电力电子技术基础-绪论

电力电子技术基础-绪论汇报人：AA2024-01-17目录绪论电力电子器件电力电子电路电力电子系统的控制电力电子技术的应用实例电力电子技术的发展趋势与挑战01绪论电力电子技术是一门研究利用半导体电力电子器件进行电能转换和控制的学科。自20世纪50年代晶闸管的问世开始，电力电子技术经历了整流器时代、逆变器时代和变频器时代，不断推动着电力电子装置和系统的发展。电力电子技术的定义与发展发展历程定义能源领域工业领域交通领域信息领域电力电子技术的应用领域在新能源发电、智能电网、电动汽车等方面有广泛应用，提高能源利用效率和可再生能源的利用率。应用于轨道交通、电动汽车、航空航天等方面，推动交通运输的绿色化和智能化发展。应用于电机驱动、电源供应、自动化控制等方面，提高工业生产的效率和自动化水平。作为信息系统的重要组成部分，提供稳定可靠的电源供应和高效能的数据处理能力。课程目标通过本课程的学习，使学生掌握电力电子技术的基本概念和基本原理，了解电力电子技术的应用领域和发展趋势，具备分析和设计简单电力电子电路的能力。课程要求要求学生掌握基本的电路分析方法和设计方法，了解常用电力电子器件的工作原理和特性，能够进行简单的电力电子电路设计和实验验证。同时，要求学生具备创新意识和实践能力，能够综合运用所学知识解决实际问题。课程目标与要求02电力电子器件具有单向导电性，可用于整流电路中将交流电转换为直流电。电力二极管一种具有三个PN结的四层结构的大功率半导体器件，可用于可控整流、交流调压、逆变电源、开关电源等电路。晶闸管不可控器件具有双向导电性，可用于交流开关、温度控制、灯光调节等场合。双向晶闸管在晶闸管的基础上增加了门极关断能力，提高了器件的可控性。可关断晶闸管半控型器件绝缘栅双极型晶体管（IGBT）结合了MOSFET和GTR的优点，具有高输入阻抗、低驱动功率、快速开关速度等优点，广泛应用于电机控制、逆变器、开关电源等领域。电力MOSFET具有输入阻抗高、开关速度快、热稳定性好等优点，常用于中小功率的开关电源、电机驱动等场合。全控型器件03电力电子电路整流电路的作用将交流电能转换为直流电能的电路。整流电路的分类按组成的器件可分为不可控、半控和全控三种；按电路结构可分为桥式电路和零式电路；按交流输入相数分为单相电路和多相电路；按变压器二次电流的方向是单向或双向，又分为单拍电路和双拍电路。整流电路的工作原理利用二极管的单向导电性，将正负交替的50Hz电网电压变成单方向脉动的直流电压。整流电路逆变电路的分类分为有源逆变和无源逆变两种。逆变电路的工作原理采用晶闸管电路把直流电转变成交流电，这种对应于整流的逆向过程定义为逆变。逆变电路的作用将直流电能转换为交流电能的电路。逆变电路123将一种直流电能转换为另一种（或可调）直流电能的电路。直流-直流变流电路的作用分为直接直流变流电路和间接直流变流电路两种。直流-直流变流电路的分类采用电力电子器件实现电压和电流幅值以及波形的转换和控制。直流-直流变流电路的工作原理直流-直流变流电路04电力电子系统的控制通过预设的参考信号或指令来控制电力电子系统的输出，不依赖于系统的反馈信号。开环控制根据系统的反馈信号与参考信号之间的误差来生成控制信号，实现对电力电子系统输出的精确控制。闭环控制包括基于数学模型的控制策略（如PID控制、最优控制等）和基于智能算法的控制策略（如神经网络控制、模糊控制等）。控制策略控制方式与控制策略

控制器设计控制器类型根据控制需求选择合适的控制器类型，如电压控制器、电流控制器、功率控制器等。控制器参数设计通过理论分析和实验验证，确定控制器的参数，如比例系数、积分系数、微分系数等，以实现良好的控制性能。控制器实现根据所设计的控制器类型和参数，选择合适的电路元件和控制算法，实现控制器的硬件和软件设计。稳定性定义系统稳定性是指系统在受到外部扰动或内部参数变化时，能够保持其输出稳定的能力。稳定性分析方法包括时域分析法（如劳斯判据、奈奎斯特判据等）和频域分析法（如伯德图、奈奎斯特图等）。稳定性改善措施针对不稳定的系统，可以采取增加阻尼、改变系统结构、引入负反馈等措施来改善系统的稳定性。系统稳定性分析05电力电子技术的应用实例直流电源供电直流电源供电原理通过整流电路将交流电转换为直流电，为电子设备提供稳定的工作电压。直流电源供电应用广泛应用于计算机、通信、工业控制等领域，如服务器、路由器、PLC等设备均需直流电源供电。变频调速原理通过电力电子变换器改变交流电机供电频率，从而实现对电机转速的连续调节。变频调速应用在工业生产、交通运输、家用电器等领域广泛应用，如电梯、空调、电动汽车等均采用变频调速技术。交流电机变频调速新能源发电并网技术将太阳能、风能等新能源转换为电能，并通过电力电子变换器接入电网，实现与常规能源的互补利用。新能源发电并网原理在能源领域具有重要地位，如光伏电站、风力发电场等新能源发电系统均需采用并网技术。新能源发电并网应用06电力电子技术的发展趋势与挑战新型磁性材料研发高性能磁性材料，降低电力电子装置的体积和重量，提高功率密度和效率。宽禁带半导体器件以硅基材料为基础，发展宽禁带半导体材料如碳化硅（SiC）和氮化镓（GaN），提高器件的耐高温、耐高压和开关速度等性能。集成化与模块化将多个电力电子器件集成在一起，形成具有特定功能的模块，提高系统的可靠性和可维护性。新型电力电子器件的发展研究新型高效拓扑结构，如谐振变换器、多电平变换器等，降低开关损耗，提高变换效率。高效拓扑结构应用软开关技术，减小开关过程中的电压、电流应力，降低开关损耗和电磁干扰。软开关技术提高电力电子装置的工作频率，减小磁性元件的体积和重量，提高功率密度。高频化技术高效率、高功率密度变换技术的发展03电力电子系统与新能源的融合将电力电子技术与新能源技术相结合，构建高效、安全、可靠的能源互联网系统。