电力电子装置及系统ppt课件.ppt
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1、电力电子装置及系统,天津理工大学自动化学院,1、绪论电力电子装置及系统概述概念、分类、前景半导体电力电子开关器件BJC、GTO、IGBT电力电子器件的应用技术散热、缓冲、保护,1.1电力电子装置及系统概述,绪论,以满足用电要求为目标,以电力半导体器件为核心,通过合理额电路拓扑和控制方式,采用相关的应用技术对电能实现变换和控制的装置,1 电力电子装置的定义,1.1电力电子装置及系统概述,绪论,2 电力电子控制系统,1.1电力电子装置及系统概述,绪论,3 电力电子装置的主要类型,AC/DC变换器DC/DC变换器DC/AC变换器AC/AC变换器静态开关,1.1电力电子装置及系统概述,绪论,4 电力电
2、子装置的应用概况,直流电源装置 通信电源、充电电源、电解电镀直流电源、开关电源交流电源装置 交流稳压电源、通用逆变电源、不间断UPS电源特种电源装置 静电除尘的高压电源、超声波电源、感应加热电源、焊接电源电力系统用装置 高压直流输电、无功功率补偿装置和电力有源滤波器、电力开关电机调速用电力电子装置其它使用装置 电子整流器和电子变压器、空调电源、微波炉应急灯电源,1.1电力电子装置及系统概述,绪论,5 电力电子装置的发展前景,交流变频调速绿色电力电子装置电动车新能源发电信息电源,1.2 半导体电力电子开关器件,绪论,1 电力二极管,不可控单相导通器件散热烧毁、击穿、开关特性反向恢复时间trr,1
3、.2 半导体电力电子开关器件,绪论,2 晶闸管(SCR),半控开关器件IG合适、IAIL宽,通态IAIH,断态,主电路关断脉冲电流控制,脉宽,1.2 半导体电力电子开关器件,绪论,门极可关断晶闸管(GTO),正向和反向脉冲电流控制开通和关断反向关断触发电流较大,1.2 半导体电力电子开关器件,绪论,3 电力晶体三极管(BJT),电流型全控器件控制基极电流二次击穿现象(限制功耗),1.2 半导体电力电子开关器件,绪论,3 电力晶体三极管(BJT)开关过程、驱动电流,td 延迟时间tr 集电极电流上升时间tstg 存储时间tf 存集电极电流下降时间,1.2 半导体电力电子开关器件,绪论,4 电力场
4、效应晶体管(MOSFET),电压型全控器件开关速度快正温度系数,1.2 半导体电力电子开关器件,绪论,4 电力场效应晶体管(MOSFET)特征参数,漏源击穿电压UDSB最高工作频率fm开通时间ton和关断时间toff极间电容,1.2 半导体电力电子开关器件,绪论,5 绝缘门极双极型晶体管(IGBT),复合管无二次击穿,但有擎住效应,1.2 半导体电力电子开关器件,绪论,6 MCT和IGCT,1.2 半导体电力电子开关器件,绪论,7 半导体电力开关模块和电源集成电路,电力转换模块功率集成电路PIC电电源管理集成电路,1.3 电力电子器件的应用技术,绪论,1 散热技术,散热的重要性散热原理散热措施
5、,1.3 电力电子器件的应用技术,绪论,1 散热技术,散热原理,1.3 电力电子器件的应用技术,绪论,2 缓冲技术,开关损耗抑制开关器件的du/dt,di/dt,1.3 电力电子器件的应用技术,绪论,2 缓冲技术 关断缓冲电路,1.3 电力电子器件的应用技术,绪论,2 缓冲技术 开通缓冲电路,1.3 电力电子器件的应用技术,绪论,2 缓冲技术 复合缓冲电路,1.3 电力电子器件的应用技术,绪论,3 保护技术,过电流保护电流信号的检测输出过电压保护输入瞬态电压抑制输入欠压保护过温保护器件控制极保护自锁式保护电路,2、高频开关电源高频开关电源概述现状、基本组成单端反激开关电源基本关系式、自激、他激
6、功率因数为1的高频整流器非连续、连续功率因数校正器,2.1 高频开关电源概述,高频开关电源,线性稳压电源(功耗大),1 发展状况,2.1 高频开关电源概述,高频开关电源,开关电源发展状况,1 发展状况,高频化 电源电路的模块化、集成化 绿色化,2.1 高频开关电源概述,高频开关电源,开关电源的输入环节,2 高频开关电源的基本组成,输入浪涌电流和瞬态电压抑制 线路滤波器 输入整流滤波,2.1 高频开关电源概述,高频开关电源,功率变换电路,2 高频开关电源的基本组成,2.1 高频开关电源概述,高频开关电源,控制及保护电路,3 高频开关电源的基本组成,PWM电压控制模式 PWM峰值电流控制模式 开关
7、电源的保护,2.1 高频开关电源概述,高频开关电源,控制及保护电路,3 高频开关电源的基本组成,PWM电压控制模式,2.1 高频开关电源概述,高频开关电源,控制及保护电路,3 高频开关电源的基本组成,PWM峰值电流控制模式,2.2 单端反激开关电源,高频开关电源,1 单端反激电源的基本关系式,电流增量:,磁通增量:,1)开关管导通:,2)开关管关断:,电流减量:,磁通减量:,共同关系式,2.2 单端反激电源的基本关系式,高频开关电源,1 共同关系式,3)一个周期内磁通的增量等于磁通的减少量,4)CE结承受的电压,2.2 单端反激电源的基本关系式,高频开关电源,连续工作模式,不连续工作模式,2.
8、2 单端反激开关电源,高频开关电源,2 自激型单端反激开关电源,基本原理,2.2 单端反激开关电源,高频开关电源,2 他激型单端反激开关电源,基本原理,2.4 功率因数为1的高频整流器,高频开关电源,1 非连续电流模式功率因数校正器,基本原理,2.4 功率因数为1的高频整流器,高频开关电源,2 连续电流模式功率因数校正器,基本原理,2.4 功率因数为1的高频整流器,高频开关电源,3 三相高频整流器,基于滞环电流控制的PWM高频整流器基本工作原理,2.4 功率因数为1的高频整流器,高频开关电源,3 三相高频整流器,基于滞环电流控制的PWM高频整流器例子:,2.4 功率因数为1的高频整流器,高频开
9、关电源,3 三相高频整流器,基于滞环电流控制的PWM高频整流器控制系统:,2.4 功率因数为1的高频整流器,高频开关电源,3 三相高频整流器,自然采样SPWM控制,2.4 功率因数为1的高频整流器,高频开关电源,3 三相高频整流器,空间矢量控制,3、逆变器恒频恒压正弦波逆变器 单相、三相恒压恒频正弦波逆变器交流电动机变频调速系统 变频调速概论、装置、高压变频器感应加热电源 高频谐振逆变器原理、控制,3.1 恒频恒压正弦波逆变器,逆变器,1 逆变器概论,主电路结构,3.1 恒频恒压正弦波逆变器,逆变器,1 逆变器概论,驱动电路,主电路与控制电路的接口 减少损耗,提高运行效率 基本任务,3.1 恒
10、频恒压正弦波逆变器,逆变器,1 逆变器概论,控制方法,3.1 恒频恒压正弦波逆变器,逆变器,1 逆变器概论,控制方法直流脉宽调制,3.1 恒频恒压正弦波逆变器,逆变器,1 逆变器概论,控制方法正弦波脉宽调制,3.1 恒频恒压正弦波逆变器,逆变器,1 逆变器概论,直流不平衡问题,产生的原因:,3.1 恒频恒压正弦波逆变器,逆变器,1 逆变器概论,直流不平衡问题,危害:,输出电压畸变率增加 元边产生极大的励磁电流,3.1 恒频恒压正弦波逆变器,逆变器,1 逆变器概论,直流不平衡问题,措施:,静态(控制电路和主电路参 数不一致)动态(温漂和负载变化),模拟补偿方法,3.1 恒频恒压正弦波逆变器,逆变
11、器,1 逆变器概论,直流不平衡问题,措施:,数字补偿方法,3.1 恒频恒压正弦波逆变器,逆变器,1 逆变器概论,输出电压波形控制,开环控制 闭环控制,3.1 恒频恒压正弦波逆变器,逆变器,2 单相恒压恒频正弦波逆变器实例,主电路,3.1 恒频恒压正弦波逆变器,逆变器,2 单相恒压恒频正弦波逆变器实例,控制系统,3.1 恒频恒压正弦波逆变器,逆变器,2 单相恒压恒频正弦波逆变器实例,控制系统,数字分频系统,3.1 恒频恒压正弦波逆变器,逆变器,2 单相恒压恒频正弦波逆变器实例,控制系统,标准正弦波形成电路,3.1 恒频恒压正弦波逆变器,逆变器,2 单相恒压恒频正弦波逆变器实例,控制系统,三角波形
12、成电路,隔直、比例、积分,3.1 恒频恒压正弦波逆变器,逆变器,2 单相恒压恒频正弦波逆变器实例,控制系统,SPWM形成电路,3.1 恒频恒压正弦波逆变器,逆变器,2 单相恒压恒频正弦波逆变器实例,驱动电路,3.1 恒频恒压正弦波逆变器,逆变器,2 单相恒压恒频正弦波逆变器实例,辅助电源(3路独立电源),3.1 恒频恒压正弦波逆变器,逆变器,3 三相恒压恒频正弦波逆变器,主电路,3.1 恒频恒压正弦波逆变器,逆变器,3 三相恒压恒频正弦波逆变器,SPWM三相逆变器,系统组成,3.1 恒频恒压正弦波逆变器,逆变器,3 三相恒压恒频正弦波逆变器,SPWM三相逆变器,门极驱动,3.1 恒频恒压正弦波
13、逆变器,逆变器,3 三相恒压恒频正弦波逆变器,控制器的设计,3.2 交流电动机变频调速系统,逆变器,1 变频调速概论,变频调速原理,3.2 交流电动机变频调速系统,逆变器,1 变频调速概论,控制方法,正弦脉宽调制技术SPWM,电压利用率较低 开关次数多,损耗大,3.2 交流电动机变频调速系统,逆变器,1 变频调速概论,控制方法,电压空间矢量脉宽调制技术SVPWM,3.2 交流电动机变频调速系统,逆变器,1 变频调速概论,控制方法,电压空间矢量脉宽调制技术SVPWM,3.2 交流电动机变频调速系统,逆变器,1 变频调速概论,控制方法,电压空间矢量脉宽调制技术SVPWM,3.2 交流电动机变频调速
14、系统,逆变器,1 变频调速概论,控制方法,电压空间矢量脉宽调制技术SVPWM,3.2 交流电动机变频调速系统,逆变器,1 变频调速概论,控制方法,电压空间矢量脉宽调制技术SVPWM,3.2 交流电动机变频调速系统,逆变器,1 变频调速概论,控制方法,电压空间矢量脉宽调制技术SVPWM,3.2 交流电动机变频调速系统,逆变器,1 变频调速概论,控制方法,电压空间矢量脉宽调制技术SVPWM,3.2 交流电动机变频调速系统,逆变器,2 智能功率模块变频调速装置,功率模块IPM,3.2 交流电动机变频调速系统,逆变器,2 智能功率模块变频调速装置,控制电路,3.2 交流电动机变频调速系统,逆变器,3
15、高压变频器,3.3 感应加热电源,逆变器,利用电磁感应原理对工件进行加热电磁变换频率越高,发热效率越高传统由电子管振荡式变换器产生,3.3 感应加热电源,逆变器,1 高频谐振逆变器的工作原理,并联谐振式逆变电路,3.3 感应加热电源,逆变器,1 高频谐振逆变器的工作原理,串联谐振式逆变电路,3.3 感应加热电源,逆变器,2 高频感应加热电源的控制,逆变电路功率调节 场效应管的驱动开关过程的寄生振荡及其抑制,4、不间断电源UPSUPS的功能及原理工作原理、发展方向UPS的组成和设计蓄电池组、整流器和PFC、逆变器UPS输出电压控制波形控制、同步锁相技术、快速检测,4.1 UPS的功能及原理,不间
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