现代电力电子技术(理论) 2DCACPPT课件
第五章直流交流(DCAC)变换.
第五章直流—交流（DC—AC）变换5.1 逆变电路概述5.1.1 晶闸管逆变电路的换流问题DC—AC变换原理可用图5-1所示单相逆变电路来说明，其中晶闸管元件VT1、VT4，VT2、VT3成对导通。
当VT1、VT4导通时，直流电源E通过VT1、VT4向负载送出电流，形成输出电压左（+）、右（-），如图5-1（a）所示。
当VT2、VT3导通时，设法将VT1、VT4关断，实现负载电流从VT1、VT4向VT2、VT3的转移，即换流。
换流完成后，由VT2、VT3向负载输出电流，形成左（-）、右（+）的输出电压，如图5-1（b）所示。
这两对晶闸管轮流切换导通，则负载上便可得到交流电压，如图5-1（c）波形所示。
控制两对晶闸管的切换导通频率就可调节输出交流频率，改变直流电压E的大小就可调节输出电压幅值。
输出电流的波形、相位则决定于交流负载的性质。
图5-1 DC—AC变换原理要使逆变电路稳定工作，必须解决导通晶闸管的关断问题，即换流问题。
晶闸管为半控器件，在承受正向电压条件下只要门极施加正向触发脉冲即可导通。
但导通后门极失去控制作用，只有使阳极电流衰减至维持电流以下才能关断。
常用的晶闸管换流方法有：（1）电网换流（2）负载谐振式换流（3）强迫换流5.1.2 逆变电路的类型逆变器的交流负载中包含有电感、电容等无源元件，它们与外电路间必然有能量的交换，这就是无功。
由于逆变器的直流输入与交流输出间有无功功率的流动，所以必须在直流输入端设置储能元件来缓冲无功的需求。
在交—直—交变频电路中，直流环节的储能元件往往被当作滤波元件来看待，但它更有向交流负载提供无功功率的重要作用。
根据直流输入储能元件类型的不同，逆变电路可分为两种类型：图5-4 电压源型逆变器图5-5 无功二极管的作用1．电压源型逆变器电压源型逆变器是采用电容作储能元件，图5-4为一单相桥式电压源型逆变器原理图。
电压源型逆变器有如下特点：1）直流输入侧并联大电容C用作无功功率缓冲环节（滤波环节），构成逆变器低阻抗的电源内阻特性（电压源特性），即输出电压确定，其波形接近矩形，电流波形与负载有关，接近正弦。
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。
第6讲现代电力电子技术[1]
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等效电路及其波形图
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第6讲现代电力电子技术[1]
v 固定脉冲控制方式 VT1、VT4驱动信号同相，VT2、VT3驱动信号
同相，而VT1、VT4和VT2、VT3的驱动信号互补， 逆变器输出的交流电压和电流波形与半桥式逆变器 基本相同，区别是全桥式逆变器导通器件为对角桥 臂开关器件成对导通，因而负载输出电压幅值为直 流电压值，是半桥电路的2倍。
当电动机采用星型接法时，始终有一相绕组断开，
换流时该相绕组中会引起较高的感应电势，需采取
过电压保护措施。
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第6讲现代电力电子技术[1]
三相逆变电路及其等效电路
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第6讲现代电力电子技术[1]
希望的三相相电压波形
希望输出的三相 相电压波形如左图 所示。同一时间段， 只有两相有输出电 压。三相电压互差 120°。
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第6讲现代电力电子技术[1]
工作原理分析 每个工作周期有六种状态 ①U、V两相有电压，K1、K6导通
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第6讲现代电力电子技术[1]
②U、W两相有电压，K1、K2导通
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第6讲现代电力电子技术[1]
③ V、W两相有电压，K3、K2导通
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第6讲现代电力电子技术[1]
脉冲宽度调制 .
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第6讲现代电力电子技术[1]
1、180°导通型方波输出三相逆变器 希望输出的三相相电压波形
ห้องสมุดไป่ตู้
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第6讲现代电力电子技术[1]
从波形看，每个周期输出六种状态： UW高V低；U高VW低；UV高W低； UW低V高；U低VW高； UV低W高。 每个桥臂的导通角度为180°，同一相上 下两个桥臂交替导电，三相负载同时施加电 压，各相导电的角度依次相差120°。 设六个开关为K1~K6，其中K为VT和VD的 并联。六个开关的导通顺序为K1、K2、K3、 K4、K5、K6. 在同一时刻，有三个开关导 通，或者上桥臂一个下桥臂两，或者上桥臂两 开关下桥臂一个。
电力电子技术(完整幻灯片PPT
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
《现代电力电子技术》课件
交流调制技术
1
原理
用逆变器将直流电压转变为交流电压，再对交流电压进行调制，的信号与高频三角波叠加，得到PWM信号。
3
三角PWM控制
将需要控制的信号与低频三角波叠加，得到PWM信号。
开关电源技术
工作原理
利用功率开关器件的导通和断开， 将高频电源变换成低压稳定直流电 源。
现代电力电子技术
电力电子技术涉及电能的控制、变换和传输等方面，已经成为现代电力工业、 交通运输、通讯、计算机等各个领域中的关键技术。
概述
定义
电力电子技术是控制和变换电 力的一种新兴技术领域。
应用领域
广泛应用于交通运输、轨道交 通、新能源、家电、通讯和计 算机等领域。
发展历程
20世纪50年代发展并日渐成熟， 80年代达到高峰，90年代后进 入了新的发展阶段。
结语
1
电力电子技术的未来
电力电子技术将继续发挥更大的作用，推动新能源发展。
2
相关学科和领域介绍
电机与电器、电力系统、电力电子等学科和领域紧密相连。
3
总结
电力电子技术在现代社会中扮演着重要的角色，将会继续深入发展和应用。
滤波器设计与优化
电源滤波器、信号滤波器、噪声滤波器等滤波器都 可以用来消除共模噪声。
变频技术
基本原理
将恒定电压变为可调电压、可以调 制频率的交流电源。
电机驱动
变频器是电机驱动的核心装置，根 据不同的负载条件可以调整输出频 率和电压。
实际应用案例
应用于风能、太阳能、水能、地热 能等大规模新能源并驱动各种电动 机械设备。
电路设计
4
电路包括逆变电路、滤波电路和输出负载等 部分。
共模噪声抑制技术
《电力电子技术》PPT课件 (2)
5.电力电子技术的应用
〔1〕一般工业
轧钢机
电解铝
数控机床
冶金工业
电化学工业中整流变压器
电化学整流电源设计
冶金工业中高频感应加热电源设备
〔2〕交通运输
电力电子技术在汽车42V直流总线下
DJ型交流电力传动机车
磁悬浮列车
飞机
局部国内外知名公司的变频器
西门子〔Siemens〕公司
施奈德公司
电力电子技术
高
静
压
止
直
无
流
功
电 力 机 车
交 直 流 电
电 解
电 镀
电 加 热
高 性 能 交
输
补
牵力
直
电
偿
引传
流
动
电
源
与控制理论的关系
控制理论
实 现
电力电子技术
电力电子装置 是自动化的
根底 元件
支撑 技术
弱电和强电接口
弱电控制强电
3、学科的组成
电力电子技术
电力电子器件 制造技术
变流技术
电力电子器件制造技术— 电力电子技术的根底
功率晶体管〔GTR〕
功率场效应管〔MOSFET〕
绝缘栅双极型晶体管〔IGBT〕
史前期 （黎明期）
晶体管诞生
晶闸管问 世，(公元
元年)
器件
全控型器件 迅速发展
1904
1930
1947 1957 1970 1980 1990 2000 t(年)
水银（汞
晶闸管时代
IGBT出现
弧）整流 器时代
功率集成器件
电力二极管
器件
器件
电力二极管实物图
第6讲现代电力电子技术(DCAC)
6.2 电压型逆变电路
6.2.1 单相电压型逆变电路
1、单相半桥式逆变电路 某弧焊逆变电源主电路
单相全波可控整流电路和单相半桥式逆变电路 单相全波可控
整流电路
单相半桥式 逆变电路
单相半桥式逆变电路及其波形图
⑤ U相低的中间60°、 V相高的后60 °和W 相高的前60 °， K3 、K4 、K5导通
相对于N点， V相和W相上的 电压为1/3 Ud ， U相上的电压 为-2/3 Ud 。
t3~ t4区间： K2、K3通， K1、K4断， io﹥0
t4~ t5区间： K2、K3通， K1、K4断， io﹤0
t5~ t6区间： K3、K4通， K1、K2断， io﹤0
3、推挽式单相逆变电路 电路结构与单相全波可控整流电路相同。
开关由IGBT和 二极管反并联组 成，副边绕组接 负载。交替驱动 VT1和VT2，则在 变压器副边得到 波形与全桥电路 完全相同的输出 电压uo和电流io。
C2(+) →R →L → VT2 → C2(-)
2、单相全桥式逆变电路
等效电路及其波形图
❖ 固定脉冲控制方式 VT1、VT4驱动信号同相，VT2、VT3驱动信号
同相，而VT1、VT4和VT2、VT3的驱动信号互补， 逆变器输出的交流电压和电流波形与半桥式逆变器 基本相同，区别是全桥式逆变器导通器件为对角桥 臂开关器件成对导通，因而负载输出电压幅值为直 流电压值，是半桥电路的2倍。
固定脉冲控制方式的交流输出电压仍为正负电
压各为180°的方波，输出电压有效值的调节只能
靠改变直流侧电压Ud完成，由于直流侧并联有大电 容，影响了调节的快速性。
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t
n
sin
nt ) n
n 6 k 1 k=1,2,3…自然数
S1 S2 S3 S4 S5 S6
uAO ? uBO ?
uCO?
uOO ?
uAO
Ui/6
1-4 2-5 3-6
Ui/2
Ui/3
t 2Ui/3
UAO 21 02uAO 2dt0.47Ui1
uBO uCO
UAO12U 2i 0.45Ui
uAB
1、半桥单相逆变电路 2、全桥单相逆变电路
2 三相逆变电路
1、纵向换流控制方式 2、横向换流控制方式
方波逆变
= PWM逆变
的特例
1 单相逆变电路
★ 半桥逆变电路：
C1
S1 D1
L
R
Ui
O
uO
S2 D2
C2
iO
Ui /2
O
Ui /2
S1 D1
L
R iS1
iD1
uO
S2 D2 iD2
iO
iS2
逆变电路的基本单元！
1、功率因数（PF — Power Factor)：
1TH2F
PF PU1cIoscos
S UI
Υ=I1/I — 电流谐波因数 cosφ — 相位因数
2、畸变—谐波评价
① 畸变因数 (DF — Distortion factor)
DF
Un2 n2
n23
U1
② 总谐波因数 (THF — Total Harmonic Distortion factor)
0 .2
C5
C7
0
40 80 120 160 200
2 三相方波逆变电路
S1
1-4
t
S2
2-5
ii
S3
3-6
S4
S1 D1 S3 D3
S5 D5
S5
Ui /2
A
L
R
S6
Ui
O'
B
O
uAO ?
Ui/2
C
uBO ?
Ui /2
S4 D4
S6 D6
S2 D2
uCO? uOO ?
Ui/6
控制
180°导通，60°纵向换流
uAO
Ui/3
2Ui/3
方式 120°导通，60°横向换流
uBO
S1uAO Ui /2 S4uAO Ui /2
uAO uAO uOO
uBO
uBO
uOO
uCO uCO uOO
uCO uAB
u O O 1 3 (u A O u B O u C O ) 1 3 (u A O u B O u C)O
第二章 DC-AC 变换器 (Inverter)
§2-1 硬开关方波逆变电路 §2-2 硬开关PWM逆变电路 §2-3 SPWM驱动信号的产生方法 §2-4 硬开关PWM逆变电路的谐波分析 §2-5 改善电压波形的技术措施 §2-6 逆变电路的控制 §2-7 闭锁时间对输出电压的影响
★ 逆变器的分类：
//22
P010 P010
★ 全桥逆变电路
半桥并联
Ui
波形与半桥类似
输出电压大一倍 开关电流小一倍
uO4Ui n1 35sin nnt
UO10.9Ui
50%对角线互补控制
S1 D1
S3 D3
C
L
R
S4 D4
uO
S2 D2
iO
特点：
臂内自然换流；臂间强迫换流
直流电压利用率高
谐波含量高：
电压不可调：自然死区?
Ui /2
O
Ui /2
S1 D1
L
R iS1
iD1
uO
S2 D2 iD2
iO
iS2
uO2Ui n1 35sin nnt
无直流、无余弦、 无偶次谐波
UO1 0.45Ui
UO
1 T
T
0
ui2dt
0.5Ui
TH F U O2nU O 2U O 124.4 8%
U O 1
U O 1
iO1
2Ui
Z1
(sint
Ui
iA
iB
iC
TH FU AO 2 n U A2 O U A1O 23% 1
U A1O
U O 1
ii
Ii
LOH 5
pi i1+5 i1 i1+3 i3 i3+5 i5 i1+5 i1
Pi
T
★ 横向换流控制方式
ii
? S16 ? ? uAO U i / 2
? ?
S12
?
?
uAO U i / 2
输出频率：工频、中频、高频（20kHz∧）
相 数：单相、三相
按
能量流向：有源、无源
电源类型：电压源型VSI、电流源型CSI
电路结构：半桥、全桥、推挽、单管
换流方式：负载换流式、硬开关式、谐振式
★ 主要优点：
1、控制灵活、响应快速 2、节省材料、减小体积 3、PF大、高效节能
★ 主要指标：
PF 1 cos
)
2f tan 1 L / R
Z1 R 2 (L)2
★ 半桥逆变的输出功率
Ui
t
S1
ON
S2
ON
uO
uO1
Ui /2
-Ui /2
iO 1 iO
iS1 iS2 iD1 iD2 pO
41 2 34
PO
pO1
p01 u01 i01
U 01 M sin t I 01 M sin( t )
无 直 通
S1 ? ? uAO 0
S1、S2 50%互补导通
D续流 — 整流 iO
整流 逆变 uO 逆变 整流
S导通 — 逆变
无论电流方向如何
uO
Ui 2 Ui 2
S1 S2
★ 半桥逆变电路工作波形
Ui
t
S1
ON
S2
ON
uO
uO1
Ui /2
-Ui /2
iO 1 iO
iS1 iS2 iD1 iD2 pO
41 2 34
PO
pO1
U 01 M
I 01 M
cos
cos( 2 t 2
)
U 01 I 01 [cos cos( 2 t )]
S1 cos S1 cos( 2 t )]
PDC PAC
PDC — 有功功率；PAC— 无功功率
P 01
1 T
T 0
p 01 dt
S 1 cos
P DC
P D CU i\R \L \f
③ 谐波因数 (HF — Harmonic factor)
THF
Un2
n23
U1
THD
④ 最低次谐波 (LOH — Lowest-order Harmonic) HFUnU1
3、逆变效率
4、电磁兼容性EMI
POUT(AC)
PIN(DC)
5、功率体积（重量）比
§2-1 硬开关方波逆变电路
1 单相逆变电路
Ui
iA
iB
iC
uOO 1 3(uAO uBO uCO)
0
ii i1i3i5
ii
Ii
pi i1+5 i1 i1+3 i3 i3+5 i5 i1+5 i1
Pi
T
★ 纵向换流控制方式
u AO
2U i
(sin
t
1 sin 5
5 t
1 sin 7 t 1 sin 11 t )
7
11
2U i
(sin
★ 全桥移相式逆变电路
Ui
uO4Ui n1 35 sin n 2 co n n st
Ui
S1
ON
S3
uO
iO
Байду номын сангаас
ON
Ui
-U i
t S4 S2
uO1
iO 1
THFmin仍>20%，且LOH=3
S1 D1 C
S4 D4
Cn
1 .0
THF
0 .8
S3 D3
L
R
uO
S2 D2
iO
C1
0 .6
0 .4
C3