电子电力技术

1、 电力电子技术电力电子技术Power Electronics1绪绪 论论2电力电子学及其内容电力电子学及其内容3什么是电力电子学？什么是电力电子学？ v电力电子学电力电子学(Power electronics) 在工程应用中称为电力电子技术。在工程应用中称为电力电子技术。v电力电子学是以电力为对象的电子学，是一门电力电子学是以电力为对象的电子学，是一门利用电力电子器件对电能进行控制和变换的学利用电力电子器件对电能进行控制和变换的学科科学科，是一门与电子、控制、电力密切相关学科，是一门与电子、控制、电力密切相关的交叉学科。的交叉学科。v国际电气和电子工程师协会（国际电气和电子工程师协会（IEEE

2、）的电力电子）的电力电子学会对电力电子技术的阐述是：学会对电力电子技术的阐述是：“有效地使用电有效地使用电子器件，应用电路和设计理论以及分析开发工具，子器件，应用电路和设计理论以及分析开发工具，实现对电能的高效率变换和控制的一门技术。实现对电能的高效率变换和控制的一门技术。v电力电子学的主要特征是控制和变换的高效率。电力电子学的主要特征是控制和变换的高效率。为了保证变换的高效率，电力电子学中的器件总为了保证变换的高效率，电力电子学中的器件总是工作在是工作在开关开关状态。状态。 传统调节与电力电子技术比较传统调节与电力电子技术比较线性稳压电源效率一般线性稳压电源效率一般50-70%开关稳压电源电

3、路效率可达开关稳压电源电路效率可达90 %电力电子器件电力电子器件v一、电力电子器件：（电力半导体器件）电力电子器件：（电力半导体器件）自自50年代第一只晶闸管问世以来，电年代第一只晶闸管问世以来，电力电子器件发展非常迅速，迄今为至，已力电子器件发展非常迅速，迄今为至，已经发展了很多不同原理，不同特性的电力经发展了很多不同原理，不同特性的电力电子器件。这些器件依据其开关控制特性电子器件。这些器件依据其开关控制特性分为三类：分为三类：v不控型器件：不控型器件：指无控制极的二端器件，如功率二极管。不具有可控开指无控制极的二端器件，如功率二极管。不具有可控开关特性。关特性。v半控型器件：半控型器件：

4、 指有控制极的三端器件，其控制极只能控制器件开通而指有控制极的三端器件，其控制极只能控制器件开通而不能控制器件关断。如晶闸管及其大部分派生器件。不能控制器件关断。如晶闸管及其大部分派生器件。v全控型器件：全控型器件： 指有控制极的三端器件，其控制极既能控制器件开通又指有控制极的三端器件，其控制极既能控制器件开通又能控制器件关断。如可关断能控制器件关断。如可关断GTO，功率晶体管，功率晶体管GTR，功率，功率场效应管场效应管MOSFET，绝缘栅极双极型晶体管，绝缘栅极双极型晶体管IGBT，静电感，静电感应晶体管应晶体管SIT，静态感应晶体管，静态感应晶体管SITH，场控晶闸管，场控晶闸管MCT等

5、。等。二、二、 电力电子电路电力电子电路 所有的电力电子电路的基本单元都可以按照电能所有的电力电子电路的基本单元都可以按照电能变换功能分成以下四类：（如图变换功能分成以下四类：（如图03）整流电路：由交流电能到直流电能的变换称为整流整流电路：由交流电能到直流电能的变换称为整流（AC/DC变换）。能实现这一功能的电路称整流电路。变换）。能实现这一功能的电路称整流电路。逆变电路：由直流电能到交流电能的变换称为逆变逆变电路：由直流电能到交流电能的变换称为逆变（DC/AC变换），能实现此功能的电路称为逆变电路。变换），能实现此功能的电路称为逆变电路。1.AC：Alternating current,

6、DC：Direct current.直流变换电路：能将直流电能（电压或电流）幅值和极直流变换电路：能将直流电能（电压或电流）幅值和极性加以改变的电路。（性加以改变的电路。（DC/DC变换电路）或斩波器。变换电路）或斩波器。交流变换电路：能将交流电能的电压、电流或频率加以交流变换电路：能将交流电能的电压、电流或频率加以改变的电路（改变的电路（AC/AC变换电路）。变换电路）。v在很多实际应用场合，一种电力电子的基本电路不能很好在很多实际应用场合，一种电力电子的基本电路不能很好地完成某种电能转换的功能，而需要用几种基本电路组成地完成某种电能转换的功能，而需要用几种基本电路组成组合变换电路来完成这些

7、功能组合变换电路来完成这些功能。v 图图04为几种将交流市电变换为可控的直流电能实现方案，为几种将交流市电变换为可控的直流电能实现方案，其中图其中图b.c.d为组合变换器。为组合变换器。三、三、 电力电子电路的辅助电路电力电子电路的辅助电路v电力电子电路必须在一些辅助电路的支持下才能正电力电子电路必须在一些辅助电路的支持下才能正常工作。这些辅助电路包括：常工作。这些辅助电路包括：控制电路：根据输入和输出的要求产生主电路所有电力控制电路：根据输入和输出的要求产生主电路所有电力电子器件的通断信号。电子器件的通断信号。驱动电路：根据控制电路给出的通断信号，提供电力电驱动电路：根据控制电路给出的通断信

8、号，提供电力电子器件足够的驱动功率，以确保电力电子器件能够可靠子器件足够的驱动功率，以确保电力电子器件能够可靠地开通和关断。地开通和关断。缓冲电路：在电力电子器件开通和关断的过程中，减缓缓冲电路：在电力电子器件开通和关断的过程中，减缓其电流或电压的上升速度，以降低其开关应力和开关损其电流或电压的上升速度，以降低其开关应力和开关损耗。耗。保护电路：在电力电子电路的电源或负载出现异常情况保护电路：在电力电子电路的电源或负载出现异常情况时，保护电力电子器件或设备免于损害。时，保护电力电子器件或设备免于损害。2. 2. 电力电子技术的应用概况：电力电子技术的应用概况：v应用领域广泛，涉及庞大的发电输电

9、设备，小到手机、家用应用领域广泛，涉及庞大的发电输电设备，小到手机、家用电器等几乎所有的电气、电子工程领域。容量从几瓦到电器等几乎所有的电气、电子工程领域。容量从几瓦到1GW不等。工作频率从几不等。工作频率从几HZ到到100MHZ。v 当代许多高新技术与电能的功率、电流、电压、频率和相当代许多高新技术与电能的功率、电流、电压、频率和相位等基本参数的转换和控制相关。现代电力电子技术能够实位等基本参数的转换和控制相关。现代电力电子技术能够实现对这些参数的精确控制和高效率的处理，为其他多项高深现对这些参数的精确控制和高效率的处理，为其他多项高深技术的发展提供了有力支持。技术的发展提供了有力支持。v

10、目前一些先进的国家，目前一些先进的国家， 60%的电能要经过电力电子技术的电能要经过电力电子技术处理处理 ，最终电力电子技术将处理绝大部分的电能。电力电，最终电力电子技术将处理绝大部分的电能。电力电子技术及其产业的进一步发展必将为大幅度节约电能、降低子技术及其产业的进一步发展必将为大幅度节约电能、降低材料消耗以及提高生产效率提供重要手段。材料消耗以及提高生产效率提供重要手段。典型的应用有：典型的应用有：v高压直流输电（高压直流输电（HVDC）v电解电镀电源电解电镀电源v电子焊机电子焊机v不断电源（不断电源（UPS）v电气传动电源（异步电机变频调速电源，磁悬浮运输系统，电气传动电源（异步电机变频

11、调速电源，磁悬浮运输系统，直流电机调速电源）。直流电机调速电源）。v感应加热：加热、熔炼。感应加热：加热、熔炼。v电子镇流器（电子镇流器（ Ballast）,节能灯，日光灯镇流器等节能灯，日光灯镇流器等v蓄电池充电器蓄电池充电器v计算机开关电源计算机开关电源v家用电器及仪表开关电源。家用电器及仪表开关电源。v电信设备电信设备48V直流开关电源直流开关电源v电动摩托车、电动汽车电动摩托车、电动汽车v太阳能、风能、潮汐、地热、波浪发电设备中能量变换器。太阳能、风能、潮汐、地热、波浪发电设备中能量变换器。3. 3. 电力电子技术的发展趋势电力电子技术的发展趋势 1.高频化高频化 提高电力电子电路的工作频率到数百提高电力电子电路的工作频率到数百KHZ甚至甚至MHZ，从而缩小电容电感元件尺寸，减轻重量。从而缩小电容电感元件尺寸，减轻重量。 2.智能化智能化 在功率半导体器件上集成触发控制电路、驱动电路、在功率半导体器件上集成触发控制电路、驱动电路、保护电路、检测电路，从而使器件具有很高的可靠性。保护电路、检测电路，从而使器件具有很高的可靠性。（Top switch 器件）器件） 3. 模块化（模块化（IPM） 将电力电子外围电路和功率半导体集成在一个模块内，将电力电子外围电路和功率半导体集成在一个模块内，从而减少引线，大大提高电路可靠性。典型应用从而减少引线，大大提高电路可靠性。