教学《电力电子技术》(第2版)南余荣

教学《电力电子技术》(第2版)南余荣目录contents课程介绍与教学目标电力电子器件整流电路逆变电路直流-直流变流电路交流-交流变流电路PWM控制技术电力电子装置与系统01课程介绍与教学目标《电力电子技术》是电气工程及其自动化专业的一门重要课程，主要研究电力电子器件、电力电子电路和电力电子系统的分析、设计、制造和应用。课程内容包括电力电子器件的工作原理、特性和应用，电力电子电路的分析和设计方法，以及电力电子系统在各个领域中的应用。通过本课程的学习，学生可以掌握电力电子技术的基本理论、基本知识和基本技能，为从事电气工程及其自动化领域的研究、设计、制造和应用打下基础。《电力电子技术》课程简介掌握电力电子器件的工作原理、特性和应用，了解新型电力电子器件的发展趋势。了解电力电子系统的基本组成和应用领域，能够分析和解决简单的电力电子系统问题。教学目标与要求掌握电力电子电路的基本分析方法和设计方法，能够分析和设计简单的电力电子电路。培养学生的实践能力和创新能力，提高学生的综合素质和工程实践能力。《电力电子技术》(第2版)，南余荣主编，机械工业出版社。教材《电力电子技术基础》、《现代电力电子技术及应用》、《电力电子系统分析与设计》等。参考书目教材及参考书目02电力电子器件工作原理利用PN结的单向导电性特性承受高电压和大电流，导通压降小，开关速度快不可控器件应用整流电路、续流电路等工作原理通过门极触发导通，一旦导通，门极就失去控制作用不可控器件承受高电压和大电流，导通压降小，但关断需要外部电路配合特性可控整流电路、交流调压电路等应用不可控器件通过基极电流控制集电极电流，实现放大和开关功能承受高电压和大电流，开关速度快，但驱动电路复杂半控型器件特性工作原理应用电机驱动、逆变电路等工作原理通过门极负脉冲使其关断半控型器件承受高电压和大电流，开关速度快，但需要复杂的驱动和保护电路特性逆变电路、斩波电路等应用半控型器件全控型器件工作原理利用栅源电压控制漏极电流，实现开关功能特性开关速度快，输入阻抗高，驱动功率小，但耐压和耐流能力相对较低全控型器件中小功率开关电源、电机驱动等应用结合了MOSFET和GTR的优点，通过栅极电压控制集电极电流工作原理VS承受高电压和大电流，开关速度快，输入阻抗高，驱动功率小应用大功率开关电源、电机驱动、逆变电路等特性全控型器件03整流电路

单相可控整流电路单相半波可控整流电路介绍电路结构、工作原理、波形分析和参数计算。单相全波可控整流电路详细阐述电路组成、工作原理、波形分析和参数设计。单相桥式可控整流电路重点讲解电路结构、工作原理、波形分析和参数计算，包括带电阻负载和带感性负载两种情况。123介绍电路结构、工作原理、波形分析和参数计算。三相半波可控整流电路详细阐述电路组成、工作原理、波形分析和参数设计。三相全波可控整流电路重点讲解电路结构、工作原理、波形分析和参数计算，包括带电阻负载和带感性负载两种情况。三相桥式可控整流电路三相可控整流电路直流电机调速电解电镀直流电源供电新能源领域应用整流电路的应用通过改变可控整流电路的触发角，实现直流电机的平滑调速。为各种需要直流电源的电子设备提供稳定的电压和电流。利用可控整流电路提供稳定的直流电源，实现金属表面的电解或电镀处理。在太阳能、风能等新能源转换系统中，可控整流电路用于将交流电转换为直流电以供后续使用。04逆变电路工作原理01有源逆变电路通过控制开关器件的通断，将直流电能转换为交流电能。其工作原理主要依赖于PWM控制技术，通过调节PWM波的占空比来控制输出电压的幅值和频率。电路结构02有源逆变电路主要由直流电源、开关器件（如IGBT、MOSFET等）、滤波电路和负载组成。其中，开关器件的选型和驱动电路设计对逆变电路的性能至关重要。优点与局限性03有源逆变电路具有输出电压稳定、响应速度快、能量转换效率高等优点。然而，它也存在一些局限性，如开关器件的耐压和耐流能力有限，需要复杂的驱动和保护电路等。有源逆变电路工作原理无源逆变电路利用负载中的感性或容性元件与开关器件的相互作用，实现直流电能到交流电能的转换。其工作原理主要依赖于负载的谐振特性，通过调节开关器件的通断时刻来控制输出电压的波形。电路结构无源逆变电路主要由直流电源、开关器件、谐振元件（如电感、电容等）和负载组成。与有源逆变电路相比，无源逆变电路的结构相对简单。优点与局限性无源逆变电路具有结构简单、成本低廉等优点。然而，它的输出电压波形质量较差，且对负载的适应性较差，因此在实际应用中受到一定限制。无源逆变电路逆变电路在太阳能、风能等新能源领域具有广泛应用，用于将直流电能转换为交流电能以供负载使用或并网发电。新能源领域在电动汽车中，逆变电路用于将电池组提供的直流电能转换为驱动电机所需的交流电能，实现电动汽车的运行。电动汽车在工业自动化领域，逆变电路可用于驱动各种电机、执行器等负载，实现自动化生产线的运行和控制。工业自动化此外，逆变电路还可应用于电力系统、航空航天、军事等领域，以满足不同应用场景下的电能转换需求。其他领域逆变电路的应用05直流-直流变流电路电路构成降压型直流-直流变流电路主要由输入滤波电路、开关管、续流二极管、储能电感和输出滤波电路等组成。工作原理降压型直流-直流变流电路通过控制开关管的导通和关断，将输入直流电压转换为较低的输出直流电压。在开关管导通时，输入电压通过储能电感向负载供电，同时电感储存能量；在开关管关断时，续流二极管导通，电感释放能量，维持负载电流连续。应用范围降压型直流-直流变流电路广泛应用于各种需要低电压、大电流的场合，如计算机、通信、消费类电子等领域。降压型直流-直流变流电路010203电路构成升压型直流-直流变流电路主要由输入滤波电路、开关管、储能电感、续流二极管和输出滤波电路等组成。工作原理升压型直流-直流变流电路通过控制开关管的导通和关断，将输入直流电压转换为较高的输出直流电压。在开关管导通时，储能电感储存能量；在开关管关断时，续流二极管导通，电感释放能量并通过输出滤波电路向负载提供高电压。应用范围升压型直流-直流变流电路常用于需要将低电压转换为高电压的场合，如LED驱动、电动汽车充电等领域。升压型直流-直流变流电路电路构成复合型直流-直流变流电路结合了降压型和升压型两种变流电路的特点，主要由输入滤波电路、开关管、储能电感、续流二极管和输出滤波电路等组成。工作原理复合型直流-直流变流电路通过控制多个开关管的导通和关断，实现输入直流电压的升降压转换。根据输出电压与输入电压的大小关系，复合型变流电路可以工作在降压模式或升压模式。应用范围复合型直流-直流变流电路适用于需要宽范围输出电压的场合，如新能源发电系统、电动汽车电源管理系统等领域。复合型直流-直流变流电路06交流-交流变流电路通过控制交流电压的幅值或相位，实现对输出电压的调节。调压原理调压方式应用领域包括晶闸管相控调压、自耦变压器调压、PWM控制调压等。交流调压电路广泛应用于电力拖动、电热控制、照明控制等领域。030201交流调压电路调功原理通过控制交流负载的通断时间，实现对负载功率的调节。调功方式包括晶闸管过零触发调功、定时触发调功、智能调功等。应用领域交流调功电路主要用于对电加热、电光源等负载的功率调节。交流调功电路包括晶闸管、双向晶闸管、可关断晶闸管等。开关类型具有快速响应、高耐压、大电流等特点。开关特性交流电力电子开关在电机控制、电源变换、无功补偿等领域有广泛应用。应用领域交流电力电子开关及应用07PWM控制技术01脉冲宽度调制（PWM）是一种模拟控制方式，其根据相应载荷的变化来调制晶体管基极或MOS管栅极的偏置，来实现晶体管或MOS管导通时间的改变，从而实现开关稳压电源输出的改变。02PWM控制通过对脉冲宽度的调制来等效地获得所需要波形（含形状和幅值），即面积等效原理。03在采样控制理论中有一个重要结论：冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时，其效果基本相同。PWM控制的基本原理模拟电路法利用模拟电路产生三角波载波和正弦波调制波，通过比较器确定它们的交点，在交点时刻对开关器件的通断进行控制，从而产生SPWM波。数字电路法通过数字电路产生SPWM波，具体实现方式包括自然采样法、规则采样法等。专用集成电路法采用专用集成电路芯片产生SPWM波，具有集成度高、可靠性好、使用方便等优点。010203SPWM波的产生方法PWM控制技术在电力电子装置中的应用直流-直流（DC-DC）变换器通过PWM控制技术实现输出电压的稳定调节，广泛应用于计算机、通信、工业自动化等领域。直流-交流（DC-AC）逆变器将直流电转换为交流电，通过PWM控制技术实现输出电压和频率的调节，应用于太阳能发电、电动汽车等领域。交流-交流（AC-AC）变频器通过PWM控制技术实现交流电机转速和转矩的调节，应用于电梯、空调、洗衣机等家用电器中。开关电源利用PWM控制技术实现高效率、低噪声的电源转换，广泛应用于计算机、通信、工业控制等领域。08电力电子装置与系统开关电源利用半导体开关器件（如晶体管、场效应管等）的导通和关断，控制输入电压的通断，从而在输出端得到稳定的直流电压。其核心部分包括整流滤波电路、开关变换电路、控制电路和保护电路。以一款12V/5A的开关电源为例，设计步骤包括确定输入输出参数、选择拓扑结构、设计主电路和控制电路、选择元器件、进行仿真和实验验证等。具体实现时，可采用PWM控制技术，通过调节占空比实现输出电压的稳定。工作原理设计实例开关电源的工作原理与设计实例工作原理不间断电源(UPS)是一种在市电中断或异常时，能继续向负载提供交流电能的电源装置。其工作原理包括整流、充电、逆变和切换等环节。在市电正常时，UPS将市电整流成直流电给蓄电池充电；市电异常时，蓄电池放电经逆变器转换成交流电供给负载。设计实例以一款在线式UPS为例，设计步骤包括确定输入输出参数、选择拓扑结构、设计主电路和控制电路、选择元器件、进行仿真和实验验证等。具体实现时，可采用DSP或ARM等微处理器作为控制核心，实现UPS的智能化管理和控制。不间断电源(UPS)的工作原理与设计实例第二季度第一季度第四季度第三季度高效率高功率密度智能化绿色化电力电子装置与系统的发展趋势随着节能环保要求的提高，