【复试】2025年 华东交通大学085801电气工程《复试电力电子技术》考研.pptx
【复试】2025年华东交通大学085801电气工程《复试电力电子技术》考研汇报人：XXX2025-X-X
目录1.电力电子技术概述
2.电力电子器件
3.电力电子电路
4.电力电子变流器
5.电力电子技术在电力系统中的应用
6.电力电子技术的仿真与实验
7.电力电子技术的新进展
01电力电子技术概述
电力电子技术的基本概念基本定义电力电子技术，涉及利用电力电子器件实现电能的变换、控制、调节及保护等。这一技术广泛应用于工业自动化、交通运输、电力系统等多个领域。核心器件电力电子技术依赖于半导体器件，特别是晶体管、绝缘栅双极型晶体管（IGBT）等功率器件，这些器件具有高效率、高可靠性等特点，是电力电子系统的核心。变换方式电力电子技术通过不同类型的变换器实现电能形式的转换，如AC/DC、DC/AC、DC/DC等，这些变换器的功率等级可从几百瓦到数百万瓦不等，满足不同应用需求。
电力电子技术的应用领域工业自动化在工业自动化领域，电力电子技术应用于电机驱动、生产线控制等，如变频调速电机可节省能源30%以上，提高生产效率。交通运输电力电子技术在交通运输中的应用包括电动汽车、轨道交通等，例如，电动汽车通过电力电子技术实现电能与机械能的转换，减少尾气排放。电力系统在电力系统中，电力电子技术用于电力系统的稳定运行和智能控制，如静止同步补偿器（STATCOM）可用于调节电压和无功功率，提高系统稳定性。
电力电子技术的发展趋势高效节能电力电子技术正朝着更高效率和更低能耗的方向发展，新型功率器件如SiC、GaN等，其转换效率可达到99%以上，有助于节能减排。集成化集成化是电力电子技术的重要趋势，通过将多个功能模块集成在一个芯片上，可以简化系统设计，降低成本，提高可靠性。智能化智能化是电力电子技术的未来发展方向，通过引入人工智能和大数据技术，可以实现电力电子系统的智能监控、预测性维护和优化控制。
02电力电子器件
半导体器件基础半导体材料半导体材料是构成半导体器件的基础，主要包括硅、锗等元素，它们的导电性介于导体和绝缘体之间。硅基材料在电力电子领域应用最为广泛。PN结原理PN结是半导体器件的核心，由P型和N型半导体材料构成，具有单向导电性。PN结的正向导通和反向截止特性是电力电子器件工作的基础。主要器件类型常见的半导体器件包括二极管、晶体管、MOSFET等，它们在电力电子系统中扮演着关键角色。例如，MOSFET的开关频率可高达数十kHz至数百kHz。
电力电子器件的分类功率二极管功率二极管是最基本的电力电子器件，用于电路中的整流和续流功能。其正向压降通常在0.7V至1.2V之间，电流范围从几十安到几千安。功率晶体管功率晶体管如IGBT和MOSFET，用于高功率应用中的开关控制。IGBT的开关频率可达几千赫兹，而MOSFET的开关频率可高达数百kHz。功率MOSFET功率MOSFET以其低导通电阻和快速开关特性在电力电子系统中广泛应用。其导通电阻通常在几十毫欧姆到几百毫欧姆之间，适用于高频应用。
电力电子器件的主要特性开关特性电力电子器件的开关特性是其关键性能指标，如晶体管的开通和关断时间，通常在几纳秒至几十纳秒之间，影响电路的工作频率。导通电阻导通电阻是功率器件在导通状态下的电阻值，它直接影响器件的功率损耗和效率。例如，IGBT的导通电阻通常在几十毫欧姆至几百毫欧姆。耐压能力耐压能力是电力电子器件承受的最高电压，对于高压应用，器件的耐压值通常在几千伏特甚至上万伏特，确保电路的安全运行。
03电力电子电路
电力电子电路的基本结构主电路部分电力电子电路的主电路是能量转换的核心，包括开关器件、功率元件和负载，其设计需确保高效率和稳定性，如IGBT等开关器件的频率可达几千赫兹。控制电路控制电路负责调节主电路的工作状态，包括启动、停止、速度调节等功能。控制电路通常采用微处理器或专用控制器，实现精确的控制策略。驱动电路驱动电路的作用是为开关器件提供所需的电压和电流，确保其可靠地开通和关断。驱动电路的设计要考虑器件的开关特性，如响应速度、电流能力等。
电力电子电路的控制策略PWM控制脉冲宽度调制（PWM）是电力电子电路中最常见的控制策略，通过调节开关器件的导通时间来控制输出电压或电流的幅值，广泛应用于电机驱动和变频调速系统。矢量控制矢量控制技术通过解耦控制实现电机的精确控制，将电机的转矩和转速分别控制，提高了电机的动态性能和响应速度，广泛应用于工业电机控制。直接转矩控制直接转矩控制（DTC）通过直接控制电机的转矩和磁链，避免了矢量控制的复杂解耦过程，结构简单，响应速度快，适用于对动态性能要求较高的场合。
电力电子电路的损耗与散热器件损耗电力电子器件在导通和开关过程中会产生损耗，主要包括导通损耗和开关损耗。导通损耗与器件的导通电阻有关，开关损耗与开关