電力電子技術(shù)第五版王兆安-1緒論課件

第1

1.1什么是電力電子技術(shù)

1.2電力電子技術(shù)的發(fā)展史

1.3電力電子技術(shù)的應(yīng)用

1.4本教材的內(nèi)容簡介1.1什么是電力電子技術(shù)■電力電子技術(shù)的概念◆電力電子技術(shù)就是應(yīng)用于電力領(lǐng)域的電子技術(shù)。

?電力電子技術(shù)中所變換的“電力”有區(qū)別于“電力系統(tǒng)”所指的“電力”，后者特指電力網(wǎng)的“電力”。

?電子技術(shù)包括信息電子技術(shù)(模擬電子技術(shù)和數(shù)字電子技術(shù))和電力電子技術(shù)兩大分支。2/211.1什么是電力電子技術(shù)◆具體地說，電力電子技術(shù)就是使用電力電子器件對電能進行變換和控制的技術(shù)。

?電力電子器件是電力電子技術(shù)的基礎(chǔ)。

?變流技術(shù)則是電力電子技術(shù)的核心。

輸入輸出

交流（AC）

直流（DC）

直流（DC）整流

直流斬波

交流（AC）交流電力控制變頻、變相逆變

3/21表1-1電力變換的種類1.1什么是電力電子技術(shù)?電力電子技術(shù)和電子學

電力電子器件的制造技術(shù)的理論和工藝與用于信息變換的電子器件制造技術(shù)相同。?電力電子技術(shù)和電力學電力電子技術(shù)廣泛用于電氣工程中，這是電力電子學和電力學的主要關(guān)系。5/211.1什么是電力電子技術(shù)

?

電力電子技術(shù)與電氣工程學科的關(guān)系

隸屬于電氣工程一級學科

電力電子技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展必須依賴其它學科

電力電子技術(shù)促進了其他學科的發(fā)展

圖1-2電氣工程的雙三角形描述6/211.1什么是電力電子技術(shù)?電力電子技術(shù)和控制理論控制理論使電力電子裝置和系統(tǒng)的性能不斷滿足人們?nèi)找嬖鲩L的各種需求。電力電子技術(shù)是弱電和強電之間的接口而控制理論則是實現(xiàn)這種接口的一條強有力的紐帶?？刂评碚撌亲詣踊夹g(shù)的理論基礎(chǔ)，而電力電子裝置則是自動化技術(shù)的基礎(chǔ)元件和重要支撐技術(shù)。

7/211.2電力電子技術(shù)的發(fā)展史◆晶閘管出現(xiàn)前的時期可稱為電力電子技術(shù)的史前期或黎明期。

?電子管(1904)，在真空中對電子流進行控制，并應(yīng)用于通信和無線電，從而開啟了電子技術(shù)用于電力領(lǐng)域的先河。

?水銀整流器(1930s-1950s)，廣泛用于電化學工業(yè)、電氣鐵道直流變電所以及軋鋼用直流電動機的傳動，甚至用于直流輸電。這一時期，各種整流電路、逆變電路、周波變流電路的理論已經(jīng)發(fā)展成熟并廣為應(yīng)用。在這一時期，也應(yīng)用直流發(fā)電機組來變流。

?1947年美國著名的貝爾實驗室發(fā)明了晶體管，引發(fā)了電子技術(shù)的一場革命。

9/211.2電力電子技術(shù)的發(fā)展史◆晶閘管時代

?晶閘管憑借其優(yōu)越的電氣性能和控制性能，很快就取代了水銀整流器和旋轉(zhuǎn)變流機組，并且其應(yīng)用范圍也迅速擴大。電力電子技術(shù)的概念和基礎(chǔ)就是由于晶閘管及晶閘管變流技術(shù)的發(fā)展而確立的。?晶閘管是通過對門極的控制能夠使其導通而不能使其關(guān)斷的器件，屬于半控型器件。對晶閘管電路的控制方式主要是相位控制方式，簡稱相控方式。

?晶閘管的關(guān)斷通常依靠電網(wǎng)電壓等外部條件來實現(xiàn)。這就使得晶閘管的應(yīng)用受到了很大的局限。10/211.2電力電子技術(shù)的發(fā)展史◆全控型器件和電力電子集成電路（PIC）?70年代后期，以門極可關(guān)斷晶閘管（GTO）、電力雙極型晶體管（BJT）和電力場效應(yīng)晶體管（Power-MOSFET）為代表的全控型器件迅速發(fā)展。

全控型器件的特點是，通過對門極（基極、柵極）的控制既可使其開通又可使其關(guān)斷。?采用全控型器件的電路的主要控制方式為脈沖寬度調(diào)制（PWM）方式。相對于相位控制方式，可稱之為斬波控制方式，簡稱斬控方式。?在80年代后期，以絕緣柵極雙極型晶體管（IGBT）為代表的復(fù)合型器件異軍突起。它是MOSFET和BJT的復(fù)合，綜合了兩者的優(yōu)點。與此相對，MOS控制晶閘管（MCT）和集成門極換流晶閘管（IGCT）復(fù)合了MOSFET和GTO。11/211.3電力電子技術(shù)的應(yīng)用■電力電子技術(shù)的應(yīng)用范圍

◆一般工業(yè)

?工業(yè)中大量應(yīng)用各種交直流電動機，都是用電力電子裝置進行調(diào)速的。一些對調(diào)速性能要求不高的大型鼓風機等近年來也采用了變頻裝置，以達到節(jié)能的目的。避免調(diào)速電機起動時的電流沖擊的軟起動裝置。?電化學工業(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?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。13/211.3電力電子技術(shù)的應(yīng)用◆交通運輸?電氣化鐵道：電氣機車中的直流機車中采用整流裝置，交流機車采用變頻裝置。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)更是一項關(guān)鍵技術(shù)。除牽引電機傳動外，車輛中的各種輔助電源也都離不開電力電子技術(shù)。

?電動汽車：電機依靠電力電子裝置進行電力變換和驅(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，它們也要靠變頻器和斬波器驅(qū)動并控制。

?飛機、船舶和電梯都離不開電力電子技術(shù)。14/211.3電力電子技術(shù)的應(yīng)用◆電力系統(tǒng)?用戶終端：發(fā)達國家在用戶使用的電能中，有60%以上的電能至少經(jīng)過一次以上電力電子變流裝置的處理。

?直流輸電：其送電端的整流閥和受電端的逆變閥都采用晶閘管變流裝置，而輕型直流輸電則主要采用全控型的IGBT器件。近年發(fā)展起來的柔性交流輸電（FACTS）也是依靠電力電子裝置才得以實現(xiàn)的。?電能質(zhì)量提高：晶閘管控制電抗器（TCR）、晶閘管投切電容器（TSC）、靜止無功發(fā)生器（SVG）、有源電力濾波器（APF）等電力電子裝置大量用于電力系統(tǒng)的無功補償或諧波抑制。

?

在配電網(wǎng)系統(tǒng)，電力電子裝置還可用于防止電網(wǎng)瞬時停電、瞬時電壓跌落、閃變等。

?在變電所中，給操作系統(tǒng)提供可靠的交直流操作電源，給蓄電池充電等都需要電力電子裝置。

15/211.3電力電子技術(shù)的應(yīng)用◆電子裝置用電源

?各種電子裝置一般都需要不同電壓等級的直流電源供電。通信設(shè)備中的程控交換機所用的直流電源以前用晶閘管整流電源，現(xiàn)在已改為采用全控型器件的高頻開關(guān)電源。大型計算機所需的工作電源、微型計算機內(nèi)部的電源現(xiàn)在也都采用高頻開關(guān)電源。

?在大型計算機等場合，常常需要不間斷電源（UninterruptiblePowerSupply__UPS）供電，不間斷電源實際就是典型的電力電子裝置。17/211.3電力電子技術(shù)的應(yīng)用◆家用電器

?電力電子照明電源體積小、發(fā)光效率高、可節(jié)省大量能源，正在逐步取代傳統(tǒng)的白熾燈和日光燈。

?空調(diào)、電視機、音響設(shè)備、家用計算機，不少洗衣機、電冰箱、微波爐等電器也應(yīng)用了電力電子技術(shù)。◆其它

?航天飛行器中的各種電子儀器需要電源，載人航天器也離不開各種電源，這些都必需采用電力電子技術(shù)。?抽水儲能發(fā)電站的大型電動機需要用電力電子技術(shù)來起動和調(diào)速。超導儲能是未來的一種儲能方式，它需要強大的直流電源供電，這也離不開電力電子技術(shù)。18/211.3電力電子技術(shù)的應(yīng)用總之，電力電子技術(shù)的應(yīng)用越來越廣，其地位也越來越重要。

19/21?新能源、可再生能源發(fā)電需要用電力電子技術(shù)來緩沖能量和改善電能質(zhì)量。當需要和電力系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)時，更離不開電力電子技術(shù)。?核聚變反應(yīng)堆在產(chǎn)生強大磁場和注入能量時，需要大容量的脈沖電源，這種電源就是電力電子裝置?？茖W實驗或某些特殊場合，常需要一些特種電源。圖1-7風場■參考書目?趙良炳.現(xiàn)代電力電子器件基礎(chǔ).北京:清華大學出版社,1995.?丁道宏.電力電子技術(shù).北京:航空工業(yè)出版社,1992.?張占松,蔡宣三.開關(guān)電源的原理與設(shè)計.北京:電子工業(yè)出版社,1998.?李先允,陳剛.電力電子技術(shù)習題集.北京:中國電力出版社,2008.■網(wǎng)絡(luò)資源??21/21學習目標初級目