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1、电力电子学电力电子变换和控制技术（第二版） 1 电力电子变换和控制技术导论 1.1 电力电子学科的形成 1.2 电力电子变换和控制的技术经济意义 1.3 开关型电力电子变换的基本原理及控制方法 1.4 开关型电力电子变换器基本特性 1.5 开关型电力电子变换器的应用领域 课程学习要求 1 电力电子学电力电子变换和控制技术（第二版） 1.1 电力电子学科的形成 q电力技术 利用电力设备（发电机、变压器、输电线、 电动机、开关电器、电感、电容等）组成电 力系统，应用电磁学基本原理处理发电、输 电、配电、用电的技术统称电力技术。 2 q其应用所依赖的器件是电机、变压器、电抗器、 电容器、开关等 q研
2、究对象是电能的参数（电压、电流的频 率、波形、幅值、相位等 电力电子学电力电子变换和控制技术（第二版） 1.1 电力电子学科的形成（续1） q电子技术： 利用电子元器件（电子管、半导体器件、集 成电路、微处理器、电感、电容等）组成电 子信息系统，应用电磁学基本原理处理信号 的产生、变换、存储、发送、接收的技术称 为电子技术。 3 q其应用所依赖的器件是电子器件（二极管、三极 管、MOS管、集成电路、微处理器等） q研究对象是载有信息的弱电信号 电力电子学电力电子变换和控制技术（第二版） 1.1 电力电子学科的形成（续2） q电力电子技术 将现代电子技术和控制技术引入 传统的电力技术领域，利用半
3、导 体电力开关器件、半导体集成电 路和微处理器实现电力变换和控 制的电气工程新学科，是一门综 合了电子技术、控制技术和电力 技术的新兴交叉学科，称为电力 电子技术或电力电子学(Power Electronics) 。 4 电力电子学电力电子变换和控制技术（第二版） 1.1 电力电子学科的形成（续3） q19世纪70年代，有人开始有了用开关控制电能的想法 q20世纪40年代，随着电子技术的发展人们开始探索用电 机、变压器以外的器件进行电能变换的控制； q1948年三极管的出现直接引发了电子技术革命； q1957年人们发明了晶闸管，标志电力电子技术诞生； q20世纪60年代后以晶闸管为基础的电力电
4、子电路得到广 泛应用； q20世纪70年代后期开始，以不断出现的各种全控器件为 基础的电力电子电路开始逐步得到广泛应用； 5 电力电子学电力电子变换和控制技术（第二版） 1.1 电力电子学科的形成（续3） q目前，电力电子器件仍然在发展，推动了电力电子技术 应用范围的不断扩大（功率范围扩大、成本降低）；并 且，半导体器件的发展是电力电子发展的关键； q微电子技术的发展使电力电子装置的控制性能不断提高 ； q众多研究者的努力使电力电子电路的拓扑结构不断翻新 。 6 电力电子学电力电子变换和控制技术（第二版） 1.2 电力电子变换和控制的技术经济意义 公用电网的恒频、恒压电能经过适当的变换和处理以
5、后再供 负载使用，可以获得更好的技术特性和更大的经济效益，这可从 以下几个方面来说明： q 节能 q风机、水泵的调速、照明（取代普通镇流器） q 省材 q设备体积、重量减小使铜、铁的使用量减少 q 环保 q节能、省材是环保的具体表现 q 提高产品质量和劳动生产率（供电稳定、快速） q自动化设备 q 提高电力系统自身的运行质量和稳定性 q发电机励磁、柔性输电、高压直流输电、谐波治理、无功补偿 7 电力电子学电力电子变换和控制技术（第二版） 1.3 开关型电力电子变换的基本原理及控制方法 1.3.0 概述 1.3.1 AC/DC基本整流电路 1.3.2 DC/AC基本逆变电路 1.3.3 AC/A
6、C直接变频、变压电路 1.3.4 DC/DC直接变换电路 电力电子学电力电子变换和控制技术（第二版） 1.3.0 概述 电力变换可划分为四 类基本变换，相应的有 四种电力变换电路或电 力变换器。 利用以上四种基本 变换电路还可以组合成 许多复合型电力电子电 路。 9 电力电子学电力电子变换和控制技术（第二版） 传统电力技术如何将交流电变为直流电？ 利用变流机组实现AC/DC变换 1 0 1.3.0 概述（续1） 电力电子学电力电子变换和控制技术（第二版） 传统电力技术如何将一种频率的交流电变为另一种频率的交流电？ 11 1.3.0 概述（续2） 电力电子学电力电子变换和控制技术（第二版） 如何
7、用电力电子开关器件实现电能的变换？ 分析中我们常常认为图中的开关均为理想开关。此时有: v0=svi （ S称为开关函数 ） 12 1.3.0 概述（续3） 电力电子学电力电子变换和控制技术（第二版） 1.3.1 AC/DC基本整流电路 工作方式：相控、斩波 分析方法：傅立叶分解 、积分 考虑问题：开关时刻、 滤波 13 电力电子学电力电子变换和控制技术（第二版） 1.3.2 DC/AC基本逆变电路 工作方式：方波、PWM波 分析方法：傅立叶分解 考虑问题：开关时刻、 滤波 14 电力电子学电力电子变换和控制技术（第二版） 1.3.3 AC/AC直接变频、变压电路 工作方式：周期控制 思考方法
8、：等效法 考虑问题：开关时刻 15 电力电子学电力电子变换和控制技术（第二版） 1.3.4. DC/DC直接变换电路 工作方式：占空比控制（PWM、PFM、混合调制） 分析方法：傅立叶分解 16 电力电子学电力电子变换和控制技术（第二版） 1.3.4. DC/DC直接变换电路（续） 17 电力电子学电力电子变换和控制技术（第二版） 1.4 开关型电力电子变换器基本特性 q开关型电力电子变换器的核心部分是一组开关电路 q在开关型电力电子变换电路的输出、输入端附加滤 波电路（ 通常为LC滤波器 ），可以改善输出电压 和输入电流的波形 q高频PWM控制是改善开关电路输出电压、输入电流 波形最有效的技
9、术措施（频率的提高使滤波电路尺 寸大幅度降低） q为使电力电子开关电路的输出电压接近理想的直流 或正弦交流，一般应对称地安排一个周期中不同的 开关状态及持续时间 q常用分析方法状态空间平均法，傅立叶变换 18 电力电子学电力电子变换和控制技术（第二版） 1.5 开关型电力电子变换器的应用领域 1.5.1 开关型电力电子变换电源 1.5.2 开关型电力电子补偿控制器 19 电力电子学电力电子变换和控制技术（第二版） 1.5.1 开关型电力电子变换电源 q电力系统中的直流远距离输电 q直流电动机变速传动控制 q交流电动机变速传动控制 q变速恒频发电系统 q电解、电镀等应用领域中的低压大电流可控直流
10、电 源。 q各类高性能的不间断供电电源(UPS， Uninterruptible Power Supply) q各类恒频、恒压通用逆变电源 20 电力电子学电力电子变换和控制技术（第二版） 1.5.1 开关型电力电子变换电源（续） q照明灯具用的高频电力电子变换器(电子镇流器)。 q各类低压直流开关电源。 q蓄电池充电电源。 q中频或高频感应加热电源。 q大功率脉冲电源、激光电源。 q燃料电池或太阳能光-电转换系统输出的恒压直流或恒 频、恒压交流电源。 q超导磁体储能、磁悬浮运载工具等高压特大容量的电 力电子变换电源。 21 电力电子学电力电子变换和控制技术（第二版） 1.5.2 开关型电力电
11、子补偿控制器 1.5.2.1 电压、电流（有功、无功）补偿控制器 1.5.2.2 阻抗补偿控制器 22 电力电子学电力电子变换和控制技术（第二版） 1.5.2.1 电压、电流（有功、无功）补偿控制器 对图示开关电路的四个开关器件进行实时、适式的高频通 、断控制，再将开关电路输出电压经高频滤波后就可以由变换 器输出端得到所需要的、任意波形的周期性或非周期电压，因 此开关型电力电子变换器可以成为任意波形的电压源; 如果电 压经大电感接到外电路，就可以输出任意波形的周期性或非周 期电流，此时又可以看成一个任意波形的电流源。 23 电力电子学电力电子变换和控制技术（第二版） 1.5.2 .1 开关型电力电子补偿控制器 将图示的电感、电容或电阻经一个可控的开关器件 S并联接入或串联接入交流电网就构成了一个阻抗补偿 控制器。对开关器件进行实时、适式的通、断控制，就 可以改变电网的等效负载阻抗或等效线路阻抗，从而补 偿控制电网、负载的电压、电流、功率。 24 电力电子学电力电子变换和控制技术（第二版） 课程学习要求 q掌握典型电力半导体器件的运行特性和应用 技术 q掌握典型电力电子变换器的主电路拓扑结构 、运行过程、工作波形、控制要求 q掌握常用的电力电子变换电路的分析方法 q了解电力电子变换器的应用领域 q电力电子学是一门实践性很强的专业基础课 程，应主动对待实验，培养实际工作能力。 25
