原理图
5.3 交流电力电子开关
1、电路结构和工作原理（晶闸管反并联）
1）实际常用三相TSC，可三角形联 结，也可星形联结。
2）反并联的晶闸管控制C并入电网 或从电网断开，如图5.3.1（a）。
3）串联电感很小，用来抑制电容 器投入电网时的冲击电流。
4）为避免电容器组投切造成较大 电流冲击，一般把电容器分成几组，如 图5.3.1(b)所示，可根据电网对无功的 需求而改变投入电容器的容量。
图5.3.1 TSC基本原理图
5.3 交流电力电子开关
2、晶闸管投切时间的选择
1）选择原则：投入时刻交流电源电压和电容器预充电 电压相等，防止冲击电流。
2）理想选择：理想情况下，希望电容器预充电电压为 电源电压峰值，这时电源电压的变化率为零，电容投入过 程不但没有冲击电流，电流也没有阶跃变化。
电力电子技术(第5版) 第5章 交流变换电路
5.3 交流电力电子开关
作用
5.3 交流电力电子开关
将晶闸管反并联后串入交流电路代替机械开关， 起接通和断开电路的作用；
优点
◆响应速度快、无触点寿命长、可频繁控制通断；
◆控制晶闸管总是在电流过零时关断，在关断时不会 因负载或线路电感存储能量而造成过电压和电磁干扰；
特点（与交流调功电路的区别）
◆只控制通断，并不控制电路的平均输出功率 ◆没有明确的控制周期，只是根据需要控制电路的接通和 断开 ◆控制频度通常比交流调功电路低
5.3 交流电力电子开关
晶闸管投切电容器（Thyristor Switched Capacitor—TSC）
◆代替机械开关投切电容器， 对电网无功进行控制
5.3 交流电力电子开关
2、晶闸管投切时间的选择
3)电路特点：
◆由于二极管的作用，在电路不导通时uC总会维持在电源
电压峰值； ◆二极管不可控，响应速度要慢一些，投切电容器的最大
时间滞后为一个周波。
图5.3.3 晶闸管和二极管反并联方改善用电质量
◆是一种很好的无功补偿方式
图5.3.1 TSC基本原理图
5.3 交流电力电子开关
1、电路结构和工作原理（晶闸管反并联）
1）实际常用三相TSC，可三角形联 结，也可星形联结。
2）反并联的晶闸管控制C并入电网 或从电网断开，如图5.3.1（a）。
3）串联电感很小，用来抑制电容 器投入电网时的冲击电流。
4）为避免电容器组投切造成较大 电流冲击，一般把电容器分成几组，如 图5.3.1(b)所示，可根据电网对无功的 需求而改变投入电容器的容量。
图5.3.1 TSC基本原理图
5.3 交流电力电子开关
2、晶闸管投切时间的选择
1）选择原则：投入时刻交流电源电压和电容器预充电 电压相等，防止冲击电流。
2）理想选择：理想情况下，希望电容器预充电电压为 电源电压峰值，这时电源电压的变化率为零，电容投入过 程不但没有冲击电流，电流也没有阶跃变化。
电力电子技术(第5版) 第5章 交流变换电路
5.3 交流电力电子开关
作用
5.3 交流电力电子开关
将晶闸管反并联后串入交流电路代替机械开关， 起接通和断开电路的作用；
优点
◆响应速度快、无触点寿命长、可频繁控制通断；
◆控制晶闸管总是在电流过零时关断，在关断时不会 因负载或线路电感存储能量而造成过电压和电磁干扰；
特点（与交流调功电路的区别）
◆只控制通断，并不控制电路的平均输出功率 ◆没有明确的控制周期，只是根据需要控制电路的接通和 断开 ◆控制频度通常比交流调功电路低
5.3 交流电力电子开关
晶闸管投切电容器（Thyristor Switched Capacitor—TSC）
◆代替机械开关投切电容器， 对电网无功进行控制