電力電子技術(shù)及其在國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)中的地位

1、電力電子技術(shù)及其在國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)中的地位第1頁，共38頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)54分，星期四2022/9/23第2頁自我介紹1999年到美國羅克韋爾自動化總部和密爾沃基工程學(xué)院參加GDP項(xiàng)目2008年到澳大利亞昆士蘭大學(xué)訪問學(xué)習(xí)一年主要研究方向:電力電子裝置及其控制技術(shù)無線電能傳輸技術(shù)計(jì)算機(jī)測控技術(shù)及系統(tǒng)集成第2頁，共38頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)54分，星期四2022/9/23第3頁自我介紹聯(lián)系方式：Email：Tel. 02365112750重慶大學(xué)主教樓1907第3頁，共38頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)54分，星期四2022/9/23第4頁授課內(nèi)容電力電子技術(shù)及其在

2、國民經(jīng)濟(jì)建 設(shè)中的地位2. 電力電子器件及其應(yīng)用3. AC/DC變換技術(shù)4. 緩沖電路與軟開關(guān)技術(shù)5. 電力電子系統(tǒng)的建模與仿真技術(shù)6. 無線電能傳輸技術(shù)第4頁，共38頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)54分，星期四2022/9/23第5頁電力電子技術(shù) 及其在國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)中的地位第5頁，共38頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)54分，星期四2022/9/23第6頁主要內(nèi)容：1.1、電力電子技術(shù)的定義 1.2、電力電子技術(shù)的主要研究內(nèi)容 1.3、電力電子技術(shù)的應(yīng)用與展望1.4、電力電子與其它學(xué)科的關(guān)系1.5、電力電子技術(shù)的發(fā)展簡介第6頁，共38頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)54分，星期四20

3、22/9/2371.1、 電力電子技術(shù)的定義電力電子學(xué)(Power Electronics)這一名稱是在60年代出現(xiàn)的。1974年，美國的WENewell認(rèn)為電力電子學(xué)電子學(xué)電力學(xué)控制理論連續(xù)、離散 電路、器件靜止器、旋轉(zhuǎn)電機(jī)電力電子技術(shù)發(fā)展史上的一篇重要講演Power Electronics-Emerging from Limbo第7頁，共38頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)54分，星期四2022/9/2381.1、電力電子技術(shù)的定義電力電子技術(shù)是一門利用電力電子器件、電路理論和控制技術(shù)對電能進(jìn)行處理、控制和變換的學(xué)科，是現(xiàn)代電子學(xué)的一個(gè)重要分支，也是電工技術(shù)的分支之一。信息與能源第8頁，

4、共38頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)54分，星期四2022/9/2391.2 、主要研究內(nèi)容變流技術(shù)電力電子器件控制技術(shù)電力電子技術(shù)應(yīng)用技術(shù)第9頁，共38頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)54分，星期四2022/9/2310（一）電力電子器件是電力電子技術(shù)的基礎(chǔ)1.2 、主要研究內(nèi)容第10頁，共38頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)54分，星期四2022/9/2311電力電子變流技術(shù)，它包括用電力電子器件構(gòu)成各種電力變換電路以及由這些電路構(gòu)成電力電子裝置和電力電子系統(tǒng)的技術(shù)?！白兞鳌辈恢恢附恢绷髦g的變換，也包括直流變直流和交流變交流等變換。電力電子技術(shù)對電力的變換主要包括頻率、電壓、電流

5、、相數(shù)和波形等。電力電子電路及裝置通常被叫做變換器(Converter)。（二）變流技術(shù)是電力電子技術(shù)的核心和主體1.2 、主要研究內(nèi)容第11頁，共38頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)54分，星期四2022/9/2312（二）變流技術(shù)是電力電子技術(shù)的核心和主體1.2 、主要研究內(nèi)容交流變直流直流變交流直流變直流交流變交流電力變換第12頁，共38頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)54分，星期四2022/9/2313 （a）AC/DC變換器：把交流電變換為固定的或可調(diào)的直流電，一般叫做整流器(Rectifier)1.2 、主要研究內(nèi)容第13頁，共38頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)54分，星期

6、四2022/9/2314 （b）DC/AC變換器：把直流電變換為頻率和電壓為固定的或可調(diào)的交流電，一般叫做逆變器(Inverter)1.2 、主要研究內(nèi)容第14頁，共38頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)54分，星期四2022/9/2315 （c）DC/DC變換器：可改變電壓幅值的大小，實(shí)現(xiàn)直流對直流的變換，一般叫做斬波器(Chopper)1.2 、主要研究內(nèi)容第15頁，共38頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)54分，星期四2022/9/2316 （d）AC/AC變換器：實(shí)現(xiàn)從交流到交流的變換，把交流電變換為頻率和電壓為固定的或可調(diào)的交流電。其包括交流調(diào)壓器（AC Voltage Contro

7、ller）和周波變換器(Cycloconverter)1.2 、主要研究內(nèi)容第16頁，共38頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)54分，星期四2022/9/2317（e）復(fù)合變換電路由這些變換器組合起來的電力電子變換器，構(gòu)成復(fù)合變換電路。實(shí)際應(yīng)用的電力電子裝置，如不停電電源（UPS）、開關(guān)電源和通用型變頻器等采用的都是復(fù)合變換電路。 1.2 、主要研究內(nèi)容第17頁，共38頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)54分，星期四2022/9/2318（1）電力電子控制技術(shù)包括電力電子器件的驅(qū)動電路、緩沖電路、保護(hù)電路和整個(gè)控制系統(tǒng)以及相關(guān)控制理論和控制技術(shù)，如PWM控制技術(shù)，軟開關(guān)控制技術(shù)等。（2）電力電

8、子控制技術(shù)是目前電力電子技術(shù)研究領(lǐng)域最活躍的內(nèi)容。同一電力電子電路，由于控制水平的提高，可以使電路達(dá)到更為完善的水平。（三）電力電子控制技術(shù)是控制理論、微電子 技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)與電力電子相結(jié)合的產(chǎn)物1.2 、主要研究內(nèi)容第18頁，共38頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)54分，星期四2022/9/2319（1）電力電子裝置的熱設(shè)計(jì)（2）電力電子裝置的EMC設(shè)計(jì)（3）電力電子裝置的可靠性設(shè)計(jì)（4）開關(guān)電源設(shè)計(jì)，電機(jī)驅(qū)動裝置設(shè)計(jì)，非接觸電能傳輸系統(tǒng)設(shè)計(jì)等（四）電力電子技術(shù)的應(yīng)用技術(shù)1.2 、主要研究內(nèi)容第19頁，共38頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)54分，星期四2022/9/23201.3 、

9、電力電子技術(shù)的應(yīng)用與展望電力電子交通運(yùn)輸電力系統(tǒng)通信系統(tǒng)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)新能源系統(tǒng)航空航天家用電器現(xiàn)代軍事工業(yè)第20頁，共38頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)54分，星期四2022/9/2321 電源是所有電控裝置、自動化系統(tǒng)、通信系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的心臟。如何提高電源的質(zhì)量和可靠性，減小電源的體積，減輕電源的重量，一直是倍受人們重視的研究課題。目前控制系統(tǒng)使用的電源，如UPS電源、開關(guān)電源、變頻電源、交流穩(wěn)壓電源等，大多數(shù)都采用了電力電子技術(shù)?？梢哉f，電力電子技術(shù)主要研究的也就是電源技術(shù)。 （一）各類電源的應(yīng)用領(lǐng)域1.3 、電力電子技術(shù)的應(yīng)用與展望第21頁，共38頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)

10、54分，星期四2022/9/2322 鐵道中廣泛采用電力電子技術(shù)。電氣機(jī)車的直流機(jī)車中采用整流裝置，交流機(jī)車采用變頻裝置。直流斬波器也廣泛用于鐵道車輛。在未來的磁懸浮列車中，電力電子技術(shù)更是一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。除牽引電動機(jī)傳動外，車輛中的各種輔助電源也都離不開電力電子技術(shù)。（二）交通運(yùn)輸領(lǐng)域1.3 、電力電子技術(shù)的應(yīng)用與展望第22頁，共38頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)54分，星期四2022/9/2323 電動汽車的電機(jī)靠電力電子裝置進(jìn)行電力變換和驅(qū)動控制，其蓄電池的充電也離不開電力電子裝置。一臺高級汽車中需要許多控制電機(jī)，它們也要靠變頻器和斬波器驅(qū)動并控制。飛機(jī)、船舶需要很多不同要求的電源，因

11、此航空和航海都離不開電力電子技術(shù)。如果把電梯也算做交通運(yùn)輸工具，那么它也需要電力電子技術(shù)。以前的電梯大都采用直流調(diào)速系統(tǒng)，而近年來交流變頻調(diào)速已成為主流。（二）交通運(yùn)輸領(lǐng)域1.3 、電力電子技術(shù)的應(yīng)用與展望第23頁，共38頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)54分，星期四2022/9/2324 自動化裝置，最有代表性的是同步發(fā)電機(jī)的勵(lì) 磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)。 高壓直流輸電裝置。 靜止無功補(bǔ)償裝置。 新能源的開發(fā)和超導(dǎo)貯能裝置。 固態(tài)斷路器 切換用的電力電子斷路器。 上述電力系統(tǒng)用的電力電子裝置，除高壓直流輸電外，目前統(tǒng)稱為柔性交流輸電系統(tǒng)FACTS (Flexible AC Transmission Sy

12、stem)技術(shù)。（三）電力系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域1.3 、電力電子技術(shù)的應(yīng)用與展望第24頁，共38頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)54分，星期四2022/9/2325 工業(yè)中大量應(yīng)用各種電動機(jī)，無論是調(diào)速還是軟起動，都需要電力電子驅(qū)動裝置。 電化學(xué)工業(yè)大量使用直流電源，電解鋁、電解食鹽水等都需要大容量整流電源。電鍍裝置也需要整流電源。現(xiàn)代電焊機(jī)離不開電力電子技術(shù)。電力電子技術(shù)還大量用于冶金工業(yè)中的高頻或中頻感應(yīng)加熱電源、淬火電源及直流電弧爐電源等場合。 （四）工業(yè)自動化應(yīng)用領(lǐng)域1.3 、電力電子技術(shù)的應(yīng)用與展望第25頁，共38頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)54分，星期四2022/9/2326 傳

13、統(tǒng)的發(fā)電方式是火力發(fā)電、水力發(fā)電以及后來興起的核能發(fā)電。能源危機(jī)后，各種新能源、可再生能源及新型發(fā)電方式越來越受到重視。其中太陽能發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電的發(fā)展較快。太陽能發(fā)電和風(fēng)力發(fā)電受環(huán)境的制約，發(fā)出的電力質(zhì)量較差，常需要儲能裝置緩沖，需要改善電能質(zhì)量，這就需要電力電子技術(shù)。當(dāng)需要和電力系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)時(shí)，也離不開電力電子技術(shù)。（五）新能源開發(fā)領(lǐng)域1.3 、電力電子技術(shù)的應(yīng)用與展望第26頁，共38頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)54分，星期四2022/9/2327 家用電器的特點(diǎn)是電壓比較低，功率一般都只有幾十瓦到數(shù)百瓦，而又量大、面廣。這剛好是電力電子器件最適應(yīng)和最便宜的范圍，因而促進(jìn)了電力電子技術(shù)在這

14、一應(yīng)用領(lǐng)域的發(fā)展。從調(diào)光臺燈到電子鎮(zhèn)流器的節(jié)能燈，從變頻空調(diào)到變頻冰箱，無一不是用到電力電子技術(shù)。（六）家用電器的應(yīng)用領(lǐng)域1.3 、電力電子技術(shù)的應(yīng)用與展望第27頁，共38頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)54分，星期四2022/9/2328 電力電子技術(shù)被譽(yù)為節(jié)能冠軍，具體體現(xiàn)如下： 降低器件通態(tài)壓降和采用軟開關(guān)技術(shù)，提高電力電子裝置效率而節(jié)能。 調(diào)速節(jié)能。根據(jù)1983年國家經(jīng)委組織的專家調(diào)查組的結(jié)論可知，節(jié)約電能約達(dá)30左右。目前我國風(fēng)機(jī)約700萬臺，泵約3000萬臺，大多數(shù)設(shè)備負(fù)荷率均低于60%，如都采用調(diào)速電機(jī)，每年可節(jié)電約145億kWh，節(jié)煤約570萬噸。（七）節(jié)約能源的應(yīng)用領(lǐng)域1.

15、3 、電力電子技術(shù)的應(yīng)用與展望第28頁，共38頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)54分，星期四2022/9/2329 照明節(jié)能。目前發(fā)達(dá)國家照明耗電約占總發(fā)電量的2030%，我國約占1012%。若推廣使用采用了電力電子技術(shù)的節(jié)能燈，每年照明能耗可減少20%以上，節(jié)能效果非?？捎^。（七）節(jié)約能源的應(yīng)用領(lǐng)域1.3 、電力電子技術(shù)的應(yīng)用與展望第29頁，共38頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)54分，星期四2022/9/2330 總之，從人類對宇宙和大自然的探索，到國民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域，再到我們的衣食住行，到處都能感受到電力電子技術(shù)的存在和巨大魅力。這也激發(fā)了一代又一代的學(xué)者和工程技術(shù)人員學(xué)習(xí)、研究電力

16、電子技術(shù)并使其飛速發(fā)展。電力電子技術(shù)作為多學(xué)科交叉的邊緣學(xué)科，具有很強(qiáng)的生命力?？茖W(xué)家預(yù)言21世紀(jì)的主導(dǎo)工業(yè)第一是信息產(chǎn)業(yè)，第二是計(jì)算機(jī)與電力電子。1.3 、電力電子技術(shù)的應(yīng)用與展望第30頁，共38頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)54分，星期四2022/9/2331 科學(xué)家預(yù)言，電力電子技術(shù)和運(yùn)動控制一起，將和計(jì)算機(jī)技術(shù)共同成為未來科學(xué)技術(shù)的兩大支柱。已列入“十一五”國家科技支撐計(jì)劃重點(diǎn)項(xiàng)目“電力電子關(guān)鍵器件及重大裝備研制”1.3 、電力電子技術(shù)的應(yīng)用與展望第31頁，共38頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)54分，星期四2022/9/23321.4、電力電子與其它學(xué)科的關(guān)系都分為電子器件和電

17、子電路兩大分支，二者同根同源；兩類器件制造技術(shù)的理論基礎(chǔ)相同；制造工藝也基本相同。特別是現(xiàn)代電力電子器件的制造大都使用集成電路制造工藝，采用微電子制造技術(shù);應(yīng)用目的不同前者用于電力變換，后者用于信息處理。在微電子技術(shù)中，器件既可以處于放大狀態(tài)，也可以處于開關(guān)狀態(tài)；而在電力電子技術(shù)中為避免功率損耗過大，電力電子器件總是工作在開關(guān)狀態(tài)。（一）與微電子學(xué)的關(guān)系第32頁，共38頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)54分，星期四2022/9/2333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、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

18、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。電力電子技術(shù)的不斷進(jìn)步給電氣工程的現(xiàn)代化以巨大的推動力。1.4、電力電子與其它學(xué)科的關(guān)系（二）與電力學(xué)(電氣工程)的關(guān)系第33頁，共38頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)54分，星期四2022/9/23341.4、電力電子與其它學(xué)科的關(guān)系（三）與控制理論的關(guān)系 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化技術(shù)的基礎(chǔ)元件和重要支撐技術(shù)。第34頁，共38頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)54分，星期四2022/9/23351.4、電力電子與其它學(xué)科的關(guān)系 隨