電力電子技術(shù)教學(xué)課件日期：}演講人：目錄緒論電能變換基礎(chǔ)電力電子器件典型電力電子電路控制技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域?qū)嶒?yàn)與實(shí)踐緒論01電力電子技術(shù)定義與特點(diǎn)電力電子技術(shù)定義電力電子技術(shù)是一門(mén)研究利用半導(dǎo)體電力電子器件進(jìn)行電能轉(zhuǎn)換和控制的學(xué)科。特點(diǎn)高效、節(jié)能、可靠、易于控制，廣泛應(yīng)用于電機(jī)控制、電網(wǎng)運(yùn)行、新能源開(kāi)發(fā)等領(lǐng)域。重要性是現(xiàn)代電氣工程與自動(dòng)化專業(yè)的重要組成部分，對(duì)工業(yè)生產(chǎn)、交通運(yùn)輸、能源利用等領(lǐng)域具有重要影響。發(fā)展歷史電力電子技術(shù)起源于20世紀(jì)50年代，經(jīng)歷了從硅整流器、晶閘管到絕緣柵雙極晶體管（IGBT）等幾代電力電子器件的發(fā)展。發(fā)展現(xiàn)狀隨著新型電力電子器件、電路拓?fù)浜涂刂萍夹g(shù)的不斷發(fā)展，電力電子技術(shù)在應(yīng)用領(lǐng)域、功率等級(jí)、效率等方面都得到了極大的提升。未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)電力電子技術(shù)將向更高頻、更高效率、更高功率密度、更智能化等方向發(fā)展，同時(shí)需要更加注重電磁兼容、可靠性、環(huán)保等方面的問(wèn)題。學(xué)科發(fā)展歷史與現(xiàn)狀掌握電力電子技術(shù)的基本概念、基本原理和基本分析方法，了解電力電子器件的特性和應(yīng)用，掌握電力電子電路的分析和設(shè)計(jì)方法。學(xué)習(xí)目標(biāo)具備一定的電路、模擬電子技術(shù)、數(shù)字電子技術(shù)等基礎(chǔ)知識(shí)，能夠閱讀和理解相關(guān)電力電子技術(shù)的專業(yè)文獻(xiàn)和資料，掌握實(shí)驗(yàn)技能和工程實(shí)踐能力。學(xué)習(xí)要求課程學(xué)習(xí)目標(biāo)與要求電能變換基礎(chǔ)02將輸入的電流轉(zhuǎn)換為所需的電流大小，如增大或減小電流等。電流變換將輸入的交流電轉(zhuǎn)換為所需頻率的交流電，如變頻器等。頻率變換01020304將輸入的電壓轉(zhuǎn)換為所需的電壓等級(jí)，如升壓、降壓等。電壓變換通過(guò)調(diào)整交流電的相位來(lái)改變其波形，如相位調(diào)制等。相位變換四種基本變換類型整流原理通過(guò)濾波電路，去除整流后的脈動(dòng)直流電中的交流成分，得到平滑的直流電。濾波原理應(yīng)用場(chǎng)景如電源適配器、充電器等需要將交流電轉(zhuǎn)換為直流電的設(shè)備。將交流電轉(zhuǎn)換為直流電的過(guò)程，常見(jiàn)整流電路有半波整流、全波整流等。AC/DC變換原理與應(yīng)用DC/AC變換原理與應(yīng)用逆變?cè)韺⒅绷麟娹D(zhuǎn)換為交流電的過(guò)程，逆變電路有方波逆變、正弦波逆變等。逆變電路的控制方式應(yīng)用場(chǎng)景如PWM（脈寬調(diào)制）等，通過(guò)調(diào)節(jié)逆變電路的開(kāi)關(guān)頻率和占空比，實(shí)現(xiàn)輸出電壓和頻率的調(diào)節(jié)。如UPS（不間斷電源）、太陽(yáng)能逆變器等領(lǐng)域。123DC/DC變換原理與應(yīng)用直流斬波原理將直流電轉(zhuǎn)換為不同電壓等級(jí)的直流電，常見(jiàn)有降壓斬波、升壓斬波等。變換效率衡量DC/DC變換器性能的重要指標(biāo)，與電路拓?fù)?、開(kāi)關(guān)頻率等因素有關(guān)。應(yīng)用場(chǎng)景如電動(dòng)車控制器、直流電機(jī)調(diào)速等領(lǐng)域。電力電子器件03具有單向?qū)щ娦?，可用于整流、檢波、穩(wěn)壓等電路，分為普通二極管、快速二極管、肖特基二極管等。具有可控的單向?qū)щ娦裕蓪?shí)現(xiàn)大功率的電力控制，分為普通晶閘管、快速晶閘管、逆導(dǎo)晶閘管等。了解器件的電壓、電流、頻率等特性參數(shù)，有助于正確選用和使用電力電子器件。在電源、電機(jī)控制、冶金等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。功率二極管與晶閘管功率二極管晶閘管特性與參數(shù)應(yīng)用領(lǐng)域功率MOSFET與IGBT具有高開(kāi)關(guān)速度、低導(dǎo)通電阻、驅(qū)動(dòng)功率小等優(yōu)點(diǎn)，但耐壓較低。功率MOSFET結(jié)合了BJT和MOSFET的優(yōu)點(diǎn)，具有高耐壓、大電流、高頻率等特性，廣泛應(yīng)用于電機(jī)驅(qū)動(dòng)、變頻器等領(lǐng)域。探討在高壓、大電流場(chǎng)合下，如何通過(guò)并聯(lián)或串聯(lián)使用MOSFET和IGBT來(lái)擴(kuò)展其應(yīng)用范圍。IGBT對(duì)比MOSFET與IGBT的開(kāi)關(guān)速度、導(dǎo)通電阻、耐壓等特性，為實(shí)際應(yīng)用提供選擇依據(jù)。特性比較01020403并聯(lián)與串聯(lián)使用新型寬禁帶半導(dǎo)體器件SiC（碳化硅）器件具有高耐壓、高溫、高頻等特性，可大幅降低電力電子系統(tǒng)的能耗和體積。GaN（氮化鎵）器件具有高電子遷移率、高飽和電子漂移速度等優(yōu)點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)更高頻率的電力轉(zhuǎn)換。器件特性與應(yīng)用分析新型寬禁帶半導(dǎo)體器件的特性參數(shù)，探討其在新能源汽車、高效電源等領(lǐng)域的應(yīng)用前景。發(fā)展趨勢(shì)與挑戰(zhàn)總結(jié)新型半導(dǎo)體器件的發(fā)展趨勢(shì)，同時(shí)指出其在材料制備、工藝制造等方面面臨的挑戰(zhàn)。保護(hù)電路闡述電力電子器件的保護(hù)方法，包括過(guò)壓保護(hù)、過(guò)流保護(hù)、過(guò)熱保護(hù)等，以提高器件的可靠性。電路仿真與調(diào)試介紹如何利用仿真軟件對(duì)驅(qū)動(dòng)與保護(hù)電路進(jìn)行仿真分析和調(diào)試，以優(yōu)化電路設(shè)計(jì)。驅(qū)動(dòng)與保護(hù)電路實(shí)例通過(guò)實(shí)際電路案例，展示如何設(shè)計(jì)合理的驅(qū)動(dòng)與保護(hù)電路，滿足電力電子裝置的需求。驅(qū)動(dòng)電路介紹電力電子器件的驅(qū)動(dòng)電路原理及設(shè)計(jì)要求，包括電平轉(zhuǎn)換、功率放大、保護(hù)等環(huán)節(jié)。器件驅(qū)動(dòng)與保護(hù)電路典型電力電子電路04整流電路拓?fù)渑c分析不可控整流電路包括單相半波整流、單相全波整流、單相橋式整流等，主要用于低電壓、小電流的整流。可控整流電路整流電路的輸出特性包括單相可控整流、三相可控整流等，通過(guò)控制晶閘管的導(dǎo)通角調(diào)節(jié)輸出電壓，適用于大功率整流。整流電路的輸出電壓、電流波形及其諧波含量是整流電路的重要特性，需要通過(guò)電路分析和設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化。123逆變電路的基本類型包括脈寬調(diào)制（PWM）控制、頻率調(diào)制（FM）控制和相位調(diào)制（PM）控制等，用于調(diào)節(jié)輸出電壓的波形和頻率。逆變電路的控制方式逆變電路的應(yīng)用領(lǐng)域逆變電路廣泛應(yīng)用于交流電機(jī)調(diào)速、不間斷電源（UPS）、有源濾波器等領(lǐng)域。包括電壓源逆變電路和電流源逆變電路，主要區(qū)別在于輸入電源的類型和輸出電流波形。逆變電路拓?fù)渑c分析直流斬波電路拓?fù)渑c分析直流斬波電路的基本原理通過(guò)將直流電源進(jìn)行斬波，得到不同電壓等級(jí)的直流電，用于滿足負(fù)載的電壓需求。030201直流斬波電路的主要類型包括降壓斬波電路、升壓斬波電路和升降壓斬波電路等，可以根據(jù)負(fù)載的電壓需求選擇合適的電路類型。直流斬波電路的控制策略包括定頻調(diào)寬、定寬調(diào)頻和調(diào)頻調(diào)寬等，用于調(diào)節(jié)輸出電壓的大小和穩(wěn)定性。包括自耦變壓器調(diào)壓、晶閘管交流調(diào)壓等，主要用于調(diào)節(jié)交流電壓的大小和穩(wěn)定性。交流調(diào)壓電路拓?fù)渑c分析交流調(diào)壓電路的基本類型包括相位控制、脈寬調(diào)制（PWM）控制等，用于實(shí)現(xiàn)交流電壓的連續(xù)可調(diào)。交流調(diào)壓電路的控制方式交流調(diào)壓電路廣泛應(yīng)用于電力系統(tǒng)的無(wú)功補(bǔ)償、電力穩(wěn)壓、電機(jī)調(diào)速等領(lǐng)域。交流調(diào)壓電路的應(yīng)用場(chǎng)景控制技術(shù)05PWM（PulseWidthModulation）即脈沖寬度調(diào)制，是一種通過(guò)調(diào)整脈沖寬度來(lái)改變占空比，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)模擬電路的控制技術(shù)。PWM控制原理PWM控制原理的基本概念PWM控制電路可以通過(guò)比較器、三角波發(fā)生器、計(jì)數(shù)器、比較器等電路實(shí)現(xiàn)。PWM控制電路的實(shí)現(xiàn)方式PWM控制技術(shù)在電機(jī)調(diào)速、LED調(diào)光、開(kāi)關(guān)電源等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。PWM控制技術(shù)的應(yīng)用閉環(huán)控制是通過(guò)檢測(cè)被控制量的實(shí)際值，與期望值進(jìn)行比較，將誤差信號(hào)反饋到控制系統(tǒng)中，從而調(diào)整控制量，達(dá)到控制目的。閉環(huán)控制的基本原理閉環(huán)控制系統(tǒng)一般由被控對(duì)象、傳感器、控制器、執(zhí)行器等組成。閉環(huán)控制系統(tǒng)的組成閉環(huán)控制系統(tǒng)具有控制精度高、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，但也存在穩(wěn)定性差、設(shè)計(jì)復(fù)雜等缺點(diǎn)。閉環(huán)控制系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)閉環(huán)控制策略數(shù)字控制技術(shù)數(shù)字控制技術(shù)的基本概念數(shù)字控制技術(shù)是指通過(guò)數(shù)字信號(hào)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行控制的技術(shù)，主要包括采樣、量化、編碼等過(guò)程。數(shù)字控制系統(tǒng)的組成數(shù)字控制技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)數(shù)字控制系統(tǒng)一般由輸入設(shè)備、控制器、執(zhí)行器、被控對(duì)象等組成。數(shù)字控制技術(shù)具有控制精度高、穩(wěn)定性好、易于實(shí)現(xiàn)復(fù)雜控制算法等優(yōu)點(diǎn)。123軟開(kāi)關(guān)技術(shù)軟開(kāi)關(guān)技術(shù)是一種通過(guò)控制開(kāi)關(guān)器件的開(kāi)關(guān)過(guò)程，使開(kāi)關(guān)器件在零電壓或零電流條件下開(kāi)關(guān)的技術(shù)。軟開(kāi)關(guān)技術(shù)的基本概念軟開(kāi)關(guān)技術(shù)可以通過(guò)諧振電路、PWM控制、無(wú)功補(bǔ)償?shù)确绞綄?shí)現(xiàn)。軟開(kāi)關(guān)技術(shù)的實(shí)現(xiàn)方式軟開(kāi)關(guān)技術(shù)可以降低開(kāi)關(guān)損耗、提高效率、減少電磁干擾等優(yōu)點(diǎn)。軟開(kāi)關(guān)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)應(yīng)用領(lǐng)域06新能源發(fā)電系統(tǒng)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)利用風(fēng)力發(fā)電機(jī)將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為電能，具有可再生、無(wú)污染等特點(diǎn)。太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)利用太陽(yáng)能電池板將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能，是綠色、可持續(xù)的能源。燃料電池發(fā)電系統(tǒng)通過(guò)化學(xué)反應(yīng)將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，排放物僅為水，具有高效、環(huán)保的特點(diǎn)。電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)電動(dòng)汽車的核心部分，由電池、電機(jī)、控制器等組成，實(shí)現(xiàn)能源的高效利用。電動(dòng)汽車動(dòng)力系統(tǒng)高速電力傳動(dòng)系統(tǒng)用于高速鐵路、地鐵等高速交通工具，要求高效率、高穩(wěn)定性。將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，廣泛應(yīng)用于工業(yè)、交通等領(lǐng)域。電力傳動(dòng)系統(tǒng)智能電網(wǎng)調(diào)度通過(guò)信息化手段實(shí)現(xiàn)對(duì)電網(wǎng)的實(shí)時(shí)監(jiān)控和調(diào)度，提高電網(wǎng)運(yùn)行效率。智能電網(wǎng)應(yīng)用分布式電源接入將分布式電源（如太陽(yáng)能、風(fēng)能等）接入電網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)能源的合理利用。用戶端智能用電通過(guò)智能電表、智能家居等設(shè)備，實(shí)現(xiàn)用戶端用電的智能化管理。工業(yè)電源系統(tǒng)直流電源系統(tǒng)為工業(yè)設(shè)備提供穩(wěn)定的直流電能，如電解、電鍍等。030201交流電源系統(tǒng)為工業(yè)設(shè)備提供交流電能，如電動(dòng)機(jī)、變壓器等。不間斷電源系統(tǒng)（UPS）在電力中斷時(shí)，為關(guān)鍵設(shè)備提供持續(xù)供電，保障工業(yè)生產(chǎn)的連續(xù)性。實(shí)驗(yàn)與實(shí)踐07直流電機(jī)調(diào)速實(shí)驗(yàn)通過(guò)直流電機(jī)的調(diào)速實(shí)驗(yàn)，了解電機(jī)轉(zhuǎn)速與電壓、電流的關(guān)系。整流與逆變實(shí)驗(yàn)掌握整流與逆變的基本原理，了解不同電路結(jié)構(gòu)對(duì)輸出電壓、電流的影響。變頻器實(shí)驗(yàn)了解變頻器的工作原理，學(xué)習(xí)如何通過(guò)變頻器實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的調(diào)速控制。電機(jī)控制實(shí)驗(yàn)掌握電機(jī)控制的基本原理和方法，學(xué)習(xí)如何實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的精確控制?；A(chǔ)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目仿真技術(shù)應(yīng)用MATLAB/Simulink仿真01學(xué)習(xí)使用MATLAB/Simulink進(jìn)行電路仿真，模擬電路的工作過(guò)程，驗(yàn)證電路設(shè)計(jì)的正確性。電力系統(tǒng)仿真軟件02了解電力系統(tǒng)仿真軟件的應(yīng)用，學(xué)習(xí)如何模擬電力系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)和暫態(tài)過(guò)程。電機(jī)仿真技術(shù)03學(xué)習(xí)電機(jī)仿真技術(shù)，模擬電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，優(yōu)化電機(jī)設(shè)計(jì)參數(shù)。仿真技術(shù)在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用04探討如何將仿真技術(shù)應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，提高教學(xué)效果和實(shí)驗(yàn)效率。典型工程案例分析電力系統(tǒng)案例分析電力系統(tǒng)的實(shí)際工程案例，了解電力系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和運(yùn)行特點(diǎn)。電機(jī)驅(qū)動(dòng)案例分析電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和應(yīng)用案例，學(xué)習(xí)如何選擇合適的電機(jī)和驅(qū)動(dòng)方案。新能源技術(shù)案例探討新能源技術(shù)的應(yīng)用案例，了解新能源技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)和前景。工程項(xiàng)目中的技術(shù)難題分析工