《电力电子技术cha》课件

《电力电子技术》课程介绍本课程介绍电力电子技术的基本概念和应用从基础理论到实际应用，涵盖了电力电子器件、电路拓扑、控制策略等方面的内容11课程目标和学习内容掌握电力电子技术基础分析常见电力电子电路理解电力电子技术的基本概念、工作原理、应掌握整流、逆变、斩波、DC-DC变换等电路的用场景等，为后续学习打下坚实基础分析方法，并能够独立进行电路设计和调试掌握电力电子仿真工具了解电力电子技术应用利用仿真软件进行电力电子电路的建模、仿真学习电力电子技术在电源、电机控制、电力系和分析，验证电路性能，提高设计效率统等领域的应用案例，掌握电力电子技术的前沿发展趋势电力电子系统的组成及应用光伏发电系统电动汽车充电系统高铁牵引系统工业自动化控制电力电子技术在光伏发电系统电力电子技术是电动汽车充电电力电子技术在高铁牵引系统电力电子技术在工业自动化控中发挥着至关重要的作用，用系统的核心，用于将交流电转中应用广泛，用于将交流电转制系统中发挥着重要作用，例于转换和调节太阳能电池板产换为直流电，并对充电过程进换为直流电，并对电机进行控如，用于控制电机、伺服系统生的直流电，使其能够接入电行控制和管理制，实现高效的牵引动力和机器人运动网或为负载供电电力电子器件的基本原理与特性半导体器件结12PN电力电子器件以半导体材料为PN结是半导体器件的核心，由基础，控制电流流动并实现能P型半导体和N型半导体结合而量转换常见的半导体器件包成，具有单向导电特性括二极管、晶体管、场效应管等导通和截止特性参数34半导体器件通过控制PN结的导每个电力电子器件都具有特定通和截止状态来实现对电流的的参数，如导通压降、关断电控制，进而实现对能量的转换压、电流容量等，这些参数决和控制定了器件的性能和应用范围半导体开关器件的工作原理导通状态1器件呈现低阻抗，电流可自由流通截止状态2器件呈现高阻抗，阻断电流流通控制信号3通过控制信号，实现器件的导通和截止半导体开关器件广泛应用于电力电子技术中，利用其导通和截止状态来控制电流的流通和阻断通过控制信号，可以实现对电路的开关控制，从而实现对电力能量的转换和控制二极管整流电路分析电路概述1二极管整流电路将交流电转换为直流电工作原理2二极管只允许电流单向流动，将交流电的正半波导通，负半波阻断整流方式3常见的整流方式包括半波整流和全波整流电路分析4分析整流电路的输出电压、电流、功率等参数二极管整流电路在电力电子技术中应用广泛，例如电源供应器、充电器等单相半波整流电路电路组成单相半波整流电路由一个二极管和负载组成，输入交流电压，输出直流电压工作原理当输入电压为正半周时，二极管导通，电流流过负载，输出直流电压应用单相半波整流电路在低压直流电源、充电器等领域应用广泛单相全波整流电路工作原理1单相全波整流电路利用两个二极管，将交流电转换为脉动直流电电路构成2电路主要包括两个二极管，一个负载电阻和一个交流电源优点3与单相半波整流电路相比，全波整流电路的输出电压波形更平滑，直流分量更大三相全波整流电路三相全波整流1六个二极管输入电压2三相交流电输出电压3脉动直流电压滤波器4降低脉动负载5直流负载三相全波整流电路可以将三相交流电转换为脉动直流电该电路通常使用六个二极管，并通过滤波器来降低脉动三相全波整流电路广泛应用于各种电力电子系统，例如电源供应器、电机驱动器和焊接设备受控整流电路定义受控整流电路是指利用可控开关器件来控制整流电路输出直流电压大小的电路，也称为可控整流电路主要作用主要用于调节直流输出电压，实现对直流负载的控制，广泛应用于电力电子系统中主要类型•可控硅整流电路•晶闸管整流电路•场效应管整流电路应用领域电机控制、电焊机、充电器、逆变电源等领域斩波电路的基本原理斩波电路的定义斩波电路的功能斩波电路的应用斩波电路是一种将直流电压转斩波电路可以通过改变开关器斩波电路在电力电子技术中具换为直流电压的电路，通过控件的通断时间来改变输出电压有广泛的应用，例如在电动汽制开关器件的通断状态来改变的大小，并实现对直流电源的车、风力发电、太阳能发电等输出电压的幅值电压调节和控制领域斩波电路的工作状态分析连续导通模式断续导通模式开关器件始终导通，输出电压等开关器件周期性导通和关断，输于输入电压出电压小于输入电压临界导通模式开关器件在每个周期内恰好导通一次，输出电压接近输入电压栅极驱动电路原理栅极驱动电路的作用驱动电路类型驱动电路的设计栅极驱动电路用于控制功率开关器件的导通常见的驱动电路类型包括电压驱动电路和驱动电路的设计需要考虑器件的特性、工作和关断，实现对电力电子系统的精确控制电流驱动电路，以及专门针对不同功率器件电压、电流以及开关频率等因素的驱动电路功率因数校正电路提高功率因数减少无功功率12降低谐波电流，提高电力系统减少电网损耗，提高能源利用效率率改善电压波形提高电力系统稳定性34减少电网电压波动，提高设备改善电力系统动态性能，提高运行可靠性抗干扰能力变换电路的基本拓扑dc-dcdc-dc变换电路用于将直流电压转换为不同的直流电压，在电力电子技术中应用广泛常见的dc-dc变换电路拓扑包括buck变换器、boost变换器、buck-boost变换器、Cuk变换器和flyback变换器等这些拓扑结构在功能、效率、电压转换比和应用场景方面有所不同变换器电路分析Buck工作原理1BUCK变换器是一种降压型直流变换器，将输入直流电压转换为较低的输出直流电压基本结构2BUCK变换器主要由开关器件（如MOSFET）、电感、电容和二极管组成工作模式3BUCK变换器的工作模式包括导通状态和关断状态，通过开关器件的控制实现输出电压的调节应用4BUCK变换器广泛应用于电源管理、电池充电、电机驱动等领域BUCK变换器电路分析需要对电路的工作原理、基本结构、工作模式和应用进行深入研究，并结合实际应用场景进行分析和设计变换器电路分析boost工作原理1boost变换器是一种升压式直流-直流变换器，利用电感储能，将输入电压升高到输出电压，常用于电池供电系统应用领域2boost变换器应用于多种领域，如太阳能电池板充电、电动汽车电池管理系统、LED照明关键参数3boost变换器具有几个关键参数，包括输入电压、输出电压、开关频率、占空比和电流变换器电路分析Buck-Boost电路结构Buck-Boost变换器是一种将输入电压升高或降低的电路，它包含一个开关、一个电感、一个电容和一个负载工作原理当开关导通时，电感储能；当开关断开时，电感释放能量到负载，从而实现电压转换工作模式Buck-Boost变换器有两种工作模式连续导通模式CCM和间断导通模式DCM应用场景Buck-Boost变换器广泛应用于电源管理、电池充电、电机驱动等领域脉冲宽度调制技术PWM定义应用优势PWM是通过改变脉冲宽度来PWM广泛应用于电机控制、与传统的模拟控制方法相比，控制直流电的输出电压的一种电源转换和照明系统等领域PWM具有更高的效率、更低技术通过控制脉冲的占空比，它可以实现对直流电的精确控的噪音和更小的尺寸PWM可以调节输出电压的平制，并提高能量效率均值交流电压调节电路调压方式应用场景交流电压调节电路主要通过改变应用于需要改变交流电压的设备，交流电压的幅值或频率来实现电例如变频器、稳压电源等压调节调节方法电路类型常用的调节方法包括变压器调节、根据应用场景和调节方式的不同，相控整流调节和脉冲宽度调制交流电压调节电路可以分为多种PWM调节类型，例如单相调节电路、三相调节电路等逆变电路的基本拓扑逆变器是将直流电转换为交流电的电力电子器件，在各种应用中起着至关重要的作用逆变电路的基本拓扑结构决定了其性能和效率常见的逆变电路拓扑结构包括半桥逆变器、全桥逆变器和多级逆变器等每种拓扑结构都有其独特的优点和缺点，需要根据具体的应用场景选择合适的拓扑结构单相逆变电路分析123工作原理基本拓扑性能指标单相逆变电路将直流电转换为交流电，常见的单相逆变电路拓扑结构包括桥式单相逆变电路的性能指标包括输出电压通过开关器件的交替导通和关断来实现逆变器和半桥逆变器，它们通过不同的的波形质量、频率稳定性、谐波含量以电压极性的反转开关方式实现电压的转换及功率因数等三相逆变电路分析基本拓扑结构1包括桥式、H桥等工作原理2将直流电转换为交流电控制策略3脉宽调制PWM控制性能分析4输出电压、电流、效率等三相逆变电路将直流电转换为三相交流电，广泛应用于电力电子系统中，例如电动汽车、风力发电等三相逆变电路的性能分析包括输出电压、电流、效率等，并需考虑谐波失真、功率因数等因素电力电子系统中的保护和滤波过流保护过压保护防止电流过大，保护设备和线路安全防止电压过高，避免设备损坏滤波接地故障保护抑制电磁干扰，提高系统稳定性确保安全，防止触电事故电力电子系统的建模与仿真分析电路模型仿真软件电力电子系统建模包括电路模型、数学模仿真软件可以帮助工程师验证设计，优化型和控制模型电路模型使用电路元件和性能，预测系统行为一些常用的仿真软拓扑结构来描述电力电子系统的基本特性件包括MATLAB、Simulink、PSIM等仿真分析仿真分析通过计算机模拟实验来验证设计，分析系统性能，找出问题和优化方案结论与未来发展趋势电力电子技术是现代电力系统的重要组成部分，在未来将会更加广泛地应用于各种领域未来电力电子技术将朝着高效率、高功率密度、高可靠性、智能化和绿色化等方向发展。