电力电子
电力电子技术及应用
电力电子技术及应用第一章电力电子技术的概述电力电子技术是指利用电子器件和电路技术，对电力进行变换、调节、控制和保护等处理的技术。
它既是电力系统的重要组成部分，又是电力工业中的核心技术之一。
电力电子技术是将电力与电子技术相结合的交叉学科，是研究电力驱动及其控制、电力变换及其调节等基础理论和应用技术，其主要应用领域包括电力系统、电力驱动、能量转换、新能源等。
第二章电力电子技术的基本理论电力电子技术的基本理论包括电力电子器件、电力电子电路、电力控制、电力调节等方面。
1. 电力电子器件电力电子器件是电力电路中的基础元件，包括晶闸管、功率晶体管、MOSFET管、IGBT管和二极管等。
其中晶闸管是最早被应用的电力电子器件，其功率比较大，但开关速度慢，一般用于直流电路中；功率晶体管、MOSFET管、IGBT管在开关速度和功率特性方面都得到了较大的提高，广泛应用于交流电路。
2. 电力电子电路电力电子电路是利用电力电子器件构成的一种特殊电路，主要包括直流-直流电路、直流-交流电路和交流-交流电路等。
直流-直流电路主要用于直流电源的升压、降压、变换和稳压等，是各种电力变换电路的核心部分；直流-交流电路主要用于交流电源的变换和调节，是各种交流电力驱动和照明装置的核心部分；交流-交流电路主要用于交流电动机的调速等。
3. 电力控制电力控制是指利用控制电路实现电力电子器件与电路的开关控制、脉宽调制、相位控制等，从而实现电力的调节和控制。
电力控制系统包括开关电源、逆变电源、直流调速、交流调速等，而控制策略主要包括脉宽调制、空间矢量调制等。
4. 电力调节电力调节是指通过电力电子技术对电力进行调节和变换。
其主要应用在变频调速、交流稳压、电动车充电等领域。
电力调节系统一般包括电源、滤波器、逆变器、负载等组成。
第三章电力电子技术的应用1. 电力系统电力电子技术在电力系统中广泛应用，主要包括无功补偿、市电汇流、直流输电等。
其中无功补偿系统是减小交流系统无功功率流的有效措施，可以提高电网的稳定性和可靠性，提高电力的使用率。
电力电子技术
图7.32 电压型交直交系统再生制动时的等值电路
38
电力电子技术 PWM整流器在可再生能源中的应用
– 可再生能源（风能、太阳能、潮汐发电、水 力发电等）不可控 ，不能直接并入电网 。
– 太阳能发电并网系统
TD1 TD3 TD5
L C
Salor Array
VDC
Lf
Cf
TD4
TD6
TD2
图7.36 太阳能发电并网系统原理图
18
电力电子技术
其它方面的应用
• 常规电源：不停电电源、开关电源、微机及仪器 仪表电源、航空电源、通信电源等。 • 专用电源：电化学电源、蓄电池充电放电、电子 模拟负载、电解水电源、交流电子稳 压电源、脉冲功率电源等； • 新型能源：如太阳能电池，风力发电等； • 节能： 如利用变频器调节电动机转速
30
电力电子技术
三、整流电路基本工作原理
• 整流——交流到直流的变换
– 不控整流（二极管） – 相控整流（晶闸管） – PWM整流（IGBT）
31
电力电子技术
相控整流电路的一般结构
• 主电路: －交流电源：工频电网或整流变压器
－滤波器：为保证电流连续
－负载：阻性负载、阻感负载、反电势负载等 • 控制电路：模拟控制、数字控制、单片机、DSP
32
电力电子技术
单相桥式全控整流电路
• 工作原理（正半周）
ud
0 π
2 π
－ωt＝：发脉冲，T1T4导通
－ωt＝π：iT1=iT4=Id，T1T4仍然 导通，T2T3承受正电压
Ud
ωt
a
i2
u2 u2
i2 Id
u2
－ωt ＝π＋：T2T3导通，T1T4
电力电子基础知识归纳
电力电子基础知识归纳
1. 电力电子的定义
电力电子是一门关于控制和转换电能的学科，研究通过电子器件和电子控制实现电能的有效转换和控制。
2. 电力电子器件
2.1 双向开关器件
- MOSFET（金属氧化物半导体场效应晶体管）
- IGBT（绝缘栅双极晶体管）
2.2 单向开关器件
- 可控硅（SCR）
- 双向可控硅（GTO）
- 快速开关二极管（FRED）
- 二极管
3. 电力电子应用领域
3.1 变频器
变频器是一种通过改变电源频率来控制电机转速的装置，广泛应用于工业驱动运动控制等领域。
3.2 逆变器
逆变器是一种将直流电能转换为交流电能的装置，用于太阳能发电、电动车等领域。
3.3 交流调压器
交流调压器是一种能够调节交流电压的装置，常用于家庭和办公室电器的稳压供电。
4. 电力电子系统的优势
- 高效率：电力电子系统能够提高能源利用效率，减少能源浪费。
- 高精度：电力电子系统可以实现精确的电能控制和调节。
- 可靠性：电力电子系统具有较高的可靠性和稳定性。
以上是对电力电子基础知识的简要归纳，希望对您有所帮助。
如需更详细的信息，请参考相关教材和资料。
电力电子技术_基础知识
电力电子系统集成化研ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ成为热点，目前主要集中
于电力电子器件与控制电路的集成、磁性元件的集 成两大块。
三、电力电子技术的应用
电源
弧焊电源 电解、电镀电源 不停电电源（UPS） 恒频恒压电源 直流开关电源 充电电源 感应加热电源 脉冲电源、激光电源 。。。
数码产品广泛应用各类开关电源
新能源应用
风能、太阳能、潮汐能、地热能等应用
电网电源常见问题波形示意图
未来电力系统将大量应用电力电子 技术以提高电力品质和供电效率
风力、太阳能发电系统
风力发电
太阳能发电
三、电力电子技术的应用
照明
各类气体放电灯 电子镇流器 LED照明驱动器
西湖夜景
杭州湾大桥
集中运行中心
面向军事应用领域举例
电力电子技术与电能控制的关系
一、什么是电力电子学
典型的电力电子系统
电流采样
二、电力电子技术的发展与现状
电力电子器件的进步推动电力电子学的变革发展
1957年通用电气公司发明晶闸管，标志着电力电子技术的 诞生，相控变换技术广泛应用；
20世纪70年代后期，GTO、GTR、P-MOSFET迅速发
展，PWM控制技术推广应用； 20世纪80年代后期，IGBT开始推广应用，大功率变换进
入以IGBT+PWM技术为主流的时代；
20世纪90年代，为降低器件开关损耗，软开关技术开始推 广应用；
二、电力电子技术的发展与现状
进入21世纪以后
为了实现高频和低 EMI 的大功率变换，多电平变换 技术逐步推广应用；
船用操作变流器模块
配电模块
燃料电池
《电力电子技术》学习资料
《电力电子技术》学习资料概述本文档旨在提供关于电力电子技术的研究资料，帮助读者了解该领域的基本概念和原理。
1. 电力电子技术简介- 电力电子技术是指利用电子器件和电力技术，将电能进行控制、变换和传输的技术领域。
- 电力电子技术广泛应用于电力系统、工业控制、电动车辆、电力传输等领域。
2. 电力电子技术的重要原理与器件2.1 可控硅器件- 可控硅器件是电力电子技术中最基本的器件之一。
- 可控硅器件可以实现对电能的方向、大小以及周期进行控制，广泛应用于电动机控制、电能变换等领域。
2.2 逆变器与变频器- 逆变器用于将直流电转换为交流电，常用于太阳能发电系统、UPS系统等。
- 变频器用于控制交流电机的转速和转矩，广泛应用于变频空调、工业驱动等领域。
2.3 共模电路- 共模电路用于电力系统的滤波和隔离。
- 共模电路能够有效抑制电力系统中的干扰信号和电磁波。
2.4 光伏逆变器- 光伏逆变器是将光伏电池所产生的直流电转换为交流电的装置。
- 光伏逆变器广泛应用于太阳能发电系统，为电网注入可再生能源。
3. 电力电子技术的应用3.1 电力系统- 电力电子技术在电力系统中起到重要作用，可以实现电力的传输、分配和控制。
- 电力电子技术能够提高电力系统的稳定性和效率。
3.2 工业控制- 电力电子技术在工业控制中应用广泛，如电动机控制、自动化生产线等。
- 电力电子技术可以实现对电力的精确控制和调节。
3.3 电动车辆- 电力电子技术是电动车辆关键技术之一。
- 电力电子技术可以实现电动车辆的电能转换和控制，提高能源利用效率。
3.4 可再生能源- 电力电子技术在可再生能源的应用中起到重要作用。
- 电力电子技术可以将风能、光能等可再生能源转换为可用的电能，推动可再生能源的开发利用。
总结本文档介绍了电力电子技术的基本概念、重要原理与器件，以及其在电力系统、工业控制、电动车辆和可再生能源中的应用。
通过学习电力电子技术，读者可以更深入了解和应用这一领域的知识。
电力电子技术知识点总结
电力电子技术知识点总结一、电力电子器件1. 晶闸管：晶闸管是一种具有双向导电性能的电子器件，可以控制大电流、大功率的交流电路。
其结构简单，稳定性好，具有一定的可逆性，可用作直流电压调节元件、交流电压调节元件、静止开关、逆变器等。
2. 可控硅：可控硅是一种具有双向导电性的半导体器件，具有控制开关特性，可用于控制大电流、大功率的交流电路。
可控硅具有可控性强，工作稳定等特点，适用于电力调节、交流电源、逆变器等领域。
3. MOSFET：MOSFET是一种以金属氧化物半导体栅极场效应晶体管为基础的器件，和普通的MOS晶体管相比，MOSFET在导通电阻上有较低的压降、耗散功率小、寄生电容小、开关速度快等优点，适用于开关电路、逆变器、电源调节等领域。
4. IGBT：IGBT是一种继承了MOSFET和双极晶体管的特点的半导体器件，具有高阻塞电压、低导通压降、大电流、耐脉冲电流等特点，适用于高频开关电路、变频器、电源逆变器、电机调速等领域。
5. 二极管：二极管是最基本的电子元件之一，具有正向导通和反向截止的特点，广泛用于整流、短路保护、开关电源等方面。
以上所述的电力电子器件是电力电子技术的基础，掌握了这些器件的特性和应用，对于电力电子技术的学习和应用具有重要的意义。
二、电力电子拓扑结构1. 变流器拓扑结构：变流器是电力电子技术中的一种重要装置，用于将直流电转换为交流电或者改变交流电的频率、电压和相数等。
常见的变流器拓扑结构包括单相全桥变流器、三相全桥变流器、单相半桥变流器、三相半桥变流器等。
2. 逆变器拓扑结构：逆变器是电力电子技术中的一种重要装置，用于将直流电转换为交流电，逆变器可以选择不同的拓扑结构和控制策略，以满足不同的电力系统需求。
常见的逆变器拓扑结构包括单相全桥逆变器、三相全桥逆变器、单相半桥逆变器、三相半桥逆变器等。
3. 母线型柔性直流输电系统：母线型柔性直流输电系统是一种新型电力电子系统，用于将大容量的交流电转换为直流电进行长距离输电。
电力电子
1.电力电子技术就是使用电力电子器件对电能进行变换和控制的技术。
电力有交流和直流两种。
从公共电网直接得到的电力是交流，从蓄电池和干电池得到的电力是直流。
交流变直流（AC-DC）直流变交流（DA-AC）直流变直流（DC-DC）交流变交流（AC-AC）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。
电力电子技术分为电力电子器件制造技术和交流技术（电力电子器件的应用技术——包括电力电子器件构成各种电力变换电路和对这些电路进行控制的技术，以及由这些电路构成电力电子装置和电力电子系统的技术）。
在信息电子技术中，半导体器件即可处于放大状态，也可处于开关状态；而在电力电子技术中，为避免损耗功率过大，电力电子器件总是工作在开关状态。
电力电子技术的诞生是以1957年美国通用电气公司研制出第一个晶闸管为标志的。
2.在电气设备或电力系统中，直接承担电能的变换或控制任务的电路被称为主电路。
电力电子器件是指可直接用于处理电能的主电路中，实现电能的变换或控制的电子器件。
广义上电力电子器件也可分为电真空器件和半导体器件两类。
电力电子器件的特征：1）所能处理电功率的大小，也就是其承受电压和电流的能力，是其最重要的参数，一般都远大于处理信息的电子器件。
2）为了减小本身的损耗，提高效率，一般都工作在开关状态。
3）由信息电子电路来控制,而且需要驱动电路。
4）自身的功率损耗通常仍远大于信息电子器件，在其工作时一般都需要安装散热器。
通态损耗是电力电子器件功率损耗的主要成因。
电流驱动型：通过从控制端注入或者抽出电流来实现导通或者关断的控制。
电压驱动型（场控器件或场效应器件）：仅通过在控制端和公共端之间施加一定的电压信号就可实现导通或者关断的控制。
脉冲触发型：通过在控制端施加一个电压或电流的脉冲信号来实现器件的开通或者关断的控制。
电平控制型：必须通过持续在控制端和公共端之间施加一定电平的电压或电流信号来使器件开通并维持在导通状态或者关断并维持在阻断状态电力电子器件按照器件内部的电子和空穴两种载流子参与导电的情况：单极型器件，双极型器件，复合型器件。
《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
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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。
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一、填空题。
在题中“ ”处填上答案。
（本大题共9小题，每空1分,共14分）
1、 如某晶闸管的正向阻断重复峰值电压为745V ，反向重复峰值电压为825V ，则该
晶闸管的额定电压应为________________。
2、 在所学过的器件中，___________最适合在小功率、高开关频率的场合。
3、 采用_____________是电力电子装置中最有效、应用最广的一种过电流保护措施。
4、 0
180导电方式的三相桥式电压型逆变电路，换相是在同一相的上、下两个开关元
件之间进行的，属于__________换流。
5、 正弦脉宽调制中，调制信号常采用________________波形，而载波信号常用
_________波形。
6、并联谐振式逆变电路的换流方式属于_____________________。
6、 载波信号和调制信号不保持同步的调制方式称为_______________________。
7、 一个单相全控桥式整流电路，交流电压有效值为220V ，流过晶闸管的电流有效
值为15.7A ，则这个电路中晶闸管的额定电压为 ；晶闸管的额定电流为 。
（不考虑安全裕量）
8、 BUCK 降压斩波电路中，已知d U =50V , L 、C 值极大，R=20Ω。
采用脉宽调
制控制方式，当50 , 25on T s t s μμ==时，输出电压平均值0U =____________，输出电流平均值0I =__________。
9、三相桥式全控整流电路中,必须对应导通的两个晶闸管同时加触发脉冲,可采用_________脉冲和____________脉冲来实现.
二、是非题（本大题共8小题，每题2分, 总计16分）注: 错误的题目需要改正.
1、晶闸管、双向晶闸管及门极可关断晶闸管都属于半控型器件。
（ ）
2、IGBT 相比MOSFET ，具有通态压降大，耐高压、大电流的特点。
（ ）
3、有源逆变指的是把直流电能转变成交流电能送给负载。
（ ）
4、变压器漏抗使整流电路和有源逆变电路的输出电压幅值均减小。
（ ）
5、在有源逆变电路中，最小逆变角βmin 一般在10º-15º的范围合理内。
( )
6、交流调压和交流调功电路的控制方式相同，都采用相控方式。
（ ）
7、载波比K 是PWM 的主要参数。
设正弦调制波的频率为f r ，三角波的频率为f c ，
则载波比表达式为K=f r /f c 。
（ ）
8、设置补偿电容可以提高变流装置的功率因数。
（ ）
三、简答题（本大题共5小题，每题4分,总计20分）
1、请写出晶闸管的导通条件，如果要是导通的晶闸管关断，写出两种具体方法（4
2、单相全波整流电路，由一只晶闸管与一只整流二极管组成。
已知
2200,45
U Vα
== ,请完成以下两个波形。
（4分）
3、在单相全控桥式整流电路中，若
2220,100,2
U V E V R
===Ω，当逆变角0
30
β=时，能否实现有源逆变？为什么？（4分）
4、影响整流电路功率因数的两个因素是什么？如何改善功率因数？（4分）
5、交流调压与交流调功电路有什么异同点？（4分）
四、分析计算题（共50分,须有简单计算过程)
１、（10分）单相桥式全控整流电路，要求输出能在20~90V之间可调，负载电阻为5Ω，输入电压U2=220V，试求：
a）晶闸管的移相范围。
b）晶闸管的额定电压和额定电流（考虑2倍余量后，电压按100V、电流按10A等级取值）。
c）负载消耗的最大功率。
d）最大功率因数。
２、（10分）三相桥式全控整流电路，反电动势阻感负载。
已知输入电压U2=220V，R=1Ω，L=∞，变压器漏抗L B=1mH,E=200V，试求α=60°时：
a）不考虑变压器漏抗时的，输出电压平均值U d和负载电流I d。
b）考虑变压器漏抗时的，输出电压平均值U d、负载电流I d及换相重叠角γ。
３、（10分）设计一个Boost升压斩波电路，要求输入直流电压U d=3V，输出直流电压U o=15V，输出电流为2A，开关频率f=120KHz。
试求：
a)当纹波电流要求小于0.01A时，电感的最小取值？
b)如要求输出的纹波电压ΔU<10mV，电容值至少取多大？
４、（10分）电压型三相桥式逆变电路，感性负载，Y型接法，采用方波输出控制方式。
已知：直流电压U d=200V，逆变频率f o=100Hz，R=50Ω，L=10mH，试求：
输出线电压有效值U UV及基波有效值U UV1。
a）负载线电流的基波有效值I01和5次谐波有效值I05。
b）输出线电压总谐波系数THD。
5、(10分）有一单相调压电路，U2=220V，f=50Hz，L=5.516mH，R=1Ω。
a)控制角的移相范围和可正常调压范围内的电流最大值。
b)最大输出有功功率和功率因数？。