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电力电子技术基础电力电子技术基础电力电子技术基础电力电子技术基础FundamentalsofFundamentalsofFundamentalsofFundamentalsofPowerElectronicsPowerElectronics开课单位：清华大学自动化系教材：王兆安，刘进军.电力电子技术(第5版).机械工业出版社2011年6月以后印刷机械工业出版社，2011年6月以后印刷李旭春.电力电子技术基础课程补充讲义.2014课件：在西安交大与教材配套的课件基础上修改补充查询网址htt//ljtd查询网址：需明确的一个基本概念需明确的一个基本概念需明确的个基本概念需明确的个基本概念右图是什么电路？1)电子电路2)电力电子电路)电力电子电路判断依据是什么？1)输出功率的大小2)主电路器件的工作状态a)电路1b)电路22)主电路器件的工作状态电子电路——信号不失真、不丢失地传输和放大。电力电子电路——功率、效率，电能的变换和传输。一般而言，电力电子电路的主电路器件工作在开关状态。般而言，电力电子电路的主电路器件工作在开关状态。基尔霍夫定律等电路分析方法在此都适用。1-2注：试述功率放大电路与电力电子电路的区别。课程内容简介课程内容简介课程内容简介课程内容简介电力电子技术（电力电子学）是使用电力电子器件对电能进行变换和控制的技术，是一门迅速发展的新兴交叉学科在各方面得到了广泛的应用展的新兴交叉学科，在各方面得到了广泛的应用。本课程主要面向自动化专业的学生，集中讲授电力电子技术的基础知识。使学生熟悉各种电力电子器件的特性和使方法掌握现代电力电电路的结件的特性和使用方法；掌握现代电力电子电路的结构和控制原理，以及分析、设计及实验的基本技能；构和控制原理，以及分析、设计及实验的基本技能；对各种电力电子装置及控制系统的技术要求、性能特点及应用领域有深入的了解；扩大知识面，为从事相关的科研和应用打下坚实的基础事相关的科研和应用打下坚实的基础。1-3教学目的与要求教学目的与要求教学目的与要求教学目的与要求1、熟悉电力MOSFET、IGBT、SCR和功率集成电路等电力电子半导体器件的特性工作原理和使用方法；等电力电子半导体器件的特性、工作原理和使用方法；对其他相关元器件或电路有一定的了解。2掌握电路中强弱电接口驱动和保护等措施2、掌握电路中强弱电接口、驱动和保护等措施。3、掌握各种电能变换基本电路的工作原理、应用条件和分析方法。4、熟悉PWM技术、了解软开关技术等控制方法。5、初步具备根据技术要求对一般电力电子电路或装置进行分析设计、调试及故障判断的能力。进行分析设计调试及故障判断的能力6、了解电力电子技术的应用现状和领域及其发展趋势。此外应对电路原理及电子技术基础等课程的相关此外，应对电路原理及电子技术基础等课程的相关知识再做复习；对变压器、三相交流电、串并联谐振和谐波等知识要非常熟悉解般电路的作原理谐波等知识要非常熟悉；了解一般电路的工作原理。1-4考核评定方法考核评定方法考核评定方法考核评定方法1、按时上课和交作业（不得抄袭或晚交），认真记录和体会教学中出现的新内容，鼓励课堂提问、讨论。2、注意课程特点分析和解决问题的思路、方法2、注意课程特点，分析和解决问题的思路、方法。3、做好预习、复习，抓住课程中的重点内容。4、认真完成实验内容和实验报告（尽量避免实验设备的人为损坏）的人为损坏）。5、尽量多看参考资料。6、开卷考试（仅限教材和讲义）。实验考7、评分：作业20％，实验10％，机动（期中考试或课堂测验等）20％，期末考试50％。或课堂测验等）％，期末考试％1-5教材和主要参考书教材和主要参考书教材和主要参考书教材和主要参考书教材王兆安，刘进军.电力电子技术(第5版).机械工业王兆安，刘进军.电力电子技术(第5版).机械工业出版社，2011年6月以后印刷李旭春电力电子技术基础课程补充讲义2014李旭春.电力电子技术基础课程补充讲义.2014主要参考书陈坚电力电子学(第版)高等教育出版社2004陈坚.电力电子学(第二版).高等教育出版社，2004贺益康，潘再平.电力电子技术.科学出版社，2004NedMohan.PowerElectronics(电力电子学、英文影印版).高等教育出版社，2004裴云庆，卓放，王兆安.电力电子技术学习指导习题集及仿真.机械工业出版社，2012江缉光.电路原理(第二版).清华大学出版社，2007其他有关参考资料见补充讲义的“参考文献”部分其他有关参考资料见补充讲义的“参考文献”部分。1-6复习单相交流电复习单相交流电复习单相交流电复习单相交流电交流电有效值有效值瞬时功率a)正弦电压、电流的相位差有功功率瞬时功率视在功率无功功率功率因数视在功率b)功率三角形c)电流、电压和瞬时功率注：1、我国市电的主要参数是什么？2、交流电压和电流的平均值是多少？1-7交流电压和电流的平均值是多少3、从功率三角形还可以得到哪些信息？复习三相交流电复习三相交流电复习三相交流电复习三相交流电b)星形联结三相电源a)对称三相电压c)有中线的三相电路)d)注：1说明图b)中零线N的连接与作用星形联接对称三相电源的电压相量图f)工程常用画法e)d)注：1、说明图b)中零线N的连接与作用。2、图f)中相对于12点UA的其他相量各是几点？3、图f)中各相量的负相量各是几点？3、图)中各相量的负相量各是几点4、插座上单相市电的火线、零线和地线如何接线？1-8复习三相交流电复习三相交流电复习三相交流电复习三相交流电对称三相电路有功功率无功功率有功功率视在功率a)有中线的三相电路功率因数单相功率单相功率瞬时功率注：1、对称三相正弦电路有哪些好处？2、对不对称三相电路该如何进行分析和计算？b)功率三角形3、上式中P、Q、S的单位各是什么？4、视在功率这一概念有什么实际意义？1-9视在功率这概念有什么实际意义5、依据什么原则选择连接导线的截面积？复习变压器复习变压器复习变压器复习变压器理想变压器全耦合变压器a)理想变压器及负载全耦合变压器实际的变压器b)全耦合变压器c)实际变压器的电路模型注：1、说明理想电感与理想变压器的区别。直导线上的电感：约为。2、理想变压器和全耦合变压器是否都能够储能？3、流过电流i的电感L中储存的能量是多少？1-10流过电流的电感中储存的能量是多少4、一个稳态周期中电感L上的电压变化量是多少？复习变压器复习变压器复习变压器复习变压器例:右图变压器应用电路的工作过程分析理想变压器u1是直流还是交流？是流是流u2是直流还是交流？u2的电压是多少？a)电路图u2的电压是多少？非理想变压器u2的实际波形是什么形状？造成此情况的原因是什么？情的原是什u2的正反向峰值各是多少？如何使u2尽量接近u1？注：1、该非理想变压器有无直流磁化问题？如何使u2尽量接近u1？b)工作波形1-112、分析该变压器在磁化曲线上的动态轨迹。复习周期性非正弦波形复习周期性非正弦波形复习周期性非正弦波形复习周期性非正弦波形b)脉冲波c)三角波a)交流方波b)脉冲波c)三角波a)交流方波图a)的傅里叶级数e)桥式整流波形f)半波整流波形d)直流方波图a)的傅里叶级数图c)图e)注：1、以上各波形哪些是直流哪些是交流？哪些是基波哪些是谐波？2、根据图a)的表达式写出图d)的傅里叶级数。1-122、根据图a)的表达式写出图d)的傅里叶级数。3、上图各波形的谐波哪个相对较大？哪个相对较小？复习周期性非正弦波形复习周期性非正弦波形复习周期性非正弦波形复习周期性非正弦波形周期为，角频率为的周期函数的傅立叶级数周期性非正弦电流的有效值周期性非正弦电流的有效值e)桥式整流波形平均功率f)半波整流波形有功功率无功功率视在功率f)半波整流波形无功功率视在功率注：1、写出周期性非正弦电压的有效值表达式。2、上图波形的有效值和平均值如何计算？1-13上图波形的有效值和平均值如何计算3、上图波形的有效值和平均值有无对应关系？复习周期性非正弦波形复习周期性非正弦波形复习周期性非正弦波形复习周期性非正弦波形例：试求题1-8图各常用波形的傅里叶级数、有效值和基波有效值分析各次谐波的情况和基波有效值，分析各次谐波的情况。a)π56π76π116ππ2πb)664π5πb)3π23π33π2πc)注：1、上图各波形的基波哪个相对较大？哪个相对较小？2、上图各波形的谐波哪个相对较大？哪个相对较小？1-14各波形波哪哪3、实际应用时高次谐波一般取到多少次？复习周期性非正弦波形复习周期性非正弦波形复习周期性非正弦波形复习周期性非正弦波形例：题1-10图中的粗黑线ud是三相半波二极管整流电路的输输出电压波形（即三个相电压在正半个周期的包络线），试求其平均值和傅里叶级数，分析各次谐波的情况。1-15复习周期性非正弦波形复习周期性非正弦波形复习周期性非正弦波形复习周期性非正弦波形例：题1-11图中的粗黑线ud是三相桥式二极管整流电路的输输出电压波形（即三相线电压在正半个周期的包络线），试求其平均值和傅里叶级数，分析各次谐波的情况。1-16工程中常用的近似估算方法举例工程中常用的近似估算方法举例程中常用的近似估算方法举例程中常用的近似估算方法举例例:单相二极管整流电容滤波电路采用估算方法输出直流电压uo很难用解析式描述，a)电容滤波电路采用估算方法当时a)电容滤波电路b)理想稳态波形)输出电压平均值的近似估算注：1、承受电压u的电容Cc)有内阻的波形e)输出电压平均值的近似估算中储存的能量是多少？2、一个稳态周期中电容Cd)RC变化时1-17上的电流变化量是多少？d)RLC变化时课程学习中的要点提示课程学习中的要点提示课程学习中的要点提示课程学习中的要点提示本课内容多、信息量大。为便于学习和领会，教学内容分为掌握、熟悉和了解等不同层次，这仅是基本要求。分为掌握、熟悉和了解等不同层次，这仅是基本要求。课程中涉及的器件、电路较多，要善于找出其内在联系，总结其应用规律避免简单堆集总结其应用规律，避免简单堆集。从器件、电路、系统和应用几个方面相结合入手，注重物理概念和基本分析方法的学习理论要结合实际物理概念和基本分析方法的学习，理论要结合实际。要注意培养和提高电路的分析与计算、器件选择、电路的测量与调试和故障判断等方面的综合能力的测量与调试和故障判断等方面的综合能力。课前做好预习，课上认真听讲并记好笔记，课后及时归纳总结做习题认真完成实验避免学后忘前纳、总结、做习题，认真完成实验。避免学后忘前。阅读有关的专业书籍、杂志对进一步的知识扩充十分有参实高亦多益；积极参加实际锻炼对能力的提高亦多帮助。本课内容较多注重工程方法和实用技术，请注意与以往课程在学习方法等方面的不同。1-18第第11章章绪绪论论第第章章绪绪论论1.11.1什么什么是电力电子技术是电力电子技术1.21.2电力电子技术电力电子技术的发展史的发展史1.31.3电力电子技术电力电子技术的应用的应用力子技术力子技术的应用的应用1414本教材的内容简介本教材的内容简介1.41.4本教材的内容简介本教材的内容简介1-191.11.1什么是电力电子技术什么是电力电子技术电子技术电力电子技术——使用电什么是电力电子技术什么是电力电子技术电子技术信息电子技术电力电子技术力电子器件对电能进行变换和控制的技术，即应用于电模拟电子技术数字电子技术和制术，即用力领域的电子技术。信息电子技术——信息处理目前电力电子器件均用半导体制成，故也称电力半导体信息电子技术信息处理电力电子技术——电力变换器件。电力电技术变换的“电电子技术一般指信息电子技术广义而言也包括电力电子技术变换的“电力”，可大到数百MW甚子技术，广义而言，也包括电力电子技术。至GW，也可小到数W甚至mW级。电力电子技术。至mW级。1-201.11.1什么是电力电子技术什么是电力电子技术什么是电力电子技术什么是电力电子技术包括包括制造技术制造技术和和应用技术应用技术两大分支两大分支电力电子器件制造技术电力电子技术的基础理论基础是半导体电力