功率電子技術(shù)課件

功率電子技術(shù)課件匯報(bào)人：劉老師2023-11-30目錄contents功率電子技術(shù)概述功率電子器件電力變換電路電力電子系統(tǒng)與控制策略電磁兼容性與熱設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)與仿真分析01功率電子技術(shù)概述功率電子技術(shù)是應(yīng)用電力電子器件對(duì)電能進(jìn)行變換和控制的技術(shù)。定義從整流器時(shí)代、逆變器時(shí)代到現(xiàn)代功率電子技術(shù)時(shí)代，功率電子技術(shù)不斷發(fā)展和創(chuàng)新。發(fā)展歷程定義與發(fā)展歷程工業(yè)領(lǐng)域電動(dòng)汽車、高速鐵路、航空航天等。交通領(lǐng)域新能源領(lǐng)域電子信息領(lǐng)域01020403電源管理、數(shù)據(jù)中心、通信設(shè)備等。電機(jī)驅(qū)動(dòng)、工業(yè)自動(dòng)化、電力傳輸?shù)?。風(fēng)力發(fā)電、太陽(yáng)能發(fā)電、儲(chǔ)能系統(tǒng)等。主要應(yīng)用領(lǐng)域1高效節(jié)能通過(guò)優(yōu)化電能變換和控制，實(shí)現(xiàn)高效節(jié)能，降低能源消耗。靈活可控采用電力電子器件實(shí)現(xiàn)電能的靈活變換和控制，滿足不同應(yīng)用需求。綠色環(huán)保功率電子技術(shù)的應(yīng)用有助于減少污染物排放，推動(dòng)綠色能源發(fā)展。智能化發(fā)展結(jié)合現(xiàn)代控制技術(shù)和信息技術(shù)，實(shí)現(xiàn)功率電子系統(tǒng)的智能化發(fā)展。技術(shù)特點(diǎn)與優(yōu)勢(shì)02功率電子器件定義工作原理應(yīng)用二極管二極管是一種具有單向?qū)щ娦缘陌雽?dǎo)體器件，由P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體組成，具有正向?qū)ā⒎聪蚪刂沟奶匦?。?dāng)二極管正向偏置時(shí)，P區(qū)的空穴和N區(qū)的自由電子向PN結(jié)擴(kuò)散，形成導(dǎo)電通道；反向偏置時(shí)，PN結(jié)加寬，導(dǎo)電通道被阻斷。二極管廣泛應(yīng)用于整流、穩(wěn)壓、檢波、調(diào)制等電路中，是電子設(shè)備中必不可少的元件之一。定義晶閘管是一種硅控整流器件，簡(jiǎn)稱SCR（SiliconControlledRectifier），具有硅整流器件的特性，可由小電流控制大電流。工作原理晶閘管由PNPN四層半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)組成，當(dāng)陽(yáng)極加正向電壓、控制極加觸發(fā)電流時(shí)，晶閘管導(dǎo)通；去掉觸發(fā)電流后，晶閘管仍然維持導(dǎo)通狀態(tài)，直到陽(yáng)極電流小于維持電流時(shí)才會(huì)關(guān)斷。應(yīng)用晶閘管廣泛應(yīng)用于交流調(diào)壓、直流調(diào)速、無(wú)觸點(diǎn)開關(guān)等電路中，是實(shí)現(xiàn)電力電子變換的關(guān)鍵器件之一。晶閘管定義可控硅整流器是一種具有可控性的硅整流器件，簡(jiǎn)稱可控硅（SCR），其導(dǎo)通角可以通過(guò)控制極電流來(lái)控制，從而實(shí)現(xiàn)輸出電壓的調(diào)節(jié)。工作原理可控硅整流器由PNPN四層半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)組成，當(dāng)控制極加正向觸發(fā)電流時(shí)，可控硅導(dǎo)通；去掉觸發(fā)電流后，可控硅維持導(dǎo)通狀態(tài)，直到陽(yáng)極電流小于維持電流時(shí)才會(huì)關(guān)斷。通過(guò)改變觸發(fā)電流的大小和相位，可以控制可控硅的導(dǎo)通角，從而調(diào)節(jié)輸出電壓。應(yīng)用可控硅整流器廣泛應(yīng)用于交流調(diào)壓、直流調(diào)速、逆變等電路中，是實(shí)現(xiàn)電力電子變換的重要器件之一。可控硅整流器電力晶體管（GiantTransistor——GTR）是一種耐高電壓、大電流的雙極結(jié)型晶體管（BipolarJunctionTransistor——BJT），英文有時(shí)候也稱為PowerBJT。電力晶體管的工作原理與普通雙極結(jié)型晶體管相同，通過(guò)控制基極電流來(lái)控制集電極電流。但是由于其結(jié)構(gòu)上的特點(diǎn)，電力晶體管的放大倍數(shù)較小，一般只有幾十倍，因此需要使用達(dá)林頓（Darlington）復(fù)合管來(lái)提高放大倍數(shù)。電力晶體管廣泛應(yīng)用于電力電子變換電路中，如直流斬波電路、逆變電路等。它具有開關(guān)速度快、驅(qū)動(dòng)功率小等優(yōu)點(diǎn)，是實(shí)現(xiàn)高頻電力電子變換的理想器件之一。定義工作原理應(yīng)用電力晶體管03電力變換電路將交流電轉(zhuǎn)換為直流電的電路，包括單相半波、單相全波、三相半波和三相橋式等類型。整流電路濾波電路穩(wěn)壓電路用于平滑整流后的脈動(dòng)直流電壓，包括電容濾波、電感濾波和π型濾波等。用于保持輸出電壓穩(wěn)定，包括串聯(lián)穩(wěn)壓和開關(guān)穩(wěn)壓等類型。AC-DC變換電路01將直流電轉(zhuǎn)換為交流電的電路，包括電壓型逆變和電流型逆變等類型。逆變電路02通過(guò)調(diào)節(jié)脈沖寬度來(lái)控制逆變電路輸出電壓或電流的技術(shù)。PWM控制技術(shù)03將多個(gè)逆變電路組合起來(lái)，實(shí)現(xiàn)更高電壓和功率的輸出。多重逆變技術(shù)DC-AC變換電路03隔離電路實(shí)現(xiàn)輸入與輸出之間的電氣隔離，包括正激、反激和推挽等類型。01升壓電路將輸入直流電壓升高到更高的輸出電壓，包括Boost升壓和Cuk升壓等類型。02降壓電路將輸入直流電壓降低到更低的輸出電壓，包括Buck降壓和Sepic降壓等類型。DC-DC變換電路交流調(diào)壓電路通過(guò)控制交流電的導(dǎo)通角來(lái)調(diào)節(jié)輸出電壓，包括單相和三相交流調(diào)壓等類型。交-交變頻電路直接將一種頻率的交流電轉(zhuǎn)換為另一種頻率的交流電，包括矩陣變頻和循環(huán)變頻等類型。周波變換器通過(guò)改變輸入交流電的周波數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)輸出電壓的調(diào)節(jié)。AC-AC變換電路04電力電子系統(tǒng)與控制策略電力電子器件包括晶閘管、IGBT、MOSFET等，用于實(shí)現(xiàn)電能變換和控制。變換器電路將直流電轉(zhuǎn)換為交流電或不同電壓等級(jí)的直流電，如逆變器、整流器等?？刂葡到y(tǒng)對(duì)電力電子器件和變換器電路進(jìn)行控制和調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)電能的高效利用和質(zhì)量控制。電力電子系統(tǒng)組成及工作原理123采用模擬電路實(shí)現(xiàn)控制功能，如PID控制、滯環(huán)控制等，具有簡(jiǎn)單可靠的特點(diǎn)?；谀M電路的控制策略利用數(shù)字信號(hào)處理器（DSP）實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的控制算法，如矢量控制、直接轉(zhuǎn)矩控制等，具有高精度和高靈活性的特點(diǎn)?；跀?shù)字信號(hào)處理器的控制策略將人工智能技術(shù)與傳統(tǒng)控制方法相結(jié)合，如模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制等，能夠自適應(yīng)地處理復(fù)雜的非線性系統(tǒng)。智能控制策略控制策略分類與實(shí)施方法自適應(yīng)控制根據(jù)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)和外部環(huán)境變化，自動(dòng)調(diào)整控制參數(shù)和策略，保持系統(tǒng)穩(wěn)定性和性能最優(yōu)。多電平變換技術(shù)采用多個(gè)電力電子器件和變換器電路組合而成，實(shí)現(xiàn)多電平輸出和高效能量轉(zhuǎn)換，降低諧波和電磁干擾。模型預(yù)測(cè)控制（MPC）根據(jù)系統(tǒng)模型和預(yù)測(cè)算法，在線計(jì)算最優(yōu)控制序列，實(shí)現(xiàn)對(duì)電力電子系統(tǒng)的精確控制。先進(jìn)控制技術(shù)在功率電子技術(shù)中應(yīng)用05電磁兼容性與熱設(shè)計(jì)電磁干擾可能導(dǎo)致電子設(shè)備性能下降，甚至失效。解決方法包括濾波、屏蔽、接地等措施，以降低電磁干擾的影響。電磁干擾問題為確保電子設(shè)備的正常運(yùn)行，應(yīng)遵守相關(guān)電磁兼容性標(biāo)準(zhǔn)。這些標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了設(shè)備在電磁環(huán)境中的性能限值和測(cè)試方法。電磁兼容性標(biāo)準(zhǔn)在設(shè)備設(shè)計(jì)階段，應(yīng)考慮電磁兼容性要求，選擇合適的元器件、電路布局和布線方式，以降低電磁干擾和提高設(shè)備性能。電磁兼容性設(shè)計(jì)電磁兼容性問題描述及解決方法散熱方式選擇根據(jù)設(shè)備的發(fā)熱量、散熱環(huán)境和散熱要求，選擇合適的散熱方式，如自然散熱、強(qiáng)制風(fēng)冷、液冷等。熱仿真與測(cè)試在設(shè)備設(shè)計(jì)階段，應(yīng)進(jìn)行熱仿真和測(cè)試，評(píng)估設(shè)備的散熱性能，優(yōu)化熱設(shè)計(jì)方案。熱設(shè)計(jì)原則熱設(shè)計(jì)應(yīng)遵循散熱效率、可靠性、成本效益等原則，確保設(shè)備在正常工作溫度范圍內(nèi)運(yùn)行，防止過(guò)熱損壞。熱設(shè)計(jì)原則和方法論述散熱器設(shè)計(jì)01散熱器是功率電子設(shè)備中常用的散熱組件。設(shè)計(jì)散熱器時(shí)，應(yīng)考慮散熱面積、散熱路徑和熱阻等因素，以提高散熱效率。熱管技術(shù)02熱管是一種高效的熱傳導(dǎo)元件，可將熱量從熱源迅速傳遞至散熱器。在功率電子設(shè)備中，熱管技術(shù)可有效降低設(shè)備的工作溫度，提高可靠性。液體冷卻技術(shù)03液體冷卻技術(shù)通過(guò)循環(huán)流動(dòng)的冷卻液帶走設(shè)備的熱量。在高功率密度、高發(fā)熱量的電子設(shè)備中，液體冷卻技術(shù)具有優(yōu)異的散熱性能。散熱技術(shù)在功率電子技術(shù)中應(yīng)用06實(shí)驗(yàn)與仿真分析介紹實(shí)驗(yàn)所需的硬件設(shè)備、電路連接和軟件配置，確保實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的正確性和可靠性。詳細(xì)闡述實(shí)驗(yàn)步驟、操作方法和注意事項(xiàng)，引導(dǎo)學(xué)生完成實(shí)驗(yàn)操作，確保實(shí)驗(yàn)過(guò)程的順利進(jìn)行。實(shí)驗(yàn)平臺(tái)搭建和實(shí)驗(yàn)操作指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)操作指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)搭建仿真軟件介紹介紹常用的功率電子仿真軟件，如MATLAB/Simulink、PSIM等，闡述其特點(diǎn)和使用方法。建模過(guò)程演示通過(guò)實(shí)例演示如何使用仿真軟件進(jìn)行電路建模、參數(shù)設(shè)