Chapter0 - 电力电子技术介绍

1,电力电子技术,武汉理工大学自动化学院,PowerElectronics,夏泽中PhD,2,关于课程性质与教学要求,课程性质电力电子技术是自动化专业的专业基础课电力电子技术是自动化专业的必修课教学要求课堂教学实验教学考核方法平时成绩：20%实验成绩：10%课程考试：70%,3,教材与主要参考资料,电力电子技术第四版西安交通大学王兆安黄俊主编PowerElectronicSystems-TheoryandDesignJaiP.Agrawal电力电子学电力电子变换和控制技术陈坚高等教育出版社,4,1什么是电力电子技术2电力电子技术的发展史3电力电子技术的应用4课程内容介绍,绪论,5,1.1电子技术（电子学）与电力电子技术（电力电子学）1.2器件与电路1.3与相关学科的关系1.4地位与未来发展,1什么是电力电子技术,6,1.1电子技术与电力电子技术,信息电子技术,电力电子技术,模拟电子技术数字电子技术,研究电子器件，以及利用电子器件构成信号处理电路，用于电路中电信号的产生、变换、处理、存储、发送和接收对信息的有效处理、传输与控制,电子技术,研究半导体电力电子器件，以及利用电力电子器件构成电力变换电路，并对这些电路进行控制将电子技术和控制技术引入到传统的电力技术领域，使电能得到髙质量和髙效率的利用,7,1.1电子技术与电力电子技术,电力电子技术使用电力电子器件对电能进行变换和控制的技术，即应用于电力领域的电子技术电力半导体器件目前电力电子器件均用半导体制成，故也称为电力半导体器件电力变换对电能利用的过程中，电力电子技术变换的“电力”，其功率可大到数百MW甚至GW，也可小到数W甚至mW级,8,1.2器件与电路,电力电子技术的兩大研究领域器件和电路,器件,电路,变流技术用电力电子器件构成电力变换电路和对其进行控制的技术，以及构成电力电子装置和电力电子系统的技术是电力电子技术的核心其理论基础是电路理论,电力电子器件术以微电子精细加工技术生产高频、高压、大电流和全控型半导体电力开关器件的技术电力电子技术的物质基础其理论基础是半导体物理,9,1.2器件与电路,变流技术对电力进行变换与控制的技术两种形式的电力直流（DC）从直流发电机、蓄电池、干电池等电源得到交流（AC）从公用电力网、交流发电机得到变流器的四种类型交流变直流（ACDC）直流变交流（DCAC）直流变直流（DCDC）交流变交流（ACAC）,10,表1电力变换的种类,1.2器件与电路,11,1.2器件与电路,电力变换电路（变流器）类型的进一步描述,12,电力电子学(PowerElectronics)IEC将电力电子变换和控制技术命名为电力电子学,1.3与相关学科的关系,电力电子学是电力学、电子学与控制理论三者结合的交叉学科1974年，美国的W.Newell用图1的倒三角形对电力电子学进行了描述，被全世界普遍接受。,13,1.3与相关学科的关系,都分为器件与电路应用两大分支器件制造两者采用基本相同的材料、工艺和微电子制造技术电路设计和分析应用的理论基础、分析方法也基本相同器件和电路工作特点信息电子电路的器件可工作在开关状态，也可工作在放大状态，而电力电子电路的器件一般只工作在开关状态二者同根同源,电力电子技术与（信息）电子学的关系,14,1.3与相关学科的关系,电力电子技术广泛用于电气工程中以有效利用电能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高性能交直流电源电解、电镀、电加热学科关系国内外均把电力电子技术归为电气工程的一个分支电力电子技术是电气工程学科中最为活跃的一个分支,与电力学（电力技术或电气工程）之关系,15,1.3与相关学科的关系,控制理论广泛用于电力电子系统中电力电子技术是弱电控制强电的技术是弱电和强电的接口控制理论是这种接口的有力纽带电力电子装置是自动化技术的基础元件和重要支撑技术,与控制理论（控制技术或自动化技术）的关系,16,1.4地位和未来发展,在人类生活和生产活动中，电力电子技术占有重要的地位计算机人脑电力电子技术消化系统和循环系统电力电子运动控制肌肉和四肢电力电子变换与控制技术在能量变换中具有巨大的技术经济意义电力电子技术是电能变换技术,是把粗电变为精电的技术高质量和髙效率利用电能精密加工和制造中的驱动、交通运输中的牵引输变电、风机、水泵、照明、电化学工业能源是人类社会活力的源泉，电能是最优质的能源，因此，电力电子技术将青春永驻可以预计，这门崭新的技术，21世纪仍将以迅猛的速度发展,17,2电力电子技术的发展史,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,18,一般工业交直流电机、电化学工业、冶金工业交通运输电气化铁道、电动汽车、航空、航海电力系统高压直流输电、柔性交流输电、无功补偿电子装置电源为信息电子装置提供动力家用电器“节能灯”、变频空调其他：UPS、航天飞行器、新能源、发电装置,3电力电子技术的应用,19,轧钢机,数控机床,冶金工业,电解铝,1）一般工业,3电力电子技术的应用,20,2）交通运输,3电力电子技术的应用,21,3）电力系统,静止无功发生器SVG,高压直流装置HVDC,柔性交流输电FACTS,3电力电子技术的应用,22,4）电子装置用电源,程控交换机,电子装置,微型计算机,3电力电子技术的应用,23,5）家用电器,3电力电子技术的应用,24,6）其他,大型计算机的UPS,航天技术,新型能源,3电力电子技术的应用,25,总之，电力电子技术的应用范围十分广泛，激发人们学习、研究电力电子技术并使其飞速发展电力电子装置提供给负载的是各种不同的电源，因此可以说，电力电子技术研究的也就是电源技术电力电子技术对节省电能有重要意义。在大型风机、水泵驱动中采用变频调速，在使用量十分庞大的照明应用中采用高效率电源等，因此它也被称为是节能技术,3电力电子技术的应用,26,4课程内容介绍,4.1课程内容简介4.2课程教学计划,27,4.1课程内容简介,28,课时分配课内教学学时：40学时实验教学学时：8学时课程时间114周和其他课程的关系：,电路电子技术基础,电力电子技术,电力拖动自动控制系统,4.2课程教学计划,29,教学基本要求,教学基本要求掌握晶闸管、电力MOSFET、IGBT等电力电子器件的结构、原理、特性和使用方法熟悉和掌握各种基本的整流电路、直流斩波电路、交流交流电力变换电路和逆变电路的结构、工作原理、波形分析和控制方法掌握PWM技术的工作原理和控制特性了解软开关技术的基本原理了解电力电子技术的应用范围和发展