《电力电子技术绪论》课件

电力电子技术绪论电力电子技术是现代科技领域的重要分支。它将电子技术与电力技术相结合，运用半导体器件，控制和转换电能。11课程大纲课程安排课程时间、上课地点、课时安排。学习内容课程涵盖电力电子技术的核心内容，从基本概念到实际应用。考核方式考试、作业、课堂参与等多种方式进行考核。学习目标掌握电力电子技术的理论基础，了解其在各领域的应用。什么是电力电子技术电力电子技术是将电力电子器件与控制电路相结合，实现电力变换、控制和调节的技术。它主要涉及电力电子器件、电力电子电路、电力电子控制系统等方面。电力电子技术通过控制半导体器件的开关状态，实现对电能的转换、控制和调节，并应用于各种电力系统中。电力电子技术的特点高效能量转换电力电子器件可以实现高效率的能量转换，减少能量损耗，提高系统效率。精确控制电力电子技术允许对电力系统进行精确控制，调节电压、电流、频率等参数，实现对电力系统的优化管理。灵活性和适应性电力电子技术可用于各种电力应用，例如电源、电机驱动、新能源系统等，具有很强的灵活性。可靠性电力电子技术可以提高电力系统的可靠性和稳定性，降低故障率，延长设备寿命。电力电子技术的应用领域电源领域电力电子技术用于构建高效、可靠的电源系统，包括直流电源、交流电源、开关电源等。电机驱动电力电子技术用于控制电机速度、扭矩和方向，应用于各种工业设备、电动汽车、机器人等。新能源领域电力电子技术用于太阳能、风能、燃料电池等新能源发电系统的能量转换和控制。电能质量改善电力电子技术用于解决电力系统中的谐波、电压波动、功率因数等电能质量问题。电力电子器件基础知识电力电子器件电力电子器件是电力电子电路的核心元件。这些器件能够控制电力系统的能量流向和转换方式。器件分类电力电子器件主要分为两种类型：半导体器件和机械器件。半导体器件包括二极管、晶闸管、可控硅等。机械器件包括继电器、接触器、真空开关等。二极管的基本结构与特性二极管是一种由PN结组成的半导体器件。PN结是由P型半导体和N型半导体材料通过掺杂技术形成的界面。二极管具有单向导电性，即电流只能从P型半导体流向N型半导体，反之则不能。二极管的分类与应用11.按材料分类硅二极管、锗二极管、肖特基二极管等，每个材料都有其特定的特性。22.按用途分类整流二极管、稳压二极管、开关二极管、快速恢复二极管、变容二极管等。33.按封装分类玻璃封装、金属封装、塑料封装等，选择合适的封装取决于应用环境。44.应用领域广泛应用于电力电子、通信、计算机、家用电器等领域，功能包括整流、稳压、开关、检测等。晶闸管的基本结构与特性晶闸管是一种具有三个PN结的半导体器件，它具有单向导通和双向关断的特性。晶闸管通常由三个PN结组成，其中两个PN结构成一个NPN型三极管，另一个PN结构成一个PNP型三极管。这两个三极管的集电极和发射极分别连接在一起，形成晶闸管的阳极和阴极。晶闸管的导通和关断特性可以通过控制其栅极电流来实现。晶闸管的分类与应用11.按控制极数量分类分为单极晶闸管、双极晶闸管和三极晶闸管。22.按电流容量分类根据电流容量可分为小功率晶闸管、中功率晶闸管和大功率晶闸管。33.按工作频率分类可分为低频晶闸管、中频晶闸管和高频晶闸管。44.应用领域应用于各种电力电子设备，如整流、逆变、调速、焊接等。可控硅的基本结构与特性结构可控硅是一种四层三端器件，由PNPN四层半导体材料构成，具有三个电极：阳极（A）、阴极（K）和控制极（G）。伏安特性可控硅的伏安特性曲线类似于二极管，但具有一个控制极，可以通过控制极电流来控制其导通状态。开关特性可控硅具有快速导通、延迟关断的特点，能够在高压、大电流情况下实现快速开关，适用于电力电子设备中的功率控制和变换。可控硅的分类与应用分类可控硅可分为多种类型，包括：普通型、快恢复型、高压型、低压型、高电流型和高频型等。不同类型的可控硅适用于不同的应用场景。应用可控硅广泛应用于工业生产、电力系统、家用电器和新能源等领域，例如：交流电机调速、直流电机调速、电焊机、电加热器、电源供应器、变频器、逆变器等。优势可控硅具有体积小、功耗低、效率高、可靠性好、价格低廉等优点，使其成为一种常用的电力电子器件。电力电子变换器概述电力电子变换器是将电能从一种形式转换成另一种形式的装置，它在现代电力系统中起着至关重要的作用。电力电子变换器主要由电力电子器件和控制电路组成，可以实现电压、电流、频率和相位的转换。电力电子变换器可以用于各种应用，例如电源供应器、电机驱动器、新能源系统和电力质量改善。整流电路的基本结构与特性整流电路的原理整流电路将交流电转换为直流电，是电力电子技术中常见的电路。整流电路的结构主要包含二极管或晶闸管等器件，以及相关的滤波和控制电路。整流电路的应用广泛应用于电源供应、电机驱动、焊接设备等领域。单相整流电路的分类与应用分类单相整流电路按输出电压的类型可分为半波整流电路和全波整流电路，按输出电流的类型可分为非受控整流电路和受控整流电路。应用单相整流电路广泛应用于电源变换、直流电机供电、电解、充电等领域，例如手机充电器、电脑电源等。三相整流电路的分类与应用三相半波整流电路三相半波整流电路的结构简单，成本较低，但输出电压波动较大，不适合要求高电压稳定的场合。三相全波整流电路三相全波整流电路的输出电压波动较小，效率较高，应用广泛，例如工业电源、电机驱动等。三相桥式整流电路三相桥式整流电路是一种常用的整流电路，具有高效率、低成本的特点，广泛应用于各种电力电子系统。三相可控整流电路三相可控整流电路可以通过控制晶闸管的导通角来调节输出电压，应用于需要可控直流电压的场合，例如电焊机、电镀电源。脉宽调制技术基础1脉宽调制(PWM)技术PWM技术通过改变电压信号的占空比来控制输出电压的大小，实现对电力电子器件的控制。2PWM技术的应用PWM技术广泛应用于电机控制、电源转换、照明等领域，其原理是利用开关器件来控制电流的通断时间。3PWM信号的生成PWM信号通常由微控制器或数字信号处理器(DSP)生成，其频率和占空比可以通过软件编程进行调整。直流-直流变换电路的分类与特性11.降压型输入电压高于输出电压，降低电压水平。22.升压型输入电压低于输出电压，提高电压水平。33.隔离型输入与输出之间电气隔离，提高安全性能。44.非隔离型输入与输出之间无电气隔离，结构简单。直流-交流变换电路的分类与特性逆变电路将直流电转换为交流电，广泛应用于各种电子设备和系统中。电压源逆变器以电压源为基础，通过开关器件的控制，将直流电压转换为交流电压。电流源逆变器以电流源为基础，通过开关器件的控制，将直流电流转换为交流电流。无源滤波电路的分类与特性LC滤波器LC滤波器是一种常见的无源滤波器，由电感和电容组成。它能够有效地抑制高频噪声，并改善电力电子系统中的电能质量。RC滤波器RC滤波器由电阻和电容组成。它主要用于抑制低频噪声，并提供平滑的输出电压。有源滤波电路的分类与特性基本分类串联型有源滤波电路并联型有源滤波电路主要特性补偿谐波电流抑制电压波动提高功率因数电力电子技术在新能源中的应用光伏发电电力电子技术用于逆变器，将直流电转换为交流电，连接到电网。风力发电电力电子技术用于变流器，调节风力发电机产生的电力。水力发电电力电子技术用于控制水轮机和发电机，提高发电效率。生物质发电电力电子技术用于控制生物质锅炉和发电机，改善发电性能。电力电子技术在电机驱动中的应用高效节能电力电子技术可以实现电机的高效控制，减少能量损耗，提高电机效率。它可以优化电机运行状态，降低能耗，促进节能减排。精确控制电力电子技术可以精确控制电机转速、转矩等参数，实现精确的电机控制，满足各种应用场景的需求。扩展功能电力电子技术可以扩展电机功能，例如实现电机矢量控制，提高电机性能，扩展应用领域。应用领域电力电子技术在电机驱动领域应用广泛，包括电动汽车、工业自动化、机器人等领域，为工业发展提供有力支撑。电力电子技术在配电网中的应用提高配电网效率电力电子技术可用于优化配电网的效率，减少能量损耗，提高可靠性。改善电能质量电力电子技术可用于补偿电压波动和諧波污染，提高电能质量，满足用户需求。提升配电网的可靠性电力电子技术可用于提高配电网的故障诊断和处理能力，减少停电时间，提高可靠性。支持可再生能源接入电力电子技术可用于将可再生能源接入配电网，实现分布式能源的有效利用，推动能源转型。电力电子技术在HVDC中的应用高压直流输电(HVDC)将直流电用于长距离输电，降低损耗，提高效率。电力电子器件将交流电转换为直流电，并实现电压和电流的控制。可再生能源接入HVDC系统可将来自风能、太阳能等可再生能源的电力高效输送。电网稳定性HVDC系统可提高电网稳定性，改善电能质量。电力电子技术在电能质量改善中的应用11.谐波抑制电力电子设备工作时会产生谐波，影响电网电压波形，降低电能质量。电力电子技术可以应用于谐波抑制，提高电能质量。22.电压波动抑制电压波动会导致设备过载或损坏，电力电子技术可以实现电压波动抑制，保证电能质量稳定。33.功率因数补偿电力电子技术可以用于实现功率因数补偿，提高电能利用率，降低电力损耗，节约能源。44.无功功率补偿电力电子技术可以应用于无功功率补偿，提高电网电压稳定性，保证电能质量。电力电子技术在电动汽车中的应用11.电机驱动电动汽车使用电力电子技术驱动电机，实现能量转换和控制，提供动力和制动功能。22.电池管理电力电子技术用于管理电池组，包括充电、放电、均衡等，提高电池效率和使用寿命。33.辅助系统电力电子技术用于控制电动汽车的空调、灯光、车窗等辅助系统，提高舒适性和安全性。44.能量回收电力电子技术利用再生制动技术回收车辆刹车能量，提高能源效率和续航里程。电力电子技术在工业自动化中的应用精确控制电力电子技术可实现电机精确控制，提高生产效率和产品质量。应用于机器人、机床等，提升自动化程度和生产效率。高效节能电力电子技术可优化电机运行效率，减少能量损耗，降低生产成本。应用于自动化生产线，实现节能降耗