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1、1,电力电子技术基础总复习,教材：电力电子技术 西安交通大学 王兆安 黄 俊 主编,总复习- 2,目录,绪论第1章 电力电子器件 第2章 整流电路 第3章 直流斩波电路 第4章 交流电力控制电路和交交变频电路 第5章 逆变电路 第6章 PWM控制技术 第7章 软开关技术 第8章 组合变流电路,总复习- 3,绪论,电力电子技术（电力电子器件应用技术即变流技术）使用电力电子器件对电能进行变换和控制的技术。是研究电能变换原理及功率变换装置的综合性学科，包括电压、电流、频率和波形变换，涉及电子学、自动控制原理和计算机技术等学科。本质上就是研究大功率可控电源的技术。 电力电子技术与信息电子技术的主要不同
2、就是效率问题。大功率电力电子装置效率应高于85%。信息电子主要着眼点在于信号转换，电子器件大都工作在放大区；电力电子着眼于电能变换，电力电子器件工作在开关区。,总复习- 4,绪论,电力电子技术（电力电子器件应用技术即变流技术）周期性高频开关型电路（PWM)是提高电力电子电路工作效率的关键。高频电路还能大大降低变压器的体积，从而有利于提高功率密度，降低成本。高频化使得开关过程和开关损耗的控制变得更加重要，同时高频电磁噪声的抑制（EMI）也成为关键问题。电力电子技术的发展方向是高频、高效、高功率密度和智能化，最终使人们进入电能变换和频率变换更加自由的时代，并充分发挥其节能、降耗和提高装置工作性能的
3、作用。,总复习- 5,电力电子应用技术即是变流技术,实现电力变换的技术称为变流技术 实现电力变换的装置称为功率变换器 实现功率变换器的电路称为 电力电子电路,电力变换 四大类 交流直流 直流交流 直流直流 交流交流,绪论,总复习- 6,变流技术是利用开关器件实现电力变换，, AC/DC基本整流电路,同一种电路拓扑结构，不同的输入，不同的控制规律，可实现不同的输出,绪论,总复习- 7, DC/AC基本逆变电路,变流技术利用开关器件实现电力变换,绪论,总复习- 8, DC/DC直流降压电路,变流技术利用开关器件实现电力变换,绪论,总复习- 9, AC/AC直接变频、变压电路,变流技术利用开关器件实
4、现电力变换,绪论,总复习- 10,绪论,和其他课程的关系：,电路电子技术基础,电力电子技术,电力拖动自动控制系统,课程学习要求：,掌握典型电力半导体器件的运行特性和应用技术；掌握典型电力电子变换器的主电路 拓扑结构、电路原理、工作波形、控制要求；掌握常用的电力电子变换电路的分析方法；了解电力电子变换器的应用领域；了解电力电子变换器的电路仿真软件如MATLAB、PSPICE、PSIM等的应用；电力电子学是一门实践性很强的专业课程，应主动对待实验，培养实际工作能力。,电机拖动基础,+,+,自动控制原理,总复习- 11,课程考核分为三部分：期末闭卷考试（50%)、平时考勤实验(20%)、专题研究报告
5、(30%),电力电子技术自主学习-电力电子技术专题研究自主选择一个课题或自拟一课题（不能同一题目），3个同学一组，分工合作完成方案设计、电路设计及参数设计、仿真研究（或电路原理图设计及印刷电路板设计）内容应与电力电子技术有关。要求同大学生电子竞赛要求，应有性能指标设计。有书面报告并作好PPT,组织专题讨论会。选择比较优秀的课题作为进一步实验研究。,绪论,总复习- 12,专题1-三相晶闸管整流电路数字触发控制专题2开关稳压电源电路设计专题3三相正弦波变频电源专题4DC-DC PWM 升降压(Cuk)变换电路设计专题5DC-DC变换器应用直流电机速度控制专题6DC-DC 单端反激式变换电路设计专题
6、7DC-DC 单端正激式变换电路设计专题8DC-AC SPWM单相全桥逆变电路设计专题9智能功率模块（IPM）变频调速电路设计专题10变频器光电隔离驱动电路设计专题11电力电子电路闭环控制（稳态和动态分析）专题12电力电子电路闭环动态特性专题13晶闸管整流电路谐波和功率因数分析专题14移相全桥零电压开关电路实验专题15电力电子电路滤波器设计专题16电力电子电路功率因数分析专题17电力电子电路中信号的频谱分析,总复习- 13,专题18-变频器电路原理图设计专题19带功率因数校正（PFC）的整流电路设计专题20谐振软开关电路实验专题21-单相交流电源自动稳压器专题22-24V交流单相在线式不间断电
7、源电路设计专题23-三相交流在线式不间断电源电路设计专题24-逆变器电路及其数字控制专题25-三电平逆变电路及其数字控制专题26-光伏并网发电模拟装置专题27-PWM整流器分析与控制专题28-双PWM变换器分析与控制专题29-三相晶闸管交交变频电路谐波分析专题30-矩阵变换器分析与控制专题31-PWM控制芯片及外围电路设计专题32-电动汽车充电电路设计专题33-非接触充电电路设计,总复习- 14,专题1-三相晶闸管整流电路数字触发控制专题2开关稳压电源电路设计专题3DC-DC PWM 升降压(Cuk)变换电路设计专题4DC-DC变换器应用直流电机速度控制专题5DC-DC 单端反激式变换电路设计
8、专题6DC-DC 单端正激式变换电路设计专题7电力电子电路滤波器设计专题8- 单相交直交变频电路的实验研究专题9直流斩波电路(设计性)的实验研究（sepic chopper、 zeta chopper）专题10-斩控式交流调压电路的实验研究专题11-PWM整流器分析与控制专题12-锯齿波移相触发电路的实验研究（维修）专题13-电动汽车充电电路设计专题14逆变器电路及其驱动电路设计专题15-非接触充电电路设计专题16-24V交流单相在线式不间断电源电路设计专题17-三相交流在线式不间断电源电路设计,总复习- 15,总复习- 16,总复习- 17,电阻是能量损耗器件，电阻在电力电子电路中存在于负载
9、和寄生参数中，例如，电源的等效电阻，电感、变压器和电机中的线圈电阻，导线电阻，电容的等效电阻以及联结时的接触电阻等。电阻的大小与电流的频率无关，但导体中的线电阻与频率有关，随着流过电阻的电流频率增大，线电阻增大。具有趋肤效应，解决趋肤效应的办法就是采用多线头导体。电阻串联和并联的方法可以推广到整个电力电子元件和电路。如电力电子元件串联可以承受更高的电压，并联可以流更大的电流。通过串联或并联还可改善电力电子电路的性能，改善输出电压或电流的波形如降低电压或电流脉动率，改善功率因数等。,电力电子电路中的电阻,电力电子器件,总复习- 18,电感是储能器件，高频开关电路中还应考虑寄生电感的对器件及电路的
10、影响。负载、导线、变压器和电机的漏感都可视为寄生电感。电感的电压电流关系为：大电感具有维持动态电流不变的能力：串联大电感的电源可视为恒流源。电感电流的突然变化会导致电感两端产生很高的电压，也影响到电路中相关的元件。电感中电流不会瞬间跳变，即电感中电流是连续的。因此，在电力电子开关两端须反并联一个续流二极管电感常用于限制开关过程中瞬间过电流，还可用于维持并联支路之间电流平衡。,电力电子电路中的电感连接,电力电子器件,总复习- 19,电容也是储能器件，高频开关电路中须考虑寄生电容的作用，变压器中的匝间和层间，二极管、晶体管、晶闸管中的PN结都存在寄生电容。电容的电压电流关系为：即恒流源向电容充电时
11、，电容两端电压线性增加。并联大电容可维持动态电压不变，电容两端的电压是连续的。 并联大电容的电源可视为恒压源。电容两端电压的突然变化，会导致非常大的电流。电容和单向开关不能并接在一起，无论何时需要这种连接，开关断开时，必须提供阻塞二极管与电容串接在一起，防止万一开关闭合形成短路。周期性的激励包含电容的电路，一个周期内流出和流入电容的平均电压为零。如果流出流入电容的平均电流非零，那么电容电压将泵升到无穷大。电容常用来限制开关过程中瞬间过电压。还可用于串联电路的动态均压。,电力电子电路中的电容连接,电力电子器件,总复习- 20,电力电子电路中的变压器,LC电路常构成谐振电路。串联谐振电路电流最大。
12、并联谐振电路总电流最小。LC电路可构成开关电路的无源滤波器，滤去高频分量。LC谐振电路常用来构成软开关电路。变压器只能用于传输交流信号或交流电能。直流电压不能通过变压器传输。如果有直流分量流过变压器绕组会造成磁饱和，导致发热甚至烧坏。变压器是通过磁耦合把电能或电信号从一个电路传输到另一电路，只要原边电路和副边电路不共地，则原副边绕组信号电气隔离。变压器到但传输过程中电压或电流波形的频率不会改变，当然，能量守恒定律适用于变压器。变压器可以变压也可作为变换器到负载的阻抗匹配器件。变压器不能改变频率。变压器的体积和重量与频率成反比。高频化可减小N，S参数值,从而减小了变压器的体积和重量；还可减小滤波
13、器的参数,从而有效的降低电力电子装置的体积和重量。,电力电子器件,总复习- 21,电力电子器件,电力电子器件是在电力电子电路中是作为可控开关来用。电力电子器件是一种半导体开关，实际上是一种单向单极开关。它不是理想开关，存在开关时间和开关暂态过程。开关时间也限制了电力电子器件的开关频率。最受关注的是电力电子器件的可控性、开关时间、开关过程中的特性、开关元件的最高耐压值和最大电流值。按照器件能够被控制的程度，分为三类：,半控型器件 通过控制信号控制其导通而不能控制其关断。 全控型器件 通过控制信号控制其导通又控制其关断。 不可控器件 不能用控制信号来控制通断，不需驱动电路。,按照驱动电路信号的性质
14、，分为两类：,电流驱动型 驱动功率大。 电压驱动型 驱动功率小。,总复习- 22,电力电子器件,电力电子器件分类“树”,单极型： 电力MOSFET（电力场效应晶体管） SIT（静电感应晶体管） 双极型： 电力二极管 晶闸管（ SCR ） GTO （门极可关断晶闸管） GTR（电力晶体管） SITH（静电感应晶闸管） IRIAC（双向晶闸管） RCT（逆导晶闸管） LTT（光控晶闸管）,混合型： IGBT（绝缘栅双极晶体管） MCT（MOS控制晶闸管）,电力电子器件类型归纳,总复习- 23,二极管是不可控开关。 PN结的单向导电性使它成为单向开关。PN结有电容效应，影响开关频率。二极管开通时间很
15、短；但关断前有大的反向电流，伴随有明显的反向电压过冲。并且需要一个反向恢复时间trr 。影响二极管开关速度的主要因素是反向恢复时间trr 。 5s以上称普通二极管(整流二极管），开关频率在1kHz以下，但电流和反向电压很高， 5s以下，数百ns的称快速二极管 。 1040ns为肖特基二极管。额定电流为正弦半波的平均值，器件工作按发热有效值计算。因此需换算到平均值来选择二极管。,电力电子器件,总复习- 24,晶闸管,晶闸管内部可等效为级三极管模型。正反馈原理和制造特点使之成为半控性开关。普通晶闸管的关断时间约几百微秒。选择电压和电流等级时同二极管。晶闸管对du/dt和di/dt敏感。关断过程中应采取电路限制。晶闸管的派生器件：快速晶闸管数10s，,高频晶闸管10s左右.双向晶闸管可看作是一对反并联联接的晶闸管。但它用有效值来表示其额定电流值。逆导晶闸管反并联二极管的集成。光控晶闸管，利用光照信号触发晶闸管。可保证主电路与控制电路之间的绝缘，且可避免电磁干扰的影响。从而大大提高了开关的可靠性，在高压大功率中应用广泛。,晶闸管阳极正向电压下，控制门极触发脉冲的产生时刻就可控制晶闸管的导通。反向阳极电压是晶闸管关断的必要条件，但真正关断须电流低于维持电流时。这是分析晶闸管电路的基础。,
