电力电子技术

电力电子技术PowerElectronics主讲人：董冀媛邮箱：dongdandan9手机公室：信息楼1021,1、什么是电力电子技术？2、电力电子技术有什么用？为什么要学？3、这门课程的主要内容是什么？学习应注意哪些问题？4、考核办法,220V50Hz交流市电,低压直流电压5V12V3.3V,低压直流电压95V-130V,电力电子技术对电能变换和控制的技术,普通的白炽灯照明需要220v、50Hz的单相交流电;化学工业中的电解、电镀由低压直流电源供电；城市地铁要求有可控的高压直流电源对机车供电；通信设备如程控交换机需要48v低压直流电源；调速的直流电动机则需要由可变直流电压源供电；,绪4,用电设备对电能的电压、频率要求,而机械工业中的感应加热设备必须由中频(10kHzf50Hz)或高频(300MHzf10kHz)交流电源供电；许多高技术设备要由恒频、恒压的正弦波交流不间断电源供电UPS设备（UninterruptiblePowerSupply）；现在已得到广泛应用的交流电机变频调速则要由三相交流变频、变压电源供电；有的设备要求电源是非常好的正弦波，而发射机、快速充电设备等则要求有大功率脉冲电源。,绪5,用电设备对电能的电压、频率要求,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教材内容简介和使用说明,绪论,1.1电力电子与信息电子1.2两大分支1.3与其他学科的关系1.4地位和未来,1什么是电力电子技术,信息电子技术信息处理，电力电子技术电力变换电子技术一般即指信息电子技术，广义而言，也包括电力电子技术。,1.1电力电子与信息电子,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。目前电力电子器件均用半导体制成，故也称电力半导体器件。电力电子技术变换的“电力”，可大到数百MW甚至GW，也可小到数W甚至mW级。,1.1电力电子与信息电子,变流技术（电力电子器件应用技术）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。电力电子技术的核心，理论基础是电路理论。,1.2两大分支,电力电子器件制造技术它是电力电子技术的基础，其理论基础是半导体物理。,电力交流和直流两种从公用电网直接得到的是交流，从蓄电池和干电池得到的是直流。,电力变换四大类交流变直流、直流变交流、直流变直流、交流变交流,变流技术,进行电力变换的技术称为变流技术。,变流技术,绪14,用电力电子学技术电力变换的实例：整流,图1描述电力电子学的倒三角形,1.3与相关学科的关系,都分为器件和应用两大分支。器件的材料、工艺基本相同，采用微电子技术。应用的理论基础、分析方法、分析软件也基本相同。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；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。,与电子学（信息电子学）的关系,1.3与相关学科的关系,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、电镀、电加热、高性能交直流电源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（电气工程）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（自动化技术）的关系,1.3与相关学科的关系,电力电子技术和运动控制一起，和计算机技术共同成为未来科学技术的两大支柱。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技术是电能变换技术,是把粗电变为精电的技术，能源是人类社会的永恒话题，电能是最优质的能源，因此，电力电子技术将青春永驻。一门崭新的技术，21世纪仍将以迅猛的速度发展。,1.4地位和未来,历史是人类社会的一面镜子分析过去、现在有助于把握未来科学史是科学家的一面镜子了解一门学科的过去、现在有助于把握未来,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。,1904,1930,1947,1957,1970,1980,1990,2000,t(年),2电力电子技术的发展史,一般工业：工业中大量应用各种交直流电动机，都是用电力电子装置进行调速的。一些对调速性能要求不高的大型鼓风机等近年来也采用了变频装置，以达到节能的目的。有些并不特别要求调速的电机为了避免起动时的电流冲击而采用了软起动装置，这种软起动装置也是电力电子装置。电化学工业大量使用直流电源，电解铝、电解食盐水等都需要大容量整流电源。电镀装置也需要整流电源。电力电子技术还大量用于冶金工业中的高频或中频感应加热电源、淬火电源及直流电弧炉电源等场合。,3电力电子技术的应用,绪23,轧钢机,数控机床,冶金工业,电解铝,1）一般工业,低压直流电源供电,2）交通运输：电气化铁道中广泛采用电力电子技术。电气机车中的直流机车中采用整流装置，交流机车采用变频装置。直流斩波器也广泛用于铁道车辆。在未来的磁悬浮列车中，电力电子技术更是一项关键技术。除牵引电机传动外，车辆中的各种辅助电源也都离不开电力电子技术。电动汽车的电机依靠电力电子装置进行电力变换和驱动控制，其蓄电池的充电也离不开电力电子装置。一台高级汽车中需要许多控制电机，它们也要靠变频器和斩波器驱动并控制。飞机、船舶和电梯都离不开电力电子技术。,3电力电子技术的应用,绪25,2）交通运输,3电力电子技术的应用,可控的高压直流电源对机车供电,3）电力系统：据估计，发达国家在用户最终使用的电能中，有60%以上的电能至少经过一次以上电力电子变流装置的处理。直流输电在长距离、大容量输电时有很大的优势，其送电端的整流阀和受电端的逆变阀都采用晶闸管变流装置，而轻型直流输电则主要采用全控型的IGBT器件。近年发展起来的柔性交流输电（FACTS）也是依靠电力电子装置才得以实现的。晶闸管控制电抗器（TCR）、晶闸管投切电容器（TSC）、静止无功发生器（SVG）、有源电力滤波器（APF）等电力电子装置大量用于电力系统的无功补偿或谐波抑制。在配电网系统，电力电子装置还可用于防止电网瞬时停电、瞬时电压跌落、闪变等，以进行电能质量控制，改善供电质量。在变电所中，给操作系统提供可靠的交直流操作电源，给蓄电池充电等都需要电力电子装置。,3电力电子技术的应用,绪27,为了提高输电效率和确保系统稳定性,电力系统中的直流输电,绪28,3）电力系统,SVC,高压直流装置HVDC,柔性交流输电FACTS,3电力电子技术的应用,4）电子装置电源：各种电子装置一般都需要不同电压等级的直流电源供电。通信设备中的程控交换机所用的直流电源以前用晶闸管整流电源，现在已改为采用全控型器件的高频开关电源。大型计算机所需的工作电源、微型计算机内部的电源现在也都采用高频开关电源。在大型计算机等场合，常常需要不间断电源（UninterruptiblePowerSupply_UPS）供电，不间断电源实际就是典型的电力电子装置。,3电力电子技术的应用,绪30,4）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,48V低压直流电源,绪31,5）家用电器,绪32,6）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,提供恒频、恒压的正弦波交流电,5）家用电器：“节能灯”、变频空调6）其他：航天飞行器、新能源、发电装置新能源、可再生能源发电比如风力发电、太阳能发电，需要用电力电子技术来缓冲能量和改善电能质量。当需要和电力系统联网时，更离不开电力电子技术。核聚变反应堆在产生强大磁场和注入能量时，需要大容量的脉冲电源，这种电源就是电力电子装置。科学实验或某些特殊场合，常常需要一些特种电源，这也是电力电子技术的用武之地。,3电力电子技术的应用,绪34,图电力电子电路在不同频率功率下的应用,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。特别在大型风机、水泵采用的变频调速，在使用量十分庞大的照明电源等方面，因此它也被称为是节能技术。,3电力电子技术的应用,绪36,日常照明节能灯,电厂发电总量的10%15%消耗在电气照明上。普通白炽灯：电感启辉，无功电流较大，不能达到有效节能；节能灯:电子镇流器（一个ACDCAC变换器）启辉，减少无功电流和有功损耗，灯管寿命延长35倍、可节电50%，而且其重量仅为电感式镇流器的10%。电子镇流器的技术关键就是高频电力电子变换器，若获得广泛应用，则节能节电效益十分显著。对白炽灯进行高效节能改造，并假设推广应用30%，所节省的电能相当于三座大亚弯核电站的发电量(139亿度/年),绪37,几乎所有的传统产业与电力电子技术结合，都可以使传统产业重新焕发青春全国各行业的风机、水泵的总耗电量约占了全国发电量的30%，仅仅对风机、水泵采用变频调速等电子技术进行改造，每年即可节电500亿度以上，相当于三个葛洲坝电站的发电量(157亿度/年),电力电子技术对传统产业的改造,4教材的内容简介,每章的最后有小结，对全章的要点和重点进行总结。课时分配：课内教学学时为36学时实验单独设课（下学期上）和其他课程的关系：,电力电子技术,电力拖动自动控制系统,课程考核办法1、期末卷面考试成绩80%。包括两部分：1）卷面考题成绩70%。2）最后一题是总结学过的内容。占10%。2、平时作业10%，缺一次扣2分，扣完为止。作业要求：数学作业纸或A4纸，清晰工整。不符合要求扣一分，扣完为止。如果作业是查文献写论文，优秀的要加分。3、平时上课表现10%。迟到扣1分，旷课扣3分，扣完为止。,作业：查资料，任选一题,查阅资料：写成1000字左右的总结1、电力电子技术的发展2、电力电子技术的应用3、电力电子器件的发展,作业：查资料,4、查阅有关柔性交流输电FACTS的资料，写成1000字左右的内容介绍。主要关注以下方面：基本概念国际发展概况国内发展概况关键技术任选其一即可