電力電子技術課件

電力電子技術課件匯報人：劉老師2023-11-30目錄contents電力電子技術概述電力電子器件電力變換電路電力電子技術在電力系統(tǒng)中的應用電力電子技術的控制策略電力電子技術的電磁兼容與熱設計電力電子技術的實驗與仿真01電力電子技術概述利用半導體電力電子器件對電能進行變換和控制的技術。電力電子技術變換電路控制電路將一種形式的電能轉換為另一種形式的電能的電路。對變換電路進行控制和調節(jié)的電路。030201電力電子技術定義采用汞弧整流器和電子管整流器，體積大、效率低。整流器時代采用硅整流器和晶體管，體積小、效率高，但工作頻率較低。晶體管時代采用集成電路和微處理器，實現(xiàn)數(shù)字化控制和智能化管理，提高系統(tǒng)性能和可靠性。集成電路時代電力電子技術發(fā)展歷程工業(yè)領域交通領域新能源領域電力系統(tǒng)領域電力電子技術應用領域01020304電動機控制、變頻器、不間斷電源、焊接電源等。電動汽車、高速鐵路、飛機、船舶等交通工具的電力驅動和控制系統(tǒng)。太陽能發(fā)電、風力發(fā)電等新能源電力系統(tǒng)的變換和控制。柔性交流輸電系統(tǒng)、高壓直流輸電系統(tǒng)、智能電網(wǎng)等。02電力電子器件半導體二極管是一種具有單向導電性的半導體器件，正向導通時電阻很小，反向截止時電阻很大。原理按照材料可分為硅二極管和鍺二極管；按照結構可分為點接觸型和面接觸型。分類半導體二極管廣泛應用于整流、檢波、穩(wěn)壓、開關等電路中。應用半導體二極管原理晶閘管是一種四層三端可控硅器件，具有單向導電性，控制極加入正向觸發(fā)信號后，晶閘管進入導通狀態(tài)，撤去觸發(fā)信號后仍維持導通狀態(tài)，只有斷開陽極電源或控制極加入反向觸發(fā)信號才能使其關斷。分類按照封裝形式可分為塑封晶閘管和金屬封裝晶閘管；按照電流容量可分為小功率晶閘管、中功率晶閘管和大功率晶閘管。應用晶閘管廣泛應用于可控整流、逆變、斬波等電路中，是實現(xiàn)交流電變換的重要器件之一。晶閘管分類按照電路結構可分為單相可控硅整流器和三相可控硅整流器；按照控制方式可分為相位控制和斬波控制。原理可控硅整流器是一種利用可控硅器件實現(xiàn)交流電整流成直流電的電路。通過控制可控硅的導通角，可以調節(jié)輸出電壓的大小和極性。應用可控硅整流器廣泛應用于電解、電鍍、直流電機調速等領域，具有體積小、重量輕、效率高等優(yōu)點?？煽毓枵髌髟黼娏w管是一種具有放大和開關功能的半導體器件，由多個PN結構成。當基極輸入正向電流時，集電極和發(fā)射極之間形成導電溝道，集電極電流隨著基極電流的增加而增加；當基極輸入反向電流時，導電溝道消失，集電極電流迅速減小到零。分類按照電流容量可分為小功率電力晶體管和大功率電力晶體管；按照結構可分為達林頓型和復合型。應用電力晶體管廣泛應用于開關電源、逆變器、斬波器等領域，是實現(xiàn)電力電子變換的重要器件之一。電力晶體管03電力變換電路03穩(wěn)壓電路在濾波電路的基礎上，采用穩(wěn)壓管、穩(wěn)壓芯片等元件對直流電壓進行穩(wěn)定，以保證負載的穩(wěn)定工作。01整流電路將交流電轉換為脈動直流電，包括單相半波、單相全波、三相半波和三相全波等類型。02濾波電路采用電感、電容等元件對整流后的脈動直流電進行濾波，得到平滑的直流電。交流-直流變換電路將直流電轉換為交流電，包括方波逆變和正弦波逆變兩種方式，廣泛應用于UPS、變頻器等領域。逆變電路的調制方式包括PWM（脈沖寬度調制）和SPWM（正弦脈寬調制）等，用于控制逆變電路的輸出波形和質量。直流-交流變換電路調制方式逆變電路VS通過控制交流電的相位或幅值，實現(xiàn)對交流電壓的調節(jié)，廣泛應用于電力系統(tǒng)中。交-交變頻電路將一種頻率的交流電轉換為另一種頻率的交流電，實現(xiàn)電機調速、風力發(fā)電等功能。交流調壓電路交流-交流變換電路通過控制開關管的通斷，將直流電轉換為另一種電壓或電流的直流電，包括降壓斬波、升壓斬波和升降壓斬波等類型。斬波電路采用PWM控制技術對斬波電路進行調節(jié)，實現(xiàn)對輸出電壓或電流的穩(wěn)定控制。PWM控制技術直流-直流變換電路04電力電子技術在電力系統(tǒng)中的應用高壓直流輸電系統(tǒng)組成包括換流站、輸電線路、控制系統(tǒng)等。高壓直流輸電技術優(yōu)勢輸送容量大、損耗小、調節(jié)性能好等。高壓直流輸電技術應用場景遠距離大容量輸電、異步聯(lián)網(wǎng)、海底電纜輸電等。高壓直流輸電技術030201柔性交流輸電系統(tǒng)組成包括電力電子裝置、控制系統(tǒng)、通信系統(tǒng)等。柔性交流輸電技術應用場景電力系統(tǒng)穩(wěn)定控制、無功補償、諧波治理等。柔性交流輸電技術優(yōu)勢提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性、靈活性和經(jīng)濟性。柔性交流輸電技術智能電網(wǎng)中的電力電子技術01智能電網(wǎng)中的電力電子技術作用：實現(xiàn)電力系統(tǒng)的信息化、自動化和互動化。02智能電網(wǎng)中的電力電子技術應用領域：分布式電源接入、微電網(wǎng)運行、電動汽車充電設施等。03智能電網(wǎng)中的電力電子技術發(fā)展趨勢：模塊化、數(shù)字化、網(wǎng)絡化等。05電力電子技術的控制策略包括電壓模式控制和電流模式控制等。控制器類型結構簡單、工作可靠、響應速度快。優(yōu)點易受干擾、調試困難、難以實現(xiàn)復雜控制算法。缺點基于模擬電路的控制策略包括數(shù)字信號處理器（DSP）、現(xiàn)場可編程門陣列（FPGA）等?？刂破黝愋涂梢詫崿F(xiàn)復雜的控制算法、調試方便、易于集成和實現(xiàn)智能化控制。優(yōu)點采樣和計算延遲、對ADC和DAC的分辨率和速度要求較高。缺點基于數(shù)字電路的控制策略控制策略包括模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡控制、自適應控制、滑模變結構控制等。缺點算法復雜度高，需要較高的計算能力和專業(yè)知識。優(yōu)點可以實現(xiàn)高效、高性能的控制，適應性強，魯棒性好?，F(xiàn)代控制理論在電力電子技術中的應用06電力電子技術的電磁兼容與熱設計電磁干擾源包括開關動作、諧波電流、高頻噪聲等，會對周圍設備和環(huán)境造成電磁干擾。電磁敏感度電力電子設備對外部電磁場的敏感度較高，易受到電磁干擾的影響，導致性能下降或故障。電磁兼容性標準為確保設備的正常運行和相互之間的電磁兼容性，需要遵循相關的電磁兼容性標準和規(guī)范。電力電子設備的電磁兼容問題123電力電子設備在工作過程中會產(chǎn)生大量的熱量，如功率損耗、熱阻等，需要進行有效的熱設計和管理。熱源散熱方式包括自然散熱、強制風冷、液冷等，需要根據(jù)設備的功率密度、工作環(huán)境等因素選擇合適的散熱方式。散熱方式為確保設備的可靠性和穩(wěn)定性，需要遵循相關的熱設計標準和規(guī)范，如熱阻、熱流密度等。熱設計標準電力電子設備的熱設計問題采用電磁屏蔽材料或結構，對電磁干擾進行屏蔽和隔離，降低電磁干擾的影響。電磁屏蔽采用濾波電路或濾波器，對電力電子設備產(chǎn)生的諧波電流和高頻噪聲進行濾波和抑制，降低對電網(wǎng)的污染和對其他設備的影響。濾波措施合理的接地措施可以有效地降低電力電子設備受到的電磁干擾和電壓波動的影響，提高設備的穩(wěn)定性和可靠性。接地措施電力電子設備的防護措施07電力電子技術的實驗與仿真MATLAB軟件概述MATLAB是一款數(shù)學軟件，用于算法開發(fā)、數(shù)據(jù)可視化、數(shù)據(jù)分析以及數(shù)值計算。Simulink軟件概述Simulink是MATLAB中的一種圖形化仿真環(huán)境，支持動態(tài)系統(tǒng)建模、仿真和分析。MATLAB/Simulink在電力電子技…介紹如何使用MATLAB/Simulink進行電力電子電路的建模、仿真和分析。MATLAB/Simulink仿真軟件介紹01使用MATLAB/Simulink搭建直流斬波電路模型，觀察輸出電壓、電流波形，分析電路工作原理。直流斬波電路仿真02通過MATLAB/Simulink建立交流調壓電路模型，研究不同控制策略對輸出電壓波形的影響。交流調壓電路仿真03利用MATLAB/Simulink對逆變電路進行建模與仿真