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1、电电力电电子技术术主讲讲：谭谭智力测测控技术术与仪仪器专业选专业选 修课课 教材及参考书书开关电电源的原理与设计设计 （修订订版 ） 张占松 蔡宣三 编 电子工业出版社，2004年电电力电电子学电电力电电子变换变换 和控制技术术 陈坚 编 高等教育出版社，2004年12月电电力电电子技术术 王兆安 ,黄俊主编,第四版, 机械工业出版社 ,2001年电电力电电子变换变换 和控制技术导论术导论第 1 章1.1 电电力电电子学科的形成1.电电力技术术 2.电电子技术术 3.电电力电电子技术术1.1 电电力电电子学科的形成（续续1）a.电力技术是一门涉及 发电 、输电 、配电及 电力应用的科学技术 。
2、 利用电磁学(电路、磁 路、电场 、磁场的基 本原理)，处理发电 、 输配电及电力应用的 技术统 称电力技术。 1.电电力技术术1.1 电电力电电子学科的形成（续续2）a.电子技术又称为电 子学， 它是与电子器件、电子电 路以及电子设备 和系统有 关的科学技术。 b.电子技术是研究电子器件 ，以及利用电子器件来处 理电子电路中电信号的产 生、变换 、处理、存储、 发送和接收问题 。 c.又称为信息电子技术或信 息电子学。 2.电电子技术术1.1 电电力电电子学科的形成（续续3）a.也称为电 力电子学。 b.利用电力电子开关器件组成电力开关电路，利用集 成电路和微处理器构成信号处理和控制系统，对
3、电 力开关电路进行实时 、适式的控制，经济 有效地实 现开关模式的电力变换 和电力控制，包括电压 （ 电流）的大小、频率、相位和波形的变换 和控制。 c.是综合了电子技术、控制技术和电力技术的新兴交 叉学科。 d.电力电子技术的发展史是以电力电子器件的发展史 为纲3.电电力电电子技术术(Power Electronics)1.1 电电力电电子学科的形成（续续3）a.电力电子器件的发展史3.电电力电电子技术术(Power Electronics)1.1 电电力电电子学科的形成（续续4）a.典型的电电力电电子系统统框图图 3.电电力电电子技术术(Power Electronics)1.2 电力电子
4、变换 和控制的技术经济 意义a.为为了满满足一定的生产产工艺艺和流程的要求，供电电电电 源的电压电压 、频频率甚至波形都必须满须满 足各种用电设电设 备备的不同要求。 将发电发电 厂生产产的单单一频频率和电压电压 的电电能变换为变换为 各 个用电设备电设备 最佳工况所需要的另一种特性和参数( 频频率、电压电压 、相位和波形)的电电能，再供负载负载 使用 ，用电设备电设备 可以获获得更好的技术术特性和更大的经经 济济效益。1.2 电力电子变换 和控制的技术经济 意义a.节节能： 如风风机、水泵泵的调调速，照明用的电电子镇镇流器（取代 普通镇镇流器）。 省材： 提高设备设备 的工作频频率，可以减小
5、设备设备 体积积、重量， 使铜铜、铁铁的使用量减少。 环环保： 节节能、省材是环环保的具体表现现。 提高产产品质质量和劳动劳动 生产产率（供电稳电稳 定、快速） 提高电电力系统统自身的运行质质量和稳稳定性。 发电发电 机励磁、柔性输电输电 、高压压直流输电输电 、谐谐波治理 、无功补偿补偿 。 1.电电力变换变换 的类类型 2.交流机组实现电组实现电 力变换变换 3.利用开关器件实现电实现电 力变换变换 的基本原理1.3 开关型电电力电电子变换变换 的基本原理及控制方法1.电电力变换变换 的类类型a.电电源可分为为两类类： a.直流电（D.C） ，频 率f=0 b.交流电（A.C） ，频 率f
6、0 b.电电力变换变换 按电压电压 (电电流) 的大小、波形及频频率变变 换换划分为为四类类基本变换变换 及相应应的四种电电力变换变换 电电路或电电力变换变换 器。 c.这这四类类基本变换变换 可以组组 合成许许多复合型电电力变变 换换器2.交流机组实现电组实现电 力变换变换传统电传统电 力技术术如何将交流电变为电变为 直流电电？ a.基本原理 缺点2.交流机组实现电组实现电 力变换变换 (续续1)传统电传统电 力技术术如何将一种频频率的交流电变为电变为 另一种频频率的交流 电电？a. 基本原理a. 缺点3.利用开关器件实现电实现电 力变换变换 的基本原理如何用电电力电电子开关器件实现电实现电
7、 能的变换变换 ？ a.基本原理:图图中的开关设为设为 理想开关 vo= Svi S为为开关函数 3.利用开关器件实现电实现电 力变换变换 的基本原理(续续1)如何用电力电子开关器件实现电 能的变换 ？ a.DC/DC直流降压电压电 路3.利用开关器件实现电实现电 力变换变换 的基本原理(续续2)方案一: 电电阻降压压3.利用开关器件实现电实现电 力变换变换 的基本原理(续续3)方案二: 串联联晶体管3.利用开关器件实现电实现电 力变换变换 的基本原理(续续4)方案三: 串联单联单 刀双掷掷开关,理想开关,无损损 耗3.利用开关器件实现电实现电 力变换变换 的基本原理(续续5)方案三: 串联单
8、联单 刀双掷掷开关,理想开关,无损损 耗3.利用开关器件实现电实现电 力变换变换 的基本原理(续续6)方案三:串联单联单 刀双掷掷开关,理想开关,无损损耗 串联联LC, 滤滤出谐谐波, 滤滤波器的截止频频率开关频频 率3.利用开关器件实现电实现电 力变换变换 的基本原理(续续7)BUCK电电路方案三:串联单联单 刀双掷掷开关,理想开关,无损损 耗 增加控制回路3.利用开关器件实现电实现电 力变换变换 的基本原理(续续8)工作方式 相控、斩斩波 分析方法 傅立叶分解 、积积分 考虑问题虑问题 开关时时刻、 滤滤波a.AC/DC基本整流电电路3.利用开关器件实现电实现电 力变换变换 的基本原理(续
9、续9)工作方式:方波、PWM波 分析方法:傅立叶分解 考虑问题虑问题 :开关时时刻、 滤滤波a.DC/AC基本逆变电变电 路3.利用开关器件实现电实现电 力变换变换 的基本原理(续续10)工作方式:周期控制 分析方法:等效法 考虑问题虑问题 :开关时时刻a.AC/AC直接变频变频 、变压电变压电 路1.4 开关型电电力电电子变换变换 器的基本特性a.开关型电电力电电子变换变换 器的核心部分是一组组开关电电 路 b.输输出、输输入端附加、滤滤波器，可以改善输输出电压电压 和输输入电电流波形 c.通常采用开关周期平均值值（状态态空间间平均法）和傅 立叶级级数分析其工作特性 d.高频频PWM控制是改
10、善开关电电路输输出电压电压 、输输入电电 流波形最有效的技术术措施（频频率的提高使滤滤波电电路 尺寸大幅度降低）； e.在电电力电电子变换变换 器工作中，开关器件不断地进进行 周期性通、断状态态的依序转换转换 ； f. 电电力电电子变换电变换电 路中的电压电压 、电电流周期性时间时间 函 数v(t)=v(t+T)、i(t)=i(t+T) 往往具有对对称性一般应应 对对称地安排一个周期中不同的开关状态态及持续时续时 间间1.5 开关型电电力电电子变换变换 器的应应用领领域1.开关型电电力电电子变换电变换电 源 2.开关型电电力电电子补偿补偿 控制器开关型电电力电电子变换电变换电 源a.电电力系统
11、统中的直流远远距离输电输电 b.直流电动电动 机变变速传动传动 控制 c.交流电动电动 机变变速传动传动 控制 d.变变速恒频发电频发电 系统统 e.电电解、电镀电镀 等应应用领领域中的低压压大电电流可控直流电电源。 f. 各类类高性能的不间间断供电电电电 源（UPS，Uninterruptible Power Supply） g.各类类恒频频、恒压压通用逆变电变电 源 h.照明灯具用的高频电频电 力电电子变换变换 器（电电子镇镇流器） i. 各类类低压压直流开关电电源 j. 蓄电电池充电电电电 源 k.中频频或高频频感应应加热电热电 源 l. 大功率脉冲电电源、激光电电源 m.燃料电电池或太
12、阳能光-电转换电转换 系统输统输 出的恒压压直流或恒频频 、恒压压交流电电源 n.抽水储储能发电发电 站、超导导磁体储储能、磁悬悬浮运载载工具等高 压压特大容量的电电力电电子变换电变换电 源 电电机传动传动NASA 风风洞富士高速机车车新能源发电发电未来电电力系统统课课程学习习要求a.掌握典型电电力半导导体器件的运行特性和应应用技术术 b.掌握典型电电力电电子变换变换 器的主电电路拓扑结结构、运 行过过程、工作波形、控制要求 c.掌握常用的电电力电电子变换电变换电 路的分析方法 d.了解电电力电电子变换变换 器的应应用领领域THANK YOU VERY MUCH ！本章到此结结束， 谢谢谢谢 您的光临临！
