电力电子与现代控制绪论.pptx

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1、电力电子学科的定义电力电子学科的定义电力技术：利用电力设备（发电机、变压器、输电线、电动机、开关电器、电感、电容等）组成电力系统网络，应用电磁学的基本原理处理发电、输电、配电、用电的技术统称电力技术。电子技术：利用电子元器件（电子管、半导体器件、集成电路、微处理器、电感、电容等）组成电子电路，应用电磁学的基本原理处理信号的产生、变换、存储、发送、接收的技术称为电子技术。控制技术：是应用控制理论，使系统具有预设行为的技术。在电控制系统中，一般采用模拟电路实现模拟控制（连续控制）或数字电路或软件系统实现数字控制（离散控制）。电力电子技术：是利用半导体开关器件实现电力变换和控制的电气工程新学科。将现

2、代电子技术和控制技术引入传统的电力技术领域，是一门综合了电子技术、控制技术和电力技术的新兴交叉学科，称为电力电子技术或电力电子学(Power Electronics) 。它既是电子学在强电(高电压、大电流)或电工领域的一个分支，又是电工学在弱电(低电压、小电流)或电子领域的一个分支，或者说是强弱电相结合的新科学。电力电子学是横跨“电子”、“电力”和“控制”三个领域的一个新兴工程技术学科。电力电子学与电力技术、电子技术以及控制技术的关系第1页/共25页电力电子学科所涉及的领域电力电子学科所涉及的领域第2页/共25页电力电子学科的形成电力电子学科的形成 1832年整流子型直流电机的发明引入了利用（

3、机械）开关对电能控制的思想； 1902年水银整流器的发明开始了电子开关控制电能的实践； 1948年晶体管的出现直接引发了电子技术革命； 1957年发明了晶闸管，标志着电力电子技术诞生； 20世纪60年代后以晶闸管为基础的电力电子电路得到广泛应用； 20世纪70年代后期开始，以不断出现的各种全控器件为基础的电力电子电路开始逐步得到广泛应用； 目前，电力电子器件仍然在发展，推动了电力电子技术应用范围的不断扩大（功率范围扩大、成本降低）；并且，半导体器件的发展是电力电子发展的关键； 微电子技术的发展使电力电子装置的控制性能不断提高； 众多研究者的努力使电力电子电路的拓扑结构不断翻新。第3页/共25页

4、 电力电子变换的分类电力电子变换的分类 工业应用的电源系统有直流(DC)和交流(AC)两大类。前者有电压幅值和极性的不同，后者除电压幅值和极性外，还有频率和相位的差别。电子电力学的主要任务就是完成各种电源系统之间的变换，所以电力电子装置又称变换器，它们共有四种基本类型： 1、交流-直流(AC-DC)变换：将交流电转换为直流电，又称为整流。 2、直流-交流(DC-AC)变换：将直流电转换为交流电。这是与整流相反的变换，也称为逆变。3、交-交(AC-AC)变换：将交流电能的参数(幅值或频率)加以变换。其中：仅改变交流电压有效值称为交流调压；将工频交流电转换成其他幅值和频率的交流电，称为交-交变频（

5、直接）或交直交变频（间接）。4、直流-直流(DC-DC)变换：将一种电平直流电源转换成另一种电平，可以降压、升压或升降压。 电力变换可划分为四类基本变换，相应的有四种电力变换电路或电力变换器。 利用以上四种基本变换电路还可以组合成许多复合型电力电子电路。第4页/共25页 电力电子变换和控制的意义电力电子变换和控制的意义 实际应用中，常常需要在两种电能之间，或对同种电能的一个或多个参数(如电压，电流，频率和功率因数等)进行变换。公用电网的恒频、恒压电能经过适当的变换和处理以后再供负载使用，可以获得更好的技术特性和更大的经济效益，这可从以下几个方面来说明：节能：风机、水泵的调速、照明（取代普通镇流

6、器）。省材：设备体积、重量减小，使铜、铁的使用量减少。提高产品质量和劳动生产率：自动化设备、风力发电系统。提高电力系统自身的运行质量和稳定性：发电机励磁、柔性输电、高压直流输电、谐波治理、无功补偿第5页/共25页 电力电子变换和控制的意义电力电子变换和控制的意义发电：采用分布式发电如风力、太阳能发电等电力电子装置。输电：采用高压直流输电系统，网间互联系统，电能储存装置等电力电子装置。配电：采用电力电子变压器、动态无功和谐波补偿器。用电：电机等负载广泛使用变频器驱动。发电输电配电用电发电输电配电用电电力电子装置电力电子装置电力电子装置传统电能传输路径未来电能传输路径电力电子装置第6页/共25页电

7、力电子控制系统的结构电力电子控制系统的结构供电电源：AC或DC；电力电子装置：AC/DC、DC/DC、DC/AC或AC/AC变换器；负载：运动负载电机等或静止负载；设定和反馈环节：位置、速度和力矩或电压、电流等；控制系统：触发和保护控制、系统控制n触发保护控制：提供电力电子装置中各功率器件的触发和保护信号，属于底层控制；n系统控制：用于保证负载的输出值与设定值保持一致的控制。第7页/共25页典型的电机位置控制系统典型的电机位置控制系统供电电源：AC或DC；电力电子装置：AC/DC、和DC/AC变换器；负载：电动机；设定和反馈值：速度和力矩或电流；控制系统：触发和保护控制、系统控制n触发保护控制

8、：SPWM或SVPWM；n系统控制：磁场定向控制+速度和力矩闭环控制器。第8页/共25页典型的单相交流电源控制系统典型的单相交流电源控制系统供电电源：DC；电力电子装置：DC/AC变换器；负载：静止负载；设定和反馈值：输出电压和电流；控制系统：触发和保护控制、系统控制n触发保护控制：SPWM；n系统控制：输出电压和电流闭环控制器。第9页/共25页典型的典型的DC/DC变换器控制系统变换器控制系统供电电源：DC；电力电子装置：DC/DC变换器；负载：静止负载；设定和反馈值：输出电压和电流；控制系统：触发和保护控制、系统控制n触发保护控制：DCPWM；n系统控制：输出电压和电流闭环控制器。第10页

9、/共25页电力电子系统主要的应用领域电力电子系统主要的应用领域第11页/共25页第12页/共25页第13页/共25页第14页/共25页第15页/共25页第16页/共25页第17页/共25页第18页/共25页第19页/共25页第20页/共25页第21页/共25页第22页/共25页本课程的主要内容和学习重点本课程的主要内容和学习重点绪论绪论第一章：现代电力电子器件第一章：现代电力电子器件 现代电力电子器件的工作机理和特性（SCR、MOSFET、IGBT和IGCT等）第二章：现代电力电子线路及其控制第二章：现代电力电子线路及其控制 AC/DC、DC/DC、AC/AC，DC/AC变换器及其控制原理第三

10、章：电机的数学模型及分析方法第三章：电机的数学模型及分析方法 1、直流电机 2、异步电动机 3、外励磁同步电动机和永磁同步电动机第四章：电机的控制理论和控制系统第四章：电机的控制理论和控制系统 1、直流电机的控制 2、异步电机的控制（标量控制、矢量控制：磁场定向控制和直接转矩控制） 3、外励磁和永磁同步电机的控制（标量控制、矢量控制：磁场定向控制和直接转矩控制）； 4、无机械传感器控制技术。第23页/共25页主要参考书和考核方法主要参考书：主要参考书：B. K. Bose, 现代电力电子学与交流传动中译本，机械工业出版社，北京，2005陈坚，电力电子学-电力电子变换和控制技术，高等教育出版社，北京，2002。陈坚，交流电机数学模型及调速系统，国防工业出版社，北京，1998。袁立强、赵争鸣，宋高升，王正元，电力半导体器件原理与应用，机械工业出版社，北京，2011。考核方法：考核方法： 平时作业(10%)、期中(30%)和期末考试(60%)。第24页/共25页感谢您的观看！第25页/共25页