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电力电子技术课件PPT第二章
有限公司
20XX
汇报人：XX
目录
01
电力电子技术概述
02
电力电子器件
03
电力电子电路基础
04
功率半导体开关
05
电力电子系统设计
06
电力电子技术的未来趋势
电力电子技术概述
01
技术定义与分类
电力电子技术是研究电力变换和控制的科学，涉及电能的高效转换与应用。
电力电子技术的定义
根据应用领域，电力电子技术可分为工业驱动、电力系统、消费电子等多个子领域。
按应用领域分类
电力电子技术可依据使用的功率器件分为晶闸管、IGBT、MOSFET等不同类型。
按功率器件分类
01
02
03
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。
01
随着电动汽车的普及，电力电子技术用于构建高效的充电站和电池管理系统。
02
在制造业中，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。
03
电力电子技术是智能电网不可或缺的部分，用于实现电网的高效管理和能源的优化分配。
04
可再生能源系统
电动汽车充电设施
工业自动化控制
智能电网技术
发展历程
20世纪初，真空管的发明开启了电力电子技术的先河，用于简单的整流和开关应用。
早期电力电子技术
01
1950年代，硅半导体器件的出现标志着电力电子技术进入新纪元，功率控制更加高效。
半导体器件的兴起
02
1960年代，功率晶体管的发明进一步推动了电力电子技术的进步，缩小了设备体积。
功率晶体管的发展
03
发展历程
21世纪，随着微电子技术的发展，电力电子技术实现了智能化、模块化，应用领域不断拓展。
现代电力电子技术
1980年代，绝缘栅双极晶体管(IGBT)的商业化应用极大提升了电力转换效率和可靠性。
IGBT技术的突破
电力电子器件
02
常用器件介绍
IGBT结合了MOSFET的高输入阻抗和双极晶体管的低导通损耗，广泛应用于变频器和UPS系统。
绝缘栅双极晶体管（IGBT）
晶闸管是可控硅整流器的一种，能够控制大电流的开关，常用于高压直流输电和电机控制。
晶闸管（SCR）
二极管是电力电子中常用的器件，它允许电流单向流动，广泛应用于整流和信号处理。
二极管
器件工作原理
电力电子器件如晶闸管通过控制门极信号实现开关状态的转换，从而控制电流的通断。
半导体开关原理
绝缘栅双极晶体管（IGBT）结合了MOSFET的高速开关特性和BJT的大电流驱动能力，广泛应用于变频器和逆变器中。
IGBT的复合控制机制
功率二极管利用其单向导电特性，将交流电转换为脉动直流电，是整流电路的核心组件。
功率二极管的整流作用
器件性能比较
例如，IGBT的开关速度比晶闸管快，适合高频应用，而晶闸管则适合低频大功率场合。
开关速度对比
MOSFET通常耐压较低，适合低压应用；而IGBT和晶闸管可以承受更高的电压。
耐压能力分析
例如，GTO（门极可关断晶闸管）在高电流应用中热稳定性较好，但其开关损耗较大。
热稳定性评估
在导通状态下，MOSFET的导通损耗最小，适合于效率要求高的应用场合。
导通损耗比较
电力电子电路基础
03
电路拓扑结构
直流-直流转换器
直流-直流转换器通过开关元件和储能元件实现电压的升高或降低，如升压（Boost）和降压（Buck）转换器。
交流-交流变频器
交流-交流变频器改变交流电的频率和电压，常用于电机速度控制和工业变频驱动系统。
直流-交流逆变器
交流-直流整流器
直流-交流逆变器将直流电转换为交流电，广泛应用于太阳能发电和不间断电源系统中。
交流-直流整流器将交流电转换为直流电，常见的有半波和全波整流电路，用于电源适配器和充电器中。
电路工作模式
CRM模式是CCM和DCM的过渡模式，开关元件在电流降至零之前关闭，适用于中等功率应用。
DCM模式下，开关元件在每个周期的某个时刻关闭，电流下降至零，适用于小功率应用。
在CCM模式下，开关元件在整个开关周期内均保持导通状态，适用于大功率应用。
连续导电模式（CCM）
断续导电模式（DCM）
临界导电模式（CRM）
电路控制策略
通过改变开关元件的导通时间比例，脉宽调制技术可以精确控制电力电子设备的输出电压和电流。
脉宽调制技术
相位控制技术通过调整交流电源电压的相位角来控制负载两端的电压，广泛应用于调光和电机速度控制。
相位控制技术
通过改变电力电子设备的工作频率，可以实现对电机转速和功率因数的精确控制，提高能效。
频率控制技术
功率半导体开关
04
开关特性分析
开关时间特性
功率半导体开关的开启和关闭时间对电路性能有显著影响，例如IGBT的开关速度决定了其在高频应用中的适用性。
01
02
耐压与电流容量
半导体开关必须承受一定的电压和电流，例如MOSFET的耐压等级和电流容量决定了其在高压或大电流应用中的表现。
03
热性能
功率
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