现代电力电子技术原理与应用.ppt

现代电力电子技术原理与应用5012002150120021第一章第一章 绪绪 论论12/22/20221现代电力电子技术原理与应用现代电力电子技术原理与应用第第 章章 关于本课程关于本课程学习方式学习方式 阅读阅读 讲授、讨论讲授、讨论 实验实验 测验、考试测验、考试12/22/20222现代电力电子技术原理与应用现代电力电子技术原理与应用第第 章章 关于本课程关于本课程成绩评定成绩评定阅读报告成绩（阅读报告成绩（20%）课上测验成绩（课上测验成绩（20%）实验成绩（实验成绩（30%）最终考试成绩（最终考试成绩（30%）+总成绩（总成绩（100%）12/22/20223现代电力电子技术原理与应用现代电力电子技术原理与应用第第 章章 关于本课程关于本课程关于阅读报告关于阅读报告 1000字左右（字左右（one-page report）原创（注明参考文献）原创（注明参考文献）综述、分析、比较综述、分析、比较 直接、简洁的非文学文字直接、简洁的非文学文字 修改与润色修改与润色12/22/20224现代电力电子技术原理与应用现代电力电子技术原理与应用教学网页：教学网页：http:/ 章章 关于本课程关于本课程电子邮件地址：电子邮件地址：12/22/20225现代电力电子技术原理与应用现代电力电子技术原理与应用第第 章章 关于本课程关于本课程本周阅读报告（一周后提交）本周阅读报告（一周后提交）“AC/DC换流器换流器”邮件主题邮件主题“Reading report”12/22/20226现代电力电子技术原理与应用现代电力电子技术原理与应用第一章第一章 绪论绪论关键词关键词 开关（电力电子器件）开关（电力电子器件）电能形态电能形态 效率效率 器件非线性（单向导电）器件非线性（单向导电）12/22/20227现代电力电子技术原理与应用现代电力电子技术原理与应用第一章第一章 绪论绪论关键词：图示关键词：图示开关器件开关器件开关开关电能形态电能形态理论效率：理论效率：100理想开关存在吗理想开关存在吗？12/22/20228现代电力电子技术原理与应用现代电力电子技术原理与应用第一章第一章 绪论绪论电力电子技术与信息电子技术电力电子技术与信息电子技术 处理的对象不同处理的对象不同 设计电路的出发点与准则不同设计电路的出发点与准则不同 源自相同的技术基础源自相同的技术基础 技术发展的技术发展的“分分”与与“合合”12/22/20229现代电力电子技术原理与应用现代电力电子技术原理与应用第一章第一章 绪论绪论电力电子技术的任务电力电子技术的任务 处理、控制电能的形态处理、控制电能的形态 处理、控制电能的流动处理、控制电能的流动 向用户提供最佳的电压和向用户提供最佳的电压和/或电流或电流 满足工艺要求满足工艺要求 节约能源节约能源12/22/202210现代电力电子技术原理与应用现代电力电子技术原理与应用第一章第一章 绪论绪论电能：电能：主要用于传输的能源形态主要用于传输的能源形态12/22/202211现代电力电子技术原理与应用现代电力电子技术原理与应用第一章第一章 绪论绪论电能的优点电能的优点 容易输送与分配容易输送与分配 容易（且必须）与多种其它形式的能源容易（且必须）与多种其它形式的能源相互相互转换转换 在某种程度上易于控制（通、断；升、降压）在某种程度上易于控制（通、断；升、降压）可满足从毫瓦级（甚至更小）到可满足从毫瓦级（甚至更小）到 G 瓦级（甚至更瓦级（甚至更大）功率源需求大）功率源需求12/22/202212现代电力电子技术原理与应用现代电力电子技术原理与应用第一章第一章 绪论绪论电能的优点电能的优点 容易输送与分配容易输送与分配 容易（且必须）与多种其它形式的能源相互转换容易（且必须）与多种其它形式的能源相互转换 在某种程度上易于控制（通、断；升、降压）在某种程度上易于控制（通、断；升、降压）可满足从毫瓦级（甚至更小）到可满足从毫瓦级（甚至更小）到 G 瓦级（甚至更瓦级（甚至更大）功率源需求大）功率源需求 瓦以下：移动设备中的电源瓦以下：移动设备中的电源 数瓦至数千瓦：电脑或办公设备电源数瓦至数千瓦：电脑或办公设备电源 数千瓦至数兆瓦：调速驱动装置数千瓦至数兆瓦：调速驱动装置 数千兆瓦（数千兆瓦（GW）：）：HVDC12/22/202213现代电力电子技术原理与应用现代电力电子技术原理与应用第一章第一章 绪论绪论电能的生产、输送与消费中面临的问题电能的生产、输送与消费中面临的问题 不同能量形式的转换不同能量形式的转换 难于直接以电的形式储存能量难于直接以电的形式储存能量 电能形态的多样性与各自的适用场合电能形态的多样性与各自的适用场合 适合电力网输电的电能形态与其它电能形态适合电力网输电的电能形态与其它电能形态之间的转换之间的转换12/22/202214现代电力电子技术原理与应用现代电力电子技术原理与应用第一章第一章 绪论绪论电能形态的多样性电能形态的多样性12/22/202215现代电力电子技术原理与应用现代电力电子技术原理与应用第一章第一章 绪论绪论电能形态的多样性电能形态的多样性12/22/202216现代电力电子技术原理与应用现代电力电子技术原理与应用与电能形态转换有关的问题与电能形态转换有关的问题第一章第一章 绪论绪论 电能总是与其它能量形式的相互转换电能总是与其它能量形式的相互转换 与几乎所有与几乎所有“电类电类”工程师从事的工作有关工程师从事的工作有关 不同的应用对不同电能形态的需求不同的应用对不同电能形态的需求 广阔的应用领域广阔的应用领域 实现的可能性实现的可能性12/22/202217现代电力电子技术原理与应用现代电力电子技术原理与应用与电能形态转换有关的问题与电能形态转换有关的问题第一章第一章 绪论绪论 电能总是与其它能量形式的相互转换电能总是与其它能量形式的相互转换 与几乎所有与几乎所有“电类电类”工程师从事的工作有关工程师从事的工作有关 不同的应用对不同电能形态的需求不同的应用对不同电能形态的需求 广阔的应用领域广阔的应用领域 实现的可能性实现的可能性电能形态：能源形式；负载类型；转换过电能形态：能源形式；负载类型；转换过程的优劣程的优劣12/22/202218现代电力电子技术原理与应用现代电力电子技术原理与应用与电能形态转换有关的问题与电能形态转换有关的问题第一章第一章 绪论绪论 电能总是与其它能量形式的相互转换电能总是与其它能量形式的相互转换 与几乎所有与几乎所有“电类电类”工程师从事的工作有关工程师从事的工作有关 不同的应用对不同电能形态的需求不同的应用对不同电能形态的需求 广阔的应用领域广阔的应用领域 实现的可能性实现的可能性信息处理、电机、通信系统、遥感、制造信息处理、电机、通信系统、遥感、制造业、等等业、等等12/22/202219现代电力电子技术原理与应用现代电力电子技术原理与应用与电能形态转换有关的问题与电能形态转换有关的问题第一章第一章 绪论绪论 电能总是与其它能量形式的相互转换电能总是与其它能量形式的相互转换 与几乎所有与几乎所有“电类电类”工程师从事的工作有关工程师从事的工作有关 不同的应用对不同电能形态的需求不同的应用对不同电能形态的需求 广阔的应用领域广阔的应用领域 实现的可能性实现的可能性变压器（磁耦合）：变压器（磁耦合）：AC；化工过程：化工过程：DC；交流电机：交流电机：AC；直流电机：直流电机：DC输电：高电压；用电：低电压输电：高电压；用电：低电压12/22/202220现代电力电子技术原理与应用现代电力电子技术原理与应用与电能形态转换有关的问题与电能形态转换有关的问题第一章第一章 绪论绪论 电能总是与其它能量形式的相互转换电能总是与其它能量形式的相互转换 与几乎所有与几乎所有“电类电类”工程师从事的工作有关工程师从事的工作有关 不同的应用对不同电能形态的需求不同的应用对不同电能形态的需求 广阔的应用领域广阔的应用领域 实现的可能性实现的可能性遍及电力系统中发电、输电、配电、用电遍及电力系统中发电、输电、配电、用电各环节各环节12/22/202221现代电力电子技术原理与应用现代电力电子技术原理与应用与电能形态转换有关的问题与电能形态转换有关的问题第一章第一章 绪论绪论 电能总是与其它能量形式的相互转换电能总是与其它能量形式的相互转换 与几乎所有与几乎所有“电类电类”工程师从事的工作有关工程师从事的工作有关 不同的应用对不同电能形态的需求不同的应用对不同电能形态的需求 广阔的应用领域广阔的应用领域 实现的可能性实现的可能性足够容量、足够开关速度的电力电子器足够容量、足够开关速度的电力电子器件已面世，提供了实用化电力电子装置件已面世，提供了实用化电力电子装置的基础的基础12/22/202222现代电力电子技术原理与应用现代电力电子技术原理与应用电力电子装置（换流器）概念框图电力电子装置（换流器）概念框图第一章第一章 绪论绪论12/22/202223现代电力电子技术原理与应用现代电力电子技术原理与应用换流器的功能换流器的功能第一章第一章 绪论绪论 DC/DC：改变、控制电压高低：改变、控制电压高低 AC/DC：变交流（市电）为可控直流：变交流（市电）为可控直流 DC/AC：变直流为可控（正弦）交流：变直流为可控（正弦）交流 AC/AC：改变并控制电压频率和幅值：改变并控制电压频率和幅值12/22/202224现代电力电子技术原理与应用现代电力电子技术原理与应用控制器：换流器中几乎必不可少控制器：换流器中几乎必不可少第一章第一章 绪论绪论12/22/202225现代电力电子技术原理与应用现代电力电子技术原理与应用换流器效率换流器效率第一章第一章 绪论绪论 高效率：低损耗的换流器高效率：低损耗的换流器 低损耗：换流器体积小、重量轻低损耗：换流器体积小、重量轻 低损耗：换流器可靠性高低损耗：换流器可靠性高 低损耗：某些场合决定装置能否实现低损耗：某些场合决定装置能否实现效率：换流器最重要的指标之一12/22/202226现代电力电子技术原理与应用现代电力电子技术原理与应用电力电子技术：定义电力电子技术：定义第一章第一章 绪论绪论Definition:Power electronics involves the study of electronic circuits intended to control the flow of electrical energy.These circuits handle power flow at levels much higher than the individual device ratings.12/22/202227现代电力电子技术原理与应用现代电力电子技术原理与应用构成换流器电路的元器件构成换流器电路的元器件第一章第一章 绪论绪论12/22/202228现代电力电子技术原理与应用现代电力电子技术原理与应用例：例：DC/DC换流器：功能要求换流器：功能要求第一章第一章 绪论绪论12/22/202229现代电力电子技术原理与应用现代电力电子技术原理与应用例：例：DC/DC换流器实现：电阻分压器换流器实现：电阻分压器第一章第一章 绪论绪论12/22/202230现代电力电子技术原理与应用现代电力电子技术原理与应用例：例：DC/DC换流器实现：串联式线性稳压器换流器实现：串联式线性稳压器第一章第一章 绪论绪论12/22/202231现代电力电子技术原理与应用现代电力电子技术原理与应用例：例：DC/DC换流器实现：单刀双掷开关换流器实现：单刀双掷开关第一章第一章 绪论绪论12/22/202232现代电力电子技术原理与应用现代电力电子技术原理与应用例：例：DC/DC换流器实现：单刀双掷开关换流器实现：单刀双掷开关第一章第一章 绪论绪论12/22/202233现代电力电子技术原理与应用现代电力电子技术原理与应用例：例：DC/DC换流器实现：开关型电路原理图换流器实现：开关型电路原理图第一章第一章 绪论绪论低损耗低通滤波器低损耗低通滤波器开关型降压换流器开关型降压换流器开关型降压换流器开关型降压换流器（Buck Buck 换流器）换流器）换流器）换流器）12/22/202234现代电力电子技术原理与应用现代电力电子技术原理与应用例：例：DC/DC换流器实现：控制器（稳压输出）换流器实现：控制器（稳压输出）第一章第一章 绪论绪论12/22/202235现代电力电子技术原理与应用现代电力电子技术原理与应用研究内容研究内容 电力电子器件电力电子器件 电力电子电路电力电子电路 电力电子装置与应用电力电子装置与应用第一章第一章 绪论绪论12/22/202236现代电力电子技术原理与应用现代电力电子技术原理与应用与相关学科的关系与相关学科的关系 电路理论电路理论 信号处理信号处理 系统与控制论系统与控制论 电力系统电力系统 电机学电机学 第一章第一章 绪论绪论12/22/202237现代电力电子技术原理与应用现代电力电子技术原理与应用第一章第一章 绪论绪论电力电子技术与其它学科电力电子技术与其它学科12/22/202238现代电力电子技术原理与应用现代电力电子技术原理与应用电力电子电路的特点电力电子电路的特点第一章第一章 绪论绪论 非线性电路非线性电路 含有高速动作的开关含有高速动作的开关 电压、电流的有效（有用）成分与其它成分电压、电流的有效（有用）成分与其它成分 损耗的影响与分析损耗的影响与分析12/22/202239现代电力电子技术原理与应用现代电力电子技术原理与应用分析电力电子电路的方法分析电力电子电路的方法第一章第一章 绪论绪论 非线性电路非线性电路 含有高速动作的开关含有高速动作的开关 电压、电流的有效（有用）成分与其它成分电压、电流的有效（有用）成分与其它成分 损耗的影响与分析损耗的影响与分析转换成线性电路处理：转换成线性电路处理：不同时段应用不同的电路不同时段应用不同的电路 何时更换电路？何时更换电路？12/22/202240现代电力电子技术原理与应用现代电力电子技术原理与应用分析电力电子电路的方法分析电力电子电路的方法第一章第一章 绪论绪论 非线性电路非线性电路 含有高速动作的开关含有高速动作的开关 电压、电流的有效（有用）成分与其它成分电压、电流的有效（有用）成分与其它成分 损耗的影响与分析损耗的影响与分析 重复平衡模式的概念重复平衡模式的概念 电感元件的伏秒平衡电感元件的伏秒平衡 电压（电流）的平均值近似电压（电流）的平均值近似12/22/202241现代电力电子技术原理与应用现代电力电子技术原理与应用分析电力电子电路的方法分析电力电子电路的方法第一章第一章 绪论绪论 非线性电路非线性电路 含有高速动作的开关含有高速动作的开关 电压、电流的有效（有用）成分与其它成分电压、电流的有效（有用）成分与其它成分 损耗的影响与分析损耗的影响与分析器件模型的近似程度器件模型的近似程度12/22/202242现代电力电子技术原理与应用现代电力电子技术原理与应用分析电力电子电路的方法分析电力电子电路的方法第一章第一章 绪论绪论 相对简单的主电路与相对复杂的控制电路相对简单的主电路与相对复杂的控制电路 开关器件的多样性开关器件的多样性 开关器件特性的复杂性开关器件特性的复杂性12/22/202243现代电力电子技术原理与应用现代电力电子技术原理与应用分析电力电子电路的方法分析电力电子电路的方法第一章第一章 绪论绪论 相对简单的主电路与相对复杂的控制电路相对简单的主电路与相对复杂的控制电路 开关器件的多样性开关器件的多样性 开关器件特性的复杂性开关器件特性的复杂性 认为控制器的工作是理想认为控制器的工作是理想 在电路图中不画出在电路图中不画出12/22/202244现代电力电子技术原理与应用现代电力电子技术原理与应用分析电力电子电路的方法分析电力电子电路的方法第一章第一章 绪论绪论 相对简单的主电路与相对复杂的控制电路相对简单的主电路与相对复杂的控制电路 开关器件的多样性开关器件的多样性 开关器件特性的复杂性开关器件特性的复杂性 用理想的抽象开关代替用理想的抽象开关代替12/22/202245现代电力电子技术原理与应用现代电力电子技术原理与应用分析电力电子电路的方法：重复平衡模式下分析电力电子电路的方法：重复平衡模式下第一章第一章 绪论绪论 不同时段的不同线性电路不同时段的不同线性电路 忽略高频成分忽略高频成分 理想开关理想开关 忽略电阻忽略电阻 电感元件的伏秒平衡电感元件的伏秒平衡（电容元元件的安秒平衡）（电容元元件的安秒平衡）12/22/202246现代电力电子技术原理与应用现代电力电子技术原理与应用分析电力电子电路的方法：非重复模式分析电力电子电路的方法：非重复模式第一章第一章 绪论绪论12/22/202247现代电力电子技术原理与应用现代电力电子技术原理与应用分析电力电子电路的方法分析电力电子电路的方法第一章第一章 绪论绪论KVL与与 KCL不能违反的电路定律：不能违反的电路定律：12/22/202248现代电力电子技术原理与应用现代电力电子技术原理与应用第一章第一章 绪论绪论电路中的开关器件：遵守电路中的开关器件：遵守KVL12/22/202249现代电力电子技术原理与应用现代电力电子技术原理与应用第一章第一章 绪论绪论电路中的开关器件：遵守电路中的开关器件：遵守KCL12/22/202250现代电力电子技术原理与应用现代电力电子技术原理与应用第一章第一章 绪论绪论危险的企图危险的企图12/22/202251现代电力电子技术原理与应用现代电力电子技术原理与应用第一章第一章 绪论绪论危险的企图的后果危险的企图的后果12/22/202252