电力电子装置及系统课件.docx
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电力电子装置及系统课件
电力电子装置及系统
课件素材
第1章绪论
1.1电力电子装置及系统概述
1.1.1电力电子装置及系统的概念
图1.1电力电子装置及其控制系统
1.1.2电力电子装置的主要类型
1.1.3电力电子装置的应用概况
1.1.4电力电子装置的发展前景
1.2半导体电力电子开关器件
1.2.1电力二极管
图1.2半导体二极管
1.2.2晶闸管
图1.3晶闸管符号及接法
图1.4GTO的符号
1.2.3电力晶体三极管
图1.5BJT的符号
图1.6双极性晶体管开通、关断波形
1.2.4电力场效应晶体管
图1.7P-MOSFET的符号和等效电容
1.2.5绝缘门极双极型晶体管IGBT
图1.8IGBT等效电路及其符号
图1.9IGBT管擎住效应原理图
*1.2.6MCT和IGCT
图1.10MCT等效电路模型及符号
1.2.7半导体电力开关模块和电源集成电路
图1.11IPM内部结构图
1.3电力电子器件的应用技术
1.3.1散热技术
图1.12稳态等效热路图
1.3.2缓冲电路
图1.13常用的关断缓冲电路
图1.14BJT的电流、电压关断波形
图1.15常用开通缓冲电路
图1.16BJT电流、电压的开通波形
图1.17BJT开关轨迹的改变
1.3.3保护技术
图1.18交流电流互感器
图1.19霍耳元件示意图
图1.20LEM的工作原理示意图
图1.21控制极保护电路
图1.22自锁式保护电路
习题及思考题
第2章高频开关电源
2.1高频开关电源概述
2.1.1高频开关电源的发展状况
图2.1线性稳压电源原理图
2.1.2高频开关电源的基本组成
图2.2各种变换拓扑电路及主要工作波形
图2.3电压模式控制原理图
图2.4电压前馈模式控制原理图
图2.5电流控制模式原理图
2.2单端反激开关电源
2.2.1单端反激电源的基本关系式
图2.6单端反激电源
2.2.2自激型单端反激开关电源
图2.7自激型单端反激电路工作原理
图2.8单端自激反激开关电源的实用电路
图2.9电路实测波形
2.2.3他激型单端反激开关电源
图2.10UC3842内部结构框图
图2.11UC3842组成的小型充电器
*2.3高频开关变压器
2.3.1磁性材料的基本术语和定义
图2.12磁化曲线
图2.13磁导率与温度的关系
2.3.2开关变压器常用的磁性材料
2.3.3高频开关电源变压器的设计原则
图2.14开关电源变压器磁滞回线
图2.15〓变压器的分布电容
2.3.4单端反激式开关电源变压器计算
图2.16〓单端反激变换器等效电路
图2.17〓初级电感对电流、电压波形的影响
2.4功率因数为1的高频整流器
2.4.1非连续电流模式功率因数校正器
图2.18〓峰值电流控制原理
图2.19〓峰值电流控制模式波形
2.4.2连续电流模式功率因数校正器
图2.20〓UC3854的控制模式电路图
图2.21〓UC3854典型应用电路原理图
2.4.3三相高频整流器
图2.22〓滞后电流控制
图2.23〓单相半桥PWM高频整流器
图2.24〓各开关状态下的等效电路图
图2.25〓电路运行矢量分析
图2.26〓PWM高频整流器控制系统基本功能框图
图2.27〓SPWM高频整流器
习题及思考题
第3章逆变器
3.1恒频恒压正弦波逆变器
3.1.1逆变器概论
图3.1〓主电路拓扑结构
图3.2〓直流脉宽调制原理
图3.3〓两种SPWM调制模式
图3.4〓变压器的磁滞回线
图3.5〓直流不平衡的模拟补偿方法
图3.6〓抗直流偏磁数字PI控制器
3.1.2单相恒压恒频正弦波逆变器实例
图3.7〓单相逆变器主电路原理图
图3.8〓SPWM控制电路框图
图3.9〓数字分频电路
图3.10〓标准正弦波形成电路
图3.11〓SPWM波形成电路及其波形
图3.12〓TLP250组成的驱动原理
3.1.3三相恒压恒频正弦波逆变器
图3.13〓三相逆变系统组成原理图
图3.14〓三相SPWM系统框图
图3.15〓IR2130结构及应用电路
图3.16〓瞬时值内环反馈双环控制框图
图3.17〓单相半桥式电路
图3.18〓SPWM调制形成
图3.19〓补偿前后幅频特性示意图
图3.20〓平均值外环控制简化框图
*3.1.4数字化波形控制技术
图3.21〓40kVA三相逆变器主电路原理图
图3.22〓逆变器的等效电路模型
图3.23〓逆变器的系统控制框图
图3.24〓电压反馈单环PID控制的逆变器系统框图
图3.25〓参数ζr、ωr、n变化时系统闭环波特图
图3.26〓单环PID控制实验波形
图3.27〓带输出电流前馈的双环控制系统框图
图3.28〓控制器与观测器原理框图
图3.29〓基于状态观测器的双环控制实验波形
图3.30〓基于输出前馈解耦的双环控制系统框图
图3.31〓基于前馈解耦的双环控制实验波形
图3.32〓滞环电压控制框图
图3.33〓无差拍控制系统框图
图3.34〓重复控制系统框图
图3.35〓基于遗传算法优化的模糊重复控制框图
图3.36〓基于遗传算法优化的模糊重复控制实验波形
3.2交流电动机变频调速系统
3.2.1变频调速概论
图3.37〓三相逆变器电压空间矢量PWM控制原理
图3.38〓等效空间矢量U
3.2.2智能功率模块变频调速装置
图3.39〓PM75RSE120内部结构图
图3.40〓80C196MC微处理器内部结构图
3.2.3高压变频器
图3.41〓高压变频器结构
3.3感应加热电源
3.3.1高频谐振逆变器的工作原理
图3.42〓并联谐振式电路的结构
图3.43〓串联谐振式感应加热电源
3.3.2高频感应加热电源的控制
习题及思考题
第4章不间断电源UPS
4.1UPS的功能及原理
4.1.1概述
图4.1〓典型UPS结构图
4.1.2UPS的类型及其工作原理
图4.2〓后备式UPS系统结构图
图4.3〓双变换在线式UPS系统框图
图4.4〓UPS高频机系统结构图
图4.5〓在线互动式UPS原理图
图4.6〓Delta变换UPS原理图
4.1.3典型UPS的性能对比
4.1.4UPS的发展方向
图4.7〓高频隔离UPS系统结构框图
4.2UPS的组成和设计
图4.8〓不间断电源装置组成框图
4.2.1蓄电池组
图4.9〓UPS蓄电池典型充电过程
4.2.2整流器和PFC电路
4.2.3逆变器
图4.10〓有源功率因数校正及半桥逆变结构
4.2.4逆变、市电的切换电路
图4.11〓UPS中常用的转换开关
图4.12〓采用各种开关作为转换元件的UPS转换
4.2.5滤波电路
4.2.6旁路控制电源和系统辅助电源
4.2.7接地装置、保护和报警系统
4.3UPS输出电压控制
4.3.1UPS输出电压波形控制
4.3.2UPS同步锁相技术
图4.13〓锁相环的基本原理
图4.14〓UPS同步锁相电路
图4.15〓市电过零点检测电
图4.16〓相差检测示意图
图4.17〓数字锁相环控制框图
图4.18〓线性化后的数字锁相环控制
4.3.3UPS交流电压幅值快速检测
图4.19〓交流电压幅值检测原理
*4.4UPS的模块化及串并联冗余技术
4.4.1“冗余式”UPS供电系统结构
图4.20〓两台UPS构成的“热备份”冗余供电系统
图4.21〓“1+1”型直接并机方案
4.4.2UPS的模块化系统设计
图4.22〓大容量UPS模块化结构设计
4.4.3UPS的并联控制策略
图4.23〓两台逆变电源并联运行等效电
图4.24〓主从式并联控制逆变电源系统框图
图4.25〓逆变电源分散逻辑并联控制框图
图4.26〓〖WB〗无互连线逆变电源
图4.27〓电力线载波通信结构框图
图4.28〓用电力线载波通信实现逆变器无互联线并联的连线图
习题及思考题
第5章直流-直流变流装置
5.1应用直流斩波变换的调速系统
5.1.1直流电动机无触点启动器
图5.1〓无触点起动器原理图
5.1.2四象限斩波调速系统
图5.2〓四象限斩波调速主电路原理图
图5.3〓调速系统原理框图
5.2滑差电机调速系统
图5.4〓滑差电机调速原理
图5.5〓锁相控制系统
图5.6〓鉴频鉴相电路
图5.7〓鉴相环节的原理
图5.8〓低通滤波器
5.3具有中间变换环节的DC/DC变换器
5.3.1主电路工作原理
图5.9〓24V直流电源系统框图
图5.10〓24V直流电源主电路基本结构图
5.3.2控制电路工作原理
图5.11〓TL494内部原理框图及外围电路
图5.12〓TL494内部各点波形图
5.3.3驱动电路及IGBT的短路保护
图5.13〓EXB841驱动器内部结构及典型应用图
图5.14〓闭环控制系统的控制图
*5.4高频软开关变换
5.4.1概论
5.4.2移相控制全桥软开关DC/DC变换器
图5.15〓移相全桥零电压开关DC/DC电源
图5.17〓UC3875输出连接的驱动电路
图5.18〓数字化控制系统框图
图5.19〓实验波形
图5.20〓单模块系统框图
图5.21〓双模块并联系统框图
图5.22〓实验波形
习题及思考题
第6章晶闸管变流装置
6.1晶闸管交流变换器
6.1.1交流调功器
图6.1〓恒周期和变周期调功器控制原理
图6.2〓调功器基本原理
图6.3〓零脉冲形成电路
图6.4〓导通比电路原理及波形图
图6.5〓过流截止电路原理图
6.1.2过零触发集成电路
图6.6〓UC217的内部结构和典型运用电路
6.1.3移相控制交流调压
图6.7〓TCA785集成移相触发器的内部结构及工作波形
图6.8〓TCA785单相晶闸管交流调压实用电路
6.2晶闸管相控调速系统
6.2.1晶闸管相控整流直流电动机调速系统
图6.9〓三相桥式全控整流主电路及系统原理图
图6.10〓触发器原理图
图6.11〓输入器原理图
6.2.2晶闸管相控交流调压调速系统
图6.12〓交流调压调速系统主要控制部件原理图
图6.13〓零位启动保护电路
图6.14〓缺相保护电路
6.2.3绕线式异步电动机串级调速
图6.15〓绕线式异步电动机串级调速原理图
6.3交流净化型稳压电源
6.3.1稳压电源类型
6.3.2交流净化型稳压电源
图6.16〓交流净化型稳压电源
6.4晶闸管谐振型逆变器
6.4.1谐振逆变器主电路结构
图6.17〓谐振逆变器主电路结构
图6.18〓谐振电流波形
6.4.2一个400Hz逆变器实例
图6.20〓UC3524内部结构
图6.22〓反馈电路原理图
图6.23〓触发脉冲同脉冲宽度的关系
图6.24〓脉冲形成及驱动电路
图6.25〓过流判断电路原理图
习题及思考题
第7章电力系统用电力电子装置
7.1电力系统无功补偿
7.1.1无功补偿装置概述
图7.1〓阻抗无功补偿器
图7.2〓无功功率发生器
图7.3〓PWM开关型串联基波电压补偿器
7.1.2先进静止无功发生器ASVG
图7.4〓脉冲电压型逆变器主电路结构图
图7.5〓0°桥A相GTO的触发及输出电压波形
图7.6〓ASVG装置整体结构示意图
7.2电力系统有源滤波装置
7.2.1概述
7.2.2有源滤波器APF
图7.7〓不同形式的有源电力滤波器与负载之间的连接原理图
图7.8〓串并联型APF
7.2.3三相四线制有源电力滤波器
图7.9〓四相变流器主电路结构及其与负载之间的连线
图7.10〓三相四线制有源电力滤波器的原理图
7.2.4电力有源滤波装置
图7.11〓并联电力有源滤波器结构框图
图7.12〓电网谐波自适应检测原理图
7.3电力系统谐波与无功功率综合补偿
7.3.1两类逆变器组成综合补偿系统
图7.13〓并联解耦补偿器电路图
图7.14〓采用双PWM逆变器的有源补偿系统
图7.15〓谐波与无功功率综合补偿系统
图7.16〓补偿系统单相简化等值电路
7.3.2逆变器的控制策略
图7.17〓控制电路简化框图
7.4远距离直流输电系统
7.4.1直流输电的基本原理
图7.18〓直流输电基本原理图
图7.19〓葛洲坝-上海直流输电系统主接线图
图7.20〓双极方式简化线路图
图7.21〓单极一线方式简化线路图
图7.22〓单极二线单点接地方式简化线路图
图7.23〓单极大地回线方式简化线路图
7.4.2直流输电特点
7.4.3直流输电的基本结构
图7.24〓直流输电基本结构图
图7.25〓定熄弧角C调节器原理框图
7.4.4直流输电的滤波装置
图7.26〓Dickinson换流站交流侧采用的无源滤波
图7.27〓HVDC中直流滤波器拓扑
习题及思考题
第8章电力电子装置的研制与试验
8.1电力电子装置的研制流程
图8.1〓电力电子装置的研制流程
8.2研究对象的方案论证
8.2.1研究对象的技术条件
8.2.2文献检索
8.2.3方案论证
图8.2〓400Hz电源主电路原理图
图8.3〓中频电源控制系统框图
8.3主电路设计
8.3.1输出滤波器
8.3.2输出变压器设计
图8.4〓变压器示意图（图中单位为mm）
8.3.3缓冲电路设计
8.3.4直流滤波电路设计
8.3.5主开关器件的选择
8.4控制系统及辅助电源设计
8.4.1抗冲击负荷的电路设计
图8.5〓滞环比较器
8.4.2调压环节
8.4.3过温保护
8.4.4辅助电源
8.4.5驱动电路
8.5电磁兼容技术和措施
8.5.1电磁兼容性概念
8.5.2常用的抑制电磁干扰的措施
图8.6〓线路滤波器的基本电路
图8.7〓常用抗扰滤波电路
8.5.3电磁兼容性测试
8.5.4电磁兼容设计
图8.8〓散热板上元件布局
*8.6电路仿真
8.6.1电路仿真的意义
8.6.2计算机仿真方法简介
8.6.3电路仿真实例
图8.9〓输入整流滤波仿真框图
图8.10〓子系统的内部结构图
图8.11〓输入整流滤波仿真波形图
图8.12〓SPWM逆变仿真主电路图
图8.13〓Pspice软件仿真波形
8.7整机调试与电性能试验
8.7.1印制板的调试
8.7.2主机调试
8.7.3整机调试
8.8结构设计和例行试验
8.8.1结构设计
8.8.2三防处理
8.8.3环境试验
习题及思考题
参考文献
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