电力电子课件 - 华中科技大学 - 第1章 电力电子变换和控制技术导论

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1、第1章电力电子变换和控制技术导论21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31.1电力电子学科的形成1.电力技术2.电子技术3.电力电子技术41.1电力电子学科的形成（续1）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。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.电力技术51.1电力电子学科的形成（续2）电子技术又称为电子学，它是与电子器件、电子电

2、路以及电子设备和系统有关的科学技术。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。又称为信息电子技术或信息电子学。2.电子技术61.1电力电子学科的形成（续3）也称为电力电子学。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。是综合了电子技术、控制技术和电力技术的新兴交叉学科。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.电力电子技术(PowerElectr

3、onics)71.1电力电子学科的形成（续4）典型的电力电子系统框图3.电力电子技术(PowerElectronics)81.2电力电子变换和控制的技术经济意义为了满足一定的生产工艺和流程的要求，供电电源的电压、频率甚至波形都必须满足各种用电设备的不同要求。将发电厂生产的单一频率和电压的电能变换为各个用电设备最佳工况所需要的另一种特性和参数(频率、电压、相位和波形)的电能，再供负载使用，用电设备可以获得更好的技术特性和更大的经济效益。91.电力变换的类型2.交流机组实现电力变换3.利用开关器件实现电力变换的基本原理1.3开关型电力电子变换的基本原理及控制方法101.电力变换的类型电源可分

4、为两类：直流电（D.C），频率f=0交流电（A.C），频率f0电力变换按电压(电流)的大小、波形及频率变换划分为四类基本变换及相应的四种电力变换电路或电力变换器。这四类基本变换可以组合成许多复合型电力变换器112.交流机组实现电力变换传统电力技术如何将交流电变为直流电？基本原理缺点122.交流机组实现电力变换(续1)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？基本原理缺点133.利用开关器件实现电力变换的基本原理如何用电力电子开关器件实现电能的变换？基本原理图中的开关设为理想开关vo=S×viS为开关函数143.利用开关器件实现电力变换的基本原理(续1)如何用电力电子

5、开关器件实现电能的变换？DC/DC直流降压电路153.利用开关器件实现电力变换的基本原理(续2)方案一:电阻降压163.利用开关器件实现电力变换的基本原理(续3)方案二:串联晶体管173.利用开关器件实现电力变换的基本原理(续4)方案三:串联单刀双掷开关,理想开关,无损耗183.利用开关器件实现电力变换的基本原理(续5)方案三:串联单刀双掷开关,理想开关,无损耗193.利用开关器件实现电力变换的基本原理(续6)方案三:串联单刀双掷开关,理想开关,无损耗串联LC,滤出谐波,滤波器的截止频率<<开关频率203.利用开关器件实现电力变换的基本原理(续7)BUCK电路方案三:串联单刀双掷开关,理

6、想开关,无损耗增加控制回路213.利用开关器件实现电力变换的基本原理(续8)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AC/DC基本整流电路223.利用开关器件实现电力变换的基本原理(续9)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DC/AC基本逆变电路233.利用开关器件实现电力变换的基本原理(续10)工作方式周期控制分析方法等效法考虑问题开关时刻AC/AC直接变频、变压电路241.4开关型电力电子变换器的基本特性开关型电力电子变换器的核心部分是一组开关电路输出、输入端附加、滤波器，可以改善输出电压和输入电流波形通常采用开关周期平均值（状态空

7、间平均法）和傅立叶级数分析其工作特性电力电子变换电路中的电压、电流周期性时间函数v(t)=v(t+T)、i(t)=i(t+T)往往具有对称性251.5开关型电力电子变换器的应用领域开关型电力电子变换电源开关型电力电子补偿控制器26电机传动27NASA风洞28富士高速机车29新能源发电30未来电力系统31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、运行过程、工作波形、控制要求掌握常用的