北京交通大学电力电子绪论PPT课件
(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。
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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。
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03
整流与滤波技术
2024/3/26
电力电子技术基础课件：电力电子器件
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2.1 电力电子器件概述
3、电力电子器件的分类
2）按照控制信号的性质分：
电流驱动型：SCR、GTO、GTR； 电压驱动型：MOSFET、IGBT。
3）按照控制信号的信号波形分：
脉冲触发型
电平控制型
4）按照器件内部电子和空穴两种载流子参与导电的情况分：
单极型器件
双极型器件
复合型器件 11
思考：晶闸管的出现带来了电气工程领域的哪些变化？
对人类生活社会产生了哪些影响？
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2.3半控型电力电子器件-晶闸管
1、晶闸管的结构
晶闸管为“三端四层”结构。
“三端”指外部有三个极：阳极A，阴极K，门极G；
“四层”指内部有“四层三个PN结”,即四层半 导体P1、N1、P2、N2形成三个PN结。
不论阳极和阴极间施加什么样的电压，总 有PN结被反向偏置，SCR不会导通。
电路3：阳极与阴极之间经指示灯与负电源相连， 门极接负电源，指示灯不亮；
电路4：阳极与阴极之间经指示灯与负电源相连， 门极接正电源，指示灯不亮。
由电路3和电路4知，当晶闸管阳极和阴 极之间施加负电压时，无论门极施加什么样的 电压，晶闸管不会导通。
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2.3半控型电力电子器件-晶闸管
2、晶闸管的开通与关断条件
电力二极管的主要参数有额定电压、额定电流、结温、管压降等。 1）额定电压
能够反复施加在二极管上，二极管不会被击穿的最高反向 重复峰值电压URRM。
在使用时，额定电压一般取二极管在电路中可能承受的最 高反向电压，并增加一定的安全裕量，如下式：
式中 （2~3）——电压安全裕量；UDM——二极管承受的最大峰值电压。19
那么晶闸管怎么能关断呢？
28
《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PPT课件
■
绪论第15页
复合型器件和功率集成电路
➢ 80年代后期开始
复合型器件：以绝缘栅极双极型晶体管(IGBT)
为代表
➢IGBT是MOSFET和BJT的复合
它集MOSFET的驱动功率小、开关速度快的 优点和BJT通态压降小、载流能力大的优点于 一身，性能十分优越，使之成为现代电力电 子技术的主导器件
绪论第10页
2. 电力电子技术的发展史
1958年美通用电气公司制造的第一只晶闸管 标志电力电子器件和技术的诞生。
电力电子器件的发展对电力电子技术的发展起着决 定性的作用，因此，电力电子技术的发展史就是电 力电子器件的发展史。
■
绪论第11页
2. 电力电子技术的发展史
〔四个阶段〕
➢ 史前期（1957年以前）： 使用水银整流器（汞整流器），其性能和晶闸管类似。 这段时间，各种整流、逆变、周波变流的电路和理论已经成熟并广泛应用。
技术研究的也就是电源技术。
➢ 电力电子技术对节省电能有重要意义。特别在大型风机、 水泵采用变频调速方面，在使用量十分庞大的照明电源 等方面，电力电子技术的节能效果十分显著，因此它也
被称为是节能技术。
■
绪论第23页
4. 本课程的内容简介
分为三大部分
➢ 第一部分：电力电子器件
主要介绍各种电力电子器件的基本结构、工作原理、主要 参数、应用特性，以及驱动、缓冲、保护、串并 联等器 件应用的共性问题和基础性问题
1.什么是电力电子技术
➢ 定义:
电力电子技术（power electronics）： 是电子技术的分支
电子技术: 信息电子技术 电力电子技术
信息电子技术——模拟电子技术和数字电子技术
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）。
2024版电力电子技术完整版全套PPT电子课件
contents•电力电子技术概述•电力电子器件目录•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电力电子技术的定义与发展定义发展历程如太阳能、风能等可再生能源的转换与利用。
如电动汽车、电动自行车等电机驱动系统的控制。
如智能电网、分布式发电等电力系统的优化与控制。
如变频器、伺服系统等工业自动化设备的控制。
能源转换电机驱动电力系统工业自动化高效率、高功率密度智能化、数字化绿色化、环保化多学科交叉融合晶闸管（Thyristor 可控的单向导电性，用于可控整流电路Power Diode ）具有单向导电性，可用于整流电路010402050306电力晶体管（Giant Transistor，GTR）具有耐压高、电流大、开关特性好等优点通过在门极施加负脉冲使其关断电流控制型器件，通过控制基极电流来控制集电极电流可关断晶闸管（Gate Turn-OffThyristor，GTO）具有可控的开关特性，适用于高电压、大电流场合01电力场效应晶体管（Power MOSFET ）02电压控制型器件，通过控制栅源电压来控制漏极电流03具有开关速度快、输入阻抗高、热稳定性好等优点04绝缘栅双极型晶体管（Insulated Gate Bipolar Transistor ，IGBT ）05结合了MOSFET 和GTR 的优点，具有电压控制、大电流、低饱和压降等特性06广泛应用于电机控制、电源转换等领域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。
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。
逆变电路逆变电路的工作原理01逆变电路的类型02逆变电路的应用031 2 3直流-直流变流电路的工作原理直流-直流变流电路的类型直流-直流变流电路的应用交流-交流变流电路的工作原理01交流-交流变流电路的类型02交流-交流变流电路的应用03电动机控制电热控制照明控制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飞机电源系统电力系统应用高压直流输电柔性交流输电分布式发电与微电网新能源应用风能发电太阳能发电风力发电机组中采用电力电子技术实现变速恒频控制，提高风能发电的稳定性和可靠性。
电子行业电力电子课件—绪论
电子行业电力电子课件—绪论1. 引言在当今的电子行业中，电力电子技术扮演着至关重要的角色。
随着电子设备的广泛应用，电力电子技术的发展对能源的有效利用和电力系统的稳定运行起着关键作用。
本课件旨在介绍电力电子技术在电子行业中的基本概念、发展历程和应用领域。
2. 电力电子技术概述2.1 电力电子技术定义电力电子技术是将电子器件和电路应用于电力系统中，实现对电力的控制、转换和处理的一门技术。
它通过提高电力系统的效率和可靠性，使得电力可以在不同形式之间进行转换，并实现对电力的精确控制。
2.2 电力电子技术的发展历程电力电子技术的发展可以追溯到20世纪60年代，随着半导体器件的发展和成本的降低，电力电子技术得到了广泛应用。
从最初的整流器和逆变器，到现在的交流调压器、变频器和无功补偿装置，电力电子技术不断演变和创新，为电力系统的优化提供了强大的支持。
2.3 电力电子技术的应用领域电力电子技术广泛应用于各个领域，包括但不限于以下几个方面：•电力系统稳定性控制：通过控制电流和电压的波形和相位，优化电力系统的稳定性。
•电力质量改善：通过控制电力波形的失真、谐波和噪声，提高电力的质量。
•能量转换与调节：将电力从一种形式转换为另一种形式，如直流-交流转换、电力的降压升压等。
•电力系统损耗控制：通过控制电力的流动和转换过程，减少能源的损耗和浪费。
3. 电力电子技术的基本原理3.1 电力电子器件电力电子器件是电力电子技术的核心组成部分，常用的电力电子器件包括二极管、晶闸管、场效应管和继电器等。
这些器件具有控制电流和电压的能力，能够实现电力的开关和调节。
3.2 电力电子电路电力电子电路是电力电子技术的重要实现手段。
常见的电力电子电路包括整流电路、逆变电路、变换电路等。
这些电路通过控制电力电子器件的状态和工作方式，实现对电力的控制和转换。
3.3 电力电子控制电力电子控制是电力电子技术应用的关键环节。
通过采用不同的控制策略和算法，可以实现对电力的精确调节和控制。
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第一章：绪论
绪论
1. 什么是电力电子技术（电力电子学）
2. 电力电子技术的发展史
3. 电力电子技术应用 4. 课程简介和要求说明
13.11.2020
北京交通大学电气工程学院
1-13
绪论
2. 电力电子技术的发展史
史前期 （黎明期）
晶闸管问 世，(公元
元年)
全控型器件 迅速发展
晶体管诞生
1904
1930
绪论
13.11.2020
北京交通大学电气工程学院
1-3
绪论
1.1 电力电子与信息电子
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
电力电子技术——使用电力电 子器件对电能进行变换和控 制的技术，即 应用于电力领域的电子技术
信息电子技术——信息处理 ✓目前电力电子器件均用半导
电力电子技术——电力变换 电子技术一般即指信息
能源是人类社会的永恒话题，电能是最优质的能源，
因此，电力电子技术将青春永驻。
✓20世纪后半叶诞生和发展的一门崭新的技术，21世纪
仍将以迅猛的速度发展
13.11.2020
北京交通大学电气工程学院
1-11
1.5 电能的基本变换形式
绪论
• AC～DC 整流
• DC～DC 斩波
• DC～AC 逆变
交流 电源
技术
✓应用的理论基础、分析方法、分析软件也
基本相同
✓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
✓二者同根同源
13.11.2020
北京交通大学电气工程学院
1-8
绪论
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
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。
13.11.2020
北京交通大学电气工程学院
1-5
变流技术
绪论
✓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
•电力电子装置是自动化技术的基础元件和重
要支撑技术
13.11.2020
北京交通大学电气工程学院
1-10
1.4 地位和未来
绪论
✓电力电子技术和运动控制一起，和计算机技术共同成
为未来科学技术的两大支柱
✓计算机
人脑
电力电子技术
消化系统和循环系统
电力电子＋运动控制
肌肉和四肢
✓电力电子技术是电能变换技术,是把粗电变为精电的技术
➢ 1911年：发明了金属封装水银整流器，它可对大电 流进行控制，其性能与晶闸管相似。
➢ 30~50年代：水银整流器（静止变流器）得到广泛 应用。这一时期，各种整流电路、逆变电路、斩波、 周波变换电路的理论已经发展成熟并广为应用。
➢ 1954年：硅功率二极管 。应用于电力领域。
➢ 1957年：晶闸管。取代了水银整流器和旋转变流机 组，标志着电力电子技术学科的诞生。
✓ 1974年，美国的W. Newell用图1的倒三角形 对电力电子学进行了描 述，被全世界普遍接受；
电子学
电力学
电力 电子学
连续、离散
控制 理论
图1 描述电力电子学的倒三角形
13.11.2020
北京交通大学电气工程学院
1-7
绪论
与电子学（信息电子学）的关系
✓都分为器件和应用两大分支 ✓器件的材料、工艺基本相同，都采用微电子
➢ 1922年：周波变换器原理(MEYER / HAZELTINE
电子技术，广义而言，也包
体制成，故也称电力半导体器 件。
✓电力电子技术变换的“电
力”，可大到数百MW甚至
括电力电子技术。
GW，也可小到数W甚至mW 级。
13.11.2020
北京交通大学电气工程学院
1-4
1.2 两大分支
绪论
✓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
✓变流技术（电力电子器件应用技术）
绪论
电力电子技术
Power Electronics
13.11.2020
1-1
第一章：绪论
绪论
1. 什么是电力电子技术（电力电子学）
2. 电力电子技术的发展史 3. 电力电子技术应用 4. 课程简介和要求说明
13.11.2020
北京交通大学电气工程学院
1-2
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 1.5 电能的基本变换形式
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
输出 输入
直流
交流
交流
整流
交流电力控制 变频、变相
直流Biblioteka 直流斩波逆变✓进行电力变换的技术称为 变流技术
13.11.2020
北京交通大学电气工程学院
1-6
1.3 与相关学科的关系
绪论
✓ 电力电子学 (Power Electronics)名称60年代 出现；
• 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
13.11.2020
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1-9
绪论
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
1947 1957 1970 1980 1990 2000 t(年)
电子管 问世
水银（汞 弧）整流 器时代
晶闸管时代
IGBT出现 功率集成器件
电力电子技术的发展史是以电力电子器件的发展史为纲的
13.11.2020
北京交通大学电气工程学院
1-14
绪论
2. 电力电子技术的发展史
• 史前阶段
➢ 1904年：发明电子管，开创了电子技术的先河。
13.11.2020
北京交通大学电气工程学院
1-15
绪论
电力电子技术的发展史（续）
• 史前阶段的重要事件
➢ 1896年：单相桥式整流电路 (POLLAK)
➢ 1897年：三相桥式整流电路(GRAETZ CIRCUIT)
➢ 1903年：相控整流原理
(THOMAS)
➢ 1904年：人类发明了电子管
➢ 1911年：金属封装水银整流器 ( SCHAFER)
AC
1整流器
DC 恒定直流电压或
直 流
• AC～AC 交流调压
可控直流电压
负
DC 3直流斩波器 DC
载
• AC～AC 交交变频
直流 电源
AC
DC
2逆变器
恒频恒压交流电或 变频变压交流电
交 流 负
AC 4交流斩波器 AC
载
5直接变频器
图2.2 电力变换类型
13.11.2020
北京交通大学电气工程学院
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