电力电子技术_英文版_课件_1

电力电子学 (Power Electronics)名称60年代 出现； 1974年，美国的W. Newell用图1的倒三角形 对电力电子学进行了描 述，被全世界普遍接受；
电子学 电力 电子学
连续、离散
电力学
控制 理论
图1 描述电力电子学的倒三角形 7
与电子学（信息电子学）的关系 电子学（信息电子学）
3
1.1
信息电子技术
电力电子与信息电子
电力电子技术---电力电子技术----使用电 ----使用电 力电子器件对电能进行变换
电力电子技术
电子技术
和控制的技术，包括电压、 频率、电流、波形等电量的 变换技术。即用于电力领域 的电子技术。
模拟电子技术
数字电子技术
信息电子技术——信息处理 信息电子技术——信息处理 电力电子技术——电力变换 电力电子技术——电力变换 电子技术一般即指信息 电子技术，广义而言，也包 括电力电子技术。
目前电力电子器件均用半 导体制成，也称电力半导体 器件。 电力电子技术变换的“电 力”，可大到数百MW甚至 力”，可大到数百MW甚至 GW，也可小到数W甚至 GW，也可小到数W mW级。 mW级。 4
1.2
两大分支
电力电子器件制造技术 电力电子技术的基础， 电力电子技术的基础，理论基础是半导体物理 变流技术（电力电子器件应用技术） 变流技术（电力电子器件应用技术） 用电力电子器件构成电力变换电路和对其 进行控制的技术， 进行控制的技术，以及构成电力电子装置 和电力电子系统的技术。 和电力电子系统的技术。 电力电子技术的核心， 电力电子技术的核心，理论基础是电路理 论。
8
与电力学（电气工程）的关系 电力学（电气工程）
•电力电子技术广泛用于电气工程中

12
II.
The history
Application of fast-switching Invention of fully-controlled Thyristor semiconductor devices GTO GTR Mercury arc rectifier Power MOSFET Power diode Vacuum-tube rectifier Thyristor Thyristor Thyratron (microprocessor)
Feedback/ Feed forward
Controller
Reference
Power
-heating -power converter -other electric or electronic equipment
The task of power electronics has been recently extended to also ensuring the currents and power consumed by power converters and loads to meet the requirement of electric energy sources.
Power electronics: to process electric power
Other classifications of electronics
Power
Electronics
Vacuum electronics: using vacuum devices, e.g, vacuum tubes devices Solid (Solid state) electronics: using solid state devices, e.g, semiconductor devices Physical electronics: physics,material,fabrication, and manufacturing of electronic devices Applied electronics: application of electronic devices to various areas 9

5.2.1 A current-reversible chopper
5.2.2 Bridge chopper (H-bridge DC/DC converter)
5.2.3 Multi-phase multi-channel DC/DC converters
30
Power
5.2.1 A current reversible chopper
V1
E
VD2
L
V2
VD1
uo
R io M EM
Power
Can be considered as a combination of a Buck and a Boost
Can realize two-quadrant ( I & II) operation of DC motor: forward motoring, forward braking
Single-ended converters • Forward converter • Flyback converter
Double-ended converters • Half bridge • Push-pull • Full bridge
Power
35
5.3.1 Forward converter
5.3.2 Flyback converter
Power
S ton
toff
O
t
N1
N2 VD +
uS
Ui + W1
W2
Uo Ui
t
S
O iS
t
U o N 2 ton
iVOD
Realization using power MOSFET and diode

实验报告撰写与答辩
讲解实验报告的撰写要求和答辩技巧 ，提高学生的综合素质和能力。
36
08
电力电子技术应用案例
2024/3/26
37
新能源发电系统中电力电子技术应用
光伏发电系统
最大功率点跟踪（MPPT ）技术、逆变器并网技术 、孤岛检测与保护技术等 。
2024/3/26
风力发电系统
变桨距控制技术、变速恒 频技术、直驱式永磁风力 发电技术等。
2024/3/26
13
可控整流电路分析与应用
可控整流电路原理
可控整流电路通过控制触发角α的大小，实现对输出电压的调 节。
2024/3/26
可控整流电路应用
可控整流电路广泛应用于直流调速、电力拖动、电解、电镀 等领域。
14
滤波电路原理与设计方法
滤波电路原理
滤波电路是利用电容、电感等元件对交流电的频率特性进行滤波，从而得到平 滑的直流电的电路。
高性能器件选择
选用高性能的功率器件和驱动电路，提高电路的工作频率和可靠性。例如，选用低导通电阻和低栅极电荷的 MOSFET可以降低电路的导通损耗和开关损耗；选用高耐压和高电流的IGBT可以提高电路的带负载能力等 。
系统优化与热设计
对系统进行全面的优化和热设计，确保电路在高负载、高温等恶劣环境下仍能稳定可靠地工作。例如，采用 合理的散热结构和风扇控制策略可以降低电路的工作温度；采用模块化设计可以提高电路的维修性和可扩展 性等。
2024/3/26
功率场效应晶体管（Power MOSFE…
阐述Power MOSFET和IGBT的结构、特点以及在电力电子电路中的 广泛应用。
11
03
整流与滤波技术
2024/3/26

Topics Covered
Week 1
Week 2
Monday Nov. 25, 2019
Tuesday Nov. 26, 2019
Friday Nov. 29, 2019
Monday Dec. 2, 2019
Tuesday Dec. 3, 2019
Friday Dec. 6, 2019
Fundamentals of Electric Circuits: Elements of electric circuits; Kirchhoff’s law; Voltage/Current divider laws; Series and parallel circuits
10
Alessandra Volta (1745 – 1827)
Kirchhoff’s Voltage Law(KVL)
▪ The voltage, or potential difference, btw two points in a circuit indicates the energy required to move charge from one point to the other.
13
Kirchhoff’s Voltage Law(KVL)
▪ The principle underlying KVL is that no energy is lost or created in an electric circuit; in circuit terms, the sum of all voltages associated with source must equal the sum of the load voltages, so that the net voltage around a closed circuit is _________?.

voltages, then
3 2
Vm
ca
20
Power Electronics
Switching States for 3-phase Voltage Source Inverter
p
ia
va sa
ib
vb
sb
ic
vc
sc
idc Vdc
n
sa sb sc Switching state
idc
Spectrum of 3-phase
PWM inverter
1.0
a=0.8 a=0.5
output voltage
a=0 0.8
No lower order harmonics
No harmonics at c.
The lowest frequency and highest content harmonics are
DC/AC
AC/DC
2
Power Electronics
Outline
7.1 Basic principles 7.2 Some major PWM techniques in DC/AC inverters 7.3 PWM techniques with feedback control 7.4 PWM rectifiers
9
Power Electronics
Triangular-wave natural sampling
In 3-phase VSI
Three-phase bridge inverter can only realize bi-bolar PWM therefore should be controlled by bipolar sampling.

12
II.
The history
Application of fast-switching Invention of fully-controlled Thyristor semiconductor devices GTO GTR Mercury arc rectifier Power MOSFET Power diode Vacuum-tube rectifier Thyristor Thyristor Thyratron (microprocessor)
Other applications
14
Industrial applications
Motor drives
Electrolysis
Electroplating
Induction heating
Power
Welding Arc furnaces and ovens Lighting
15
Transportation applications
13
III. Applications
Industrial Transportation Utility systems
Power supplies for all kinds of electronic equipment
Power
Residential and home appliances
Space technology
Power electronics: to process electric power
Other classifications of electronics
Power
Electronics
Vacuum electronics: using vacuum devices, e.g, vacuum tubes devices Solid (Solid state) electronics: using solid state devices, e.g, semiconductor devices Physical electronics: physics,material,fabrication, and manufacturing of electronic devices Applied electronics: application of electronic devices to various areas 9

Power
V2关断而V3开通 时输入出负脉冲
图1-29 典型的直接耦合式GTO驱动电路
V3关断后电阻R3和R4 提供门极负偏压
11
1.7 Protection of power semiconductor devices
Protection circuits Overvoltage protection Overcurrent protection Snubber circuits—specific protection circuits that circuits— can limit du/dt or di/dt TurnTurn-on snubber TurnTurn-off snubber
Supplement: Practical Application Issues of Power Semiconductor Devices
Outline
Practical application issues of power semiconductor devices Gate drive circuit (Section 1.6 in the Chinese textbook) Protection of power semiconductor devices (Section 1.7 in the Chinese textbook) Series and parallel connections of power semiconductor devices (Section 1.8 in the Chinese textbook)
G
O
t
5V的负偏压
Power
iG O
正的门极电流
t
图1-28 推荐的GTO门极电压电流波形

4
The concept of power electronic devices
Power electronic devices：
are the electronic devices that can be directly used in the power processing circuits to convert or control electric power.
electronic devices
3
1.1 An introductory overview of power electronic devices
The concept and features Configuration of systems using power
electronic devices Classifications Major topics
A power electronic device usually has a third terminal —— control terminal to control the states of the device.
A power electronic device must have at least two terminals to allow power circuit current flow through.
12
Major topics for each device
Appearance, structure, and symbol Physics of operation
Characteristics
Static characteristics Switching characteristics

docin/sundae_meng
1.1 电力电子与信息电子
电子技术
电力电子器件制造技术
信息电子技术
电力电子技术
目前电力电子器件均用半导体 制成，故也称电力半导体器件。
模拟电子技术 数字电子技术
变流技术 ！！！
信息电子技术——信息处理 电力电子技术——电力变换
电力电子技术(定义)：使用电力
用电力电子器件构成电力变换 电路和对其进行控制的技术， 以及构成电力电子装置和电力 电子系统的技术。
微型计算机
3 电力电子技术的应用
5）家用电器
docin/sundae_meng
3 电力电子技术的应用
6）其他
大型计算机的UPS
新型能源
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航天技术
4 教材的内容简介和使用说明 4.1 教材的内容简介 4.2 教材的使用说明
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4.1 教材的内容简介
电力电子技术 Power Electronics
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绪论
1 什么是电力电子技术 2 电力电子技术的发展史 3 电力电子技术的应用 4 教材内容简介和使用说明
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1 什么是电力电子技术
1.1 电力电子与信息电子 1.2 两大分支 1.3 与其他学科的关系 1.4 地位和未来
电子器件对电能进行变换和控制 的技术，即：应用于电力领域的 电子技术。
电力电子技术变换的“电力”， 可大到数百MW甚至GW，也 可小到数W甚至mW级。
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1.2 两大分支
变流技术
电力电子器件 电力电子变流技术