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1、 第第1010章章 电力电子技术的应用电力电子技术的应用主要包括主要包括：一一.交流用电设备中的应用交流用电设备中的应用 1.1 电力拖动系统电力拖动系统 1.4 电子镇流器电子镇流器 1.2 不间断电源不间断电源 1.5 焊机电源焊机电源 1.3 开关电源开关电源 1.6 功率因数校正技术功率因数校正技术二二.电力系统中的应用电力系统中的应用 2.1 高压直流输电高压直流输电 2.4 灵活交流输电灵活交流输电 2.2 无功功率控制无功功率控制 2.5 定制电力技术定制电力技术 2.3 谐波抑制谐波抑制三三.移动式用电设备中的应用移动式用电设备中的应用 3.1 电动及混合动力汽车的电力驱动技术
2、电动及混合动力汽车的电力驱动技术 3.2 舰船发电舰船发电及及电力推进电力推进技术技术 3.3 航空航天飞行器电源系统航空航天飞行器电源系统 3.4 国防武器装备特种电源系统国防武器装备特种电源系统第第1010章章 电力电子技术的应用电力电子技术的应用本节课本节课的主要内容的主要内容 ：电力拖动系统电力拖动系统 不间断电源不间断电源 开关电源开关电源 电子镇流器电子镇流器 焊机电源焊机电源 功率因数校正技术功率因数校正技术 高压直流输电高压直流输电 教学目标：教学目标：熟悉电力电子技术的应用领域，了解和把握电力熟悉电力电子技术的应用领域，了解和把握电力电子技术的新技术发展及应用趋势。电子技术的
3、新技术发展及应用趋势。1.1 电力拖动系统电力拖动系统-直流传动系统的变流器装置直流传动系统的变流器装置一一.电力电子技术在交流设备中的应用电力电子技术在交流设备中的应用31.1 电力拖动系统电力拖动系统-交流传动系统的变频器装置交流传动系统的变频器装置交直交变频器（交直交变频器（VVVFVVVF电源电源 ）特点：输出交流电压与频率可变。特点：输出交流电压与频率可变。优点：可实现交流电机的平滑调速。优点：可实现交流电机的平滑调速。一一.电力电子技术在交流设备中的应用电力电子技术在交流设备中的应用 双双PWM控制的电压型控制的电压型VVVF电源拓扑电源拓扑电路特点：电路特点：能源再生反馈；可实现
4、电动机四象限运行；输入电流为正弦波，可实现高能源再生反馈；可实现电动机四象限运行；输入电流为正弦波，可实现高功率因数；控制较复杂，技术含量高，成本较高。功率因数；控制较复杂，技术含量高，成本较高。4一一.电力电子技术在交流设备中的应用电力电子技术在交流设备中的应用1.1 电力拖动系统电力拖动系统-发展趋势发展趋势交流传动系统的优点交流传动系统的优点（与直流系统相比）（与直流系统相比）最高速度更高和容量更大；最高速度更高和容量更大；交流电动机结构简单，体积更小；交流电动机结构简单，体积更小；耗电量少，更节能；耗电量少，更节能；高精度，快速响应。高精度，快速响应。交流电机的控制技术较为复杂，对所需
5、的电力电子变换交流电机的控制技术较为复杂，对所需的电力电子变换器要求也较高。直到近二十年时间，交流调速传动系统才器要求也较高。直到近二十年时间，交流调速传动系统才得到迅速的发展。得到迅速的发展。交流传动系统正逐步取代传统的直流传动系统。交流传动系统正逐步取代传统的直流传动系统。5一一.电力电子技术在交流设备中的应用电力电子技术在交流设备中的应用1.2 不间断电源（不间断电源（UPS）-基本结构原理基本结构原理 不间断电源（不间断电源（UPS）：指当交流输入市电发生异常或断电时，能保证负载不）：指当交流输入市电发生异常或断电时，能保证负载不受市电异常断电影响，能受市电异常断电影响，能确保负载供电
6、不间断确保负载供电不间断，并保证供电质量的装置。，并保证供电质量的装置。UPS广泛应用于各种对交流供电可靠性和供电质量要求很高的广泛应用于各种对交流供电可靠性和供电质量要求很高的重要场所重要场所。广义地说，广义地说，UPS包括输出为直流和交流两种情况，目前通常是指输出为交流包括输出为直流和交流两种情况，目前通常是指输出为交流的情况。的情况。UPS是是恒压恒频（恒压恒频（CVCF）类电源）类电源的主要产品之一。的主要产品之一。UPS基本结构原理图基本结构原理图6一一.电力电子技术在交流设备中的应用电力电子技术在交流设备中的应用1.2 不间断电源（不间断电源（UPS）-油机后备的油机后备的UPS市
7、电断电时，蓄电池可供电时间取决于蓄电池容量的大小，为了保市电断电时，蓄电池可供电时间取决于蓄电池容量的大小，为了保证证长时间不间断供电长时间不间断供电，UPSUPS往往还会采用往往还会采用油机油机作为作为后备电源后备电源，蓄电池，蓄电池只需作为市电与油机之间的过渡，容量可以比较小。只需作为市电与油机之间的过渡，容量可以比较小。用柴油发电机作为后备电源的用柴油发电机作为后备电源的UPS7一一.电力电子技术在交流设备中的应用电力电子技术在交流设备中的应用1.3 开关电源开关电源-用途、结构及优点用途、结构及优点各种电子设备电路需要多路不同直流电压供电。比如数字电路需要各种电子设备电路需要多路不同直
8、流电压供电。比如数字电路需要5V、3.3V、2.5V，模拟电路需要，模拟电路需要12V、15V等。等。开关电源在开关电源在效率、体积和重量效率、体积和重量等方面都远远等方面都远远优于线性电源优于线性电源，因此已，因此已经基本取代了线性电源，成为电子设备供电的主要电源形式。经基本取代了线性电源，成为电子设备供电的主要电源形式。线性电源的基本电路结构线性电源的基本电路结构 半桥型开关电源基本电路结构半桥型开关电源基本电路结构 8一一.电力电子技术在交流设备中的应用电力电子技术在交流设备中的应用1.3 开关电源开关电源-通信电源系统通信电源系统通信电源系统通信电源系统 分布式电源系统分布式电源系统
9、在通信交换机、巨型计算机等复杂在通信交换机、巨型计算机等复杂的电子装置中，供电的路数太多，总功的电子装置中，供电的路数太多，总功率太大，难以用一个开关电源完成，因率太大，难以用一个开关电源完成，因此出现了此出现了分布式的电源系统分布式的电源系统。一次电源一次电源完成隔离变换完成隔离变换48V直流直流母线母线交换机中每块电路板上的交换机中每块电路板上的DC-DC变换器变换器电路所需的各种电压。电路所需的各种电压。一次电源采用多个开关电源一次电源采用多个开关电源并联并联的的方案，每个开关电源仅仅承担一部分功方案，每个开关电源仅仅承担一部分功率，并联运行的每个开关电源有时也被率，并联运行的每个开关电
10、源有时也被成称为成称为“模块模块”，当其中个别模块发生，当其中个别模块发生故障时，系统还能够继续运行，这被称故障时，系统还能够继续运行，这被称为为“冗余冗余”。91.4 电子镇流器电子镇流器-用途及结构用途及结构电子镇流器结构框图电子镇流器结构框图DC/AC逆变器逆变器：开关频率一般为：开关频率一般为2070kHz，主要有半桥式逆变电路和推，主要有半桥式逆变电路和推挽式逆变电路两种形式。挽式逆变电路两种形式。输出级输出级LC串联谐振网络串联谐振网络：点灯点灯和和限流限流作用。作用。反馈网络反馈网络：频率同步频率同步及及异常状态保护电路异常状态保护电路。一旦出现灯开路或灯不能启动。一旦出现灯开路
11、或灯不能启动等异常状态，则关断高频变换器输出，从而实现保护功能。等异常状态，则关断高频变换器输出，从而实现保护功能。一一.电力电子技术在交流设备中的应用电力电子技术在交流设备中的应用10一一.电力电子技术在交流设备中的应用电力电子技术在交流设备中的应用1.4 电子镇流器电子镇流器-优点及趋势优点及趋势电子镇流器结构框图电子镇流器结构框图电子镇流器的主要优点：电子镇流器的主要优点：荧光灯荧光灯不易引起眼睛疲劳不易引起眼睛疲劳。荧光灯的荧光灯的光效增高光效增高，能耗低。，能耗低。采用功率因数校正电路时具有采用功率因数校正电路时具有高功率因数高功率因数。在电网电压波动的情况下，保持灯在电网电压波动的
12、情况下，保持灯功率和光输出的恒定功率和光输出的恒定。趋势：电子镇流器正全面取代传统的电感式镇流器趋势：电子镇流器正全面取代传统的电感式镇流器111.5 焊机电源焊机电源-用途、结构及类型用途、结构及类型电焊机电焊机是用电能产生热量加热金属而实现焊接的电气设备，按照焊接加热是用电能产生热量加热金属而实现焊接的电气设备，按照焊接加热原理的不同分为原理的不同分为电弧焊机电弧焊机和和电阻焊机电阻焊机两大类型。两大类型。电弧焊机电弧焊机是通过产生电弧使金属融化而实现焊接；是通过产生电弧使金属融化而实现焊接；电阻焊机电阻焊机是使焊接金是使焊接金属通过大电流，利用工件表面接触电阻产生发热而融化实现焊接。属通
13、过大电流，利用工件表面接触电阻产生发热而融化实现焊接。这种焊接电源由于其优良特性已广泛应用。因存在高频逆变环节，又常这种焊接电源由于其优良特性已广泛应用。因存在高频逆变环节，又常被称为被称为逆变焊机电源逆变焊机电源。弧焊电源的基本结构图弧焊电源的基本结构图一一.电力电子技术在交流设备中的应用电力电子技术在交流设备中的应用121.6 功率因数校正技术功率因数校正技术-交流设备功率因数的提高交流设备功率因数的提高交流电力电子设备的共性问题：交流电力电子设备的共性问题：谐波污染谐波污染与与低功率因素低功率因素.技术解决方案：技术解决方案：功率因数校正技术（功率因数校正技术（PFC）.交流用电设备采用
14、有源交流用电设备采用有源PFC技术的技术的好处好处：功率因数提高，谐波电流减小，对电网的干扰降低，满足谐波限制标准。功率因数提高，谐波电流减小，对电网的干扰降低，满足谐波限制标准。降低了对线路、开关、连接件等电流容量的要求。降低了对线路、开关、连接件等电流容量的要求。可实现宽范围电压输入，能适应世界各国不同的电网电压。可实现宽范围电压输入，能适应世界各国不同的电网电压。整流电压波动减小，有利于提高了电路输出的控制精度和效率。整流电压波动减小，有利于提高了电路输出的控制精度和效率。单相有源功率因数校正电路单相有源功率因数校正电路容易实现，可靠性也高，容易实现，可靠性也高，其技术已广泛应用其技术已
15、广泛应用。三相有源功率因数校正电路三相有源功率因数校正电路结构和控制较复杂，成本也很高，三相功率因数结构和控制较复杂，成本也很高，三相功率因数 校正技术仍是校正技术仍是研究的热点研究的热点。一一.电力电子技术在交流设备中的应用电力电子技术在交流设备中的应用13二二.电力电子技术在电力系统中的应用电力电子技术在电力系统中的应用14高压直流输电系统的高压直流输电系统的基本原理基本原理和典型结构和典型结构 2.1 高压直流输电（高压直流输电（HVDC）-技术原理技术原理二二.电力电子技术在电力系统中的应用电力电子技术在电力系统中的应用15 两大优点：两大优点：1.成本优势：投资少，损耗小。成本优势：
16、投资少，损耗小。2.技术优势：有利于改善系统的稳定性技术优势：有利于改善系统的稳定性。三大应用：三大应用：1.地下或水下电缆地下或水下电缆2.远距离大容量输电远距离大容量输电3.交流系统非同步联网交流系统非同步联网2.1 高压直流输电（高压直流输电（HVDC）-优势及适用领域优势及适用领域二二.电力电子技术在电力系统中的应用电力电子技术在电力系统中的应用16 2.1 高压直流输电（高压直流输电（HVDC）-我国的能源分布我国的能源分布二二.电力电子技术在电力系统中的应用电力电子技术在电力系统中的应用17二二.电力电子技术在电力系统中的应用电力电子技术在电力系统中的应用 2.1 高压直流输电（高
17、压直流输电（HVDC）-输电工程介绍输电工程介绍 云南云南广东广东800kV800kV特高压直流输电示范工程特高压直流输电示范工程云云-广特高压直流输电工程于广特高压直流输电工程于2006年年12月月19日在云南楚雄开工建设。工程西起云南楚日在云南楚雄开工建设。工程西起云南楚雄禄丰县，东至广州增城市，线路全长雄禄丰县，东至广州增城市，线路全长1438公里，额定输送容量公里，额定输送容量500万千瓦，动态总万千瓦，动态总投资投资137亿元，亿元，2009年单级投运、年单级投运、2010年双级投运。年双级投运。18 2.1 高压直流输电（高压直流输电（HVDC）-输电工程介绍输电工程介绍 四川四川
18、上海上海800kV800kV特高压直流输电示范工程特高压直流输电示范工程起点是四川复龙换流站，落点为上海奉贤换流站。工程额定输送功率起点是四川复龙换流站，落点为上海奉贤换流站。工程额定输送功率640万千瓦，最万千瓦，最大输送功率大输送功率700万千瓦，途径四川、重庆、湖南、湖北、安徽、浙江、江苏、上海万千瓦，途径四川、重庆、湖南、湖北、安徽、浙江、江苏、上海8省省（市），全长约（市），全长约2000公里。工程动态投资约公里。工程动态投资约180亿元，已于亿元，已于2010年建成投运。年建成投运。二二.电力电子技术在电力系统中的应用电力电子技术在电力系统中的应用19 2.1 高压直流输电（高压直
19、流输电（HVDC）二二.电力电子技术在电力系统中的应用电力电子技术在电力系统中的应用20 2.1 高压直流输电（高压直流输电（HVDC）国外直流输电代表性工程国外直流输电代表性工程二二.电力电子技术在电力系统中的应用电力电子技术在电力系统中的应用21 2.1 高压直流输电（高压直流输电（HVDC）上海南桥换流站外景上海南桥换流站外景二二.电力电子技术在电力系统中的应用电力电子技术在电力系统中的应用22 2.1 高压直流输电（高压直流输电（HVDC）葛洲坝（宜昌宋家坝）换流站外景葛洲坝（宜昌宋家坝）换流站外景二二.电力电子技术在电力系统中的应用电力电子技术在电力系统中的应用23 电力电子技术的应
20、用电力电子技术的应用 小结（小结（1）一一.电力电子技术在交流设备中的应用电力电子技术在交流设备中的应用 -电力传动系统、电力传动系统、不间断电源、开关电源不间断电源、开关电源、电子镇流器、电子镇流器、焊机电源等固定式交流用电设备。焊机电源等固定式交流用电设备。共性问题：共性问题：谐波污染与低功率因素问题谐波污染与低功率因素问题.技术解决方案：技术解决方案：功率因数校正技术功率因数校正技术.应用：应用：构建高性能、高可靠性、高效节能电源。构建高性能、高可靠性、高效节能电源。二二.电力电子技术在电力系统中的应用电力电子技术在电力系统中的应用 -高压直流输电（高压直流输电（HVDC）优势：优势：投资少，损耗小；有利于改善系统的稳定性。投资少，损耗小；有利于改善系统的稳定性。适用领域：适用领域：远距离大容量输电；地下及水下远距离大容量输电；地下及水下海底电缆输电；海底电缆输电；非同步交流系统互连。非同步交流系统互连。24 本节课到此结束 谢谢！25