第0章绪论NEW.ppt

电力电子技术电力电子技术 电力电子技术电力电子技术教教 材材：王兆安，黄俊王兆安，黄俊 电力电子技术电力电子技术（第（第4 4版），机械工业出版社版），机械工业出版社 参考书参考书：（1 1）陈坚，电力电子学）陈坚，电力电子学电力电子变换和控制技术（第二版）电力电子变换和控制技术（第二版）高等教育出版社，高等教育出版社，2004.12 2004.12 （2 2）林辉）林辉.王辉王辉.电力电子技术电力电子技术.武汉：武汉理工大学出版社武汉：武汉理工大学出版社 第第1 1版版 （3 3）洪乃刚，电力电子技术，清华大学出版社）洪乃刚，电力电子技术，清华大学出版社 （4 4）M MD DSinghSingh，K K电力电子电力电子 （）清华大学出版社。（）清华大学出版社。绪绪 论论一、一、电力电子技术的学科地位电力电子技术的学科地位二、二、电力电子技术的内容电力电子技术的内容三、三、电力电子技术的发展电力电子技术的发展四、四、电力电子技术的应用电力电子技术的应用五、五、课程的主要内容和要求课程的主要内容和要求 n 电源电源n直流电源：n交流电源：参数：电压、电流、功率参数：电压、电流、频率、相位 有功功率、有功功率、功率因数常用直流电能：蓄电池、干电池 特征：电压基本稳定常用交流电能：交流电网、备用发电机组 特征：电压、频率、相位基本稳定一、电力电子技术的学科地位一、电力电子技术的学科地位u需求背景需求背景n电能负载电能负载n直流负载：n交流负载：要求：电压、电流、功率可调要求：电压、电流、频率、相位 有功功率、有功功率、功率因数可控一、电力电子技术的学科地位一、电力电子技术的学科地位n电能变换电能变换高效、快速、静高效、快速、静止的电能变换对国止的电能变换对国民经济和社会生活民经济和社会生活至关重要至关重要一、电力电子技术的学科地位一、电力电子技术的学科地位IEEEIEEE说法：说法：Power electronics is the technology associated with the efficient conversion,control and conditioning of electric power by static means from its available input form into the desired electrical output form 将电子技术和控制技术引入传统的电力技术领域，将电子技术和控制技术引入传统的电力技术领域，利用半导体电力开关器件组成各种电力变换电路实现电利用半导体电力开关器件组成各种电力变换电路实现电能的变换和控制能的变换和控制，构成了一门完整的学科，被，构成了一门完整的学科，被国际电工国际电工委员会委员会命名为电力电子学（命名为电力电子学（Power ElectronicsPower Electronics）或称）或称为电力电子技术。为电力电子技术。u电力电子技术定电力电子技术定义义一、电力电子技术的学科地位一、电力电子技术的学科地位国内的主要提法国内的主要提法：u电力电子技术是应用于电力领域的电子技术，是一电力电子技术是应用于电力领域的电子技术，是一 门利用电力电子器件、电路理论和控制技术对电能进门利用电力电子器件、电路理论和控制技术对电能进行处理、控制和变换的学科，是现代电子学的一个重行处理、控制和变换的学科，是现代电子学的一个重要分支，也是电工技术的分支之一。要分支，也是电工技术的分支之一。u使用电力电子器件对电能进行变换和控制的技术使用电力电子器件对电能进行变换和控制的技术u 电力电子技术是与电能处理相关的技术学科。将电电力电子技术是与电能处理相关的技术学科。将电子技术与控制技术应用到电力领域，通过电力电子器子技术与控制技术应用到电力领域，通过电力电子器件组成各种电力变换电路，实现电能的转换与控制，件组成各种电力变换电路，实现电能的转换与控制，称为电力电子技术，或电力电子学。称为电力电子技术，或电力电子学。一、电力电子技术的学科地位一、电力电子技术的学科地位n电力电子技术属于电子技电力电子技术属于电子技术范畴术范畴信息电子技术信息电子技术 用于信息处理的电子技术用于信息处理的电子技术（模拟电子技术和数字电子技术）（模拟电子技术和数字电子技术）电力电子技术电力电子技术 应用于电力领域的电子技术。应用于电力领域的电子技术。（电力电子器件技术和（电力电子器件技术和 功率变功率变换技术（变流技术、电能变换换技术（变流技术、电能变换技术）技术）u电力电子技术的学科地位电力电子技术的学科地位 数字电子数字电子技术技术模拟电子模拟电子技术技术电力电子电力电子技术技术信息电子信息电子技术技术电子技术电子技术一、电力电子技术的学科地位一、电力电子技术的学科地位n电力电子学（电力电子学（Power Electronics)学科学科 美国学者美国学者W.Newell认为电力电子学是由认为电力电子学是由电力学电力学、电子学电子学和和控制控制理论理论三个学科交叉而形成的。三个学科交叉而形成的。电力电子技术电力电子技术与电力电子学与电力电子学 并无实质的不同，只不过前并无实质的不同，只不过前 者从工程技术角度而后者从者从工程技术角度而后者从 学术角度来称呼所研究的学科。学术角度来称呼所研究的学科。通常把电力电子技术通常把电力电子技术 归属于电气工程学科归属于电气工程学科一、电力电子技术的学科地位一、电力电子技术的学科地位n电力电子技术和电子学的关系电力电子技术和电子学的关系器件的工作状态器件的工作状态信息电子：既可放大，也可开关电力电子：为避免功率损耗过大，总在开关状态 （电力电子技术的一个重要特征）广义而言，电子电路中的功放和功率输出也可算做电力电子电路电力电子电路广泛用于电视机、计算机等电子装置中，其电源部分 都是电力电子电路 电力电子电路和电子电路电力电子电路和电子电路 许多分析方法一致，仅应用目的不同电力变换和控制电力变换和控制信息处理信息处理一、电力电子技术的学科地位一、电力电子技术的学科地位n电力电子技术与电气工程的关系电力电子技术与电气工程的关系电力电子技术广泛用于电气工程和电力系统中电力电子技术广泛用于电气工程和电力系统中电力电子装置广泛用于高压直流输电、静止无功补偿、电力电子装置广泛用于高压直流输电、静止无功补偿、电力机车牵引、交直流电力传动、电解、励磁、电加电力机车牵引、交直流电力传动、电解、励磁、电加热、高性能交直流电源等热、高性能交直流电源等通常把电力电子技术归属于电气工程学科通常把电力电子技术归属于电气工程学科电力电子是电气工程学科中一个最为活跃的分支，电力电子是电气工程学科中一个最为活跃的分支，其不断进步给电气工程的现代化以巨大的推动力其不断进步给电气工程的现代化以巨大的推动力一、电力电子技术的学科地位一、电力电子技术的学科地位n电力电子技术与控制工程的关系电力电子技术与控制工程的关系控制理论广泛用于电力电子技术，使电力电子装置和控制理论广泛用于电力电子技术，使电力电子装置和系统的性能满足各种需求系统的性能满足各种需求电力电子技术可看成电力电子技术可看成“弱电控制强电弱电控制强电”的技术，是的技术，是“弱电和强电的接口弱电和强电的接口”，控制理论是实现该接口的强，控制理论是实现该接口的强有力纽带有力纽带控制理论和自动化技术密不可分，而电力电子装置是控制理论和自动化技术密不可分，而电力电子装置是自动化技术的基础元件和重要支撑技术自动化技术的基础元件和重要支撑技术一、电力电子技术的学科地位一、电力电子技术的学科地位n电力电子技术的特点电力电子技术的特点它是横跨电力、电子和控制三大电气工程技术之间它是横跨电力、电子和控制三大电气工程技术之间的交叉学科的交叉学科弱电控制强电的学科交叉技术；所涉及的学科广泛，弱电控制强电的学科交叉技术；所涉及的学科广泛，包括：基础理论（固体物理、电磁学、电路理论）、包括：基础理论（固体物理、电磁学、电路理论）、专业理论（电力系统、电子学、传热学、系统与控专业理论（电力系统、电子学、传热学、系统与控制、电机学及电力传动、通信理论、信号处理、微制、电机学及电力传动、通信理论、信号处理、微电子技术）以及专门技术（电磁测量、计算机仿真、电子技术）以及专门技术（电磁测量、计算机仿真、CAD）等。）等。多学科知识的综合设计技术多学科知识的综合设计技术一、电力电子技术的学科地位一、电力电子技术的学科地位u电力电子装置的典型结构：电力电子装置的典型结构：变换电路：由电力电子器件构成不同功能的电路 实现对电能的转换（功率处理器）控制电路：由信息处理电路，采用控制理论，实现对功率处理器控制（信息处理器）二、电力电子技术的内容二、电力电子技术的内容n电力电子器件：电力电子器件：电力电子器件机理：电力电子器件机理：电力电子器件可靠性；高低温及极限条件下的器件特性；无源元件集成方法与理论；新型电力电子功率集成芯片与集成模块设计、热模型、电磁干扰分析等。电力电子器件制造：电力电子器件制造：电力电子器件工艺技术与制造装备备；电力电子器件检测技术与装备。电力电子技术的基础，理论基础是半导体物理三、电力电子技术的内容三、电力电子技术的内容u电力电子技术的内容电力电子技术的内容u变流技术（电力电子器件应用技术）变流技术（电力电子器件应用技术）电力电子变流技术：电力电子变流技术：电力电子系统的分析与控制电力电子系统的分析与控制 用电力电子器件构成电力变换电路对电能进行变换与控制的技术，用电力电子器件构成电力变换电路对电能进行变换与控制的技术，即构成电力电子装置或电力电子系统即构成电力电子装置或电力电子系统,是电力电子技术的核心，理论是电力电子技术的核心，理论基础是电路理论基础是电路理论三、电力电子技术的内容三、电力电子技术的内容各种应用目的的电力电子变流电路；各种应用目的的电力电子变流电路；电力电子变流器的智能化、模电力电子变流器的智能化、模块化、标准化技术；块化、标准化技术；多种变流器的组合方法和分布式结构技术；多种变流器的组合方法和分布式结构技术；变流器的调制及控制策略；电力电子系统的控制技术；变流器的调制及控制策略；电力电子系统的控制技术；电力电子仿真建模；电力电子系统的设计计算。电力电子仿真建模；电力电子系统的设计计算。u电力电子电能电力电子电能 变换形式变换形式 输入输入 输出输出 交流交流（AC）直流直流（DC）直流直流（DC）整流整流 直流斩波直流斩波 交流交流（AC）交流电力控制交流电力控制变频、变相变频、变相逆变逆变 三、电力电子技术的内容三、电力电子技术的内容 电力电子器件的发展对电力电子技术的发展起着决定性的作用，因电力电子器件的发展对电力电子技术的发展起着决定性的作用，因 此，电力电子技术的发展史是以电力电子器件的发展史为纲的。此，电力电子技术的发展史是以电力电子器件的发展史为纲的。1957年发明晶闸管是极为重要的标志年发明晶闸管是极为重要的标志 三、电力电子技术的发展三、电力电子技术的发展u电力电子器件的发展电力电子器件的发展1904年：电子管问世；之后出现了汞弧整流器。汞弧整流器：把水银年：电子管问世；之后出现了汞弧整流器。汞弧整流器：把水银封于真空管内，利用对其蒸气的点弧可对大电流进行控制，其性能和封于真空管内，利用对其蒸气的点弧可对大电流进行控制，其性能和晶闸管很相似。晶闸管很相似。1947年：美国著名的贝尔实验室发明了晶体管，引发了电子技术的一年：美国著名的贝尔实验室发明了晶体管，引发了电子技术的一场革命。场革命。1956年：美国研制出了最先用于电力领域的半导体器件年：美国研制出了最先用于电力领域的半导体器件硅整流二硅整流二极管（极管（SR）。它广泛用于电化学工业、电气铁道直流变电所、轧钢用）。它广泛用于电化学工业、电气铁道直流变电所、轧钢用直流电动机的传动，甚至用于直流输电。直流电动机的传动，甚至用于直流输电。1957年：美国通用电气公司发明了晶闸管（年：美国通用电气公司发明了晶闸管（SCR），（即普通反向阻），（