電力電子技術(shù)教學課件

電力電子技術(shù)教學課件第1篇：哈爾濱工業(yè)大學課件電力電子技術(shù)29

演講稿工作總結(jié)調(diào)研報告講話稿事跡材料心得體會策劃方案

哈爾濱工業(yè)大學課件電力電子技術(shù)29

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電力電子技術(shù)

第29講

5溝通－直流變換器（6）

溝通－直流變換器(6)

本講是第5章溝通－直流變換器的第6講，上5講的主要內(nèi)容是：5.1可控整流電路的分析方法5.2單相可控整流電路5.3三相可控整流電路本講將布置可控整流電路的仿真實驗仿真實驗3單相橋式可控整流電路仿真實驗4三相橋式可控整流電路

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溝通－直流變換器(6)

仿真實驗3單相橋式可控整流電路

1.實驗目的根據(jù)圖3.1單相橋式可控整流電路，建立simulink電路仿真模型，然后通過仿真實驗討論單相橋式可控整流電路在不同負載下的工作特點。

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Tu1

R

圖3.1

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溝通－直流變換器(6)

2.實驗步驟1）打開文件“EXP3_r1.mdl”，自動進入simulink仿真界面，在編輯器窗口中顯示如圖3.2所示的單相橋式可控整流電路的模型。

圖3.2單相橋式可控整流電路的模型

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溝通－直流變換器(6)

2）了解圖3.2電路模型中各元件上需設(shè)定的參數(shù)

溝通電源U2：峰值（peakamplitude,V）=141.4V(有效值為100V)，頻率(Frequency,Hz)＝50

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溝通－直流變換器(6)

脈沖發(fā)生器1(ug1)：周期（period,s）＝0.02；脈沖寬度（pulsewidth,%ofperiod）＝2;滯后相位（phasedelay,s）=0;(α=0?)

滯后相位＝

α

360

×0.02(α為觸發(fā)角，單位為角度）

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電力電子技術(shù)

溝通－直流變換器(6)

脈沖發(fā)生器2(ug2)：周期（period,s）＝0.02；脈沖寬度（pulsewidth,%ofperiod）＝2;滯后相位（phasedelay,s）=0.01;(α=0?)

滯后相位＝0.01+

α

360

×0.02(α為觸發(fā)角，單位為角度）

脈沖發(fā)生器3(ug3)與脈沖發(fā)生器1(ug1)的設(shè)置相同。脈沖發(fā)生器4(ug3)與脈沖發(fā)生器1(ug1)的設(shè)置相同。

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溝通－直流變換器(6)

負載中的RLC串連之路R：電阻值（resistance,ohms）=10電感量（inductance,H）=0電容量（capacitance,F）=inf

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溝通－直流變換器(6)

負載中的反電勢E：幅值（amplitude,V）=0;

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溝通－直流變換器(6)

3)測試電阻負載時，整流電路的工作特性負載參數(shù)與2）中設(shè)定相同。在α=0?、30?、60?、90?、120?、150?時記錄示波器給出的波形，及顯示單元上Ud1(負載上電壓平均值)，Id1（負載上電壓平均值）上顯示的值。將不同控制角時得到的Ud1和Id1與理

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論計算的結(jié)果相比較，并根據(jù)實測的數(shù)據(jù)畫出電阻負載時移相控制Ud=f1(α)特性曲線

α=0?

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溝通－直流變換器(6)

注意：α變化時只需改變脈沖發(fā)生器中滯后相位的設(shè)定值。要保證脈沖發(fā)生器1和4的設(shè)定相同，2和3的設(shè)定相同。α=60?Ug1,4

Ug2,3

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4）測試阻感負載時，整流電路的工作特性。在負載參數(shù)中設(shè)定：電感量（inductance,H）=0.5。使之成為阻感負載。在α=0?、30?、60?、90?時記錄示波器給出的波形，及顯示單元上Ud1(負載上電壓平均值)，Id1（負載上電壓平均值）上顯示的值。將不同控制角時得到的Ud1和Id1與理論計算的結(jié)果相比較，并根據(jù)實測的

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數(shù)據(jù)畫出移相控制特性曲線Ud=f2(α)

α=60?

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溝通－直流變換器(6)

5）測試阻感－反電勢負載時，整流電路的工作特性。在負載參數(shù)中設(shè)定：電感量（inductance,H）=0.5，反電勢E的幅值（amplitude,V）=30，使之成為阻感－反電勢負載。在α=30?、60?時記錄示波器給出的波形，及顯示單元上Ud1(負載上電壓平均值)，Id1（負載上電壓平均值）上顯示的值。將不同控制角時得到的Ud1和Id1與理論計算的結(jié)果相比較。3.實驗報告內(nèi)容（1）分析圖3.1所示單相橋式可控整流電路的工作原理。（2）根據(jù)實驗步驟的要求，記錄有關(guān)波形和觀測數(shù)值，分析并得出結(jié)論。思考題：仿真實驗中觀測到的輸出電壓的平均值與理論計算值略有差異，試分析造成該差異的原因。

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仿真實驗4

1.實驗目的

三相橋式可控整流電路

根據(jù)圖4.1三相橋式可控整流電路，建立simulink電路仿真模型，然后通過仿真實驗討論三相橋式可控整流電路在不同負載下的工作特點。

圖4.1

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溝通－直流變換器(6)

2.實驗步驟1）打開文件“EXP4_r3.mdl”，自動進入simulink仿真界面，在編輯器窗口中顯示如圖4.2所示的三相橋式可控整流電路的模型。

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圖4.2三相橋式可控整流電路的模型

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溝通－直流變換器(6)

2）了解圖4.2電路模型中各元件上需設(shè)定的參數(shù)溝通電源Va：峰值（peakamplitude,V）=141.4V(有效值為100V)，相位（phase,deg）=0頻率(Frequency,Hz)＝50溝通電源Vb：峰值（peakamplitude,V）=141.4V(有效值為100V)，相位（phase,deg）=-120頻率(Frequency,Hz)＝50溝通電源Vc：峰值（peakamplitude,V）=141.4V(有效值為100V)，相位（phase,deg）=120頻率(Frequency,Hz)＝50同步6脈沖發(fā)生器：在輸入端alpha_deg上給定控制角α（單位角度）；晶閘管變換器(ThyristorConverter)為3相全控整流橋形式，由同步6脈沖發(fā)生器提供觸發(fā)脈沖。負載中的RLC串連之路load：電阻值（resistance,ohms）=10電感量（inductance,H）=0電容量（capacitance,F）=inf

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溝通－直流變換器(6)

3)測試電阻負載時，整流電路的工作特性負載參數(shù)與2）中設(shè)定相同。在α=0?、30?、60?、90?時記錄示波器pulse給出的觸發(fā)脈沖波形和voltage給出的負載電壓電流等波形，及顯示單元上Ud2(負載上電壓平均值)上顯示的值。將不同控制角時得到的Ud1與理論計算的結(jié)果相比較，并根據(jù)實測的數(shù)據(jù)畫出電阻負載時移相

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控制特性曲線U=f(α)

d1

α=0?

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注意：α變化時只需改變同步6脈沖發(fā)生器輸入端alpha_deg上給定的控制角α。

α=0?

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溝通－直流變換器(6)

4）測試阻感負載時，整流電路的工作特性。在負載參數(shù)中設(shè)定：電感量（inductance,H）=0.5。使之成為阻感負載。在α=0?、30?、60?、90?時記錄示波器pulse給出的觸發(fā)脈沖波形和voltage給出的負載電壓電流等波形，及顯示單元上Ud2(負載上電壓平均值)上顯示的值。將不同控制角時得到的Ud1與理論計算的結(jié)果相比較，并根據(jù)實測的數(shù)據(jù)畫出移相控制特性曲線Ud=f2(α)3.實驗報告內(nèi)

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容（1）分析圖4.1所示三相橋式可控整流電路的工作原理。（2）根據(jù)實驗步驟的要求，記錄有關(guān)波形和觀測數(shù)值，分析并得出結(jié)論。思考題：1）在相同的電源電壓下和負載下，比較三相橋式整流電路與單相橋式整流電路輸出電壓的高低差異，試分析造成該差異的原因。2）在相同的阻感負載下，比較三相橋式整流電路與單相橋式整流電路輸出電流的脈動幅度大小的差別，試分析造成該差異的原因。

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溝通－直流變換器(6)

本講總結(jié)

仿真實驗的目的和作用

通過電路仿真深化理解可控整流電路的工作原理。通過電路仿真直觀地掌握控制角變化、負載特性的不同對輸出的影響。在缺乏實驗條件的情況下，計算機仿真可充當實驗教學環(huán)節(jié)。

仿真實驗3仿真實驗4結(jié)束

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第2篇：電力電子技術(shù)報告

電力電子技術(shù)調(diào)查報告電力電子技術(shù)是一門新興的應用于電力領(lǐng)域的電子技術(shù)，就是使用電力電子器件（如晶閘管，GTO，IGBT等）對電能進行變換和控制的技術(shù)。電力電子技術(shù)所變換的“電力”功率可大到數(shù)百MW甚至GW，也可以小到數(shù)W甚至1W以下，和以信息處理為主的信息電子技術(shù)不同電力電子技術(shù)主要用于電力變換。

電力電子技術(shù)分為電力電子器件制造技術(shù)和溝通技術(shù)（整流，逆變，斬波，變頻，變相等）兩個分支。

電力電子及開關(guān)電源技術(shù)因應用需求不斷向前進展,新技術(shù)的出現(xiàn)又會使許多應用產(chǎn)品更新?lián)Q代,還會開拓更多更新的應用領(lǐng)域。開關(guān)電源高頻化、模塊化、數(shù)字化、綠色化等的實現(xiàn),將標志著這些技術(shù)的成熟,實現(xiàn)高效率用電和高品質(zhì)用電相結(jié)合。這幾年,隨著通信行業(yè)的進展,以開關(guān)電源技術(shù)為核心的通信用開關(guān)電源,僅國內(nèi)有20多億人民幣的市場需求,吸引了國內(nèi)外一大批科技人員對其進行開發(fā)討論。開關(guān)電源代替線性電源和相控電源是大勢所趨,因此,同樣具有幾十億產(chǎn)值需求的電力操作電源系統(tǒng)的國內(nèi)市場正在啟動,并將很快進展起來。還有其它許多以開關(guān)電源技術(shù)為核心的專用電源、工業(yè)電源正在等待著人們?nèi)ラ_發(fā)。電力電子技術(shù)現(xiàn)階段在各方面的應用都非常的廣泛！

高速進展的計算機技術(shù)帶領(lǐng)人類進入了信息社會,同時也促進了電源技術(shù)的迅速進展。八十年代,計算機全面采納了開關(guān)電源,率先完成計算機電源換代。接著開關(guān)電源技術(shù)相繼進人了電子、電器設(shè)備領(lǐng)域。

通信業(yè)的迅速進展極大的推動了通信電源的進展。高頻小型化的開關(guān)電源及其技術(shù)已成為現(xiàn)代通信供電系統(tǒng)的主流。在通信領(lǐng)域中,通常將整流器稱為一次電源,而將直流-直流(DC/DC)變換器稱為二次電源。一次電源的作用是將單相或三相溝通電網(wǎng)變換成標稱值為48V的直流電源。目前在程控交換機用的一次電源中,傳統(tǒng)的相控式穩(wěn)壓電源己被高頻開關(guān)電源取代,高頻開關(guān)電源(也稱為開關(guān)型整流器SMR)通過MOSFET或IGBT的高頻工作,開關(guān)頻率一般控制在50-100kHz范圍內(nèi),實現(xiàn)高效率和小型化。近幾年,開關(guān)整流器的功率容量不斷擴大,單機容量己從48V/12.5A、48V/20A擴大到48V/200A、48V/400A。

因通信設(shè)備中所用集成電路的種類繁多,其電源電壓也各不相同,在通信供電系統(tǒng)中采納高功率密度的高頻DC-DC隔離電源模塊,從中間母線電壓(一般為48V直流)變換成所需的各種直流電壓,這樣可大大減小損耗、方便維護,且安裝、增加非常方便。一般都可直接裝在標準控制板上,對二次電源的要求是高功率密度。因通信容量的不斷增加,通信電源容量也將不斷增加。

DC/DC變換器將一個固定的直流電壓變換為可變的直流電壓,這種技術(shù)被廣泛應用于無軌電車、地鐵列車、電動車的無級變速和控制,同時使上述控制獲得加速平穩(wěn)、快速響應的性能,并同時收到節(jié)約電能的效果。用直流斬波器代替變阻器可節(jié)約電能(20~30)%。直流斬波器不僅能起調(diào)壓的作用(開關(guān)電源),同時還能起到有效地抑制電網(wǎng)側(cè)諧波電流噪聲的作用。

通信電源的二次電源DC/DC變換器已商品化,模塊采納高頻PWM技術(shù),開關(guān)頻率在500kHz左右,功率密度為5W~20W/in3。隨著大規(guī)模集成電路的進展,要求電源模塊實現(xiàn)小型化,因此就要不斷提高開關(guān)頻率和采納新的電路拓撲結(jié)構(gòu),目前已有一些公司研制生產(chǎn)了采納零電流開關(guān)和零電壓開關(guān)技術(shù)的二次電源模塊,功率密度有較大幅度的提高。

不間斷電源(UPS)是計算機、通信系統(tǒng)以及要求提供不能中斷場合所必須的一種高可靠、高性能的電源。溝通市電輸入經(jīng)整流器變成直流,一部分能量給蓄電池組充電,另一部分能量經(jīng)逆變器變成溝通,經(jīng)轉(zhuǎn)換開關(guān)送到負載。為了在逆變器故障時仍能向負載提供能量,另一路備用電源通過電源轉(zhuǎn)換開關(guān)來實現(xiàn)。

現(xiàn)代UPS普遍了采納脈寬調(diào)制技術(shù)和功率M0SFET、IGBT等現(xiàn)代電力電子器件,電源的噪聲得以降低,而效率和可靠性得以提高。微處理器軟硬件技術(shù)的引入,可以實現(xiàn)對UPS的智能化管理,進行遠程維護和遠程診斷。

目前在線式UPS的最大容量已可作到600kVA。超小型UPS進展也很迅速,已經(jīng)有0.5kVA、lVA、2kVA、3kVA等多種規(guī)格的產(chǎn)品。

變頻器電源主要用于溝通電機的變頻調(diào)速,其在電氣傳動系統(tǒng)中占據(jù)的地位日趨重要,已獲得巨大的節(jié)能效果。變頻器電源主電路均采納溝通-直流-溝通方案。工頻電源通過整流器變成固定的直流電壓,然后由大功率晶體管或IGBT組成的PWM高頻變換器,將直流電壓逆變成電壓、頻率可變的溝通輸出,電源輸出波形近似于正弦波,用于驅(qū)動溝通異步電動機實現(xiàn)無級調(diào)速。

國際上400kVA以下的變頻器電源系列產(chǎn)品已經(jīng)問世。八十年代初期,日本東芝公司最先將溝通變頻調(diào)速技術(shù)應用于空調(diào)器中。至1997年,其占有率已達到日本家用空調(diào)的70%以上。變頻空調(diào)具有舒適、節(jié)能等優(yōu)點。國內(nèi)于90年代初期開始討論變頻空調(diào),96年引進生產(chǎn)線生產(chǎn)變頻空調(diào)器,逐漸形成變頻空調(diào)開發(fā)生產(chǎn)熱點。預計到2000年左右將形成高潮。變頻空調(diào)除了變頻電源外,還要求有適合于變頻調(diào)速的壓縮機電機。優(yōu)化控制策略,精選功能組件,是空調(diào)變頻電源研制的進一步進展方向。

高頻逆變式整流焊機電源是一種高性能、高效、省材的新型焊機電源,代表了當今焊機電源的進展方向。由于IGBT大容量模塊的商用化,這種電源更有著廣闊的應用前景。

逆變焊機電源大都采納溝通-直流-溝通-直流(AC-DC-AC-DC)變換的方法。50Hz溝通電經(jīng)全橋整流變成直流,IGBT組成的PWM高頻變換部分將直流電逆變成20kHz的高頻矩形波,經(jīng)高頻變壓器耦合,整流濾波后成為穩(wěn)定的直流,供電弧使用。

由于焊機電源的工作條件惡劣,頻繁的處于短路、燃弧、開路交替變化之中,因此高頻逆變式整流焊機電源的工作可靠性問題成為最關(guān)鍵的問題,也是用戶最關(guān)懷的問題。采納微處理器做為脈沖寬度調(diào)制(PWM)的相關(guān)控制器,通過對多參數(shù)、多信息的提取與分析,達到預知系統(tǒng)各種工作狀態(tài)的目的,進而提前對系統(tǒng)做出調(diào)整和處理,解決了目前大功率IGBT逆變電源可靠性。

國外逆變焊機已可做到額定焊接電流300A,負載持續(xù)率60%,全載電壓60~75V,電流調(diào)節(jié)范圍5~300A,重量29kg。

大功率開關(guān)型高壓直流電源廣泛應用于靜電除塵、水質(zhì)改良、醫(yī)用X光機和CT機等大型設(shè)備。電壓高達50~l59kV,電流達到0.5A以上,功率可達100kW。

自從70年代開始,日本的一些公司開始采納逆變技術(shù),將市電整流后逆變?yōu)?kHz左右的中頻,然后升壓。進入80年代,高頻開關(guān)電源技術(shù)迅速進展。德國西門子公司采納功率晶體管做主開關(guān)元件,將電源的開關(guān)頻率提高到20kHz以上。并將干式變壓器技術(shù)成功的應用于高頻高壓電源,取消了高壓變壓器油箱,使變壓器系統(tǒng)的體積進一步減小。

國內(nèi)對靜電除塵高壓直流電源進行了研制,市電經(jīng)整流變?yōu)橹绷?采納全橋零電流開關(guān)串聯(lián)諧振逆變電路將直流電壓逆變?yōu)楦哳l電壓,然后由高頻變壓器升壓,最后整流為直流高壓。在電阻負載條件下,輸出直流電壓達到55kV,電流達到15mA,工作頻率為25.6kHz。

傳統(tǒng)的溝通-直流(AC-DC)變換器在投運時,將向電網(wǎng)注入大量的諧波電流,引起諧波損耗和干擾,同時還出現(xiàn)裝置網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)惡化的現(xiàn)象,即所謂“電力公害”,例如,不可控整流加電容濾波時,網(wǎng)側(cè)三次諧波含量可達(70~80)%,網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)僅有0.5~0.6。

電力有源濾波器是一種能夠動態(tài)抑制諧波的新型電力電子裝置,能克服傳統(tǒng)LC濾波器的不足,是一種很有進展前途的諧波抑制手段。濾波器由橋式開關(guān)功率變換器和具體控制電路構(gòu)成。與傳統(tǒng)開關(guān)電源的區(qū)別是:(l)不僅反饋輸出電壓,還反饋輸入平均電流;

分布式電源供電系統(tǒng)采納小功率模塊和大規(guī)?？刂萍呻娐纷骰静考?利用最新理論和技術(shù)成果,組成積木式、智能化的大功率供電電源,從而使強電與弱電緊密結(jié)合,降低大功率元器件、大功率裝置(集中式)的研制壓力,提高生產(chǎn)效率。

八十年代初期,對分布式高頻開關(guān)電源系統(tǒng)的討論基本集中在變換器并聯(lián)技術(shù)的討論上。八十年代中后期,隨著高頻功率變換技術(shù)的迅述進展，各種變換器拓撲結(jié)構(gòu)相繼出現(xiàn),結(jié)合大規(guī)模集成電路和功率元器件技術(shù),使中小功率裝置的集成成為可能,從而迅速地推動了分布式高頻開關(guān)電源系統(tǒng)討論的展開。自八十年代后期開始,這一方向已成為國際電力電子學界的討論熱點,論文數(shù)量逐年增加，應用領(lǐng)域不斷擴大。

分布供電方式具有節(jié)能、可靠、高效、經(jīng)濟和維護方便等優(yōu)點。已被大型計算機、通信設(shè)備、航空航天、工業(yè)控制等系統(tǒng)逐漸采納,也是超高速型集成電路的低電壓電源(3.3V)的最為理想的供電方式。在大功率場合,如電鍍、電解電源、電力機車牽引電源、中頻感應加熱電源、電動機驅(qū)動電源等領(lǐng)域也有廣闊的應用前景。

第3篇：電力電子技術(shù)簡介

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