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1,電力電子知識(shí)入門(一)什么是電力電子,2011.09.15,2,目錄,什么是電力電子技術(shù)電力變換的種類電力電子技術(shù)的應(yīng)用電力電子技術(shù)發(fā)展趨勢(shì),電力電子技術(shù)定義與電子技術(shù)的關(guān)系電力電子技術(shù)的兩大分支相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域與相關(guān)學(xué)科的關(guān)系電力電子技術(shù)的特點(diǎn),3,電力電子技術(shù)定義1:使用電力電子器件對(duì)電能進(jìn)行變換和控制的技術(shù),即應(yīng)用于電力領(lǐng)域的電子技術(shù)。電力電子技術(shù)定義2:有效地使用電子器件,應(yīng)用電路和設(shè)計(jì)理論以及分析開發(fā)工具,實(shí)現(xiàn)對(duì)電能的高效率變換和控制的一門技術(shù)。,(一)電力電子技術(shù)定義,一什么是電力電子技術(shù),4,電力電子學(xué)中,電力電子器件總是工作在開關(guān)狀態(tài)。,器件的工作狀態(tài)開、關(guān),一什么是電力電子技術(shù),5,(二)與電子技術(shù)的關(guān)系,同處理信息的電子器件相比的一般特征:能處理電功率的能力,一般遠(yuǎn)大于處理信息的電子器件。電力電子器件一般都工作在開關(guān)狀態(tài)。電力電子器件往往需要由信息電子電路來控制。電力電子器件自身的功率損耗遠(yuǎn)大于信息電子器件,一般都要安裝散熱器。,一什么是電力電子技術(shù),6,(三)電力電子技術(shù)的兩大分支,電力電子器件制造技術(shù)電力電子技術(shù)的基礎(chǔ),理論基礎(chǔ)是半導(dǎo)體物理電力電子器件應(yīng)用技術(shù)(變流技術(shù))電力電子技術(shù)的核心、理論基礎(chǔ)是電路理論。用電力電子器件構(gòu)成電力變換電路和對(duì)其進(jìn)行控制的技術(shù),以及構(gòu)成電力電子裝置和電力電子系統(tǒng)的技術(shù)。,一什么是電力電子技術(shù),7,模擬電路設(shè)計(jì)功率器件控制系統(tǒng)電力系統(tǒng)磁性元器件電機(jī)(及其控制器)數(shù)字控制(DSP、FPGA應(yīng)用)計(jì)算機(jī)仿真(仿真軟件)熱設(shè)計(jì)機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),(四)相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域,一什么是電力電子技術(shù),8,電力電子學(xué)(PowerElectronics)名稱60年代出現(xiàn)。1974年,美國的W.Newell用圖1的倒三角形對(duì)電力電子學(xué)進(jìn)行了描述,被全世界普遍接受。,圖1描述電力電子學(xué)的倒三角形,一什么是電力電子技術(shù),(五)與相關(guān)學(xué)科的關(guān)系,9,都分為器件和應(yīng)用兩大分支。器件的材料、工藝基本相同,采用微電子技術(shù)。應(yīng)用的理論基礎(chǔ)、分析方法、分析軟件也基本相同。信息電子電路的器件可工作在開關(guān)狀態(tài),也可工作在放大狀態(tài);電力電子電路的器件一般只工作在開關(guān)狀態(tài)。二者同根同源。,與電子學(xué)(信息電子學(xué))的關(guān)系,一什么是電力電子技術(shù),(五)與相關(guān)學(xué)科的關(guān)系,10,電力電子技術(shù)廣泛用于電氣工程中高壓直流輸電靜止無功補(bǔ)償電力機(jī)車牽引交直流電力傳動(dòng)電解、電鍍、電加熱、高性能交直流電源國內(nèi)外均把電力電子技術(shù)歸為電氣工程的一個(gè)分支。電力電子技術(shù)是電氣工程學(xué)科中最為活躍的一個(gè)分支。,與電力學(xué)(電氣工程)的關(guān)系,一什么是電力電子技術(shù),(五)與相關(guān)學(xué)科的關(guān)系,11,控制理論廣泛用于電力電子系統(tǒng)中。電力電子技術(shù)是弱電控制強(qiáng)電的技術(shù),是弱電和強(qiáng)電的接口;控制理論是這種接口的有力紐帶。電力電子裝置是自動(dòng)化技術(shù)的基礎(chǔ)元件和重要支撐技術(shù)。,與控制理論(自動(dòng)化技術(shù))的關(guān)系,一什么是電力電子技術(shù),(五)與相關(guān)學(xué)科的關(guān)系,12,一什么是電力電子技術(shù),(六)電力電子技術(shù)的特點(diǎn),電力電子技術(shù)的發(fā)展受功率半導(dǎo)體器件的限制,例如,由于缺乏高壓大功率器件阻礙了高電壓大功率變換器(例如GW級(jí))容量的擴(kuò)大;電力電子不被重視的原因之一是成本太高,費(fèi)用高阻礙了電力電子的推廣應(yīng)用;電力電子是一門實(shí)驗(yàn)技術(shù),產(chǎn)品進(jìn)入市場(chǎng)前需要做大量實(shí)驗(yàn)。一般需要幾年時(shí)間才能使電力電子的某種應(yīng)用成為主導(dǎo)技術(shù),使產(chǎn)品占市場(chǎng)90%以上;電力電子技術(shù)迫切需要有效的理論指導(dǎo),要開發(fā)綜合性的分析設(shè)計(jì)方法,以求成本最小、可靠性最高。,WilliamE.Newell,IEEE電力電子專家會(huì)議(PESC73,Pasadena,California),1973年6月,13,電力交流和直流兩種,二電力變換的種類,電力變換四大類交流變直流、直流變交流、直流變直流、交流變交流,電力變換的種類,進(jìn)行電力變換的技術(shù)稱為變流技術(shù),14,二電力變換的種類,15,二電力變換的種類,16,三電力電子技術(shù)的應(yīng)用,電解電鍍電源計(jì)算機(jī)開關(guān)電源網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)電源打印機(jī)、MP4等電源不間斷電源(UPS)感應(yīng)加熱:加熱、熔煉、淬火電子鎮(zhèn)流器電熱控制電源蓄電池充電電源(儲(chǔ)能變流器)磁懸浮運(yùn)輸系統(tǒng),太陽能發(fā)電風(fēng)力發(fā)電分布式發(fā)電、微電網(wǎng)航空航天電源通訊系統(tǒng)電源高壓直流輸電(HVDC)柔性交流輸電(FACTS)定制電力技術(shù)(CP)伺服驅(qū)動(dòng)電氣牽引。,17,三電力電子技術(shù)的應(yīng)用,18,軋鋼機(jī),數(shù)控機(jī)床,冶金工業(yè),電解鋁,一般工業(yè),三電力電子技術(shù)的應(yīng)用,19,三電力電子技術(shù)的應(yīng)用,感應(yīng)加熱電源,20,交通運(yùn)輸,三電力電子技術(shù)的應(yīng)用,21,電力系統(tǒng),SVC,高壓直流裝置HVDC,柔性交流輸電FACTS,三電力電子技術(shù)的應(yīng)用,22,家用電器,三電力電子技術(shù)的應(yīng)用,23,其他,大型計(jì)算機(jī)的UPS,航天技術(shù),新型能源,三電力電子技術(shù)的應(yīng)用,24,四電力電子技術(shù)發(fā)展趨勢(shì),21世紀(jì)電力電子產(chǎn)業(yè)或電源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)可歸納如下幾點(diǎn):進(jìn)一步提高電能變換效率,降低待機(jī)損耗;避免電力公害,盡量減少網(wǎng)側(cè)電流諧波,并使網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)接近;提高電源裝置和系統(tǒng)的電磁兼容性(EMC);高性能:隨各種用電器而不同,如帶非線性負(fù)載能力、無線均流、直流側(cè)諧波抑制、智能化以及各種性能高指標(biāo)等。上述要求表明,國際上電力電子技術(shù)和產(chǎn)業(yè)的這種發(fā)展趨勢(shì):用于電力系統(tǒng)的電能變換設(shè)備、服務(wù)于環(huán)保和人類
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