電力電子電路與系統主講教師：電氣工程學院劉志剛第一章緒論（2學時） 電力電子學的過去、現在與未來 第二章基本的數學基礎（2學時） 矢量分析與變換方法 建立數學模型的基本方法 系統的小信號分析 系統的大信號分析 系統穩定性分析第三章電能變換的基本變換方式（2學時）AC～DC DC～AC DC～DC AC～AC第四章高頻開關直流變換電路。（4學時） 直接變換器 間接變換器第五章帶隔離變壓器的高頻開關直流變換電路。（4學時） 單端變換器 橋式變換器 推挽式變換器第六章諧振變換器與軟開關技術（4學時）諧振逆變器零電壓開關零電流開關零電壓（零電流）多象限逆變器諧振鏈逆變器第七章電力電子技術在ＦＡＣＴＳ技術中的應用（4學時）

功率因數補償 諧波補償 動態電壓補償器 潮流控制器第八章可再生能源利用技術（4學時）

太陽能發電應用技術 風力發電應用技術第九章國際諧波標準及電力電子系統的電磁兼容性（2學時）

國際諧波標準 電磁兼容性第十章電力電子電路與系統的系統集成電力電子電路的系統集成電力電子系統的系統集成第十一章電力電子系統的測控與故障診斷測量技術故障診斷技術第十二章典型應用分析（4學時）不停電電源；電解電源與電鍍電源；電力牽引（電力推進）及實驗系統；直流輸電；焊接電源；通訊電源；學習本課程之前應已先修過電力電子技術（電力電子學）及其相關的基礎課程，如：電路原理，微電子技術，單片機原理及應用，自動控制原理，電機學，電力電子學，電力電子裝置及應用等。特別強調請同學們在授課過程中注意聽講，并做筆記。關于………時間與地點授課形式： 講課 論文講評（IEEE論文）考試：作業（10％） 講評（20％） 閉卷考試（70％）比較直接變換器和間接變換器的異同點。BOOST變換器的電壓變比是否可無窮大？簡要分析試構造兩種雙向流動的直流變換器。畫出直接變換器和間接變換器的波紋模型。直接變換器和間接變換器引入高頻變壓器的目的是什么？變壓器的引入會對系統帶來什么影響，怎樣解決？回掃變換器的隔離變壓器漏感對變換系統產生什么影響？怎樣求直流變換器的變比？電流型和電壓型推挽變換器各是由哪些基本變換電路變換而來的？影響電力電子裝置可靠性的因素有哪些？造成電力系統功率因數低的原因？諧波的來源？電力電子裝置的效率與哪些因素有關？如何實現輸入輸出無波紋的CUK變換器。比較直接變換器和間接變換器的異同點。電壓變比，電壓極性，器件應力。如何構造雙向能量流動變換器，兩種方法：教材，一條橋臂。補償方法，電流補償（并聯），電壓補償（串聯）諧振原理在工程中的應用，直接變換器與間接變換器中為實現電氣隔離而引入變壓器后，對系統會帶來什么問題。考慮漏感的影響，電壓變化范圍的變化，器件的應力的增加和減少，電壓的損失（漏感的影響），損耗，電流型與電壓型推挽變換器是由哪種變換器變換而來的。為什么要進行無功補償（諧波及功率因數），諧波危害有哪些（電機損耗，電機的力矩擾動，無線通訊干擾，控制系統干擾，人體損害），功率因數低的原因（非線性負載裝置的使用，感性負載，容性負載）及其危害？怎樣進行諧波及功率因數的補償（無源，有源，串聯，并聯）一、綜述關于“電力電子電路與系統”功率變流系統解決的基本問題關于電力電子器件電能變換的各種變換方式及主要應用關于“電力電子電路與系統”定義：本科生“電力電子技術”的后續課。利用電路理論，現代微電子技術，計算機技術，現代控制理論，大規模集成電路技術，電力系統理論，實現電能各種形式之間的變換，以實現滿足不同用電要求的目的。特點：功率范圍大應用范圍廣涉及到的學科多理論與實踐密切相聯發展迅速（幾乎每一項與電氣工程相關的技術進步都會推進電力電子技術的發展）。構成基本元素與系統構成構成基本元素：二極管，IGBT等，電容，電感，電阻，控制電器，導線。系統構成：主電路及其吸收電路，控制電路，抗電磁干擾電路。現狀：國內各著名大學均設有相關的專業方向美國設有國家電力電子研究中心（CPES）國家電力電子工程及研究中心。相關的先修基礎課程電路原理微電子技術（包括：低頻模擬電子，脈沖與數字電路）單片機原理及應用（包括DSP）計算機技術（仿真與控制）自動控制原理電力電子技術。電力電子電路與系統的基本問題能量變換的基本觀點對能量的控制功率因數諧波效率可靠性系統成本（價格）性能與性價比存在與發展的必然性為獲得高控制性能節能應用環保（或稱綠色電力電子裝置）帶來的問題諧波問題功率因數問題效率問題噪聲系統的干擾關于電力電子器件電力電子裝置的研 制與設計方法系統輸入輸出參數的確定主電路及控制方法的確定系統仿真電路實驗電路結構設計機械結構設計系統試驗性能測試可靠性試驗（電磁兼容性測試，溫升試驗，潮濕及振動試驗等）系統定型發展主要方向：高可靠性高頻化低成本低損耗高品質(系統穩定性,功率因數,諧波)應用前景(典型應用)：交通運輸（鐵路、城市交通、船舶）冶金（軋鋼機、風機、水泵等）能源控制礦業、石油家用電器（變頻空調等）航空航天（航空電源,風洞試驗）市政（供水通風）

關于技術創新：新的電路原理或結構技術綜合發展動力：社會的需求為電力電子技術發展的牽引力現代科學與技術為電力電子技術發展的推動力。二、基本的變換方法AC/DCDC/ACDC/DCAC/ACAC/DC單相半波不控整流單相全波不控整流單相半控整流單相全控整流三相半控整流三相全控整流PWMRECTIFIER（電壓型，電流型）PFC整流電路。DC/AC可控硅有源逆變可關斷器件的電壓型無源逆變可關斷器件的電流型無源逆變諧振逆變電流型推挽逆變電壓型推挽逆變DC/DCBUCK變換器BOOST變換器BUCK/BOOST變換器CUK變換器兩象限斬波器四象限斬波器(高頻)變壓器隔離的上述變換器。AC/AC循環變頻器(周波變換器)矩陣變換器。三、諧振變換器零電壓開關零電流開關零電壓開關直直變換器零電流開關直直變換器兩象限零電壓變換器諧振鏈逆變器。四、電流或電壓的補償方案。電壓補償方案。電流補償方案。五、三電平逆變器。六、應用實例分析：不停電電源；電解電源；電鍍電源；電力牽引及實驗系統；開關電源；蓄電池充電放電；直流供電；輔助電源；通訊電源；新型能源（光電池，風力發電）的利用；其他的應用。電解與電鍍電源；不停電電源電力傳動及拖動：電力機車，電傳動內燃機車，礦井提升機，軋鋼機傳動。特點：大功率，四象限運行。主要技術關鍵：矢量控制，直接力矩控制，滑差控制。直流供電特點：大功率變換，濾波問題。主要技術關鍵：可靠性及濾波柔性供電技術：提高電力系統的動態供電品質潮流控制諧波及功率因數補償電壓跌落諧波及功率因數補償特點：大功率，高頻化，實時性。主要關鍵技術：實時控制，包括：諧波的實時監測，控制器的計算速度，開關器件的開關速度。電源應用：機車輔助電源微機及儀器儀表電源電源電解電鍍電源微弧氧化電源焊接電源航空電源不停電電源通訊電源感應加熱。機車輔助電源直交型輔助電源交直交型輔助電源焊接電源

圖2第三種單端逆變電路

圖5焊接時輸出電流波形使用Tek公司A622電流探頭，比例為10mv/A

潔凈能源或可再生能源利用：風能發電太陽能發電潮汐發電生物能發電通訊電源特殊電源：電子模擬負載交流牽引電機的實驗系統電力測功機水電解電源蓄電池充放電機補償式交流穩壓電源電子模擬功率負載交流牽引電機的實驗系統能四象限運行零轉速時保持恒轉矩計算機集中控制及良好的人機接口各種參變量的實時采集測量試驗分析系統結構主電路結構電力測功機實現能量反饋饋網電流低諧波含量電流源控制特性控制器的人機接口功率測量精度：1％蓄電池充放電機逆變器疊加技術實現變頻調速輸入電壓6000V～10000V實現功率：數百千瓦以上高可靠性高效率便于維護（可不停機維護）系統具有以下優點：系統運行在功率因數約等于1的工況下，并可以對電網上的諧波進行補償。開關管上通過的都是方波，開關損耗小，系統效率高。以DSP為主控芯片，系統具有良好的動態特性及較快的響應速度。采用集中分布式控制，具有很強的故障檢測和有功、無功及電量統計功能。每個H橋與系統為觸點式連接，可以在不停機的狀態下進行局部的維護、維修。可以通過增加H橋的數目提高輸出功率，在工程上易于實現大功率。系統采用冗余設計，在局部開關管出現問題時，系統可正常工作。電壓等級較低，使開關管具有較低的dv/dt值，開關管及續流二極管上的損耗較小。電路原理

H橋的電原理圖及輸出波形七、電磁兼容國際諧波標準諧波及功率因數補償電力電子系統的電磁兼容；FACTS技術應用。干擾問題（主要干擾源）直流電機換向接觸器與繼電器開合雷電浪涌靜電白熾燈大功率用電裝置啟動抗干擾問題濾波屏蔽接地主要電磁兼容試驗雷擊浪涌試驗靜電試驗脈沖群試驗

八、DC/DC高頻開關變換器高頻的概念高頻開關直－直變換器。直接變換器，波紋模型，濾波參數選擇間接變換器，波紋模型，濾波參數選擇連續與不連續運行直接變換器與間接變換器的比較九、帶隔離變壓器的高頻開關

直－直變換器。單端變換器半橋變換器混合橋式變換器全橋變換器推挽變換器電路分析應用舉例十、諧振變換器諧振逆變器零電壓開關零電流開關零電壓（零電流）多象限逆變器。諧振鏈變換器十一、影響電力電子裝置或系 統可靠性的主要因素：器件質量電路設計的合理性電磁干擾使用環境：潮濕度，振動，溫度，大氣壓控制系統穩定性：控制器的參數選擇一般電力電子裝置的壽命，平均無故障時間（MTBF）十三、最新IEEE及其他文獻講評及問題討論。脈沖整流器（或四象限變流器）電壓型電流型電壓型