2024年度电力电子技术课件.ppt

电力电子技术课件

目录

电力电子技术概述

电力电子器件

变换器电路拓扑及工作原理

PWM控制技术与应用

电力电子系统设计与仿真分析

电力电子技术应用案例剖析

总结与展望

电力电子技术概述

定义

电力电子技术是一门研究利用半导体器件对电能进行变换和控制的学科，涉及电力、电子、控制等多个领域。

发展历程

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个发展阶段，从最初的整流器时代到逆变器时代，再到变频器时代，技术不断革新，应用领域也不断扩展。

电力电子技术在能源、交通、工业、通信等领域都有广泛应用，如新能源发电、电动汽车、工业自动化、智能电网等。

电力电子技术对于提高能源利用效率、减少环境污染、推动产业升级等方面具有重要意义，是现代社会发展不可或缺的关键技术之一。

重要性

应用领域

基本原理

电力电子技术的基本原理是通过半导体器件对电能进行变换和控制，实现电能的优化利用。主要包括整流、逆变、斩波、变频等技术。

特点

电力电子技术的特点包括高效率、高可靠性、高精度控制、宽范围调节等。同时，随着新型半导体器件和拓扑结构的不断涌现，电力电子技术的性能也在不断提升。

电力电子器件

晶闸管的基本结构和工作原理

晶闸管的伏安特性与主要参数

晶闸管的触发电路与驱动电路

晶闸管的应用与保护

01

02

03

04

晶体管的基本结构、工作原理、特性和参数

场效应管的基本结构、工作原理、特性和参数

晶体管与场效应管的比较与选择

晶体管与场效应管的应用电路

01

02

03

04

IGBT的基本结构和工作原理

IGBT的静态和动态特性

IGBT的驱动和保护电路

IGBT的应用领域和发展趋势

变换器电路拓扑及工作原理

将直流电压转换为交流电压，输出频率和幅值可调的交流电。

逆变器（Inverter）

采用脉宽调制技术，通过调节脉冲宽度来改变输出电压的幅值和频率。

PWM逆变器

将交流电压转换为直流电压，通常采用二极管或可控硅等器件实现。

整流器（Rectifier）

采用脉宽调制技术，实现交流到直流的高效转换，同时可控制输出电压和电流。

PWM整流器

01

02

频率变换器（FrequencyConverter）：将一种频率的交流电转换为另一种频率的交流电，常用于电机调速等领域。

交流调压器（ACVoltageRegulator）：通过改变交流电压的幅值或相位，实现对输出电压的调节。

PWM控制技术与应用

PWM基本原理

通过调制信号的脉冲宽度来控制输出电压或电流的幅值和频率，实现对电力电子设备的精确控制。

PWM分类

根据调制信号的性质和产生方式，PWM可分为模拟PWM和数字PWM两大类。模拟PWM通过模拟电路产生调制信号，而数字PWM则通过数字电路或微处理器产生调制信号。

采用正弦波作为调制信号，与高频三角波进行比较，生成一系列等幅不等宽的脉冲序列，其脉冲宽度按正弦规律变化。

SPWM基本原理

可通过模拟电路、数字电路或微处理器实现。其中，微处理器实现方法具有灵活性高、精度高等优点。

SPWM实现方法

在逆变电源、电机驱动等领域广泛应用，可实现高效、低噪、低失真度的正弦波输出。

SPWM应用

SVM基本原理

可通过微处理器实现，需要实时计算空间矢量的幅值和相位，并生成相应的PWM脉冲。

SVM实现方法

SVM应用

在三相电压型逆变器、电机驱动等领域广泛应用，可实现高性能、高效率的电压输出。

通过空间矢量合成的方法生成PWM脉冲，实现对三相电压型逆变器的控制。SVM将三相电压看作空间矢量，通过控制矢量的幅值和相位来合成所需的输出电压。

A

B

D

C

逆变电源

PWM控制技术可实现逆变电源的高效、低噪、低失真度输出，满足各种用电设备的需求。

电机驱动

PWM控制技术可实现电机的精确控制，包括速度、位置、转矩等参数的控制，提高电机的运行性能。

新能源发电

PWM控制技术可用于太阳能、风能等新能源发电系统中，实现对直流电压的精确控制和逆变并网。

电力储能

PWM控制技术可用于电池储能系统中，实现对电池充放电过程的精确控制和能量管理。

电力电子系统设计与仿真分析

利用MATLAB强大的计算能力和Simulink直观的建模方式，实现电力电子系统的快速设计和仿真。

MATLAB与Simulink的联合使用

数学计算软件，提供丰富的算法库和工具箱，支持矩阵运算、数据分析、信号处理等功能。

MATLAB简介

基于图形的仿真环境，可建立复杂的动态系统模型，支持多种物理域建模，如电气、机械、液压等。

Simulink简介

将直流电转换为交流电的装置，广泛应用于新能源发电、电动汽车等领域。

逆变器基本原理

确定输入输出参数、选择适当的拓扑结构、设计控制电路、进行系统仿真和实验验证。

设计步骤

PWM控制技术、电流电压检测技术、保护电路设计等。

关键技术点