电力电子技术与应用

电力电子技术与应用汇报人：2024-01-29CATALOGUE目录电力电子技术概述电力电子器件基础变换电路分析与设计控制策略与实现方法储能技术与新能源应用典型案例分析与实践操作电力电子技术概述01CATALOGUE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年代晶闸管的问世以来，电力电子技术经历了多次变革，从最初的整流器时代到逆变器时代，再到如今的变频器时代。电力电子技术定义与发展发展历程定义分类高效率快速响应高可靠性电力电子器件分类及特点01020304根据控制信号的性质，电力电子器件可分为不可控型、半控型和全控型三类。电力电子器件能够实现高效率的电能转换。器件响应速度快，能够实现精确的实时控制。经过不断优化和改进，现代电力电子器件具有很高的可靠性。电力电子技术广泛应用于能源、交通、工业、通信等领域，如新能源发电、电动汽车、工业自动化、智能电网等。应用领域随着全球能源结构的转型和智能化的发展，电力电子技术的市场需求将持续增长。未来，电力电子技术将在新能源、智能电网、电动汽车等领域发挥更加重要的作用。市场前景应用领域及市场前景电力电子器件基础02CATALOGUE硅（Si）、锗（Ge）等，具有介于导体和绝缘体之间的电导特性。半导体材料PN结、双极型晶体管（BJT）、场效应晶体管（FET）等，由半导体材料构成，具有放大、开关、稳压等功能。器件结构半导体材料与器件结构工作原理利用PN结的单向导电性，实现正向导通、反向截止的功能。特性具有较大的正向电流处理能力、快速的反向恢复时间、较高的耐压能力等。功率二极管工作原理及特性工作原理通过控制极（门极）的触发信号，控制晶闸管的导通与关断。特性具有较大的电流和电压处理能力、可控性强、开关速度快等。晶闸管工作原理及特性绝缘栅双极型晶体管（IGBT）结合了BJT和FET的优点，具有高压、大电流、快速开关等特性。金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）利用栅极电压控制漏极电流，具有输入阻抗高、开关速度快、热稳定性好等特性。可控硅整流器（SCR）通过控制触发角实现输出电压的调节，具有较大的电流处理能力、较高的耐压能力等。其他常见功率器件介绍变换电路分析与设计03CATALOGUE半波整流只利用交流电的半个周期，输出波形脉动较大，效率较低。整流电路原理利用二极管的单向导电性，将交流电转换为直流电。整流电路分类根据电路结构和输出波形，整流电路可分为半波整流、全波整流、桥式整流等。全波整流利用交流电的全部周期，输出波形脉动较小，效率较高。桥式整流采用四个二极管组成的桥式电路，具有全波整流的优点，同时减小了变压器的体积和成本。整流电路原理及分类脉宽调制逆变采用脉宽调制技术，可以实现对输出波形的精确控制，提高电能质量。正弦波逆变输出波形为正弦波，谐波含量较小，但需要较复杂的控制电路。方波逆变输出波形为方波，电路简单，但谐波含量较大。逆变电路原理将直流电转换为交流电，通过控制开关管的通断来实现。逆变电路分类根据输出波形和控制方式，逆变电路可分为方波逆变、正弦波逆变、脉宽调制逆变等。逆变电路原理及分类通过控制开关管的通断，将直流电压斩成一系列脉冲，从而改变输出电压的平均值。直流斩波技术通过改变交流电的频率来实现对输出电压的调整，常用于电机调速等场合。频率控制通过改变交流电的相位、幅值或频率，实现对输出电压的调整。交流调压技术通过控制触发角来改变可控硅的导通时间，从而调整输出电压的相位和幅值。相位控制通过控制开关管的占空比来改变输出电压的幅值。幅值控制0201030405直流斩波和交流调压技术电压调整率负载调整率效率谐波含量变换电路性能指标评估方法输出电压在负载变化时保持稳定的能力，用百分比表示。输出功率与输入功率之比，反映了变换电路的能耗情况。输出电流在负载变化时保持稳定的能力，也用百分比表示。输出波形中谐波分量的含量，用总谐波失真（THD）表示，反映了输出电能的纯净度。控制策略与实现方法04CATALOGUE通过调制脉冲宽度来控制输出电压或电流的平均值。PWM基本原理PWM调制方式PWM控制器设计包括前缘调制、后缘调制和双缘调制等。需要选择合适的载波频率、调制深度和死区时间等参数。030201PWM控制技术基础通过在开关过程中引入谐振或准谐振，实现开关管在零电压或零电流条件下的开关。软开关基本概念包括零电压开关（ZVS）和零电流开关（ZCS）两大类。软开关技术分类需要考虑谐振元件的选择、谐振频率的设定以及控制策略的实现等因素。软开关电路设计软开关技术原理及实现方法

数字化控制策略数字化控制优势具有精度高、灵活性好、易于实现复杂控制算法等优点。常见数字化控制方法包括PID控制、模糊控制、神经网络控制等。数字化控制器设计需要选择合适的控制算法、采样频率以及数字滤波器等。系统受到扰动后，能够自动恢复到原来平衡状态的能力。稳定性基本概念包括时域分析法、频域分析法和根轨迹法等。稳定性分析方法通过对控制器参数的调整，使得闭环系统满足稳定性、快速性和准确性等性能指标。控制器参数整定闭环系统稳定性分析方法储能技术与新能源应用05CATALOGUE储能技术分类根据储存能量的形式，可分为机械储能、化学储能、电磁储能等。储能技术定义通过特定装置或物理介质将能量储存起来，在需要时释放的技术。储能技术应用领域包括电力系统、交通运输、工业制造、建筑等领域。储能技术概述及分类123利用电极与电解质之间的界面双电层来储存电能。超级电容器原理充电速度快、循环寿命长、功率密度高等。超级电容器特点用于电动汽车、风力发电、太阳能发电等领域。超级电容器应用超级电容器储能原理及应用通过锂离子在正负极之间的迁移来储存和释放电能。锂离子电池原理能量密度高、自放电率低、无记忆效应等。锂离子电池特点用于手机、笔记本电脑、电动汽车等领域。锂离子电池应用锂离子电池储能原理及应用03具体应用案例光伏逆变器、风力发电变流器、电动汽车驱动器等。01新能源概述指太阳能、风能、水能等可再生能源。02电力电子技术在新能源领域的应用实现能量的转换和控制，提高能源利用效率。新能源领域中的电力电子技术典型案例分析与实践操作06CATALOGUE节能原理及效果根据负载需求调整电机运行速度，减少无用功消耗，节能效果显著。应用实例风机、水泵等设备的节能改造，注塑机、空压机等领域的应用。变频器工作原理及基本组成通过改变电源频率实现电机速度调节，由整流器、滤波器、逆变器等组成。案例分析：变频器在节能领域应用系统设计要点电源容量选择、电池配置、冗余设计等方面的考虑。应用实例数据中心、医疗设备、工业自动化等领域的不间断电源保障。UPS工作原理及分类在线式、后备式等不同类型UPS的工作原理和特点。案例分析：UPS不间断电源系统设计电机、控制器、电池等关键部件的介绍。新能源汽车驱动系统组成针对不同类型新能源汽车的驱动系统设计方案。驱动系统解决方案纯电动汽车、混合动力汽车等新能源汽车的驱动系统应