电力电子技术知识点总结

电力电子技术知识点总结演讲人：日期：目录电力电子技术基础电力电子变换技术电力电子控制技术电力电子装置与系统设计电力电子系统保护与安全性评估现代电力电子发展趋势与挑战01电力电子技术基础PART20世纪50年代硅整流器时期；60年代晶体管、晶闸管时期；70年代可关断晶闸管（GTO）时期；80年代绝缘栅双极晶体管（IGBT）时期；90年代至今，新型电力电子器件及集成技术不断发展。发展历程高频化、智能化、全数字控制、系统集成等。发展趋势电力电子技术是使用电力电子器件进行电能转换和控制的技术。定义电力电子技术定义与发展分类按照控制类型可分为不可控器件（如二极管）、半控器件（如晶闸管）、全控器件（如IGBT、GTO）；按照载流子类型可分为双极型器件（如BJT）、单极型器件（如MOSFET）和复合型器件（如IGBT）。特点不同电力电子器件具有不同的电压和电流等级、开关速度、损耗以及应用领域。电力电子器件分类及特点电力系统电机传动用于高压直流输电、柔性交流输电、无功补偿等方面，提高电网稳定性和效率。用于变频器、调速系统等，实现电机的高效、调速运行。电力电子技术应用领域新能源与电力系统在太阳能、风能等可再生能源发电系统中，电力电子技术是关键技术之一，用于实现能源的高效转换与控制。交通与电动汽车电力电子技术在电动汽车的电机驱动、电池管理等方面发挥着重要作用，有助于提高电动汽车的性能和续航里程。02电力电子变换技术PART整流电路是一种将交流电（AC）转换为直流电（DC）的电路。其原理是利用二极管的单向导电性，将交流电的正半周保留，负半周截止，从而得到直流电。整流电路原理常见的整流电路类型包括半波整流、全波整流、桥式整流等。半波整流电路简单，但整流效率低；全波整流电路整流效率高，但需要更多的二极管；桥式整流电路整流效率高，且输出电压更稳定。整流电路类型整流电路原理及类型VS逆变电路是一种将直流电（DC）转换为交流电（AC）的电路。其原理是通过开关器件（如晶体管、可控硅等）的交替导通和截止，将直流电转换为交流电。逆变电路类型逆变电路类型包括正弦波逆变电路和非正弦波逆变电路。正弦波逆变电路输出的交流电波形接近正弦波，适用于对波形要求较高的场合；非正弦波逆变电路输出的交流电波形不是正弦波，但结构简单，适用于对波形要求不高的场合。逆变电路原理逆变电路原理及类型斩波电路斩波电路是一种将直流电（DC）转换为另一种直流电（DC）的电路，其特点是输出电压的平均值可以调节。斩波电路广泛应用于直流电机调速、电池充电等领域。变频电路变频电路是一种将交流电（AC）的频率进行变换的电路。其原理是通过整流、滤波、逆变等过程，将交流电的频率转换为所需的频率。变频电路广泛应用于电动机调速、电力传输等领域。斩波电路与变频电路03电力电子控制技术PART相控整流的应用主要用于直流电机的调速、励磁控制，以及直流输电和无功补偿等领域。相控整流原理通过控制晶闸管的触发角，改变整流输出电压的平均值，从而实现对电网电压和电流的控制。触发角调节方法分为相位控制和脉冲宽度控制两种，相位控制通过调节触发脉冲与电源电压的相位差来实现，脉冲宽度控制则是通过调节触发脉冲的宽度来实现。相控整流与触发角调节通过调节脉冲宽度，改变输出波形的占空比，从而实现对模拟信号的数字化控制。PWM控制原理分为单极性调制和双极性调制，单极性调制具有简单的电路和较低的开关损耗，双极性调制则具有更好的谐波抑制效果。PWM调制方式广泛应用于电机调速、逆变器、DC-DC变换器等电力电子设备中。PWM应用PWM控制技术及应用闭环反馈控制原理通过检测被控对象的输出信号，将其与给定信号进行比较，将误差信号反馈给控制器，调整控制器的输出以减小误差。闭环反馈控制策略闭环反馈控制系统的组成由被控对象、传感器、控制器和执行机构等部分组成。闭环反馈控制的优缺点优点是可以抑制扰动和参数变化对系统的影响，提高系统的稳定性和控制精度；缺点是系统复杂度高，成本和维护成本也相对较高。04电力电子装置与系统设计PART开关电源设计要点与实例分析开关电源的基本工作原理利用半导体开关器件的开关特性，通过控制开关的占空比调整输出电压。开关电源的设计要点选择合适的开关器件、设计稳定的控制电路、处理开关噪声、选择合适的磁性元件和电容等。实例分析反激式开关电源的设计与应用，包括电路设计、变压器设计、输出整流滤波等。主要由整流器、滤波器、逆变器、控制电路等部分组成。变频器的结构通过将工频电源转换为直流电源，再通过逆变器将直流电源转换为可调频率的交流电源，实现电机调速。变频器的工作原理根据负载特性、调速范围、精度要求等选择合适的变频器类型，同时考虑产品的可靠性、成本等因素。变频器的选型方法变频器结构、原理及选型方法UPS不间断电源系统组成和工作原理UPS系统的组成主要包括整流器、逆变器、蓄电池、静态开关等部分。UPS系统的工作原理在市电正常时，通过整流器将市电转换为直流电，再经过逆变器将直流电转换为稳定的交流电供给负载；在市电故障时，由蓄电池提供直流电，通过逆变器输出稳定的交流电，保证负载的不间断供电。UPS系统的性能指标输出电压稳定性、输出频率稳定性、切换时间、过载能力、电池管理等。05电力电子系统保护与安全性评估PART过电压、过电流保护措施使用电压互感器将高压信号转换为低压信号，以保护控制电路。安装避雷器吸收雷电及电网中的过电压，防止过电压对设备造成损坏。设置熔断器在电流过大时自动断开电路，防止设备过载和短路。采取限流措施如限流电阻、电流互感器等，限制电流大小以保护设备。散热器设计根据功率器件的耗散功率和散热要求，合理设计散热器的尺寸和形状。散热材料选择选用导热系数高、热阻低的材料，如铝合金、铜等。散热方式选择自然冷却、风冷、液冷等，根据实际情况选择合适的散热方式。强制风冷采用风扇或鼓风机等设备，增加散热效率，降低设备温升。散热设计和温升限制方法电磁兼容性（EMC）问题解决方案接地设计合理设置接地系统，确保设备各部分之间的电位差最小，减少电磁干扰。滤波措施在电源输入端和输出端设置滤波器，滤除高频噪声和干扰信号。屏蔽技术采用金属屏蔽层、屏蔽网等屏蔽措施，阻止电磁波的辐射和传导。电磁兼容测试在产品设计阶段进行电磁兼容测试，确保产品符合相关标准和要求。06现代电力电子发展趋势与挑战PART氮化镓（GaN）材料GaN材料具有高电子迁移率、高击穿场强等特点，适用于高频、高效率的电力电子应用。硅基材料硅基材料器件是目前应用最广泛的电力电子器件，但其在高频、高温、高压等条件下性能受限。碳化硅（SiC）材料SiC材料具有高导热率、高击穿场强、低介电常数等优点，可大幅降低电力电子器件的损耗和体积。新型宽禁带半导体器件研究进展采用二极管箝位方式，实现多电平输出，降低电压应力，提高系统效率。二极管箝位多电平变换器利用飞跨电容实现电压平衡和钳位，具有结构简单、控制灵活等优点。飞跨电容多电平变换器通过级联多个H桥单元，实现高压大功率输出，且谐波含量低、输出波形好。级联H桥多电平变换器多电平变换器拓扑结构创新0102