1、第 1 章 电力电子变换和控制技术导论,2,1 电力电子变换和控制技术导论,1.1 电力电子学科的形成 1.2 电力电子变换和控制的技术经济意义 1.3 开关型电力电子变换的基本原理及控制方法 1.4 开关型电力电子变换器基本特性 1.5 开关型电力电子变换器的应用领域 课程学习要求,3,1.1 电力电子学科的形成,1.电力技术 2.电子技术 3.电力电子技术,4,1.1 电力电子学科的形成（续1）,电力技术是一门涉及发电、输电、配电及电力应用的科学技术。利用电磁学(电路、磁路、电场、磁场的基本原理)，处理发电、输配电及电力应用的技术统称电力技术。,1.电力技术,5,1.1 电力电子学科的形成
2、（续2）,电子技术又称为电子学，它是与电子器件、电子电路以及电子设备和系统有关的科学技术。电子技术是研究电子器件，以及利用电子器件来处理电子电路中电信号的产生、变换、处理、存储、发送和接收问题。又称为信息电子技术或信息电子学。,2.电子技术,6,1.1 电力电子学科的形成（续3）,也称为电力电子学。 利用电力电子开关器件组成电力开关电路，利用集成电路和微处理器构成信号处理和控制系统，对电力开关电路进行实时、适式的控制，经济有效地实现开关模式的电力变换和电力控制，包括电压（电流）的大小、频率、相位和波形的变换和控制。 是综合了电子技术、控制技术和电力技术的新兴交叉学科。 电力电子技术的发展史是以
3、电力电子器件的发展史为纲,3.电力电子技术(Power Electronics),7,1.1 电力电子学科的形成（续4）,典型的电力电子系统框图,3.电力电子技术(Power Electronics),8,1.2 电力电子变换和控制的技术经济意义,为了满足一定的生产工艺和流程的要求，供电电源的电压、频率甚至波形都必须满足各种用电设备的不同要求。将发电厂生产的单一频率和电压的电能变换为各个用电设备最佳工况所需要的另一种特性和参数(频率、电压、相位和波形)的电能，再供负载使用，用电设备可以获得更好的技术特性和更大的经济效益。,9,1.电力变换的类型 2.交流机组实现电力变换 3.利用开关器件实现电
4、力变换的基本原理,1.3 开关型电力电子变换的基本原理及控制方法,10,1.电力变换的类型,电源可分为两类：直流电（D.C） ，频率f=0 交流电（A.C） ，频率f0电力变换按电压(电流)的大小、波形及频率变换划分为四类基本变换及相应的四种电力变换电路或电力变换器。这四类基本变换可以组合成许多复合型电力变换器,11,2.交流机组实现电力变换,传统电力技术如何将交流电变为直流电？基本原理缺点,12,2.交流机组实现电力变换(续1),传统电力技术如何将一种频率的交流电变为另一种频率的交流电？基本原理缺点,13,3.利用开关器件实现电力变换的基本原理,如何用电力电子开关器件实现电能的变换？基本原理
5、图中的开关设为理想开关vo= Svi S为开关函数,14,3.利用开关器件实现电力变换的基本原理(续1),如何用电力电子开关器件实现电能的变换？,DC/DC直流降压电路,15,3.利用开关器件实现电力变换的基本原理(续2),方案一: 电阻降压,16,3.利用开关器件实现电力变换的基本原理(续3),方案二: 串联晶体管,17,3.利用开关器件实现电力变换的基本原理(续4),方案三: 串联单刀双掷开关,理想开关,无损耗,18,3.利用开关器件实现电力变换的基本原理(续5),方案三: 串联单刀双掷开关,理想开关,无损耗,19,3.利用开关器件实现电力变换的基本原理(续6),方案三:串联单刀双掷开关,
6、理想开关,无损耗 串联LC, 滤出谐波, 滤波器的截止频率开关频率,20,3.利用开关器件实现电力变换的基本原理(续7),BUCK电路,方案三:串联单刀双掷开关,理想开关,无损耗 增加控制回路,21,3.利用开关器件实现电力变换的基本原理(续8),工作方式 相控、斩波 分析方法 傅立叶分解 、积分 考虑问题 开关时刻、 滤波,AC/DC基本整流电路,22,3.利用开关器件实现电力变换的基本原理(续9),工作方式 方波、PWM波 分析方法 傅立叶分解 考虑问题 开关时刻、 滤波,DC/AC基本逆变电路,23,3.利用开关器件实现电力变换的基本原理(续10),工作方式 周期控制分析方法 等效法 考
7、虑问题 开关时刻,AC/AC直接变频、变压电路,24,1.4 开关型电力电子变换器的基本特性,开关型电力电子变换器的核心部分是一组开关电路输出、输入端附加、滤波器，可以改善输出电压和输入电流波形通常采用开关周期平均值（状态空间平均法）和傅立叶级数分析其工作特性电力电子变换电路中的电压、电流周期性时间函数v(t)=v(t+T)、i(t)=i(t+T)往往具有对称性,25,1.5 开关型电力电子变换器的应用领域,开关型电力电子变换电源 开关型电力电子补偿控制器,26,电机传动,27,NASA 风洞,28,富士高速机车,29,新能源发电,30,未来电力系统,31,课程学习要求,掌握典型电力半导体器件的运行特性和应用技术 掌握典型电力电子变换器的主电路拓扑结构、运行过程、工作波形、控制要求 掌握常用的电力电子变换电路的分析方法 了解电力电子变换器的应用领域 电力电子学是一门实践性很强的专业基础课程，应主动对待实验，培养实际工作能力。,
