电力电子技术概述
电力电子技术概述PPT课件
电力电子技术概述PPT课件•电力电子技术基本概念•电力电子器件•电力电子变换技术•电力电子系统分析与设计•典型应用案例剖析•发展趋势与挑战01电力电子技术基本概念它涉及到电力、电子、控制等多个领域，是现代电力工业的重要组成部分。
电力电子技术的核心是对电能进行高效、可靠、可控的转换，以满足各种用电设备的需求。
电力电子技术是一门研究利用半导体器件对电能进行转换和控制的学科。
电力电子技术定义从早期的整流器、逆变器到现在的高频开关电源、智能电网等，电力电子技术经历了多个发展阶段。
发展历程目前，电力电子技术已经广泛应用于工业、交通、通信、家电等各个领域，成为现代社会不可或缺的一部分。
现状随着新能源、智能电网等技术的不断发展，电力电子技术的应用前景将更加广阔。
未来趋势发展历程及现状工业领域电机驱动、电力系统自动化、工业加热等。
电动汽车、高速铁路、航空航天等。
通信电源、数据中心、云计算等。
变频空调、LED照明、智能家居等。
随着新能源技术的不断发展，电力电子技术在太阳能、风能等领域的应用将更加广泛；同时，智能电网的建设也将为电力电子技术的发展提供新的机遇。
交通领域家电领域前景展望通信领域应用领域与前景02电力电子器件电力二极管（Power Diode）结构简单，工作可靠导通和关断不可控主要用于整流电路晶闸管（Thyristor）四层半导体结构，三个电极导通可控，关断不可控主要用于相控整流电路可关断晶闸管（GTO）通过门极负脉冲可使其关断关断时间较长，需要较大的关断电流主要用于大容量场合电力晶体管（GTR）电流驱动的双极型晶体管导通和关断可控，但驱动电路复杂主要用于中等容量场合电力场效应晶体管（Power MOSFET ）电压驱动的单极型晶体管导通电阻小，开关速度快01主要用于中小容量场合02绝缘栅双极型晶体管（IGBT）03结合了MOSFET和GTR的优点01电压驱动，大电流容量，快速开关02目前应用最广泛的电力电子器件之一03电力电子变换技术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将交流电转换为直流电。
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
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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
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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
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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）
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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
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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
电力电子技术概述
电力电子技术概述电力电子技术是一门研究电力系统中电能的控制与转换的学科，它涉及到电力电子器件、电力电子电路、电力电子系统以及与之相关的控制策略和应用领域等方面。
本文将概述电力电子技术的起源、应用领域、主要器件和电路拓扑结构，以及未来发展趋势。
一、电力电子技术的起源与发展电力电子技术源于20世纪60年代的美国，当时希望能够利用电子器件来实现电力的调节、控制和转换。
最早应用于变频调速装置、静态无功补偿装置、电能质量改善装置等，逐渐发展成为一个独立的技术领域。
电力电子技术的发展也受益于电子器件的进步，如功率半导体器件的改进和智能控制技术的应用。
二、电力电子技术的应用领域1. 变频调速技术：电力电子技术在工业生产中的一个重要应用领域就是变频调速技术。
通过改变电机的输入电压和频率，可以实现对电机转速的精确控制。
变频调速器广泛应用于印刷机械、纺织机械、化工设备等领域，提高了生产效率和节能效果。
2. 静态无功补偿技术：电力电子技术可以实现对电力系统中无功功率的补偿控制，提高电力系统的功率因数和稳定性。
静态无功补偿装置主要应用于电力系统中的无功功率补偿和谐波抑制，有效改善了电能质量，降低了线损和电流谐波。
3. 新能源发电技术：电力电子技术在新能源领域的应用也日益广泛。
光伏逆变器、风力发电控制器等电力电子装置将新能源转换为交流电能，并通过电网进行输送和利用。
这种技术可以实现对新能源发电的有效控制和管理，推动了可再生能源的利用。
4. 电力系统调节和控制：电力电子技术在电力系统调节和控制中扮演着重要角色。
通过电力电子器件和控制策略，可以实现对电力系统的电压、频率、质量等方面的调节和保护。
这对于电力系统的稳定运行具有重要意义。
三、电力电子技术的主要器件和电路拓扑结构1. 功率半导体器件：电力电子技术的基础是功率半导体器件，主要包括二极管、晶闸管、MOSFET、IGBT等。
这些器件具有承受高压和高电流的特点，并能实现高效率的电能转换。
电力电子技术在风力发电中的应用
电力电子技术在风力发电中的应用随着环保意识的增强和可再生能源的重要性逐渐凸显，风力发电作为一种清洁、绿色的能源形式备受关注。
在风力发电系统中，电力电子技术扮演着至关重要的角色。
本文将围绕电力电子技术在风力发电中的应用进行探讨，以深入了解其在提高风力发电系统效率、可靠性和稳定性方面的重要作用。
一、电力电子技术概述电力电子技术是指通过控制电子器件的导通与关断，实现对电能的调节与转换的一种技术。
它将电力系统与电子技术相结合，广泛应用于各个领域，包括变频调速、光伏发电、风力发电等。
而在风力发电系统中，电力电子技术则发挥着重要的作用。
二、电力电子技术在风力发电中的应用1. 变频技术风力发电机组产生的电能是交流电，但电网需要的电能是直流电。
变频技术可以将风力发电机组输出的电能经过整流、滤波、逆变等处理，将其转换为符合电网要求的交流电，并实现无级调速。
通过采用变频技术，不仅可以提高风力发电机组的效率和平稳性，还可以实现电网与风力发电机组的无缝连接。
2. 无刷发电技术传统的风力发电机组中，通过换向器将风轮转动的机械能转化为电能，但换向器会引起能量损耗和机械磨损。
而无刷发电技术则通过使用永磁同步发电机，实现了无需换向器的直接发电。
无刷发电技术具有结构简单、效率高、寿命长等优点，可以提高风力发电系统的可靠性和稳定性。
3. 并网技术风力发电系统通常需要将产生的电能并入电网供电。
而并网技术则可以实现风力发电机组与电网的可靠连接，确保电能的平稳输出。
通过采用适当的电力电子装置，如并网逆变器等，可以实现对电能的输出控制、功率因数调节以及故障保护等功能，提高风力发电的稳定性和可靠性。
4. 储能技术风力发电具有间歇性和不稳定性的特点，而电网需要稳定的电能供应。
储能技术可以通过将风力发电系统产生的电能储存起来，在电网需求高峰时释放，以实现电能的平稳输出。
电力电子技术在储能装置的充放电过程中发挥着至关重要的作用，可实现对电能的控制和平衡。
电力电子技术概述
图1-1 描述电力电子学的倒三角形 5/42
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 器件制造技术的理论基础（都是基于半导体理论） 是一样的，其大多数工艺也是相同的。 电力电子电路和信息电子电路的许多分析方法也 是一致的。 ☞电力电子技术和电力学 电力电子技术广泛用于电气工程中，这是电力电 子学和电力学的主要关系。
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开关电源
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1.3 电力电子技术的应用
◆家用电器
☞电力电子照明电源体积小、发光效率高、 可节省大量能源，通常被称为“节能灯”， 正在逐步取代传统的白炽灯和日光灯。 ☞变频空调、电视机、音响设备、家用计算 机， 不少洗衣机、电冰箱、微波炉等电器也 应用了电力电子技术。
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1.3 电力电子技术的应用
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1.2 电力电子技术的发展史
☞把驱动、控制、保护电路和电力电子器件集成在 一起，构成电力电子集成电路（PIC），这代表了 电力电子技术发展的一个重要方向。电力电子集成 技术包括以PIC为代表的单片集成技术、混合集成 技术以及系统集成技术。
☞随着全控型电力电子器件的不断进步，电力电子 电路的工作频率也不断提高。与此同时，软开关技 术的应用在理论上可以使电力电子器件的开关损耗 降为零，从而提高了电力电子装置的功率密度。
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1.4 电力电子器件
-----概念、分类、特征、损耗
☞电力电子器件（Power Electronic Device）
可直接用于主电路中，实现电能的变换或控制的 电子器件。
电力电子技术在电力系统中的应用
电力电子技术在电力系统中的应用随着电子技术的迅速发展，电力电子技术得到了广泛的应用。
电力电子技术是指将电力和电子技术相结合，通过半导体器件将电力进行变换、传递和控制的技术。
在电力系统中，电力电子技术的应用已经成为了研究的热点之一。
一、电力电子技术的概述电力电子技术是一种电力工程和电子工程相结合的技术。
其主要应用在将电力进行变换、传递和控制的过程中。
电力电子技术的发展可以追溯到1960年代，当时出现了用半导体器件实现交流电到直流电的变换技术，即交流输电系统的直流输电技术（HVDC）。
这项技术实现了对远距离长距离输电的需求，缩短了电力传输距离，减少了线路损耗，提高了电力传输的效率和可靠性。
随着时代的发展，电力电子技术应用领域不断扩大，如市电变频器、电力电容、UPS等系统都是电力电子技术的代表。
电力电子技术的发展，推动了电力系统的革新，提升了电力传输的能力和效率，实现了电网智能化、数字化、可靠性和安全性的大幅提升。
二、1、 HVDC交流输电系统的直流输电技术（HVDC）是电力电子技术在电力系统中的基础应用之一。
它可以将交流电转换成直流电，从而实现不同地点之间的电力互联、跨越海洋和山区、进行长距离电力输送。
HVDC技术可以提高输电线路的容量、减少输电损耗，并且提高电力传输的可靠性。
HVDC技术正在逐渐普及，已经被应用到欧洲、北美、亚洲等地区的多条输电线路中，成为了电力系统中重要的输电方式。
2、 FACTS灵活交流输电系统（FACTS）技术是一种电力电子技术，它可以根据负荷不同而调整电力系统的电压、电流和相角，从而提高电力系统的稳定性、可靠性以及抗干扰能力。
FACTS技术可以使电力系统在电力负载发生变化时，自动调整电力参数和稳定电力系统，从而提高电网的稳定性，减少配电线路的损耗，降低能源消耗和污染排放。
3、 STATCOM静止补偿器（STATCOM）是一种电力电子设备，它可以在电力系统中自动实现电容电抗补偿，从而提高电力系统的稳定性和可靠性，减少电力线路的损耗。
关于教学感想以《电力电子技术》为例
主讲人：
电力电子技术概述
1. 电力电子技术定义：电力电子技术是利用电力电子器件对电能进行转换和控制的技术， 广泛应用于电力、工业、交通、通信等领域。 2. 电力电子技术重要性：电力电子技术对于提高能源利用效率、推动工业转型升级、促进 节能减排等方面具有重要意义。 3. 电力电子技术基本内容：主要包括电力半导体器件、电力电子电路分析与设计、电力电 子装置与系统等方面的内容。 4. 电力电子技术未来发展趋势：随着新能源、智能制造、物联网等技术的不断发展，电力 电子技术在未来的发展中将更加注重节能环保、智能化、微型化、集成化等方面的发展。
针对“教学方法与策略探讨”这一页PPT，我建议采用以下内容： 1. 教学方法多样化：采用课堂讲解、案例分析、小组讨论等多种方法，以激发学生的学习 兴趣和参与度。 2. 突出重点难点：针对课程中的重点和难点，通过实例、图示和讲解等方式，帮助学生更 好地理解和掌握。 3. 注重实践操作：安排实验和课程设计等环节，让学生有机会亲自动手操作，增强实践能 力和创新意识。 4. 利用多媒体资源：利用PPT、视频、动画等多媒体资源，丰富教学内容和形式，提高教 学效果。
课程教学目标分析
《电力电子技术》课程教学目标旨在培养学生对电力电子技术的理解和应用能力，包括以 下几个方面： 1. 掌握电力电子技术的基本概念和原理； 2. 具备分析和解决电力电子技术问题的能力；ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ3. 培养学生对电力电子技术的兴趣和探索精神； 4. 提升学生的专业素养和职业能力。
教学方法与策略探讨
学生学习情况反馈
本页面旨在了解学生对电力电子技术这门课程的掌握情况，以便教师及时调整教学策略。 我们将通过以下方式收集反馈： 1. 定期进行小测验及综合测试 2. 学生在课堂上提问及讨论 3. 针对课程重点难点进行问卷调查 4. 教师对学生课后的学习情况进行抽查了解。
电力电子技术概述
实验后灯 的情况
1
正向
反向
亮
结论
2
正向
零
已导通的晶闸管在正向阳极电压作用
亮
下，门极失去控制作用。
3
正向
正向
亮
电力电子技术
晶闸管导通后的关断实验（原来灯亮）
实验 顺序
实验时晶闸管条件
阳极电压 Ua
门极电压 Ua
实验后灯 的情况
结论
正向
（逐渐
1
减小到
任意
接近于
零）
晶闸管在导通状态时，当Ea减小到接
暗
近于零时，晶闸管关断。
自冷式
风冷式
水冷式
晶闸管的结构 A
电力电子技术
P1
N1
P2
N2
N2
K
G
晶闸管的结构 A
P1
N1
G
P2
N2
A
P1
N1
P2
N2
N2
K
G
J1 晶闸管是PNPN四层半导体结构。
J2 具有J1、J2、J3三个PN结。
可用三个二极管或两个三极管等效。
J3
电力电子技术
K
晶闸管的等效电路(二极管等效电路) A
实验电路图 电力电子技术
Ia:阳极电流 Ig:门极电流 Ua:阳极电压 Ug:门极电压
晶闸管的导通关断条件
实 验 电 路 图
电力电子技术
点击进入仿真
晶闸管的导通实验一
实验 顺序
实验时晶闸管条件
阳极电压 Ua
门极电压 Ua
实验后灯 的情况
1
反向
反向
暗
结论
2
反向
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电力变换四大类：交流－直流、直流－交流、直流－直流和
交流－交流。 输入 输出 直流(Direct Current－DC 交 流(Alternating Current －AC)
整流(Rectification) 交流调压(AC Voltage Conversion)、变频 (Frequency Conversion)、 变相(Phase Conversion)
电力电子技术
Power Electronic Technology
第一讲
概 述
1.1 什么是电力电子技术
1.2 电力电子技术的发展史
1.3 电力电子技术的应用
1.4 电力电子技术的主要内容
1.1 什么是电力电子技术
电子技术包括：信息电子技术 电力电子技术
1. 信息电子技术(Info Electronic Technology)——模拟
“电力电子学”和“电力电子技术”
分别从学术和工程技术的角度来称呼，实际内容没有很大不同。
电力电子技术和电子技术的关系
电子技术 对应
电力电子技术
电力电子
电力电子电路
电子器件
电子电路
电力电子器件制造技术和电子器件（Electronic Device)制造技术的理论基础是一样的，大多数工艺也 相同 现代电力电子器件制造大都使用集成电路 （Integrate Circuit－IC)制造工艺，采用微电子 (Micro-electronics）制造技术，许多设备都和微电 子器件制造设备通用，说明二者同根同源。
电力电子技术和电子学的关系
电力电子电路(Power Electronic Circuit）和电子电 路Electronic Circuit） 许多分析方法一致，仅应用目的不同 广义而言，电子电路中的功放和功率输出也可算做电 力电子电路 电力电子电路广泛用于电视机、计算机等电子装臵中， 其电源部分都是电力电子电路
目前电力电子器件均用半导体制成，故也称电力半导体器件 (Power Semiconductor Device)。
电力电子装臵（Power Electronic Equipment)的功率，可大 到数百MW甚至GW，也可小到数瓦甚至1W以下
电力电子技术的两个分支：
电力电子变流技术 电力电子器件制造技术 1、电力电子变流技术(Power Electronic Conversion
电子技术(Analog Electronic Technology)和数字电子技术(Digital Electronic Technology)，主要用于信息处理(Info Dispose)。
2. 电力电子技术(Power Electronic Technology)——
应用于电力领域的电子技术，使用电力电子器件(Power Electronic Device)对电能进行变换和控制的技术。电力电子技术 主要用于电力变换(Power Conversion)。
2)
3)
通常把电力电子技术归属于电气工程学科
电气工程学科中一个最为活跃的分支，其不断 进步给电气工程的现代化以巨大的推动力
Technique) 用电力电子器件(Power Electronic Device)构成电
力变换电路(Power Conversion Circuit)和对其进行控制的技术，及 构成电力电子装臵（Power Electronic Equipment)和电力电子系统 (Power Electronic System)的技术。 电力电子技术的核心，理论基础是电路理论(Theory of Electric circuit)。
开关器件——IGCT＝驱动电路＋GCT
4kA/4.5kV IGCT
663A/4.5kV IGCT
GCT分解部件
学”
“电力电子技术”和“电力电子学”
电力电子学 (Power Electronics)
60年代出现，1974年，美国的W. Newell用图0-1的倒三角形对电 力电子学进行了描述，被全世界普遍接受
2、电力电子器件制造技术(Manufacture Technique of Power Electronic Device) 电力电子器件制造技术的基
础，理论基础是半导体物理(Semiconductor Physics)
电力电子变流技术：用电力电子器件进行电力变换的技术，
简称为变流技术(Power Conversion Technique)。
直 流(Direct Current－ DC)
直流斩波(DC Chopping)
交 流(Alternating Current－AC)
逆 变(Inversion)
电力变换的类型：
常见的电力变换种类
电力电子技术特点
• 电力电子技术的发展集中体现在电力电子器件的发展 上； • 这些器件一般均工作在开关状态，这是重要特征； • 电力电子技术是电气工程学科中目前最为活跃的分支。 有人预言：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。
器件的工作状态 • 信息电子 既可放大，也可开关 • 电力电子 为避免功率损耗过大，总在开关状 态 ——电力电子技术的一个重要特征
电力电子技术与电气工程的关系
主 要 关 系 ： 电 力 电 子 技 术 广 泛 用 于 电 气 工 程 （ Electrical
Engineering）中。 1) 电力电子装臵广泛用于高压直流输电（ High － Voltage DC Transmission）、静止无功补偿(Static VAR Compensate)、电 力机车牵引（Electrical Power Motorcycle Driving）、交直流电 力传动(AC/DC Power Driving）、电解（Electrolyze）、励磁 （Excitation）、电加热（Electric Power Heating）、高性能交 直流电源（High－Performance AC/DC Power Supply) 等电力 系统(Electric Power System)和电气工程（Electrical E n g i n e e r i n g ） 。