第4章 从强电到弱电

共66页第1页,第一节半导体技术,导体技术的发展1、什么是半导体,共66页第2页,导体技术的发展,2、半导体的发现3、半导体发展史4、半导体发现的意义,真空管,半导体,共66页第3页,导体技术的发展,集成电路,共66页第4页,半导体器件与半导体工作的基本原理,（1）PN结,共66页第5页,半导体器件与半导体工作的基本原理,（2）二极管（3）二极管的类型,a)点接触型,b)面接触型,c)平面型,共66页第6页,二极管的伏安特性,2CP10硅二极管,2AP2锗二极管,共66页第7页,半导体器件与半导体工作的基本原理,（4）晶体三极管,NPN型,PNP型,共66页第8页,半导体器件与半导体工作的基本原理,三极管电流实验分配接线,共66页第9页,半导体器件与半导体工作的基本原理,（5）MOS场效应管也称金属氧化物半导体场效应管分为耗尽型和增强型,共66页第10页,半导体器件与半导体工作的基本原理,（6）晶闸管结构：四层半导体、三个PN结,晶闸管的结构,共66页第11页,半导体器件与半导体工作的基本原理,晶闸管的等效电路图,共66页第12页,半导体器件与半导体工作的基本原理,(7)集成电路三次变革：1、以加工制造为主导的IC产业发展的初级阶段。2、Foundry公司与IC设计公司的崛起。3、IC产业跨入以竞争为导向的高级阶段。,共66页第13页,半导体器件与半导体工作的基本原理,(8)微处理器（CPU）是一种大规模集成电路,共66页第14页,半导体制造过程,共66页第15页,第二节电力电子技术,电力电子学是从电工学分支出来的，是由电力系统、控制理论和电子学等学科发展起来的新型边缘性学科。电力电子学的特点是具有很强的应用性和与其他学科的交叉融合性，也是电力电子学的基础理论和应用技术在短短的几十年间得以飞速发展的一个重要因素。,共66页第16页,电力电子学定义与应用,1、定义,电力电子技术的Newell定义,共66页第17页,电力电子学定义与应用,电力电子技术的新定义,共66页第18页,电力电子学定义与应用,2、电力电子技术的构成电力半导体器件、电力电子成套装置及控制理论构成。,共66页第19页,电力电子学定义与应用,3、电力电子技术的应用范围1在电力系统中的应用发电环节、输配电系统、储能系统等方面。,飞轮储能系统,共66页第20页,电力电子学定义与应用,2.在电机调速传动中的应用,共66页第21页,电力电子学定义与应用,3在工业生产供电电源中的应用,共66页第22页,电力电子学定义与应用,4在汽车工业中的应用电子开关替代传统的机械开关无触点点火电子自动变速改造直流电源系统电子监控,共66页第23页,共66页第24页,电力电子学定义与应用,5在航天及国防中的应用6在民用与消费品方面的应用,共66页第25页,电力电子学定义与应用,4、电力电子技术的作用电力半导体器件,共66页第26页,电力电子学定义与应用,家庭领域工业自动化环保方面,共66页第27页,电力电子器件,电力整流管,共66页第28页,电力电子器件,普通晶闸管及其派生器件,共66页第29页,电力电子器件,全控型电力电子器件,门极可关断晶闸管（GTO）,大功率晶体管,共66页第30页,双极型静电感应晶体管（BSIT）,功率场效应晶体管,共66页第31页,大功率晶体管（GTR）,共66页第32页,电力电子器件,复合型电力电子器件,绝缘门极双极型晶体管（IGBT）,共66页第33页,MOS控制晶闸管（MCT）,共66页第34页,电力电子器件,功率集成电路（PIC）,共66页第35页,电力电子技术在各个领域中的应用,（一）功率变换技术,电能的变换形式,共66页第36页,电力电子技术在各个领域中的应用,典型的整体电源结构,共66页第37页,电力电子技术在各个领域中的应用,直流分布结构示意图,共66页第38页,电力电子技术在各个领域中的应用,（二）电力系统中的电力电子技术1电磁兼容、谐波抑制及电力质量控制2在柔性交流输电中的应用3在高质量供电方面的应用,共66页第39页,电力电子技术在各个领域中的应用,交流分布电源结构（ACDPA）,共66页第40页,电力电子技术在各个领域中的应用,电容负载三相不控整流器电流波整形技术拓扑,共66页第41页,电力电子技术在各个领域中的应用,常规12脉电力电子系统,共66页第42页,电力电子技术在各个领域中的应用,装UPFC的系统结构,共66页第43页,电力电子技术在各个领域中的应用,柔性配电系统的控制元件构成图,共66页第44页,电力电子技术的发展,新器件,共66页第45页,电力电子技术的发展,21世纪电力电子的研究与发展的重点能源、环保、信息与通信、生命科学、生产、材料、交通,共66页第46页,第三节计算机的发展与应用,计算机的发展,共66页第47页,计算机的发展,计算机硬件结构,共66页第48页,计算机的发展,模型计算机CPU内部逻辑示意图,共66页第49页,第四节计算机控制系统,计算机控制=计算机技术+自动控制理论+通讯技术+网络技术特点：1.用软件可以实现复杂的控制规律；2可以显示、存储、打印系统的运行状态，具有报警功能，人机接口功能；3控制规律可以很方便的改变；4通讯组网功能。,共66页第50页,计算机控制系统,单回路常规控制系统,共66页第51页,计算机控制系统,单回路计算机控制系统,共66页第52页,计算机控制系统的组成,计算机控制系统原理图,共66页第53页,计算机控制系统的组成,共66页第54页,计算机控制系统的分类,操作指导控制系统组成框图,共66页第55页,操作指导控制系统,操作指导控制系统的特点:（1）结构简单，控制灵活和安全；（2）可减少大量常规显示、记录仪表；（3）无输出过程通道；（4）人工操作，速度受到限制，不易控制多个对象。,共66页第56页,操作指导控制系统,计算机巡回检测系统,共66页第57页,操作指导控制系统,计算机直接数字控制（DDC）系统,共66页第58页,计算机直接数字控制（DDC）系统,DDC系统实例框图,共66页第59页,计算机直接数字控制（DDC）系统,DDC控制的特点：（1）系统直接控制生产过程，属闭环控制；（2）可控制多个回路；（3）可实现灵活的控制算法，改变软件即可；（4）对计算机要求实时性好、可靠性高。,共66页第60页,计算机监督控制（SCC）系统,SCC+模拟调节器控制系统,共66页第61页,计算机监督控制（SCC）系统,SCC+DDC控制系统,共66页第62页,计算机监督控制（SCC）系统,分级计算机控制系统层次结构,共66页第63页,计算机监督控制（SCC）系统,集散型计算机控制系统,共66页第64页,计算机集散控制系统（DCS）,DCS定义：采用分散控制、集中操作、分级管理、分而自治和综合协调的设计原则，把系统从上到下分为分散过程控制级、集中操作监控级、综合信息管理级，形成分级分布式控制。特点：控制分散，显示操作集中；系统可靠性高。,共66页第65页,现场总线控制系统,现场总线控制系统结构模式为：“工作