第五章电力电子技术(DCDC)资料

第五章直流—交流（DC—AC）变换5.1 逆变电路概述5.1.1 晶闸管逆变电路的换流问题DC—AC变换原理可用图5-1所示单相逆变电路来说明，其中晶闸管元件VT1、VT4，VT2、VT3成对导通。

当VT1、VT4导通时，直流电源E通过VT1、VT4向负载送出电流，形成输出电压左（+）、右（-），如图5-1（a）所示。

当VT2、VT3导通时，设法将VT1、VT4关断，实现负载电流从VT1、VT4向VT2、VT3的转移，即换流。

换流完成后，由VT2、VT3向负载输出电流，形成左（-）、右（+）的输出电压，如图5-1（b）所示。

这两对晶闸管轮流切换导通，则负载上便可得到交流电压，如图5-1（c）波形所示。

控制两对晶闸管的切换导通频率就可调节输出交流频率，改变直流电压E的大小就可调节输出电压幅值。

输出电流的波形、相位则决定于交流负载的性质。

图5-1 DC—AC变换原理要使逆变电路稳定工作，必须解决导通晶闸管的关断问题，即换流问题。

晶闸管为半控器件，在承受正向电压条件下只要门极施加正向触发脉冲即可导通。

但导通后门极失去控制作用，只有使阳极电流衰减至维持电流以下才能关断。

常用的晶闸管换流方法有：（1）电网换流（2）负载谐振式换流（3）强迫换流5.1.2 逆变电路的类型逆变器的交流负载中包含有电感、电容等无源元件，它们与外电路间必然有能量的交换，这就是无功。

由于逆变器的直流输入与交流输出间有无功功率的流动，所以必须在直流输入端设置储能元件来缓冲无功的需求。

在交—直—交变频电路中，直流环节的储能元件往往被当作滤波元件来看待，但它更有向交流负载提供无功功率的重要作用。

根据直流输入储能元件类型的不同，逆变电路可分为两种类型：图5-4 电压源型逆变器图5-5 无功二极管的作用1．电压源型逆变器电压源型逆变器是采用电容作储能元件，图5-4为一单相桥式电压源型逆变器原理图。

电压源型逆变器有如下特点：1）直流输入侧并联大电容C用作无功功率缓冲环节（滤波环节），构成逆变器低阻抗的电源内阻特性（电压源特性），即输出电压确定，其波形接近矩形，电流波形与负载有关，接近正弦。

电力电子技术概述PPT课件•电力电子技术基本概念•电力电子器件•电力电子变换技术•电力电子系统分析与设计•典型应用案例剖析•发展趋势与挑战01电力电子技术基本概念它涉及到电力、电子、控制等多个领域，是现代电力工业的重要组成部分。

电力电子技术的核心是对电能进行高效、可靠、可控的转换，以满足各种用电设备的需求。

电力电子技术是一门研究利用半导体器件对电能进行转换和控制的学科。

电力电子技术定义从早期的整流器、逆变器到现在的高频开关电源、智能电网等，电力电子技术经历了多个发展阶段。

发展历程目前，电力电子技术已经广泛应用于工业、交通、通信、家电等各个领域，成为现代社会不可或缺的一部分。

现状随着新能源、智能电网等技术的不断发展，电力电子技术的应用前景将更加广阔。

未来趋势发展历程及现状工业领域电机驱动、电力系统自动化、工业加热等。

电动汽车、高速铁路、航空航天等。

通信电源、数据中心、云计算等。

变频空调、LED照明、智能家居等。

随着新能源技术的不断发展，电力电子技术在太阳能、风能等领域的应用将更加广泛；同时，智能电网的建设也将为电力电子技术的发展提供新的机遇。

交通领域家电领域前景展望通信领域应用领域与前景02电力电子器件电力二极管（Power Diode）结构简单，工作可靠导通和关断不可控主要用于整流电路晶闸管（Thyristor）四层半导体结构，三个电极导通可控，关断不可控主要用于相控整流电路可关断晶闸管（GTO）通过门极负脉冲可使其关断关断时间较长，需要较大的关断电流主要用于大容量场合电力晶体管（GTR）电流驱动的双极型晶体管导通和关断可控，但驱动电路复杂主要用于中等容量场合电力场效应晶体管（Power MOSFET ）电压驱动的单极型晶体管导通电阻小，开关速度快01主要用于中小容量场合02绝缘栅双极型晶体管（IGBT）03结合了MOSFET和GTR的优点01电压驱动，大电流容量，快速开关02目前应用最广泛的电力电子器件之一03电力电子变换技术整流电路的作用整流电路的分类整流电路的工作原理整流电路的应用将交流电转换为直流电。

《电力电子技术》学习资料概述本文档旨在提供关于电力电子技术的研究资料，帮助读者了解该领域的基本概念和原理。

1. 电力电子技术简介- 电力电子技术是指利用电子器件和电力技术，将电能进行控制、变换和传输的技术领域。

- 电力电子技术广泛应用于电力系统、工业控制、电动车辆、电力传输等领域。

2. 电力电子技术的重要原理与器件2.1 可控硅器件- 可控硅器件是电力电子技术中最基本的器件之一。

- 可控硅器件可以实现对电能的方向、大小以及周期进行控制，广泛应用于电动机控制、电能变换等领域。

2.2 逆变器与变频器- 逆变器用于将直流电转换为交流电，常用于太阳能发电系统、UPS系统等。

- 变频器用于控制交流电机的转速和转矩，广泛应用于变频空调、工业驱动等领域。

2.3 共模电路- 共模电路用于电力系统的滤波和隔离。

- 共模电路能够有效抑制电力系统中的干扰信号和电磁波。

2.4 光伏逆变器- 光伏逆变器是将光伏电池所产生的直流电转换为交流电的装置。

- 光伏逆变器广泛应用于太阳能发电系统，为电网注入可再生能源。

3. 电力电子技术的应用3.1 电力系统- 电力电子技术在电力系统中起到重要作用，可以实现电力的传输、分配和控制。

- 电力电子技术能够提高电力系统的稳定性和效率。

3.2 工业控制- 电力电子技术在工业控制中应用广泛，如电动机控制、自动化生产线等。

- 电力电子技术可以实现对电力的精确控制和调节。

3.3 电动车辆- 电力电子技术是电动车辆关键技术之一。

- 电力电子技术可以实现电动车辆的电能转换和控制，提高能源利用效率。

3.4 可再生能源- 电力电子技术在可再生能源的应用中起到重要作用。

- 电力电子技术可以将风能、光能等可再生能源转换为可用的电能，推动可再生能源的开发利用。

总结本文档介绍了电力电子技术的基本概念、重要原理与器件，以及其在电力系统、工业控制、电动车辆和可再生能源中的应用。

通过学习电力电子技术，读者可以更深入了解和应用这一领域的知识。

简介DC/DC 【中文解释】就是指直流转直流电源。

概念是指将一个固定的直流电压变换为可变的直流电压，也称为直流斩波器。

这种技术被广泛应用于无轨电车、地铁列车、电动车的无级变速和控制，同时使上述控制获得加速平稳、快速响应的性能，并同时收到节约电能的效果。

用直流斩波器代替变阻器可节约电能(20~30)%。

直流斩波器不仅能起调压的作用(开关电源)，同时还能起到有效地抑制电网侧谐波电流噪声的作用。

工作原理DC/DC变换是将原直流电通过调整其PWM（占空比）来控制输出的有效电压的大小。

DC/DC转换器又可以分为硬开关（Hard Switching）和软开关（Soft Switching）两种。

硬开关DC/DC转换器的开关器件是在承受电压或流过电流的情况下，开通或关断电路的，因此在开通或关断过程中将会产生较大的交叠损耗，即所谓的开关损耗（Switching loss）。

当转换器的工作状态一定时开关损耗也是一定的，而且开关频率越高，开关损耗越大，同时在开关过程中还会激起电路分布电感和寄生电容的振荡，带来附加损耗，因此，硬开关DC/DC转换器的开关频率不能太高。

软开关DC/DC转换器的开关管，在开通或关断过程中，或是加于其上的电压为零，即零电压开关（Zero-Voltage-Switching，ZVS），或是通过开关管的电流为零，即零电流开关（Zero-Current·Switching，ZCS）。

这种软开关方式可以显著地减小开关损耗，以及开关过程中激起的振荡，使开关频率可以大幅度提高，为转换器的小型化和模块化创造了条件。

功率场效应管（MOSFET）是应用较多的开关器件，它有较高的开关速度，但同时也有较大的寄生电容。

它关断时，在外电压的作用下，其寄生电容充满电，如果在其开通前不将这一部分电荷放掉，则将消耗于器件内部，这就是容性开通损耗。

为了减小或消除这种损耗，功率场效应管宜采用零电压开通方式（ZVS）。

一、填空题1、升压斩波电路之所以能使输出电压高于电源电压,关键有两个原因:一是L储能之后具有使（）的作用;二是电容C可将输出电压（）住。

答：电压泵升;保持2、升压斩波电路和降压斩波电路一样,也有电流（）和（）两种工作状态。

答:连续;断续3、直流斩波电路按照输入电压与输出电压的高低变化来分类有（)斩波电路、( ）斩波电路和（）斩波电路。

答：降压；升压；升降压；二、问答题1、试说明直流斩波器主要有哪几种电路结构？试分析它们各有什么特点？答：直流斩波电路主要有降压斩波电路（Buck），升压斩波电路（Boost),升-降压斩波电路（Buck—Boost）和库克(Cuk）斩波电路。

降压斩波电路是输出电压的平均值低于输入电压的变换电路.它主要用于直流稳压电源和直流电机的调速。

升压斩波电路是输出电压的平均值高于输入电压的变换电路。

它可用于直流稳压电源和直流电机的再生制动。

升—降压变换电路是输出电压的平均值可以大于或小于输入直流电压，输出电压与输入电压极性相反.主要用于要求输出与输入电压反向,其值可大于或小于输入电压的直流稳压电源。

库克电路也属升—降压型直流变换电路，但输入端电流波纹小，输出直流电压平稳，降低了对滤波器的要求。

2、简述降压斩波电路的工作原理。

输出电压电流波形。

答:0=t 时刻驱动V 导通，电源E 向负载供电，负载电压E u =0，负载电流0i 按指数曲线上升。

1t t =时控制V 关断，二极管VD 续流，负载电压0u 近似为零，负载电流呈指数曲线下降.通常串接较大电感L 使负载电流连续且脉动小.3、简述升压斩波电路的工作原理。

输出电流波形答：当V 处于通态时，电源E 向电感L 充电,设充电电流为i 1，L 值很大,i 1基本恒定,同时电容C 向负载供电，C 很大，使电容器电压u 0基本不变，设V 处于通态的时间为t on ，在t on 时间内,电感L 上积蓄的能量为EI 1t on ；当V 处于断态时，E 与L 同时向电容充电，并向负载R 提供能量。

•电力电子技术概述•电力电子器件•整流电路与逆变电路•直流-直流变换器目录•交流-交流变换器•电力电子技术应用实例定义与发展历程定义发展历程应用领域及重要性应用领域重要性提高能源利用效率、实现节能减排、促进可再生能源发展等方面具有不可替代的作用。

基本原理与分类基本原理分类0203PNPN四层半导体结构阳极、阴极和控制极晶闸管的基本结构和工作原理01触发导通和关断过程晶闸管的派生器件快速晶闸管01 02 03电力晶体管（GTR）结构特点和工作原理驱动电路和保护电路电力场效应管（结构特点和工作原理驱动电路和保护电路主要参数和特性曲线01 02 031 2 3010203040102 03整流电路原理整流电路分类整流电路应用逆变电路原理逆变电路分类逆变电路应用030201PWM控制技术PWM控制技术原理通过调节脉冲宽度或频率，实现对输出电压或电流的控制。

PWM控制技术应用电机调速、电源管理、照明控制等。

PWM控制技术优势高效率、高精度、低噪声等。

工作原理电路结构控制方式应用领域电路结构工作原理应用领域控制方式两种，也可采用滞环控制等非线性控制方法。

应用领域应用于需要宽范围电压输出的场合，如太阳能逆变器、不间断电源（UPS ）等。

工作原理通过控制开关管的导通和关断时间，实现输入电压到输出电压的升降压变换。

电路结构升降压型变换器主要由输入滤波电路、开关管、储能元件（如电感或电容）和输出滤波电路组成，与升压型变换器类似，但增加了降压功能。

控制方式可采用PWM 、PFM 或滞环控制等非线性控制方法，实现输出电压的稳定调节。

升降压型变换器工作原理通过控制晶闸管的导通角来调节输出电压的大小。

优点结构简单，控制方便，效率高。

缺点输出电压波形畸变较大，谐波含量高。

应用领域灯光控制、电机软启动等。

工作原理能够实现快速、无级调节负载功率。

优点缺点应用领域01020403电加热、电焊机等。

通过控制晶闸管的通断时间来调节负载功率的大小。