電力電子技術(shù)基礎(chǔ) 課件 第1章-緒論

第一章緒論主講教師：XXX直流電（DirectCurrent，簡(jiǎn)稱DC），方向不隨時(shí)間變化。1747年，美國(guó)的富蘭克林提出電荷守恒定律，定義了正電和負(fù)電。1800年，意大利的伏打用鋅片與銅片夾以鹽水浸濕的紙片疊成電堆，這種裝置可以產(chǎn)生電流，被稱為伏打電堆。交流電（AlternatingCurrent，簡(jiǎn)稱AC），方向隨時(shí)間周期變化。1831年，法拉第發(fā)現(xiàn)了電磁感應(yīng)定律，并找到了制作交流電的方法。不久后，法拉第和皮克西等人發(fā)明了世界上第一臺(tái)能連續(xù)產(chǎn)生電流的發(fā)電機(jī)。電力電子技術(shù)本講PPT的部分圖片來源于網(wǎng)絡(luò)和其他文獻(xiàn)Q1：哪種形式好？Q2：電的形式是否需要轉(zhuǎn)換？Q3：電的形式是否能夠進(jìn)行轉(zhuǎn)換？電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)愛迪生特斯拉Q1：哪種形式好？A1：不一定；哪種形式更高效、更經(jīng)濟(jì)

就用哪種Q2：電的形式是否需要轉(zhuǎn)換？A2：需要，一種形式無法包打天下Q3：電的形式是否能夠進(jìn)行轉(zhuǎn)換？A3：電力電子電力電子技術(shù)選擇一：建很多小電廠，對(duì)一個(gè)大區(qū)域分散供電?選擇二：建幾個(gè)大電廠，對(duì)一個(gè)大區(qū)域集中供電？經(jīng)濟(jì)性是重要考量因素！??！在當(dāng)時(shí)的技術(shù)條件下，選擇二最終勝出，其中變壓器是決定勝負(fù)的關(guān)鍵因素之一電源輸變電配電用戶電力電子技術(shù)電源輸變電配電用戶電力電子技術(shù)因?yàn)榧夹g(shù)的進(jìn)步，電源、輸電、用戶正在發(fā)生根本性的變化，其中，我國(guó)已在眾多領(lǐng)域走在了世界的前列，例如：新能源、高壓直流輸電、電動(dòng)汽車電源輸變電配電用戶220V5V24V…電源電網(wǎng)側(cè)的固定電壓等級(jí)負(fù)載側(cè)所需的多種電壓等級(jí)電力電子2020年電能占終端能源消費(fèi)比重達(dá)到27%左右，而其中約75%的電能需要經(jīng)過電力電子設(shè)備的變換才能使用，未來這一比例會(huì)越來越高。

（數(shù)據(jù)來源：國(guó)家能源局）電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)任何需要進(jìn)行電流或電壓變換的地方，都需要用到電力電子。唯一例外

變壓器電力電子：一種通過在特定的電路結(jié)構(gòu)中，周期性的改變電路中功率半導(dǎo)體器件的導(dǎo)通、關(guān)斷狀態(tài)，從而改變電能形式的科學(xué)技術(shù)。電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)是電能變換的基礎(chǔ)，發(fā)電、輸電、用電均已離不開它。

電力電子技術(shù)的發(fā)展將持續(xù)提升人類對(duì)電能的利用能力：大到國(guó)防軍事、電氣化交通，小到家用電器、電子設(shè)備，均受益于電力電子技術(shù)的發(fā)展。電力電子技術(shù)電力電子無處不在電力電子電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)：等價(jià)距離直流輸電線造價(jià)低于交流輸電線路但換流站造價(jià)卻比交流變電站高得多。一般認(rèn)為架空線路超過600-800km，電纜線路超過40-60km直流輸電較交流輸電經(jīng)濟(jì)。隨著高電壓大容量可控硅及控制保護(hù)技術(shù)的發(fā)展，換流設(shè)備造價(jià)逐漸降低，等價(jià)距離縮短，使直流輸電近年來發(fā)展較快。1、高壓直流輸電電力電子技術(shù)經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)：線損電力電子技術(shù)經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)：環(huán)境電力電子技術(shù)2、風(fēng)力發(fā)電電力電子技術(shù)3、光伏發(fā)電光伏發(fā)電是未來的主要電源思考：為什么？電力電子技術(shù)4、電動(dòng)汽車思考：電動(dòng)汽車是否會(huì)成為主流？會(huì)帶來什么問題？電力電子技術(shù)4、電動(dòng)汽車電動(dòng)汽車三大件：電池電驅(qū)電控電力電子技術(shù)5、電氣化軌道交通時(shí)速600kM磁懸浮列車地鐵電力電子技術(shù)6、水路交通電力電子技術(shù)7、空中交通Q：飛機(jī)到底用哪種動(dòng)力好？多電飛機(jī)：飛機(jī)的二次能源用電能替代全電飛機(jī)：飛機(jī)的所有能源都是電能電力電子技術(shù)8、機(jī)器人電力電子技術(shù)9、各類電子負(fù)載植物生長(zhǎng)燈充電器數(shù)據(jù)中心電源空氣凈化變頻空調(diào)醫(yī)療美容城市景觀照明變換形式對(duì)應(yīng)名稱應(yīng)用領(lǐng)域舉例AC/DC整流直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)、適配器、LED驅(qū)動(dòng)等DC/DC直-直變換直流電源模塊、CPU電源等DC/AC逆變光伏逆變器、不間斷電源、電機(jī)驅(qū)動(dòng)、電池儲(chǔ)能逆變器等AC/AC交-交變換變頻器、軌道交通驅(qū)動(dòng)等電能變換形式電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)電能變換基本過程一種連續(xù)的電能形式（直流/交流)另一種連續(xù)的電能形式(直流/交流)連續(xù)或離散的變換電力電子裝備由有源器件和無源器件組合而成名稱功能特點(diǎn)常見器件有源器件①自身消耗電能。②除了輸入信號(hào)外，還必須要有外加電源才可以正常工作。①

分立器件：三極管、場(chǎng)效應(yīng)晶體管、晶閘管等；②模擬集成電路器件：集成運(yùn)算放大器、比較器、模擬乘/除法器、集成穩(wěn)壓器等；③數(shù)字集成電路器件：基本邏輯門、觸發(fā)器、寄存器、譯碼器、單片機(jī)、dsp器件等無源器件①自身或消耗電能，或把電能轉(zhuǎn)變?yōu)椴煌问降钠渌芰?。②只需輸入信?hào)，不需要外加電源就能正常工作。電阻、電容、電感外還包括蜂鳴器、按鍵、繼電器、變壓器、揚(yáng)聲器、開關(guān)、連接器、電線電纜、光纖、插座等。電力電子技術(shù)半導(dǎo)體器件二極管（不控）晶閘管（半控）晶體管（全控）電路DC-DCDC-ACAC-DCAC-AC控制PWM開環(huán)閉環(huán)應(yīng)用適配器光伏逆變直流輸電

學(xué)習(xí)過程電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)功率半導(dǎo)體器件不控型（二極管）半控型（晶閘管）全控型（晶體管）電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)的發(fā)展史是以電力電子器件的發(fā)展史為綱的。晶閘管問世，(“公元元年”)

IGBT及功率集成器件出現(xiàn)和發(fā)展時(shí)代晶閘管時(shí)代水銀（汞弧）整流器時(shí)代電子管問世全控型器件迅速發(fā)展時(shí)期史前期（黎明期）19041930194719571970198019902000t(年)晶體管誕生電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)不控型全控型半控型硅寬禁帶半導(dǎo)體（碳化硅、氮化鎵）金剛石功能性能半導(dǎo)體器件發(fā)展趨勢(shì)電力電子技術(shù)Q：如何組合有源器件和無源器件，構(gòu)造電能變換拓?fù)?？無源器件：是能量存儲(chǔ)的中介有源器件：實(shí)現(xiàn)0/1的操作，進(jìn)而改變電能的形式只要通過組合能夠?qū)崿F(xiàn)：電壓/電流方向不隨時(shí)間變化電壓/電流方向隨時(shí)間周期性變化電力電子技術(shù)舉例34脈寬調(diào)制(PWM)電力電子技術(shù)舉例35閉環(huán)控制電力電子技術(shù)舉例

630kW的光伏逆變器應(yīng)用(con’t)要實(shí)現(xiàn)最優(yōu)的電能變換還要結(jié)合系統(tǒng)集成相關(guān)的散熱技術(shù)、通訊技術(shù)、采樣技術(shù)、保護(hù)技術(shù)等。因此，電子電子是一門多學(xué)科交叉的學(xué)科。針對(duì)某一種電能形式變換，有源器件和無源器件會(huì)組合成最適合的電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，再施以對(duì)應(yīng)的控制方法。控制電路輸出輸入電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)選擇合適類型的變換器電源電路的設(shè)計(jì)與組裝:選擇半導(dǎo)體器件，組裝變換器及其保護(hù)電路設(shè)計(jì)控制電路、隔離電路和驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)輸入輸出濾波器設(shè)計(jì)傳感器電路和信號(hào)放大轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì)控制環(huán)路組裝整個(gè)系統(tǒng)如何設(shè)計(jì)電力電子產(chǎn)品更加深入廣泛的多學(xué)科交叉研究將促進(jìn)電力電子技術(shù)的大發(fā)展。電力電子技術(shù)的持續(xù)進(jìn)化和