電力電子技術(shù)（第2版） 第1章 緒論

課程學(xué)時(shí)：48學(xué)時(shí)電力電子技術(shù)目錄第１章緒論第２章電力電子器件第３章直流—直流變換電路第４章逆變電路第５章整流電路第６章交流—交流變換電路第７章軟開關(guān)技術(shù)第１章緒論

１.１電力電子技術(shù)概述１.2電力電子技術(shù)的發(fā)展概況及未來(lái)前景１.3電力電子技術(shù)的應(yīng)用思考題與習(xí)題聽說(shuō)過(guò)電力電子的概念嗎？什么是電力電子技術(shù)？你認(rèn)為電力電子技術(shù)應(yīng)該研究什么內(nèi)容？１.１電力電子技術(shù)概述

１.１.１電力電子技術(shù)研究的內(nèi)容

２０００年，ＩＥＥＥ終身會(huì)員、美國(guó)電力電子學(xué)會(huì)前主席將電力電子技術(shù)定義為：電力電子技術(shù)是通過(guò)靜止的手段對(duì)電能進(jìn)行有效的變換、控制和調(diào)節(jié)，從而把可利用的輸入電能形式變成所希望的輸出電能形式的技術(shù)。1.1.1電力電子技術(shù)研究的內(nèi)容

2000年，IEEE終身會(huì)員、美國(guó)電力電子學(xué)會(huì)前主席將電力電子技術(shù)定義為：電力電子技術(shù)是通過(guò)靜止的手段對(duì)電能進(jìn)行有效的變換、控制和調(diào)節(jié)，從而把可利用的輸入電能形式變成所希望的輸出電能形式的技術(shù)。電力電子器件電力電子技術(shù)的核心電能主要分為——直流電和交流電兩種。電力電子技術(shù)核心就是對(duì)電能進(jìn)行變換和控制。因此電能變換四大類交流變直流（AC-DC）、直流變交流（DC—AC）、直流變直流（DC—DC）、交流變交流（AC—AC）

進(jìn)行電能變換的技術(shù)稱為變流技術(shù)。１.１.2電力電子變換的類型電力電子技術(shù)的變換不僅包括了電能種類的相互變換，還包括了對(duì)電壓、電流、頻率、波形和相數(shù)等的變換和控制。1.1.2電力電子變換類型逆變電路直流—直流變換電路（斬波電路）直流交流—交流變換電路（交流電力控制變頻、變相）整流電路交流交流直流

輸出輸入電力電子技術(shù)也可以說(shuō)是:利用電力電子器件為核心，構(gòu)成相應(yīng)的電路或裝置，使得輸入電能形式通過(guò)電力電子裝置變成所希望的輸出電能形式的技術(shù)。因此：1.1.3電力電子技術(shù)和其他學(xué)科的關(guān)系“電力電子技術(shù)是電子技術(shù)、電力技術(shù)和控制技術(shù)三大學(xué)科的交叉?！眻D１．１ＷｉｌｌｉａｍＥ．Ｎｅｗｅｌｌ提出的倒三角如圖1.2所示，電子技術(shù)分為信息電子技術(shù)和電力電子技術(shù)兩大分支。如圖1.1倒三角所示，電子技術(shù)包括器件和電路兩部分。電力電子器件和信息電子器件都是采用半導(dǎo)體材料制成，兩者的大多數(shù)制造工藝也是一致的。1.1.3電力電子技術(shù)和其他學(xué)科的關(guān)系

與電子技術(shù)的關(guān)系電力電子電路和信息電子電路的分析方法、理論基礎(chǔ)相同。電力電子電路用于電力變換和控制，其器件總是工作在開關(guān)狀態(tài)（其處理的電能功率一般是“大功率”，但也可以處理“小功率”）。信息電子電路用于信息處理，其器件可以工作在開關(guān)狀態(tài)，也可工作在放大狀態(tài)（其處理的電能功率一般是“小功率”）。1.1.3電力電子技術(shù)和其他學(xué)科的關(guān)系

與電力技術(shù)（電氣工程）的關(guān)系電力技術(shù)是一門涉及發(fā)電、輸電、配電及電力應(yīng)用的科學(xué)技術(shù)。1.1.3電力電子技術(shù)和其他學(xué)科的關(guān)系

與電力技術(shù)（電氣工程）的關(guān)系電力電子技術(shù)廣泛用于電氣工程中高壓直流輸電靜止無(wú)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(guó)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。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)。

與控制技術(shù)的關(guān)系1.1.3電力電子技術(shù)和其他學(xué)科的關(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)的發(fā)展取決于電力電子器件的發(fā)展和進(jìn)步。GTO、GTR、電力場(chǎng)效應(yīng)晶體管、IGBT等全控型器件晶閘管問(wèn)世：標(biāo)志著現(xiàn)代電力電子技術(shù)的誕生。水銀（汞?。┱髌鳌㈤l流管電子管問(wèn)世第一階段：電子管、離子管（閘流管、汞弧整流器）的發(fā)展與應(yīng)用階段；1876194719571970198019902000t(年)晶體管誕生1904硒整流器第二階段：晶閘管的發(fā)展與應(yīng)用階段第三階段：全控型器件得到了廣泛的應(yīng)用、并發(fā)展迅速。第四階段：電力電子器件進(jìn)入高頻化、標(biāo)準(zhǔn)模塊化、集成化和智能化時(shí)代。功率集成電路（PIC）、電力電子積木（FEBB）（１）電力電子器件的發(fā)展概況1.3電力電子技術(shù)的發(fā)展概況及未來(lái)前景第一階段：通常認(rèn)為，1957年美國(guó)通用電氣公司研制出第一個(gè)電力電子半導(dǎo)體器件晶閘管，標(biāo)志著現(xiàn)代電力電子技術(shù)誕生。但在此之前電力電子技術(shù)的變換電路就已經(jīng)初步形成，利用的是電子管、水銀整流器、閘流管等“非半導(dǎo)體器件”構(gòu)成電力電子變換電路。第二階段：電力電子半導(dǎo)體器件晶閘管的發(fā)展與應(yīng)用階段。隨著器件制造水平的不斷提高，晶閘管在變流裝置中的應(yīng)用技術(shù)日趨成熟，變流技術(shù)所涉及的應(yīng)用領(lǐng)域也在不斷擴(kuò)展。第三階段：全控型半導(dǎo)體器件的發(fā)展與應(yīng)用階段。全控型器件的開關(guān)頻率比晶閘管的開關(guān)頻率高，全控型器件構(gòu)成的變流電路向高頻化發(fā)展。第四個(gè)階段：復(fù)合/新型器件時(shí)代。從20世紀(jì)90年代開始，電力電子器件進(jìn)入高頻化、標(biāo)準(zhǔn)模塊化、集成化和智能化時(shí)代。通常將電力電子器件、驅(qū)動(dòng)、檢測(cè)、控制、保護(hù)電路等集成在一起，構(gòu)成功率集成電路（PowerIntegratedCircuit,PIC），它最大的優(yōu)勢(shì)是較少引線，提高可靠性，其經(jīng)濟(jì)效益也明顯增加。1.3電力電子技術(shù)的發(fā)展概況及未來(lái)前景（２）電力電子電路及其控制技術(shù)的發(fā)展1.2.2電力電子技術(shù)的未來(lái)前景電力電子技術(shù)和運(yùn)動(dòng)控制一起，和計(jì)算機(jī)技術(shù)共同成為未來(lái)科學(xué)技術(shù)的兩大支柱。計(jì)算機(jī)人腦電力電子技術(shù)消化系統(tǒng)和循環(huán)系統(tǒng)電力電子+運(yùn)動(dòng)控制肌肉和四肢電力電子技術(shù)是電能變換技術(shù)，是把粗電變?yōu)榫姷募夹g(shù)，能源是人類永恒的話題，因此，電力電子技術(shù)的地位舉足輕重。一門嶄新的技術(shù)，21世紀(jì)仍將以迅猛的速度發(fā)展。

未來(lái)電力電子技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)將朝著集成化、標(biāo)準(zhǔn)模塊化、智能化、大容量、高頻率、高效率、高可靠性和節(jié)能環(huán)保的方向發(fā)展。1.3電力電子技術(shù)的應(yīng)用討論：舉例說(shuō)明，你所知道的電力電子技術(shù)的應(yīng)用？

1.3電力電子技術(shù)的應(yīng)用（1）家用電器討論：你所知道的電力電子技術(shù)在家用電器中的應(yīng)用？鎮(zhèn)流器，節(jié)能燈，LED照明燈的整流器、變頻空調(diào)等電視機(jī)、個(gè)人計(jì)算機(jī)、手機(jī)等家用電器（２）電力系統(tǒng)電力電子技術(shù)應(yīng)用于電力系統(tǒng)的發(fā)電、輸電、變電、配電等各個(gè)環(huán)節(jié)1.3電力電子技術(shù)的應(yīng)用（２）電力系統(tǒng)電力電子技術(shù)應(yīng)用于電力系統(tǒng)的發(fā)電、輸電、變電、配電等各個(gè)環(huán)節(jié)1.3電力電子技術(shù)的應(yīng)用高壓直流裝置HVDC■高壓直流輸電（HighVoltageDCTransmission——HVDC）是電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)中最早開始的應(yīng)用領(lǐng)域，20世紀(jì)50年代以來(lái)，當(dāng)電力電子技術(shù)的發(fā)展帶來(lái)了可靠的高壓大功率交直流轉(zhuǎn)換技術(shù)之后，高壓直流輸電越來(lái)越受到人們的關(guān)注。中國(guó)南方電網(wǎng)公司安順換流站2023/2/122輸電網(wǎng)中靈活交流輸電技術(shù)(FACTS)1986年提出，應(yīng)用電力電子最新發(fā)展成就及現(xiàn)代控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)交流輸電系統(tǒng)參數(shù)及網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的靈活快速控制，以實(shí)現(xiàn)輸送功率的合理分配，降低功率損耗和發(fā)電成本，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性和安全性。

（２）電力系統(tǒng)柔性交流輸電FACTS1.3電力電子技術(shù)的應(yīng)用操作電源是供高壓斷路器控制回路、繼電保護(hù)回路、信號(hào)回路、監(jiān)測(cè)裝置及自動(dòng)化裝置等二次回路所需的工作電源。（２）電力系統(tǒng)1.3電力電子技術(shù)的應(yīng)用充電模塊監(jiān)控模塊直流饋電柜交流配電單元電池室絕緣監(jiān)測(cè)模塊一種直流電源系統(tǒng)圖靜止無(wú)功補(bǔ)償器（SVC）SVC具有響應(yīng)速度快、平滑調(diào)節(jié)性能好、補(bǔ)償效率高、維修方便及諧波、噪聲、損耗均小等優(yōu)點(diǎn)，因此應(yīng)用越來(lái)越廣泛。

靜止型無(wú)功功率自動(dòng)補(bǔ)償裝置由可控的可調(diào)電抗器與電容器并聯(lián)組成，電容器可發(fā)出無(wú)功功率，可控電抗器可吸收無(wú)功功率。適用于沖擊性負(fù)荷的無(wú)功補(bǔ)償。（２）電力系統(tǒng)---無(wú)功補(bǔ)償1.3電力電子技術(shù)的應(yīng)用ＳＶＣ結(jié)構(gòu)形式有多種，但其基本元件主要為晶閘管控制的電抗器（ＴＣＲ）和晶閘管投切的電容器（ＴＳＣ）。圖10-35TSC基本原理圖a)基本單元單相簡(jiǎn)圖b)分組投切單相簡(jiǎn)圖圖10-38晶閘管控制電抗器(TCR)電路SVC25可再生能源發(fā)電和變換(3)新能源的開發(fā)和利用1.3電力電子技術(shù)的應(yīng)用2023/2/126Trains&locomotives火車，機(jī)車

Subways地鐵

Trolleybuses電車

Magneticlevitation磁懸浮列車

Electricvehicles電動(dòng)車

Automotiveelectronics自動(dòng)驅(qū)動(dòng)

Shippowersystems船用電源

Aircraftpowersystems航空電源

（4）交通運(yùn)輸1.3電力電子技術(shù)的應(yīng)用2023/2/127富士高速機(jī)車（4）交通運(yùn)輸1.3電力電子技術(shù)的應(yīng)用（4）交通運(yùn)輸1.3電力電子技術(shù)的應(yīng)用2023/2/129交直流電機(jī)電化學(xué)工業(yè)（電解，電鍍等電化學(xué)工業(yè)用電源。）冶金工業(yè)（冶金工業(yè)用感應(yīng)加熱電源，淬火電源及直流電弧爐電源。）（5）工業(yè)生產(chǎn)1.3電力電子技術(shù)的應(yīng)用30軋鋼機(jī)數(shù)控機(jī)床電解鋁冶金工業(yè)（5）工業(yè)生產(chǎn)1.3電力電子技術(shù)的應(yīng)用31數(shù)碼產(chǎn)品（6）其他1.3電力電子技術(shù)的應(yīng)用除上述領(lǐng)域需要用到電力電子技術(shù)以外，其他領(lǐng)域幾乎都離不開電力電子技術(shù)。大型計(jì)算機(jī)的UPS緒－32總之，電力電子技術(shù)的應(yīng)用范圍十分廣泛，激發(fā)人們學(xué)習(xí)、研究電力電子技術(shù)并使其飛速發(fā)展。電力電子裝置提供給負(fù)載的是各種不同的電源，因此可以說(shuō)，電力電子技術(shù)研究的也就是電源技術(shù)。電力電子技術(shù)對(duì)節(jié)省電能有重要意義。特別在大型風(fēng)機(jī)、水泵采用變頻調(diào)速，在使用量十分龐大的照明電源等方面，因此它也被稱為是節(jié)能技術(shù)。1.3電力電子技術(shù)的應(yīng)用思考題與習(xí)題

1.1電力電子技術(shù)的