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电力电子技术课件第6章
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目录
壹
电力电子技术概述
贰
功率半导体器件
叁
电力电子变换器
肆
电力电子控制技术
伍
电力电子系统保护
陆
电力电子技术的未来趋势
电力电子技术概述
第一章
技术定义与分类
技术应用领域广泛，包括工业驱动、可再生能源、消费电子等多个领域。
按应用领域分类
03
电力电子技术可依据使用的功率器件分为晶闸管技术、IGBT技术等不同类别。
按功率器件分类
02
电力电子技术是研究电力变换和控制的学科，涉及电力系统与电子技术的交叉应用。
电力电子技术的定义
01
应用领域
电力电子技术在太阳能和风能发电系统中扮演关键角色，实现能量转换和优化。
可再生能源系统
在工业生产中，电力电子技术用于驱动和控制电机，提高生产效率和精确度。
工业自动化控制
随着电动汽车的普及，电力电子技术被用于设计和构建高效的充电站和充电设备。
电动汽车充电设施
发展历程
01
19世纪末，随着电力的广泛应用，早期的电力电子技术开始萌芽，如直流发电机和电动机的发明。
02
20世纪中叶，硅半导体技术的发展推动了电力电子技术的革命，诞生了可控硅等关键器件。
早期电力电子技术
半导体器件的兴起
发展历程
20世纪后半叶，功率电子技术迅速发展，IGBT等新型功率器件的出现极大提升了电力转换效率。
01
功率电子的快速发展
进入21世纪，随着计算机控制技术的融合，现代电力电子技术实现了智能化、模块化和高效率化。
02
现代电力电子技术
功率半导体器件
第二章
常用器件介绍
晶闸管是早期功率控制的核心器件，广泛应用于变频器、调速系统中。
晶闸管(SCR)
01
IGBT结合了MOSFET的高输入阻抗和BJT的大电流密度，是现代电力电子技术的关键器件。
绝缘栅双极晶体管(IGBT)
02
MOSFET以其快速开关速度和低导通电阻，在小功率应用中占据重要地位。
金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)
03
快速恢复二极管用于高频开关电源，具有低恢复时间和高效率的特点。
快速恢复二极管(FRD)
04
器件工作原理
PN结的形成与特性
PN结是功率半导体器件的核心，通过掺杂形成，具有单向导电性，是整流和开关的基础。
热效应与散热设计
功率器件在工作时会产生热量，散热设计是保证器件稳定运行和延长寿命的关键因素。
载流子的注入与复合
电压控制电流
在功率器件中，电子和空穴的注入与复合过程决定了器件的开关速度和导通状态。
功率半导体器件通过控制电压来调节电流，实现对电力系统中电流的精确控制。
器件性能比较
IGBT与MOSFET相比，IGBT的开关速度较慢，但其耐压和电流容量更大。
开关速度对比
SiC器件相较于传统硅器件，具有更低的导通损耗，适合高频应用。
导通损耗分析
GaN器件在高温环境下仍能保持良好性能，热稳定性优于硅基器件。
热稳定性评估
硅基功率器件成本较低，但随着新材料技术的进步，如SiC和GaN的成本效益正在提升。
成本效益分析
电力电子变换器
第三章
变换器基本概念
电力电子变换器是将电能从一种形式转换为另一种形式的设备，如AC/DC或DC/AC转换。
变换器的定义
变换器通过半导体开关元件的通断控制，实现电能的转换和调节，如PWM技术的应用。
变换器的工作原理
根据功能和结构，变换器分为整流器、逆变器、直流-直流变换器等不同类型。
变换器的分类
主要类型及特点
直流-直流变换器通过开关元件实现电压的升高或降低，广泛应用于电源管理。
直流-直流变换器
直流-交流变换器，也称为逆变器，将直流电转换为交流电，用于太阳能发电系统。
直流-交流变换器
交流-直流变换器，或称整流器，将交流电转换为直流电，常见于电池充电器中。
交流-直流变换器
交流-交流变换器通过改变频率和电压，用于电机速度控制和电力系统中的电压调节。
交流-交流变换器
应用实例分析
太阳能光伏系统利用电力电子变换器将太阳能转换为电能，广泛应用于住宅和商业建筑。
太阳能光伏系统
电动汽车充电站使用电力电子变换器为电动汽车提供快速充电服务，是新能源汽车普及的关键技术。
电动汽车充电站
工业电机驱动系统中，电力电子变换器用于调节电机速度和扭矩，提高能效和控制精度。
工业电机驱动
电力电子控制技术
第四章
控制策略概述
开环控制不依赖于输出反馈，例如定时器控制的灯光系统，按预定时间开关。
开环控制策略
01
闭环控制依赖于反馈信号，如温度控制系统，根据温度传感器数据调节加热器。
闭环控制策略
02
模糊逻辑控制模拟人类决策过程，例如洗衣机根据衣物重量和脏污程度自动调节水量和洗涤时间。
模糊逻辑控制
03
自适应控制策略能根据系统性能自动调整控制参数，如飞行器的自动驾驶系统根据风速和气流变化调整飞行姿态。
自适应控制策略
04
控制算法与实现
PI
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