电力电子技术01电力电子技术综述.ppt

现代电力电子技术 Power Electronics Technology 西北工业大学 李宏 王崇武 2008年6月 目录 第1章 概述 第2章 器件 第3章 电力电子器件 第4章 AC-DC变换 第5章 DC-DC变换 第6章 DC-AC变换 第7章 AC-AC变换 第8章 软开关初步 第9章变换器的交流小信号模型 第10章几种应用设计 第一章 电力电子技术综述 引言 §1.1 简单的变换器 §1.2理想开关和实际开关 §1.3变换器分类 §1.4 变换器组成 §1.5变换器中电感电容连接 §1.6 变换器的希望特性和考核指标 §1.7 变换器保护 引言 电力电子技术（Power Electronics Technology）是研究电能变换原理及功率变换装置的综合性学科，包括电压、电流、频率和波形变换，涉及电子学、自动控制原理和计算机技术等学科。 电力电子技术与信息电子技术的主要不同就是效率问题，对于信息处理电路来说，效率大于15%就可以接受，而对于电力电子技术而言，大功率装置效率低于85%还是无法忍受。目前能源问题已是我国面临的主要问题之一，提高电源变换效率是电力电子工程师主要任务。 随着电子技术的不断发展，新器件不断出现，电力电子技术的发展方向是高频、高效、高功率密度和智能化，最终使人们进入电能变换和频率变换更加自由的时代，并充分发挥其节能、降耗和提高装置工作性能的作用。 功率半导体器件是现代电力电子技术（Modern Power Electronics）的基础，它的应用范围非常广阔，从毫瓦级的个人无线通信设备，到百万千瓦的高压直流输电（High Voltage DC Transmission）系统。 电力电子技术的应用领域主要有： 大功率直流电源。它的发展主要以提高单机容量和增加效率为主要目标。 电机控制。无论是交流电机还是直流电机均采用电力电子技术来完成电机的速度、转矩、跟随性等控制，但目前更多的是研究直流调速不能涉及的应用领域。 高压直流输电。 电源变换。它的发展主要以增加效率和提高控制性能为主要目标，如电焊机、电磁感应加热、电动机车、电动汽车，电镀电源、电冰箱、洗衣机等控制。 无功功率补偿。 §1.1 简单的变换器 如果您需要从12V获得一个直流电源3.3V，可能想到采用分压器实现，如图1-1a所示。 若R=1K，可以算出R2=0.379K，运用电工学中所学的知识，可得到所设计的电源等效内阻为： 等效电路如图（b）所示，输出特性显然这个电源在没有电流输出时，其输出电压为3.3V；有电流输出时，其输出电压为 IO为输出电流或负载电流。 可以看出，随着电流增加输出电压线性下降，当输出电流为12mA时，所设计的电源输出电压为零。也就是说，这个电源对负载变化没有调节能力。 理想电压源输出电压不会随输出电流增大而下降，也就是说输出电压对负载变化应该具有100%的调节性能，从电路角度看，即电源等效内阻为零。 从效率方面看 这个电路当输出电流为零时，电路损 ，这些能量通过电阻转化为热。当输出电流为5mA时，此时输出电压 输出功率 。 电压跟随器电路 显然其输出电压较分压器稳定的多，电路中除了电阻损耗外，另附加了晶体管损耗： 在大功率应用中，大量的能量损耗在晶体管上，这些热量必须通过散热器散掉，其效率也很低。 通过上述分析，可以看出变换器设计必须考虑至少两个方面问题： 输出参数（电压）的稳定问题； 变换效率问题；效率很低的变换电路几乎没有应用价值。 周期性的导通和截止直流电源，形成了方波电压，方波电压通过滤波后得到直流电压，在周期恒定时，控制导通时间就可控制输出电压，如图1-2所示。 假定开关是理想开关，则损耗为零，效率大大增加，这就是现代电力电子技术中采用的开关工作模式。 现代电力电子技术中的所有半导体器件都工作于饱和导通和截止两种工作状态，极力避免工作于放大状态，这也是和信号电路的又一本质区别。 §1.2理想开关和实际开关 一般认为满足如下条件就是理想开关： 开关处于关断状态时能够承受高的端电压，并且漏电流为零； 开关处于导通状态时能够流过大电流，并且此时端电压（导通电压）为零； 导通、关断切换时所需的开关时间为零； 即使反复地开关也不老化。 小信号也能导通、关断，对信号延迟时间为零。 电力半导体器件不是理想器件，实际开关特性关断时能承受的端电压是有限的，关断时的阻抗也不是无穷大，总有漏电流流过，产生关断损耗。导通时能够流过的电流是有限的，导通时阻抗也不为零，正向导通电压和电流的乘积产生导通损耗。 从关断到导通以及从导通到关断的时间也不是零，这时的电压和电流乘积产生开关损耗。 由于端电压有限，