现代电力电子技术
现代电力电子技术

uL
u2
E
+
-
触发电路产生的触发脉冲须满足下列要求: 足够的功率; 一定的宽度; 与主电路同步; 一定的移相范围。
产生的方式: 单结晶体管触发电路; 集成触发电路。
1
2
第3节 晶闸管触发电路
一、单结晶体管触发电路
等效电路
E
B2
B1
RB2
RB1
管内基极 体电阻
E
(发射极)
B2
(第二基极)
当 L >> R时, ILT在整个周期中可近似 看做直流。
5
晶闸管的中电流
IT =
IT =
平均值:
有效值:
晶闸管的选择
晶闸管电压 > (1.5 ~ 2)U2M
晶闸管电流
> (1.5)×
二、单相桥式半控整流电路
1、
电阻性负载桥式可控整流电路
(1)电路及工作原理
u2 > 0的导通路径:
u2 (A)
三、 特性与参数
1、特性
U
I
URSM
UFSM
URRM
IH
UFRM
IF
IG1=0A
IG2
IG3
IG3
IG2
IG1
>
>
正向
反向
2、主要参数
UFRM:
正向断态重复峰值电压。(晶闸管耐压值。 一般取 UFRM = 80% UFSM 。普通晶闸管 UFRM 为 100V~3000V)
URRM:反向重复峰值电压。(控制极断路时, 可以重复作用在晶闸管上的反向重复电 压。一般取URRM = 80% URSM。普通晶 闸管URRM为100V~3000V)
现代电力电子技术课程设计

现代电力电子技术课程设计介绍电力电子技术被广泛应用于现代工业生产、家庭用电和交通运输等方面。
因此,现代电力电子技术课程设计是电力工程专业的核心课程之一。
本文将介绍一种基于硬件和软件的电力电子课程设计,学生可以在课程中了解电力电子技术的基本原理和应用。
实验目的通过课程设计,学生应能掌握以下知识和能力:•了解电力电子技术的基本原理和应用;•熟悉电力电子硬件设备的搭建和使用;•掌握基于软件的电力电子控制方法;•能够完成基于电力电子技术的实际工程项目。
实验设备本次课程设计所需硬件设备如下:•变频调速控制器;•电机模拟负载;•相变器;•电容电压采样电路;•行波管电磁管;软件设备:•MATLAB/Simulink仿真软件。
实验内容选定一个具体的电力电子应用场景,例如交流电机的调速控制。
根据实际需求,设计和实现一个电力电子系统,包括硬件和软件两部分。
其中,硬件部分主要包括变频调速控制器、电机模拟负载、相变器、电容电压采样电路和行波管电磁管等,软件部分主要包括基于MATLAB/Simulink的控制算法设计。
实验具体步骤如下:1.搭建硬件设备搭建电力电子硬件设备,连接好所有器件,确定所有元件的工作状态。
变频调速器的输出需要用直流电压给相变器,经过相变器相位控制后,得到所需的交流电压输出给模拟电机负载。
电容电压采样电路与控制板需要连接好,以获取控制信号并输出到行波管电磁阀控制端口。
完成硬件连接后进行设备检测,确保所有器件均正常工作。
2.编写Simulink模型根据实际场景和需求,设计一个Simulink模型,使用PID控制算法为变频调速器提供控制信号。
在Simulink中分别设置输入、输出和控制算法,确保所有参数设定正确,且控制算法具有良好的控制效果。
3.模型仿真将Simulink模型与搭建好的硬件设备连接,进行系统仿真。
通过调整PID参数,检验仿真效果与控制性能。
如果仿真结果不理想,则重复调整控制算法和参数,以达到更好的控制效果。
电力电子技术的新进展及其应用

电力电子技术的新进展及其应用电力电子技术是当今社会中非常重要的一个领域。
近年来,随着科技的不断进步和人们对环保、节能和高效的需求不断提高,电力电子技术也在不断发展与创新。
本文旨在介绍电力电子技术的新进展以及其在现代社会中的应用。
一、电力电子技术的新进展1、新型IGBT模块的研发IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)是电力电子技术中非常重要的一种器件,广泛应用于交流变直流、电机控制、变频调速等领域。
为提高IGBT模块的效率和稳定性,在多项研究中,人们开始关注IGBT模块的结构、工艺和材料等方面的改进。
一种新的IGBT模块是全极面键合技术(full-surface wire bonding technology)制造的。
与传统机械键合技术相比较,全极面键合技术能够提供更大的可靠性和更强的耐久性,其结构也更为简单,更容易集成其他模块或器件。
同时,全极面键合技术也能够提供更高的解决方案种类,以及单一模块上高达12个IGBT芯片的压缩。
这种新型IGBT模块的问世极大程度地提高了电力电子设备的效率与可靠性。
2、新型功率半导体器件的应用功率半导体器件是电力电子技术中最常用的器件之一。
最近在这方面的研究中,可以看到针对某些特殊的应用场合,出现了一些新型的功率半导体器件。
例如,一款新型的硅基氮化镓(GaN)晶体管已经被研制出来,该器件相比传统硅制器件具备更高的开关速度、更高的工作频率、更低的开关噪声、更高的开关效率和更低的导通电阻等优点。
这种器件还能够在800V DC电压、15A的高压、高温环境下稳定工作。
这种新型功率半导体器件的应用,大大提高了电力电子设备的创新能力和发展速度。
二、电力电子技术的应用1、交流变直流电源在交流变直流电源的应用方面,在工业制造和家庭用电方面都有广泛的应用。
利用交流斩波技术,交流电源可以转化成稳定的直流电源,从而为电子设备的正常功能提供电力支持。
电力电子技术的研究与应用

电力电子技术的研究与应用在现代社会中,电力电子技术已经成为了一个不可或缺的技术领域。
它通过将现代电子技术与传统电力技术相结合,实现了能量的高效转换与控制。
电力电子技术在发电、输电、配电、控制和使用等多个领域都发挥着重要的作用,并已经深入到人们的日常生活之中。
电力电子技术的研究重点是研究电力电子器件、电力电子系统的设计、控制策略等方面。
在电力电子器件方面,现代科技已经发明了具有高电压、高电流特性的大功率半导体器件,如IGBT、GTO、MOSFET等,它们可用于直流输电、交流输电、直流驱动变速、逆变电源等领域。
同时,电力电子技术也研究和探索不同的拓扑结构设计,如单级逆变器变成多级逆变器,LC滤波改成多电平滤波等等,以达到更好的能量效率和控制性能。
电力电子技术的研究中还包括控制策略的研究。
控制策略是在电力电子系统中实现功能的通用方法。
针对不同的应用场合,研究人员可以开发出不同的控制策略,如PI控制、模型预测控制、自适应控制等等。
通过这些控制方法,可以确保电力电子器件和系统的稳定运行,并且提升其控制精度和效率。
除了在研究阶段,电力电子技术在实际应用中也发挥着重要作用。
首先,电力电子技术可以提高能源利用效率。
在太阳能、风能等可再生能源领域,电力电子技术通过降低变流器的损耗,提高能量传输效率,从而控制能耗成本。
其次,电力电子产品的应用已经深入到了人们的生产生活之中。
比如随着电动汽车的普及,电力电子技术的应用不断扩大,智能化技术将在BMS系统、驱动系统、充电桩等方面得到更广泛的应用。
另外,电力电子技术在电力系统中也有广泛的应用,比如钳位型电网、可控智能补偿及传输架构等等,这些技术的应用将电力系统的安全、可靠保障和智能化构建带来了离不开的作用。
总体来看,电力电子技术的研究和应用,对节能减排、能源利用效率提升、垃圾资源化、绿色发展等具有重要的推动作用。
如今,伴随着科技的不断发展和人们对能源利用效率的追求,电力电子技术的应用前景仍然广阔,它将继续在国民经济和社会发展中发挥着越来越重要的作用。
现代电力电子技术第五讲

反并联二极管为其提供释放能量的通道
反并联二极管后,只要负载两端电压
(直流侧)低于交流侧两端电压值,则二 极管导通(正半周期VD1、VD4导通,负半 周期VD2、VD3导通),全控型器件被旁路, 整流工作状态与二极管整流电路完全相同, 对全控型器件进行PWM控制失去作用。只 有在直流侧电压Ud 大于交流侧电压时,二 极管才不会导通,全控型器件组成的桥式 电路才可以正常工作,故为升压整流。
矩阵式变频电路拓扑
Ua
Ub
UC
Sau
Sbu
SCU
UU
Sav
Sbv
Scv Uv
Saw
Sbw
SCW
UW
图5.38 三相矩阵式变频电路
图5.39 一种双向开关单元
在任一时刻,输出三相中的任一相都可以通 过交流开关与三相电源的任一相连接 。以U相为 例,可以通过Sau、Sbu 、SCU的通断控制使UU等 于Ua 、Ub 或者UC,但三个开关同时只能有一个 导通,否则会造成电源短路。这样输出UU 就是由 输入电源Ua 、Ub 、UC三相电压的片段组合而成, 只要开关频率足够高。选择合适的导通时刻与合 适的导通时间,UU就可以为预期所希望输出频率 的交流电了。
现代电力电子技术 第五讲
PWM变流电路
基本的PWM变流电路: PWM逆变电路 直流斩波电路 PWM整流电路 矩阵式变频电路
5.1 PWM逆变电路 应用PWM控制技术的逆变电路
5.1.1 单相桥式PWM逆变电路 单极性控制、双极性控制
电路结构
+
VT1
VD1 VT3
VD3
RL
现代电力电子技术的发展趋势及应用分析

现代电力电子技术的发展趋势及应用分析摘要:科技在迅猛发展,社会在不断进步,随着智能电网的发展与进步,使得信息化、自动化以及数字化的技术应用空间越来越大。
电力电子是建设智能化电网的基础所在,也是满足NB-IoT市场经济发展的重要技术所在。
因此,为了满足社会的发展,就需要对电力系统进行全面改革,使先进的电力电子技术应用到智能电网中。
关键词:电子技术;发展趋势;应用引言开展电力电子化新一代电力系统动态问题研究是保障电网安全稳定运行的重大需求。
装备是构成电力系统的基本要素,装备变革意味着客观研究对象的变革。
装备动态特性的变化意味着电力系统动力学现象及机理的变化,传统电力系统动态问题基础理论和关键技术的适应性面临重大挑战,装备替代的量变势将引起系统动态问题的质变。
开展新一代电力系统动态问题的研究是电网运行的迫切和重大的需求。
1基本概念首先针对电子技术,该项技术主要依靠电子设备对电力进行控制,可实现电力开闭控制、转换控制等,故在不同的控制要求下,电子技术又可以分为多种形式,诸如电力技术、转换器技术等。
因此本质上可以将电子技术视作一种元件控制技术,能够通过电力供给与切断、电力类型转换、电力强弱调整等方式使元件作出对应的动作,促使电气装置依照用户需求运作,实现控制目的。
同时电子技术在元件控制中会生成对应的数据,即电力数据,依照电力数据可知当前电力运作是否正常,也能判断电力的故障、安全水平等,便于及时处理异常,保障电力运作稳定。
其次针对电气控制,此概念的主要意义在于开发电气能源的利用价值,诸如利用弱电控制强电,再通过强电控制设备,最后设备运作满足需求,且随着控制技术的发展,电气控制不仅实现了自动化运作,控制对象也越来越多,故电气控制能够满足人们在生活或工作中的多种需求。
关于电气控制的自动化原理,从当前技术角度出发,主要是利用信号收发装置连接计算机与电气控制系统,用户可以从计算机上拟定指令,并发出信号,信号将被收发装置接收,随即发送给电气控制系统的控制单元,该单元将依照信号指令逐步控制设备,待指令执行完毕,控制目的达成。
现代电力电子技术第1章(Introduction 4h)

关断时正向电流降为零到完全恢复对反向电压阻断能力时间。
浪涌(Surge)电流IFSM 指电力二极管承受最大连续一个或几个工频周期过电流。
哈工大(威海)自动化研究所
1.1 传统电力电子器件介绍 ---功率整流管
4. 主要类型
普通二极管
又称整流二极管,用于开关频率不高(1kHz以下)整流电路中。反 向恢复时间较长,在5S以上,正向电流定额和反向电压定额分别 可达数千安和数千伏以上。
DC-DC,AC-AC 相位控制
变流电路 控制技术
周波控制 调制控制
哈工大(威海)自动化研究所
§1.1 电力电子器件发展历程
20世纪初 电子管 电子技术 诞生 电力电子技术诞生 整流技术发展 现代电力电子技术 逆变技术发展 21世纪 广泛应用时代
哈工大(威海)自动化研究所
20世纪50年代
SCR 20世纪70年代 GTO,GTR,MOS 20世纪90年代 IGBT
通态电流临界上升率。
哈工大(威海)自动化研究所
1.1 传统电力电子器件介绍 ---普通晶闸管 4.主要派生器件
(1)快速晶闸管FST
包括快速晶闸管和高频晶闸管,分别应用于400Hz和
10kHZ以上斩波或逆变电路;
开关时间及du/dt和di/dt耐量明显改善:关断时间(普 通晶闸管数百微秒,快速晶闸管数十微秒,高频晶闸管 10微秒); 与普通晶闸管相比,高频晶闸管电压和电流定额不高;
1.1 传统电力电子器件介绍 ---普通晶闸管 (4)光控晶闸管LTT 利用一定波长的光照信号触发导通; 光缆装有作为触发光源的发光二极管或半导体激光器;
保证主控电路的绝缘,避免电磁干扰影响;
高压大功率场合,如HVDC输电和HV核聚变装置占重要地位。
电力电子设备新技术及应用

电力电子设备新技术及应用一、引言随着电力电子技术的迅猛发展和全球环保意识的增强,电力电子设备越来越受到人们的重视。
作为现代工业化生产的重要支撑,电力电子设备的新技术及应用将在工业化、城市化、智慧化等方面发挥重大作用。
二、新技术1.半导体器件技术随着半导体技术的不断创新,半导体器件的性能得到了很大提高。
目前,IGBT、MOSFET、SiC等功率半导体器件已经成为电力电子设备的主要组成部分,其无磁场控制、低损耗、高控制精度、小体积等优点促进了电力电子设备的发展。
2.磁性元件技术电力电子设备中大量使用的磁性元件,传统的变压器、电感等元件制造成本高、重量大、体积大,对系统的稳定性、效率、品质等方面的影响也很大。
目前,采用新型的磁性材料、新工艺的磁性元件,如钠镁铁氧体、软磁合金材料等,可以有效地降低电力电子设备的成本和体积,提升设备的效率和品质。
3.控制技术电力电子设备中的控制技术对设备的性能和稳定性具有重要影响,如电压控制、电流控制、功率控制等。
目前,采用数字控制技术、信号处理技术和通讯技术等,可以实现更加智能化和自动化的电力电子设备控制。
三、应用场景1.新能源随着新能源的发展,电力电子设备成为新能源领域的重要组成部分。
如风力发电、太阳能发电系统中的逆变器、整流器等电力电子设备,其能够将直流电转换成交流电,提供了给电网稳定、高品质的电能。
2.工业控制电力电子设备在工业控制中的应用范围也越来越广泛。
如变频器、伺服系统等的控制,采用电力电子器件和控制技术,可以实现对电机运行的精细控制和高效转换,提升工业生产的效率和品质。
3.家用电器随着智能家居的发展,电力电子设备在家用电器中的应用必将越来越广泛。
如电视、冰箱、空调等家用电器的控制,可以通过采用电力电子器件和控制技术,实现更加智能化、节能化的家居生活。
四、结论电力电子设备的新技术和应用,不仅推动了工业、城市化、智慧化等方面的发展,也促进了电力系统的高效、稳定和可靠运行。
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现代电力电子技术第1次作业
二、主观题(共12道小题)
11.电力电子技术的研究内容?
答:主要包括电力电子器件、功率变换主电路和控制电路。
12.电力电子技术的分支?
答:电力学、电子学、材料学和控制理论等。
13.电力变换的基本类型?
答:
包括四种变换类型:(1)整流AC-DC
(2)逆变DC-AC
(3)斩波DC-DC
(4)交交电力变换AC-AC
14.电力电子系统的基本结构及特点?
答:
电力电子系统包括功率变换主电路和控制电路,功率变换主电路是属于电路变换的强电电路,控制电路是弱电电路,两者在控制理论的支持下实现接口,从而获得期望性能指标的输出电能。
'
15.电力电子的发展历史及其特点?
答:主要包括史前期、晶闸管时代、全控型器件时代和复合型时代进行介绍,并说明电力电子技术的未来发展趋势
16.电力电子技术的典型应用领域?
答:介绍一般工业、交通运输、电力系统、家用电器和新能源开发几个方面进行介绍,要说明电力电子技术应用的主要特征。
17.电力电子器件的分类方式?
答:
电力电子器件的分类
(1)从门极驱动特性可以分为:电压型和电流型
(2)从载流特性可以分为:单极型、双极型和复合型
(3)从门极控制特性可以分为:不可控、半控及全控型
18.晶闸管的基本结构及通断条件是什么?
答:晶闸管由四层半导体结构组成,是个半控型电力电子器件,导通条件:承受正向阳极电压及门极施加正的触发信号。
关断条件:流过晶闸管的电流降低到维持电流以下。
19.维持晶闸管导通的条件是什么?
答:流过晶闸管的电流大于维持电流。
20.对同一晶闸管,维持电流I H与擎住电流IL在数值大小上有I L______I H。
答:I L__〉____I H
21.整流电路的主要分类方式?
答:
按组成的器件可分为不可控(二极管)、半控(SCR)、全控(全控器件)三种;
按电路结构可分为桥式电路和半波电路;
按交流输入相数分为单相电路和三相电路。
22.单相全控桥式整流大电感负载电路中,晶闸管的导通角θ=________。
答:180º
现代电力电子技术第2次作业
二、主观题(共12道小题)
11.单相全控桥式整流阻性负载电路中,晶闸管的移相范围________。
答:0-180º
12.有源逆变产生的条件之一是:变流电路输出的直流平均电压Ud的极性必须与整流时输出的极性___ ________,且满足|Ud|<|Ed|。
答:相反
13.
答:1 4.
答:1 5.
答:1 6.
答:
17.直流斩波器的工作原理是什么?
答:通过控制电路周期性地对DC/DC变换主电路的电力电子器件快速通断控制,将输入的直流电压斩
成一系列幅值相等的脉冲电压,改变脉冲列的脉冲宽度或频率,并经过LC低通滤波器处理以后实现对输出电压平均值的调节。
18.直流斩波器的控制方式是什么?
答:
直流斩波器的控制方式
(1)定频调宽
(2)定宽调频
(3)调频调宽
瞬时值控制和平均值控制
19.整流斩波器的基本组成元件是什么?
答:电力电子器件、电感和电容组成
2
0.
答:
2 1.
答:
22.
答:
现代电力电子技术第3次作业
一、主观题(共12道小题)
1.电源为220V的单相反并联交流调压电路对1.5Ω的电阻负载进行调压求控制角为30º时,负载上的电压有效值U O、电流有效值I O和功率因数λ。
答:
2.无源逆变和有源逆变的区别?
答:有源逆变是把直流电能逆变成交流电能后送给电网;
无源逆变是把直流电能逆变正交流电能后送给负载;
3.无源逆变的基本类型包括哪些?
答:
从相数角度:单相逆变及三相逆变电路
从直流电流的性质角度:电压源型和电流源型逆变电路
从输出波形的特征角度:矩形波和脉宽调制波逆变电路
从电路结构的角度:桥式及零式逆变电路
从导通角大小的角度:120度及180度导通型逆变电路
4.电力电子器件的换流方式包括哪些?
答:器件换流、电网换流、负载换流和强迫换流。
5.电压型无源逆变电路和电流型无源逆变电路的区别?
答:
(1)电压型无源逆变电路直流侧接大电容滤波,输出电压为方波交流,输出电流的波形与负载性质有关;电流型无源逆变电路直流侧接大电感滤波,输出电流为方波交流,输出电压的波形与负载性质有关。
(2)电压型无源逆变电路各逆变开关管都必须反并联二极管,以提供之后的感性负载电流回路;电流型无源逆变电路各逆变开关管不需反并联二极管,但是应在负载两端并联电容,以吸收换流时负载电感中的储能。
6.正弦脉宽调制技术的原理?
答:正弦脉宽调制技术是把正弦波调制成一系列幅值相等,宽度按正弦规律变化的脉冲列来等效获得负载所需要的正弦波形。
7.单极型调制和双极型调制的区别?
答:
(1)单极性调制是指逆变器输出的半个周期中,被调制成的脉冲输出电压只有一种极性,正半周为+Ud和零,负半周为-Ud和零。
(2)双极性调制是指逆变器输出的每半个周期中都被调制成+/-Ud之间变化的等幅不等宽的脉冲列。
8.同步调制和异步调制的区别?
答:异步调制:载波频率与调制波频率变化不一致;
同步调制:载波频率与调制波频率同步变化;
9.
答:
1
0.
答:
11.电力电子技术的定义和作用?
答:电力电子技术是研究利用电力电子器件实现电能变换和控制的电路,内容涉及电力电子器件、功率变换技术和控制理论,作用是把粗电变成负载需要的精电。
12.双极型器件和单极型器件的特点与区别?
答:双极型,电流驱动,通流能力很强,开关速度较低,所需驱动功率大,驱动电路复杂;
单极型,电压驱动,开关速度快,输入阻抗高,热稳定性好,所需驱动功率小而且驱动电路简单。
现代电力电子技术第4次作业
一、主观题(共10道小题)
1.GTO和普通晶闸管同为PNPN结构,为什么GTO能够自关断,而普通晶闸管不能?
答:GTO是多胞结构,门极和阴极的电阻小,并且GTO胞元工作时处于浅度饱和状态,从而可以采取向外抽电流方式使GTO关断。
2.可关断晶闸管(GTO)的电流关断增益βoff的定义式为βoff=______。
答:βoff=I ATO/I GM
3.图1-1中阴影部分为晶闸管处于通态区间的电流波形,各波形的电流最大值均为Im,试计算各波形的电流平均值Id1、Id2、Id3与电流有效值I1、I2、I3。
答:
4.如果不考虑安全裕量,问100A的晶闸管能送出的平均电流Id1、Id2、Id3各为多少?这时,相应的电流最大值 Im1、Im2、Im3各为多少?
答:
5.有源逆变的条件是什么?
答:
实现的条件是基于相控整流电路形式,满足:
(1)负载侧存在直流电势,并且直流电势的绝对值大于整流输出电压的绝对值;
(2)晶闸管的触发角大于90度;
6.半控能否用于有源逆变,为什么?
答:半控桥不能用于有源逆变,因为半控桥整流输出电压始终大于零。
7.
答:
8.在可控整流的负载为纯电阻情况下,电阻上的平均电流与平均电压之乘积,是否等于负载功率?为什么?
答:
压平均值的乘积是否等于负载功率?为什么?
答:负载功率等于电流平均值与电压平均值和乘积,P=Pd。
因为,虽然Ud的波形存在谐波分量,但id是恒定的直流,没有谐波分量,而功率是同次谐波电压、电流的乘积,所以,负载功率等于电流平均值
与电压平均值的乘积,即P=Pd。
10.某单相可控整流电路给电阻性负载供电和给反电动势负载蓄电池充电,在流过负载电流平均值相同的条件下,哪一种负载的晶闸管额定电流应选大一点?为什么?
答:。