浙江大学现代电力电子学课件
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浙江大学电工电子学实验ppt课件第041到310页
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实验一
3）断开电源，用指针式万用表电阻档测量 R1、R2的电阻值，记入表1-1。 4）利用数字式万用表重复上述第二、第三 步操作，将测量结果记入表1-1。
表1-1
U (V) 指 式 数 式 针 表 字 表 U1 (V) U2 (V) I (mA) R1 (Ω) R2 (Ω)
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实验一
I
●
mA
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实验一
二、实验设备 １．实验电路板（含电阻、电容、二极管等） ２．直流稳压电源
３．万用表
４．直流毫安表
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实验一
三、实验内容 1. 直流电压、电流和电阻的测量 1） 按图1-1接线（10V直流电源由直流稳 压电源提供），用万用表判断开关S的通断 位置。 2） 接通电源和开关S，用指针式万用表的 直流电压档测量电源电压U和电阻电压U1 、U2；断开开关S，接入直流毫安表（或万 用表的直流电流档）测量电流。将上述测 量结果记入表1-1。
200Ω mA R + + U ●
I
●
Us
-
V
被 测 元 件
图1-3
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实验一 表1-6 线性电阻 （1 kΩ ） 白炽灯泡 （6.3V） 二极管 U(V) 0 1 2 4 6 8 10 … 0 1 2 3 4 5 6 6.3 0 0.2 0.4 0.45 0.5 0.55 0.6 0.65 0.7 …
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实验四
实验四 三相交流电路
一、实验目的 1．学习三相交流电路中三相负载的连接。 2．了解三相四线制中线的作用。 3. 掌握三相电路功率的测量方法。
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实验四
二、实验设备 1. 实验电路板 2. 三相交流电源（220V） 3. 交流电压表或万用表 4. 交流电流表 5. 功率表 6. 单掷刀开关 7. 电流插头、插座
实验一
3）断开电源，用指针式万用表电阻档测量 R1、R2的电阻值，记入表1-1。 4）利用数字式万用表重复上述第二、第三 步操作，将测量结果记入表1-1。
表1-1
U (V) 指 式 数 式 针 表 字 表 U1 (V) U2 (V) I (mA) R1 (Ω) R2 (Ω)
返回
实验一
I
●
mA
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实验一
二、实验设备 １．实验电路板（含电阻、电容、二极管等） ２．直流稳压电源
３．万用表
４．直流毫安表
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实验一
三、实验内容 1. 直流电压、电流和电阻的测量 1） 按图1-1接线（10V直流电源由直流稳 压电源提供），用万用表判断开关S的通断 位置。 2） 接通电源和开关S，用指针式万用表的 直流电压档测量电源电压U和电阻电压U1 、U2；断开开关S，接入直流毫安表（或万 用表的直流电流档）测量电流。将上述测 量结果记入表1-1。
200Ω mA R + + U ●
I
●
Us
-
V
被 测 元 件
图1-3
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实验一 表1-6 线性电阻 （1 kΩ ） 白炽灯泡 （6.3V） 二极管 U(V) 0 1 2 4 6 8 10 … 0 1 2 3 4 5 6 6.3 0 0.2 0.4 0.45 0.5 0.55 0.6 0.65 0.7 …
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实验四
实验四 三相交流电路
一、实验目的 1．学习三相交流电路中三相负载的连接。 2．了解三相四线制中线的作用。 3. 掌握三相电路功率的测量方法。
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实验四
二、实验设备 1. 实验电路板 2. 三相交流电源（220V） 3. 交流电压表或万用表 4. 交流电流表 5. 功率表 6. 单掷刀开关 7. 电流插头、插座
现代电力电子技术课件Chapter3-part2
Subinterval 2
13
3.3.2 Analysis of DCM buck converter M(D,K)
Subinterval 3
14
3.3.2 Analysis of DCM buck converter M(D,K)
Inductor volt-second balance
15
3.3.2 Analysis of DCM buck converter M(D,K)
18
3.3.2 Analysis of DCM buck converter M(D,K)
Buck converter M(D,K)
19
3.4 Boost converter in DCM
20
3.4 Boost converter in DCM
Mode boundary
21
3.4 Boost converter in DCM
10
3.3.2 Analysis of DCM buck converter M(D,K)
11
3.3.2 Analysis of DCM buck converter M(D,K)
Subinterval 1
12
3.3.2 Analysis of DCM buck converter M(D,K)
Summary: mode boundary
9
3.3.2 Analysis of DCM buck converter M(D,K)
Analysis techniques for the discontinuous conduction mode:
Inductor volt-second balance
Mode boundary
浙江大学电力电子技术课件第4章第2部分(DC-AC)
uBO 2U d i1 = iT1 = 0, i3 = iT3 = iB = = , i5 = iT5 = 0 Rb 3R
• 入端电流
2U d iβ = i1 + i3 + i5 = 3R
定量分析－ 定量分析－1
• 输出相电压为六阶梯波，输出线电压为四阶梯波 输出相电压为六阶梯波，输出线电压为四阶梯波， 相电压为六阶梯波 线电压为四阶梯波 将它们用傅立叶展开： 将它们用傅立叶展开：
电路工作模式分析： 电路工作模式分析：
按照上述门极驱动时序，三相半桥电路任一时刻都有且只 有三个器件导通，分别是两个上管一个下管导通，或者一个 上管两个下管导通。 根据不同的控制模式 负载特性 控制模式和负载特性 控制模式 负载特性电路共有四种工作状态： 三个主开关载流，两个主开关和一个续流二极管载流，一个 主开关和两个续流二极管载流，【三个续流二极管载流 三个续流二极管载流】。 三个续流二极管载流 三相方波逆变电路中只可能出现前三种工作状态。 前三种工作状态 三相方波逆变电路中只可能出现前三种工作状态。
π
•
输出电压基波有效值： 输出电压基波有效值：
U A01m 2U d U A01 = = =0.451U d π 2
π
•
U A0
输出电压有效值： 输出电压有效值：
1 = 2π
6U d U AB1m U AB1 = = =0.78U d π 2
1 = 2π
2π
∫
2π
0
2 u dω t = U d =0.471U d 3
• 输出电压谐波指标较方波逆变大为改善，最低次 谐波接近开关频率，输出滤波器尺寸大为降低； • 输出电压可调； • 输出抗三相不对称负载能力差，可以利用母线中 点形成三相四线输出。 • 直流电压利用率较低， 改善方法：过调制、3次谐波（零序分量）注入、 改善方法 输出变压器匹配等。
现代电力电子技术原理与应用(ppt 52页)(1)
2020/10/21
43
第一章 绪论
分析电力电子电路的方法
现代电力电子技术原理与应用
• 相对简单的主电路与相对复杂的控制电路
• 开关器件的多•样认性为控制器的工作是理想 • 开关器件特性•的在复电杂路性图中不画出
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44
第一章 绪论
分析电力电子电路的方法
现代电力电子技术原理与应用
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14
第一章 绪论
电能形态的多样性
现代电力电子技术原理与应用
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15
第一章 绪论
电能形态的多样性
现代电力电子技术原理与应用
2020/10/21
16
第一章 绪论
与电能形态转换有关的问题
现代电力电子技术原理与应用
• 电能总是与其它能量形式的相互转换 • 与几乎所有“电类”工程师从事的工作有关 • 不同的应用对不同电能形态的需求 • 广阔的应用领域 • 实现的可能性
20
第一章 绪论
与电能形态转换有关的问题
现代电力电子技术原理与应用
• 电能总是与其它能量形式的相互转换
• 与几乎所有“电类”工程师从事的工作有关 遍及电力系统中发电、输电、配电、用电
• 不同各的环应节用对不同电能形态的需求
• 广阔的应用领域
• 实现的可能性
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第一章 绪论
与电能形态转换有关的问题
现代电力电子技术原理与应用
控制器：换流器中几乎必不可少
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第一章 绪论
换流器效率
现代电力电子技术原理与应用
• 高效率：低损耗的换流器
效率： • 低损耗：换流器体积小、重量轻
[工学]浙江大学电力电子技术课件第6章
![[工学]浙江大学电力电子技术课件第6章](https://img.taocdn.com/s3/m/28ba15036ad97f192279168884868762caaebb9d.png)
第6章交流-交流变换技术z交流-交流变换电路把一种形式的交流电变成为另一种形式交流电的电路，在进行交流-交流变换时，可以改变电压或电流的幅值、频率和相数等,如航空电源、交流电机调速等应用场合。
¾间接交流-交流变换电路：¾直接交流-交流变换电路：¾交流调压电路：只改变输出交流电压、电流的幅值，而不改变频率的变换电路,如灯光调节亮度。
6.1间接交流-交流变换电路由两级变换电路构成，第一级AC/DC 变换电路将工频50Hz的交流电变换成脉动的直流电，再由第二级DC/AC变换电路将直流变换为所需幅值和频率的交流输出。
¾电流型交流－交流变换电路通常逆变电路的直流输入侧串联一个大电感量的直流电抗器，逆变电路的直流侧输入近视为电流源。
¾电压型交流－交流变换电路通常逆变电路的直流输入端并接一个大电容量的直流电容器，逆变电路的直流侧输入近视为电压源。
最小触发引前角：30≈γ（1）换相重叠角随电路结构和工作电流变化，取可达200～300触发引前角（换流电压过零的提前角）180δ=电流型交流-交流变换器可应用于直流输电系统电压型交流－交流变换电路电压型交流-交流变换电路工作在变压、变频方式时，广泛应用于交流电动机的变频调速装置；工作在恒频、恒压方式时，则广泛应用于逆变电源、UPS电源。
直流侧电容滤波的二极管整流电路，虽存在交流侧谐波和电磁兼容问题，但由于成本低而广泛应用在小功率电机调速中。
¾ 整流器采用三相PWM整流电路时，输入电流近似正弦波，且功率因数接近1，具有较高的电磁兼容性能。
¾ 具有单相功率因数校正功能的交流-交流变换电路，一般适合于小功率的应用场合。
VA 单相Boost APFC电路控制原理框图a u bu cu d cU ()vs H +−refu +−+−a ib i ci d i qi ()i H s 400Hz三相PWM高功率因数整流器零静差矢量控制功率主电路拓扑控制原理图输入端电压电流仿真波形图输入端电压电流实验波形图6.2直接交流-交流变换电路不通过中间直流环节，直接实现交流-交流变换功能的电路称为直接交流－交流变换电路。
浙江大学电力电子技术课件第4章第1部分DCAC.ppt
SPWM改善输出谐波性能的基本手段－提高mf值。
mf值的选取应综合考虑： 功率开关器件容量、电磁干扰、开关损耗、系统效率 等性能指标。
直流侧输入电流分析
Id
假定fs>>fo
uo Uom sin t
io Iom sin(t )
S1 Ud
S2
S1 + _
S2
L
Io
C
Uo
由 Pin=Pout: idUd iouo UmIm sin t sin(t )
• 有源逆变器 ：典型输出负载是电网，如可再生能 源并网发电。
逆变器应用于太阳能光伏发电
太阳能电池阵列
控制器
室内并网逆变器
直流负载
直流－交流 变换器
交流负载
蓄电池组
逆变器应用于风能发电系统
• 逆变电路的分类： 直流电源形式、电路结构、按功率器件、输出 波形要求、所接负载能量传递情况、输出相数、 开关器件工作情况、输出调制方式等分类。
uo1
t
io1 i o1
t
t
id i d
母线平均电流
id
全桥逆变电路
0
t
画iT波形？
能量回馈 能量输出
1,3
2,4
1,3
2,4SBiblioteka 1,32,41,3
2,4
D
全桥方波逆变基本工作波形
全桥逆变电路输出电压分析：
uo
n
4Ud sin nt n
Ts
(n = 1, 3, 5, ……) ，其中ω= 2πfs
SPWM逆变器为什么能够输出正弦波？！
E1 S1
S1 + a
L
mf值的选取应综合考虑： 功率开关器件容量、电磁干扰、开关损耗、系统效率 等性能指标。
直流侧输入电流分析
Id
假定fs>>fo
uo Uom sin t
io Iom sin(t )
S1 Ud
S2
S1 + _
S2
L
Io
C
Uo
由 Pin=Pout: idUd iouo UmIm sin t sin(t )
• 有源逆变器 ：典型输出负载是电网，如可再生能 源并网发电。
逆变器应用于太阳能光伏发电
太阳能电池阵列
控制器
室内并网逆变器
直流负载
直流－交流 变换器
交流负载
蓄电池组
逆变器应用于风能发电系统
• 逆变电路的分类： 直流电源形式、电路结构、按功率器件、输出 波形要求、所接负载能量传递情况、输出相数、 开关器件工作情况、输出调制方式等分类。
uo1
t
io1 i o1
t
t
id i d
母线平均电流
id
全桥逆变电路
0
t
画iT波形？
能量回馈 能量输出
1,3
2,4
1,3
2,4SBiblioteka 1,32,41,3
2,4
D
全桥方波逆变基本工作波形
全桥逆变电路输出电压分析：
uo
n
4Ud sin nt n
Ts
(n = 1, 3, 5, ……) ，其中ω= 2πfs
SPWM逆变器为什么能够输出正弦波？！
E1 S1
S1 + a
L
浙江大学电力电子技术课件第1章第1部分-打印版
3. 触发导通
如果晶闸管阳极电压UAK为正值，且注入足够的门极 电流，从而使器件进入饱和导通，称为晶闸管的触发 导通。 触发导通条件： UAK>0，UGK>0，并有足够的触发功 率。 一旦器件导通，门极电流就不再具有控制作用。因 此，门极触发电流可用脉冲电流，无需用直流。
4. 关断
自然关断：在导通期间，如果要求器件返回到 正向阻断状态，必须令门极电流为零，且将阳 极电流降低到一个称为维持电流的临界极限值 以下，并保持一段时间。 强迫关断：通过加一反向电压UAK<0，并保持 一段时间使其关断。 在实际电路中是采用阳极电压反向、减小阳极 电压、增大回路阻抗等方式，使阳极电流小于 维持电流，使晶闸管关断。
开通条件与关断条件举例1.1
开通条件与关断条件举例1.2
开通条件与关断条件举例2.1
开通条件与关断条件举例2.2
第一章、电力电子器件
功率二极管 电力晶体管（GTR） 功率场效应晶体管（功率MOSFET） 绝缘栅双极型复合晶体管（IGBT） 晶闸管
第一节 功率二极管
一、根据器件的基本结构分类 （1）PN结功率二极管 （2）肖特基（Schottky）功率二极管
二、PN结功率二极管
1. 结构 具有P－N或P－i－N结构，通过扩散工艺制作。 利用PN结势垒制成的二极管
三、肖特基功率二极管
1. 结构 利用金属与半导体之间的 势垒制成的二极管 2. 特性 低导通电压(0.3V)，短开 关时间 反向漏电流大，阻断电压 低 3. 应用 适合于高频低压应用
肖特基功率二极管结构图
第二节
晶闸管
晶闸管是晶体闸流管的简称，是具有 PNPN四层结构的各种开关器件的总称。 普通晶闸管，也称可控硅整流管（SCR） 派生器件：快速晶闸管、逆导晶闸管、 门极可关断晶闸管、双向晶闸管、光控 晶闸管等。
现代电力电子技术课件Basic Power Electronic Devices
big，withstand voltage high；
★ the channel between D-S is
short ,the U、R、C are all small；
★ the parallel junction resistance
RDS is small，it can be mΩ。
☆ no conductance modulating effect,
UCES = UBE+UD2+UD3 — UD1
= UBE + UD2
（general UCES = 0.7~3V)
make GTR reverse biased or zero biased反偏或零偏—
quasi-saturated
☆ D1 must be fast recovery diode，D2、D3 can be general diode
IB = (1.5 ~ 2)ICM / hFES
I BP = 3I B
3—excessive driven coefficient
Increasing IBP- can accelerate
turn-off，but the current
change rate will increase larger。
Normally choose：
I BP I BP
IBP+
< 0.5s
IB
2s
5s
IBP-
UCES IB=0.5A
1V
IB=1A
IC
30A
Basic driven circuit
E1
uB
E2
C1 R2 T1
R1 T2
★ the channel between D-S is
short ,the U、R、C are all small；
★ the parallel junction resistance
RDS is small，it can be mΩ。
☆ no conductance modulating effect,
UCES = UBE+UD2+UD3 — UD1
= UBE + UD2
（general UCES = 0.7~3V)
make GTR reverse biased or zero biased反偏或零偏—
quasi-saturated
☆ D1 must be fast recovery diode，D2、D3 can be general diode
IB = (1.5 ~ 2)ICM / hFES
I BP = 3I B
3—excessive driven coefficient
Increasing IBP- can accelerate
turn-off，but the current
change rate will increase larger。
Normally choose：
I BP I BP
IBP+
< 0.5s
IB
2s
5s
IBP-
UCES IB=0.5A
1V
IB=1A
IC
30A
Basic driven circuit
E1
uB
E2
C1 R2 T1
R1 T2
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Similar analysis for i2(t) waveform， we got
i2 (t) Ts
d12 (t)Ts 2L
v1(t)
2 Ts
v2 (t) Ts
1
v1 (t )
2 Ts
Re (d1) v2 (t) Ts
fi ( v1 Ts , v2
Ts )
Stage 2
Switch is off and diode is on
Inductor transfers energy to output The stage is ended once inductor current reduce to zero.
Stage 3
Both Switch and diode are off Capacitor output energy to load
v2(t) Ts
C R v(t) Ts
-
Solution of averaged model: steady state
vg(t)Ts
i1(t) Ts fi ( v1 Ts , v2 Ts ) i2(t) Ts
பைடு நூலகம்
v1(t) Ts -
DCM waveforms
Peak inductor current:
d2(t)= ?
1
vL (t) Ts Ts
t Ts t
vLdt
1 Ts
tTs L di dt L [i
t
dt
Ts
t Ts
i(t)]
In DCM, the diode turns off when the inductor current reaches zero. Hence, i(0)
Average v1(t) waveform:
d1 d2 d3 1
use:
Similar analysis for v2(t) waveform leads to
Average switch network port currents
Average i1(t) waveform:
The integral q1 is the area under the i1(t) waveform during first subinterval. Use triangle area formula:
= i(Ts) = 0, and the average inductor voltage is zero. This is true even during
transients.
vL (t) Ts 0
Average inductor voltage:
Solve for d2:
Average switch network port voltages
DTS
2V R
Then DCM mode
DCM
Output to input ratio of Buck converter
In DCM
Derivation of DCM averaged switch model: buck-boost example
Define switch terminal quantities v1, i1, v2, i2, as shown
• ,
Let us find the averaged quantities for operation in DCM, and determine
it1hTes ,rev1laTtsio, ni2sTbs ,etvw2 eTsen
them
Stage 1
Switch is on and diode is off Inductor current increase linearly
In a lossless two-port network without internal energy storage: instantaneous input power is equal to instantaneous output power.
1. A two-port lossless network 2. Input port obeys Ohm’s Law 3. Output is (nonlinear) dependent current source 4. Power entering input port is transferred to output port
We need equivalent circuits that model both the steady-state and small signal ac models of converters operating in DCM.
CCM
Buck converter
IL Io
(Vg V ) L
Input port: Averaged equivalent circuit
where
The loss-free resistor (LFR)
Output port: Averaged equivalent circuit
Power balance in lossless two-port networks
Averaged switch model: DCM buck-boost example
Original circuit
Averaged model
vg(t)Ts
i1(t) Ts fi ( v1 Ts , v2 Ts ) i2(t) Ts
v1(t) Ts -
Re (d1) + vL L
Chapter 2 Modeling of DCM DC/DC Converter
Characteristics at the CCM/DCM boundary
•All converters may operate in DCM at light load •Steady-state output voltage becomes strongly load-dependent •Dynamics in DCM mode is different to CCM mode