《电力电子第五章》课件

电力电子变换器电力电子变换器是一种将电能从一种形式转换为另一种形式的电力设备。它可以将交流电转换为直流电、调节电压和频率、实现电机控制等功能。本章将深入探讨电力电子变换器的工作原理、拓扑结构和应用场景。byhpzqamifhr@5.1变换器的基本概念定义变换器是一种能够将电能形式从一种转换到另一种的电力电子设备,如将交流电转换为直流电或将直流电转换为交流电。分类变换器可分为整流变换器、逆变器和斩波变换器三大类。每种变换器都有其特定的功能和应用场景。基本功能变换器的基本功能包括电压转换、频率转换、波形整形和电压调节等,可广泛应用于工业、能源、交通等领域。变换器的定义1功能转换将输入的电能转换为所需的输出电能2电路结构由各种电力电子器件组成的电路3应用领域广泛应用于电力系统、工业控制等领域变换器是一种利用电力电子器件将输入的电能转换为所需的输出电能的电路设备。它由各种开关器件、存储元件和控制电路等组成,可实现电压、电流和频率的转换,广泛应用于电力系统、工业控制、新能源等领域。变换器的分类1按变换方式分类变换器可以根据输入和输出之间的变换方式分为整流、逆变、斩波等不同类型。每种类型都有其独特的工作原理和应用场景。2按功率等级分类变换器也可以根据功率等级分为小功率、中功率和大功率。不同功率等级的变换器在结构和应用方面有所不同。3按相数分类变换器还可以分为单相和三相两大类。单相变换器通常应用于小功率场合,而三相变换器多用于中大功率场合。变换器的基本功能1电能转换将输入电能转换为所需形式的输出电能2电能调节调节输出电能的幅度和频率等参数3电能控制根据需求控制电能的流向和功率大小电力电子变换器的三大基本功能是电能转换、电能调节和电能控制。它们通过适当的电路拓扑和控制策略实现对电能的高效管理,满足不同应用场景的需求。变换器的基本结构1功率电路电力电子器件实现能量转换2控制电路通过测量和反馈控制电力电子器件3辅助电源为控制电路和驱动电路提供电源电力电子变换器的基本结构包括功率电路、控制电路和辅助电源三部分。功率电路由电力电子器件组成,用于实现能量的转换。控制电路通过测量和反馈来控制功率电路的工作状态。辅助电源为控制电路和驱动电路提供所需的电源。这三部分协同工作,共同完成变换器的功能。5.2整流变换器整流变换器的作用整流变换器可以将交流电转换成直流电,广泛应用于电力电子系统中。整流变换器的类型整流变换器可分为半波、全波和三相整流电路等不同类型。每种类型有其特点和适用场景。半波整流电路半波整流电路利用半周期的交流波形进行整流,简单易实现,但纹波较大。整流变换器的基本原理1电压转换整流变换器的核心功能是将交流电压转换为直流电压。这需要使用半导体开关元件将交流波形整流成直流波形。2波形整形整流变换器还可以通过控制开关元件的导通时间和关断时间来调整输出波形的特性,如输出电压幅值和频率。3电力控制整流变换器能够精确调节输出电流和电压,满足负载设备的电力需求。这为电力系统的稳定运行奠定了基础。整流变换器的分类1半波单相、三相2全波单相、三相3不完全全波三相整流变换器按照整流方式的不同可以分为半波整流、全波整流和不完全全波整流三种。半波整流只利用交流波形的一半，全波整流则利用交流波形的整个周期。不完全全波整流是三相全波整流的一种特殊形式。5.2.3半波整流电路1单一二极管单向导电2简单结构电路组件少3效率较低电压利用率低半波整流电路由单个二极管组成,具有单向导电特性。这种电路结构简单,但电压利用率较低,效率也较低。当输入电压为正半周期时,二极管导通,负载电流通过二极管流向负载;而在负半周期时,二极管截止,负载电流无法流向负载。5.2.4全波整流电路1单相全波整流电路单相全波整流电路利用四个二极管形成一个闭合电路,可以将交流电转换为脉动直流电。这种电路可以提高电流利用率,相比于半波整流电路效率更高。2三相全波整流电路三相全波整流电路使用六个二极管,能将三相交流电转换为平滑的直流电。它的优点是输出功率大、纹波小、效率高,适用于大功率电源系统。3桥式全波整流电路桥式全波整流电路由四个二极管组成,具有结构简单、成本低、功率因数高等优点。它广泛应用于工业电源、家用电器等领域。三相整流电路三相交流输入三相输入电压通过多个二极管构成的整流电路转换为直流电压。六脉波整流这种整流电路可以产生六个脉冲的直流输出波形,比单相整流更平滑稳定。高效能量转换与单相整流相比,三相整流具有更高的能量转换效率和功率密度。5.3逆变器1逆变电路将直流电压转换为交流电压2单相逆变使用二极管或晶闸管3三相逆变应用在电力系统中逆变器是电力电子器件中的一种变换器,它的主要功能是将直流电压转换为交流电压。逆变器广泛应用于电力系统、电机驱动、新能源发电等领域。其分为单相逆变和三相逆变两种主要类型,使用不同的功率半导体器件实现。逆变器的基本原理输入电源转换逆变器将直流输入电源转换成交流输出电源,主要用于将直流电转换成交流电。控制脉冲产生通过开关器件的控制脉冲,可实现交流电压和频率的调制和控制。电压与频率调整逆变器可根据负载需求,调整输出电压和频率,以满足不同应用场景的需求。5.3.2逆变器的分类1自调式逆变器输出电压可自动调节2电压型逆变器输出电压恒定3电流型逆变器输出电流恒定逆变器可根据输出量特性分为自调式逆变器、电压型逆变器和电流型逆变器。自调式逆变器的输出电压可自动调节适应负载变化；电压型逆变器输出电压恒定；电流型逆变器输出电流恒定。不同应用场景需要选择合适的逆变器拓扑。5.3.3单相逆变电路1PWM控制利用脉宽调制控制逆变器2半桥逆变电路两只开关管交替工作实现逆变3单相H桥逆变电路四只开关管构成H型逆变电路单相逆变电路是基于四只开关管构成的H型结构,通过PWM控制实现单相交流输出。半桥拓扑也可以实现单相逆变,但功率密度和效率较低。与三相逆变相比,单相逆变器的构造相对简单,但调制控制更为复杂。三相逆变电路1基本结构三相逆变电路由六个功率开关器件组成,能将直流电转换为三相交流电。每个相位由一正一负两个开关设备构成。2工作原理通过控制开关状态的切换顺序,实现相电压输出电压幅值、频率和波形的调节。一个完整的工作周期包含六个开关状态切换。3应用场景三相逆变电路广泛应用于工业电机驱动、可再生能源发电系统、大功率电网互联等领域,是电力电子技术的重要组成部分。5.4斩波变换器1基本原理通过快速开关控制实现电压转换2主要类型Buck、Boost、Buck-Boost3应用场景电源调节、电机控制、可再生能源等斩波变换器是电力电子变换器的一种重要类型。它通过快速开关控制来实现输入电压到输出电压的转换。根据开关电路的拓扑结构不同，主要分为Buck、Boost和Buck-Boost三种基本类型。斩波变换器广泛应用于电源调节、电机控制、可再生能源等领域，在电力电子系统中扮演着重要角色。5.4.1斩波变换器的基本原理原理概述斩波变换器利用电力半导体开关器件控制电源输出电压的调节。通过周期性地断开和连通电源与负载之间的连接来实现电压调节。开关动作斩波变换器中的开关器件以高频率周期性地打开和关闭,将电源电压斩波成一系列方波信号,进而控制负载端的输出电压。电压调节通过改变开关器件的导通时间与关断时间的比例,即改变占空比,可以调节输出电压幅值,从而实现电压调节。斩波变换器的分类1基于电网频率的分类斩波变换器可分为交流斩波器和直流斩波器,根据输入电源的频率特性而定。2基于开关动作的分类斩波变换器还可分为硬开关和软开关两种,根据开关管的开关动作方式而定。3基于拓扑结构的分类常见的斩波拓扑结构包括Buck、Boost和Buck-Boost等,根据电路拓扑结构而定。Buck斩波变换器1电源输入2开关控制电路3电感电容滤波4负载输出Buck斩波变换器是一种常见的DC-DC转换拓扑,它能将输入电压降到所需的输出电压。通过电子开关的开合来控制电感电容滤波电路,实现输出电压的调制。Buck变换器具有体积小、效率高、噪音小等优点,广泛应用于电源、电机驱动等领域。Boost斩波变换器1开关管导通输入电压加到电感上2电感吸收电流电能存储在电感中3开关管截止电磁能释放到负载Boost斩波变换器是一种直流-直流变换器拓扑,其特点是可以将输入电压升压至更高的输出电压。通过控制开关管的导通时间,可以调节输出电压幅值。此拓扑广泛应用于电动车充电桩、太阳能光伏逆变器等领域。5.4.5Buck-Boost斩波变换器1基本原理Buck-Boost斩波变换器是一种结合了降压型和升压型拓扑结构的电力电子变换器。它可以实现升压或降压输出电压的功能。2工作原理通过