電力電子技術知識點總結演講人：日期：目錄電力電子技術基礎電力電子變換技術電力電子控制技術電力電子裝置與系統設計電力電子系統保護與安全性評估現代電力電子發展趨勢與挑戰01電力電子技術基礎PART20世紀50年代硅整流器時期；60年代晶體管、晶閘管時期；70年代可關斷晶閘管（GTO）時期；80年代絕緣柵雙極晶體管（IGBT）時期；90年代至今，新型電力電子器件及集成技術不斷發展。發展歷程高頻化、智能化、全數字控制、系統集成等。發展趨勢電力電子技術是使用電力電子器件進行電能轉換和控制的技術。定義電力電子技術定義與發展分類按照控制類型可分為不可控器件（如二極管）、半控器件（如晶閘管）、全控器件（如IGBT、GTO）；按照載流子類型可分為雙極型器件（如BJT）、單極型器件（如MOSFET）和復合型器件（如IGBT）。特點不同電力電子器件具有不同的電壓和電流等級、開關速度、損耗以及應用領域。電力電子器件分類及特點電力系統電機傳動用于高壓直流輸電、柔性交流輸電、無功補償等方面，提高電網穩定性和效率。用于變頻器、調速系統等，實現電機的高效、調速運行。電力電子技術應用領域新能源與電力系統在太陽能、風能等可再生能源發電系統中，電力電子技術是關鍵技術之一，用于實現能源的高效轉換與控制。交通與電動汽車電力電子技術在電動汽車的電機驅動、電池管理等方面發揮著重要作用，有助于提高電動汽車的性能和續航里程。02電力電子變換技術PART整流電路是一種將交流電（AC）轉換為直流電（DC）的電路。其原理是利用二極管的單向導電性，將交流電的正半周保留，負半周截止，從而得到直流電。整流電路原理常見的整流電路類型包括半波整流、全波整流、橋式整流等。半波整流電路簡單，但整流效率低；全波整流電路整流效率高，但需要更多的二極管；橋式整流電路整流效率高，且輸出電壓更穩定。整流電路類型整流電路原理及類型VS逆變電路是一種將直流電（DC）轉換為交流電（AC）的電路。其原理是通過開關器件（如晶體管、可控硅等）的交替導通和截止，將直流電轉換為交流電。逆變電路類型逆變電路類型包括正弦波逆變電路和非正弦波逆變電路。正弦波逆變電路輸出的交流電波形接近正弦波，適用于對波形要求較高的場合；非正弦波逆變電路輸出的交流電波形不是正弦波，但結構簡單，適用于對波形要求不高的場合。逆變電路原理逆變電路原理及類型斬波電路斬波電路是一種將直流電（DC）轉換為另一種直流電（DC）的電路，其特點是輸出電壓的平均值可以調節。斬波電路廣泛應用于直流電機調速、電池充電等領域。變頻電路變頻電路是一種將交流電（AC）的頻率進行變換的電路。其原理是通過整流、濾波、逆變等過程，將交流電的頻率轉換為所需的頻率。變頻電路廣泛應用于電動機調速、電力傳輸等領域。斬波電路與變頻電路03電力電子控制技術PART相控整流的應用主要用于直流電機的調速、勵磁控制，以及直流輸電和無功補償等領域。相控整流原理通過控制晶閘管的觸發角，改變整流輸出電壓的平均值，從而實現對電網電壓和電流的控制。觸發角調節方法分為相位控制和脈沖寬度控制兩種，相位控制通過調節觸發脈沖與電源電壓的相位差來實現，脈沖寬度控制則是通過調節觸發脈沖的寬度來實現。相控整流與觸發角調節通過調節脈沖寬度，改變輸出波形的占空比，從而實現對模擬信號的數字化控制。PWM控制原理分為單極性調制和雙極性調制，單極性調制具有簡單的電路和較低的開關損耗，雙極性調制則具有更好的諧波抑制效果。PWM調制方式廣泛應用于電機調速、逆變器、DC-DC變換器等電力電子設備中。PWM應用PWM控制技術及應用閉環反饋控制原理通過檢測被控對象的輸出信號，將其與給定信號進行比較，將誤差信號反饋給控制器，調整控制器的輸出以減小誤差。閉環反饋控制策略閉環反饋控制系統的組成由被控對象、傳感器、控制器和執行機構等部分組成。閉環反饋控制的優缺點優點是可以抑制擾動和參數變化對系統的影響，提高系統的穩定性和控制精度；缺點是系統復雜度高，成本和維護成本也相對較高。04電力電子裝置與系統設計PART開關電源設計要點與實例分析開關電源的基本工作原理利用半導體開關器件的開關特性，通過控制開關的占空比調整輸出電壓。開關電源的設計要點選擇合適的開關器件、設計穩定的控制電路、處理開關噪聲、選擇合適的磁性元件和電容等。實例分析反激式開關電源的設計與應用，包括電路設計、變壓器設計、輸出整流濾波等。主要由整流器、濾波器、逆變器、控制電路等部分組成。變頻器的結構通過將工頻電源轉換為直流電源，再通過逆變器將直流電源轉換為可調頻率的交流電源，實現電機調速。變頻器的工作原理根據負載特性、調速范圍、精度要求等選擇合適的變頻器類型，同時考慮產品的可靠性、成本等因素。變頻器的選型方法變頻器結構、原理及選型方法UPS不間斷電源系統組成和工作原理UPS系統的組成主要包括整流器、逆變器、蓄電池、靜態開關等部分。UPS系統的工作原理在市電正常時，通過整流器將市電轉換為直流電，再經過逆變器將直流電轉換為穩定的交流電供給負載；在市電故障時，由蓄電池提供直流電，通過逆變器輸出穩定的交流電，保證負載的不間斷供電。UPS系統的性能指標輸出電壓穩定性、輸出頻率穩定性、切換時間、過載能力、電池管理等。05電力電子系統保護與安全性評估PART過電壓、過電流保護措施使用電壓互感器將高壓信號轉換為低壓信號，以保護控制電路。安裝避雷器吸收雷電及電網中的過電壓，防止過電壓對設備造成損壞。設置熔斷器在電流過大時自動斷開電路，防止設備過載和短路。采取限流措施如限流電阻、電流互感器等，限制電流大小以保護設備。散熱器設計根據功率器件的耗散功率和散熱要求，合理設計散熱器的尺寸和形狀。散熱材料選擇選用導熱系數高、熱阻低的材料，如鋁合金、銅等。散熱方式選擇自然冷卻、風冷、液冷等，根據實際情況選擇合適的散熱方式。強制風冷采用風扇或鼓風機等設備，增加散熱效率，降低設備溫升。散熱設計和溫升限制方法電磁兼容性（EMC）問題解決方案接地設計合理設置接地系統，確保設備各部分之間的電位差最小，減少電磁干擾。濾波措施在電源輸入端和輸出端設置濾波器，濾除高頻噪聲和干擾信號。屏蔽技術采用金屬屏蔽層、屏蔽網等屏蔽措施，阻止電磁波的輻射和傳導。電磁兼容測試在產品設計階段進行電磁兼容測試，確保產品符合相關標準和要求。06現代電力電子發展趨勢與挑戰PART氮化鎵（GaN）材料GaN材料具有高電子遷移率、高擊穿場強等特點，適用于高頻、高效率的電力電子應用。硅基材料硅基材料器件是目前應用最廣泛的電力電子器件，但其在高頻、高溫、高壓等條件下性能受限。碳化硅（SiC）材料SiC材料具有高導熱率、高擊穿場強、低介電常數等優點，可大幅降低電力電子器件的損耗和體積。新型寬禁帶半導體器件研究進展采用二極管箝位方式，實現多電平輸出，降低電壓應力，提高系統效率。二極管箝位多電平變換器利用飛跨電容實現電壓平衡和鉗位，具有結構簡單、控制靈活等優點。飛跨電容多電平變換器通過級聯多個H橋單元，實現高壓大功率輸出，且諧波含量低、輸出波形好。級聯H橋多電平變換器多電平變換器拓撲結構創新0102