《相可控整流逆变》课件

相可控整流逆变相控整流电路是一种重要的电力电子技术，广泛应用于各种场合，如工业自动化、电力传输、电动汽车等。该技术利用可控硅等电力电子器件，将交流电转换为直流电，并可实现对直流电压和电流的精确控制。课程导言电力电子基础本课程介绍电力电子技术基础知识，为学生提供全面深入的理论和实践学习。广泛应用领域电力电子技术应用于各种领域，包括电源转换、电机控制、电力系统等。前沿技术研究电力电子技术不断发展，涵盖高效率、高功率密度、智能控制等前沿技术。电力电子概述电力电子技术是将电力电子器件与控制技术相结合，实现电力能量转换、控制和调节的一门学科。它广泛应用于各种电力系统中，例如电源、电机驱动、电力传输等。电力电子技术是现代电力系统的重要组成部分，它在提高能源效率、降低电力损耗、提高系统可靠性方面发挥着重要作用。电力电子器件1半导体二极管单向导电，用于整流电路，将交流电转换成直流电。2晶闸管可控导电器件，用于功率控制，可调节直流电压和电流。3场效应晶体管控制电流，开关速度快，用于高频应用。4IGBT集成门极双极型晶体管，兼具MOSFET和双极型晶体管优点。可控整流电路1概述可控整流电路是一种利用可控硅等电力电子器件来实现交流电向直流电转换的电路。2分类可控整流电路可分为单相可控整流电路和三相可控整流电路。3应用可控整流电路广泛应用于各种直流电源、直流电机控制、电力拖动等领域。4特点可控整流电路具有输出电压可控、效率高、可靠性高等优点。交流-直流整流基本原理交流-直流整流是指将交流电转换为直流电的过程，是电力电子技术中的基本环节之一。整流电路整流电路通常由二极管或可控硅等器件构成，根据电路结构和控制方式的不同，可分为半波整流、全波整流、桥式整流等类型。整流过程整流电路通过单向导通的特性，将交流电的正半周或负半周截取并转换为直流电，同时抑制交流电的负半周或正半周。滤波环节为了降低直流电压的纹波，通常在整流电路后添加滤波电路，将脉动直流电压转换为平滑的直流电压。半波整流电路1基本原理将交流电转换为脉动直流电2电路构成二极管和负载组成3工作过程二极管单向导通，电流仅在一个半周期流过4输出波形半波脉动直流半波整流电路是最简单的整流电路之一，仅利用一个二极管进行整流。当交流电电压为正半周时，二极管导通，负载上流过电流；当交流电电压为负半周时，二极管截止，负载上没有电流。这种整流方式只能利用交流电的正半周，输出波形为半波脉动直流，具有较高的纹波系数。全波整流电路1原理全波整流电路利用两个二极管，使交流电的正负半周都能够得到整流，输出为脉动直流。2类型全波整流电路主要分为桥式整流和中心抽头整流两种，分别利用不同的电路结构实现全波整流。3波形全波整流电路输出的直流电压波形仍有较大的脉动，需要滤波器进一步处理才能得到平滑的直流电压。三相整流电路三相整流电路将三相交流电转换为直流电，应用于各种电力电子设备，例如电机驱动、电源供应器等。1三相桥式整流电路最常见的电路类型，效率高，输出电压稳定2三相半波整流电路仅使用三个二极管，效率较低3三相可控整流电路使用可控硅等半导体器件，可调节输出电压三相整流电路设计涉及多个关键因素，例如器件选型、滤波设计、功率因数校正等。整流电压波形整流电路将交流电转换为直流电，输出电压波形为脉动直流，包含直流分量和交流分量。直流分量是输出电压的平均值，交流分量是输出电压的波动部分。整流电压波形的形状取决于整流电路的类型，例如半波整流、全波整流或三相整流。整流电压波形的形状会影响负载的性能和效率，因此需要进行滤波处理，以降低交流分量，提高直流分量。整流电压波形分析整流电压波形呈现脉冲形状。随着时间推移，电压逐渐升高，最终达到峰值。整流电流波形分析整流电流波形指的是通过整流电路的电流变化情况，它直接反映了负载的电流需求。电流波形的形状和特性受整流电路类型、负载性质以及滤波电路的影响。1脉冲电流未滤波的整流电流呈脉冲状，其频率与交流电源频率相同。2直流分量经过滤波后，整流电流包含直流分量和交流分量。3谐波交流分量中包含不同频率的谐波电流，会对电网造成污染。4功率损耗谐波电流会增加电路中的功率损耗，降低整流效率。整流电路的滤波滤波的必要性整流电路输出的直流电压通常包含大量纹波，会对负载造成损害，影响系统正常运行。滤波是消除纹波，获得更加平滑直流电压的关键步骤。常见滤波方法电容滤波是最常用的方法，利用电容储存能量，平滑电压波形。电感滤波通过电感阻抗特性，抑制纹波电流，实现滤波效果。滤波电容的选择电容容量容量过小，滤波效果差，纹波电压大。额定电压电容额定电压应高于整流电路的直流电压，防止电容损坏。纹波电流电容要承受纹波电流，选择耐纹波电流大的电容。工作温度电容的工作温度应满足整流电路的实际工作环境温度。整流电路的效率效率概念影响因素整流电路效率输出直流功率与输入交流功率的比值器件损耗、导通压降、开关频率整流电路的效率取决于器件损耗、导通压降和开关频率。提高效率可以通过选择低损耗器件、降低导通压降和优化开关频率。整流电路的功率因数功率因数是指交流电路中，有效功率与视在功率之比。它反映了电路对能量的利用效率，功率因数越高，则电路的能量利用率越高。整流电路中，由于电流的非正弦波形，导致功率因数较低。可以使用功率因数校正电路来提高整流电路的功率因数，从而提高能量利用效率。逆变电路原理1直流电转换直流电转换为交流电2电子开关利用电子开关控制电流方向3输出波形产生正弦或方波交流电4电压控制调节开关频率和占空比控制电压逆变电路将直流电转换为交流电，通过控制电子开关的开闭状态，改变电流方向，产生交流电波形。输出电压的大小可以通过调节开关的频率和占空比来控制。单相逆变电路基本原理单相逆变电路将直流电转换为交流电，通过控制开关器件的通断来改变直流电流的方向。电路结构典型电路包括直流电源、开关器件、滤波器、输出变压器等，通过控制开关器件的通断，输出交流电。工作模式主要工作模式包括脉宽调制(PWM)模式和方波模式，通过控制开关器件的占空比或导通时间实现交流电压和电流的调节。应用场景广泛应用于太阳能发电系统、电动汽车充电系统等领域，将直流电转换为交流电，实现能量的转换和传输。三相逆变电路1基本结构三相逆变电路通常包含三组开关器件，分别控制三个相位的输出电压。2工作原理通过控制开关器件的导通和关断状态，实现直流电向交流电的转换。3输出特性三相逆变电路输出的交流电压具有可调节的频率、幅值和相位。逆变波形分析逆变波形是指逆变器输出的电压或电流波形。分析逆变波形主要关注其谐波成分、频率和幅值等因素，这些因素会影响逆变器的性能，例如效率、功率因数和负载匹配等。谐波分析是指识别逆变波形中不同频率的谐波成分，并计算它们的幅值和相位。谐波会造成电网电压和电流畸变，影响其他电气设备的正常运行。频率分析则是分析逆变波形频率是否符合预期。如果频率偏差太大，可能会导致负载无法正常工作或造成其他问题。PWM技术脉宽调制PWM（PulseWidthModulation）是一种通过改变脉冲宽度来控制直流电机速度或交流电路功率的调制技术。调制过程通过控制脉冲的宽度，PWM信号可以实现对电压或电流的有效调节，从而控制电机或电路的运行状态。优势PWM技术具有效率高、精度高、响应速度快等优势，广泛应用于电力电子领域。PWM控制策略脉冲宽度调制(PWM)通过改变占空比来控制输出电压的平均值。三角波载波比较法将三角波载波与参考信号进行比较，生成脉冲宽度调制信号。空间矢量脉冲宽度调制(SVPWM)利用空间矢量理论，实现更优的电压利用率和电流控制效果。逆变电路的效率逆变电路效率是指逆变电路输出功率与输入功率的比值。效率越高，意味着能量损耗越少，更节能。影响因素效率变化开关器件损耗降低效率导线损耗降低效率控制电路损耗降低效率逆变电路的功率因数逆变电路的功率因数反映了其有效功率和视在功率之间的关系，是衡量逆变电路效率的重要指标。功率因数越高，代表逆变电路越有效率地将能量转化为有用功，降低了能量损耗。0.8功率因数理想情况下，逆变电路的功率因数应接近1.0。0.9提高功率因数可以通过功率因数校正技术，例如无功补偿，提高功率因数。0.5低功率因数低功率因数会造成电流过大，导致线路损耗增加。整流逆变一体化整流逆变一体化技术将整流和逆变功能集成到一个电路中，实现双向能量转换。这种技术广泛应用于电力系统、新能源发电、电动汽车等领域。整流逆变一体化电路整流逆变一体化电路将整流和逆变功能集成在一个电路中，简化了系统结构，提高了效率，并减少了体积和重量。这种电路通常采用双向开关器件，例如IGBT或MOSFET，在整流和逆变模式之间切换，实现直流电和交流电的相互转换。整流逆变一体化性能分析性能指标整流环节逆变环节效率较高，一般大于90%相对较低，一般在85%~95%功率因数通常较低，需要补偿可通过控制策略提高谐波含量较高，需要滤波可通过PWM控制降低可靠性较高相对较低，易受器件影响课程小结可控整流电路将交流电转换为直流电，实现电压控制。逆变电路将直流电转换为交流电，实现频率和电压控制。应用电力电子技术广泛应用于电机控制、电源系统、新能源技术等领域。知识拓展高频化高频化是未来电力电子技术发展趋势，可提高效率，减小体积。智能化将人工智能、大数据等技术应用于电力电子系统，提高系统可靠性。数字化利用数字信号处理器(DSP)和FPG