《电力电子技术》 绪论

1、? ?电力电子技术电力电子技术? ?工程工程1 1 绪论绪论工程工程1 1 绪论绪论v 工程导读工程导读 v 电力电子技术是用于电能变换和功率控制的电力电子技术是用于电能变换和功率控制的电子技术。电力电子技术是弱电控制强电的电子技术。电力电子技术是弱电控制强电的方法和手段，是当代高新技术开展的重要内方法和手段，是当代高新技术开展的重要内容，也是支持电力系统技术革新和技术革命容，也是支持电力系统技术革新和技术革命开展的重要根底，并成为节能降耗、增产节开展的重要根底，并成为节能降耗、增产节约、提高生产效能的重要技术手段。电力电约、提高生产效能的重要技术手段。电力电子技术的应用领域已经深入到国民经济

2、的各子技术的应用领域已经深入到国民经济的各个部门，包括钢铁、冶金、化工、电力、石个部门，包括钢铁、冶金、化工、电力、石油、汽车、运输以及人们的日常生活。油、汽车、运输以及人们的日常生活。v 电力电子技术是电力系统中开展最快、最具电力电子技术是电力系统中开展最快、最具影响的组成局部。电力电子装置与传统的以影响的组成局部。电力电子装置与传统的以机械式开关操作的设备相比，具有动态响应机械式开关操作的设备相比，具有动态响应快，控制方便、灵活的特点，能够显著地改快，控制方便、灵活的特点，能够显著地改善电力系统的特性，在提高系统稳定、降低善电力系统的特性，在提高系统稳定、降低运行风险、节约运行本钱方面具有

3、很大的潜运行风险、节约运行本钱方面具有很大的潜力。力。工程工程1 1 绪论绪论v 工程目标工程目标 v 知识目标：了解电力电子技术的开展概况、知识目标：了解电力电子技术的开展概况、动态、应用领域等。为后续学习内容提供方动态、应用领域等。为后续学习内容提供方向。向。v 能力目标：掌握最新电力电子技术开展趋势，能力目标：掌握最新电力电子技术开展趋势，学会用电力电子技术的方法去分析和解决实学会用电力电子技术的方法去分析和解决实际工作的技能。际工作的技能。工程工程1 1 绪论绪论任务1.1 电力电子技术概念及其开展史12任务4.2 电力电子技术的应用主要内容：主要内容：任务任务1.1 电力电子技术概念

4、及其开展史电力电子技术概念及其开展史v 1.1.1 电力电子技术的概念电力电子技术的概念v 电子技术包括信息电子技术和电力电子技术两大局部。电子技术包括信息电子技术和电力电子技术两大局部。v 电力电子技术是利用功率半导体器件的开关作用对电源电力电子技术是利用功率半导体器件的开关作用对电源的电压、电流、频率、波形等进行变换及控制的电能变换与控制的电压、电流、频率、波形等进行变换及控制的电能变换与控制技术。技术。v 电力学是以探讨大电流强电电力学是以探讨大电流强电 高功率的电路为主的学科。高功率的电路为主的学科。v 电子学是以研究电子微观运动产生的物理现象作为根底，其相关电子学是以研究电子微观运动

5、产生的物理现象作为根底，其相关技术在通信、控制、技术在通信、控制、IT信息、电力领域有大量的应用。信息、电力领域有大量的应用。v 总体来讲，电力电子技术涵盖了电子器件、变流技术、控制技术，总体来讲，电力电子技术涵盖了电子器件、变流技术、控制技术，大量地应用于发电、供电、输电、配电、电能转换、电力使用及大量地应用于发电、供电、输电、配电、电能转换、电力使用及电力转换器等领域。电力转换器等领域。电力电子技术电力电子技术电力学电子学任务任务1.1 电力电子技术概念及其开展史电力电子技术概念及其开展史晶闸管晶体管水银整流器电子管1957年1947年20世纪30年代到50年代1904年任务任务1.1 电

6、力电子技术概念及其开展史电力电子技术概念及其开展史v 1.1.2 电力电子器件和电子技术的开展电力电子器件和电子技术的开展v 晶闸管电路主要采用相位控制方式。晶闸管的关断通常依靠电网晶闸管电路主要采用相位控制方式。晶闸管的关断通常依靠电网电压等外部条件来实现。这就使得晶闸管的应用受到了很大的局电压等外部条件来实现。这就使得晶闸管的应用受到了很大的局限。限。v 70年代后期，以门极可关断晶闸管年代后期，以门极可关断晶闸管GTO、电力双极型晶体、电力双极型晶体管管BJT和电力场效应晶体管和电力场效应晶体管Power-MOSFET为代表的为代表的全控型器件迅速开展。全控型器件迅速开展。v 全控型器件

7、的特点是，通过对门极基极、栅极的控制既可使全控型器件的特点是，通过对门极基极、栅极的控制既可使其开通又可使其关断。其开通又可使其关断。v 采用全控型器件的电路的主要控制方式为脉冲宽度调制采用全控型器件的电路的主要控制方式为脉冲宽度调制PWM方式。相对于相位控制方式，可称之为斩波控制方式，简称斩控方式。相对于相位控制方式，可称之为斩波控制方式，简称斩控方式。方式。任务任务1.1 电力电子技术概念及其开展史电力电子技术概念及其开展史v 1.1.2 电力电子器件和电子技术的开展电力电子器件和电子技术的开展v 在在80年代后期，以绝缘栅极双极型晶体管年代后期，以绝缘栅极双极型晶体管IGBT为代表的复合

8、型器件为代表的复合型器件 它是它是MOSFET和和BJT的复的复合，综合了两者的优点。而合，综合了两者的优点。而MOS控制晶闸管控制晶闸管MCT和集成门极换流晶闸管和集成门极换流晶闸管IGCT复合了复合了MOSFET和和GTO。v 电力电子集成电路电力电子集成电路PIC 驱动、控制、保护电驱动、控制、保护电路和电力电子器件集成在一起。电力电子集成技术包路和电力电子器件集成在一起。电力电子集成技术包括以括以PIC为代表的单片集成技术、混合集成技术以及为代表的单片集成技术、混合集成技术以及系统集成技术。系统集成技术。v 随着全控型电力电子器件的不断进步，电力电子电路随着全控型电力电子器件的不断进步

9、，电力电子电路的工作频率也不断提高。与此同时，软开关技术的应的工作频率也不断提高。与此同时，软开关技术的应用在理论上可以使电力电子器件的开关损耗降为零，用在理论上可以使电力电子器件的开关损耗降为零，从而提高了电力电子装置的功率密度。从而提高了电力电子装置的功率密度。 任务任务1.2 电力电子技术应用电力电子技术应用一般工业中的应用一般工业中的应用蓄能机组调速电化学工业冶金工业交直流电动机的启动与调速 任务任务1.2 电力电子技术应用电力电子技术应用电力系统中的应用电力系统中的应用无功补偿或谐波抑制柔性交流输电电能质量控制提供可靠的交直流直流输电无功补偿器 任务任务1.2 电力电子技术应用电力电

10、子技术应用交通运输设施中的应用交通运输设施中的应用电动汽车车辆中辅助电源飞机、船舶电梯电气机车磁悬浮列车 任务任务1.2 电力电子技术应用电力电子技术应用电子装置用电源电子装置用电源家用电器中的应用家用电器中的应用新能源中的应用新能源中的应用T航空航天飞行器航空航天飞行器国防武器装备中的应用国防武器装备中的应用1.采用不同电压等级的直流电源供电2.采用不间断电源3.应急电源的蓄电池供电装置1.电视机、音响设备、家用计算机产品等的电源局部2.空调、洗衣机、电冰箱、微波炉、电子计算机等大功率电器的电路控制系统风力发电、太阳能发电等缓冲能量和改善电能质量1.航天飞行器中的各种电子仪器的电源2.载人航

11、天器的各种电源等 工程1 绪论v稳固练习稳固练习v什么是电力电子技术？什么是电力电子技术？v1.2 试述电力电子技术的开展史？试述电力电子技术的开展史？v简述电力电子技术在工业和家用电器中的应用？简述电力电子技术在工业和家用电器中的应用？ 工程1 绪论v 知识拓展知识拓展 电力电子技术的开展趋势电力电子技术的开展趋势v 自自20世纪五十年代末第一只晶闸管问世以来，电力电世纪五十年代末第一只晶闸管问世以来，电力电子技术开始作为现代电气传动技术的重要技术支撑，子技术开始作为现代电气传动技术的重要技术支撑，以此为根底开发的可控硅整流装置，是电气传动领域以此为根底开发的可控硅整流装置，是电气传动领域的

12、一次革命，使电能的变换和控制从旋转变流机组和的一次革命，使电能的变换和控制从旋转变流机组和静止离子变流器进入由电力电子器件构成的变流器时静止离子变流器进入由电力电子器件构成的变流器时代，这标志着电力电子的诞生。代，这标志着电力电子的诞生。v 过去电力电子技术是以低频技术处理的，现在电力电过去电力电子技术是以低频技术处理的，现在电力电子的开展向着高频技术处理开展。其开展先后经历了子的开展向着高频技术处理开展。其开展先后经历了整流器时代、逆变器时代和变频器时代，在不断的开整流器时代、逆变器时代和变频器时代，在不断的开展中促进了现代电力电子技术的广泛应用。展中促进了现代电力电子技术的广泛应用。v 随

13、着电子器件的开展变化，从随着电子器件的开展变化，从1904年出现电子管，年出现电子管， 1947年晶体管诞生开始形成电力电子技术，接着年晶体管诞生开始形成电力电子技术，接着1956的晶闸管的出现标志电力电子技术逐渐形成一门学科，的晶闸管的出现标志电力电子技术逐渐形成一门学科，以功率以功率MOS-FET和和IGBT为代表的、集高频、高压和为代表的、集高频、高压和大电流于一身的功率半导体复合器件的出现，说明已大电流于一身的功率半导体复合器件的出现，说明已经进入现代电子电力技术开展时代。经进入现代电子电力技术开展时代。 工程1 绪论v功率器件和电源单元的模块化，使用方便，缩小整机体积，器件承受的电应

14、力降至最低，极大提高系统的可靠性。此时，电力电子技术具有全控化、电路形式弱电化、集成化、高频化和数字化的特点。更能带来节能、节省材料和减少污染的经济效益和生态效益，能控制精度高、防止模拟信号的畸变失真，减小杂散信号的干扰，改善了工作条件。v进入90年代电力电子器件的研究和开发，已进入高频化、标准模块化、集成化和智能时代。从理论分析和实验证明电气产品的体积与重量的缩小同供电频率的平方根成反比，也就说， 当我们将50Hz的标准二频大幅的提高之后，使用这样工频的电气设备的体积与重量就能大大缩小，使电气设备节约制造材料，运行时节约电能，设备的系统性能也大为改善。因此，电力电子器件的高频化是今后电力电子

15、技术创新的主导方向，而硬件结构的标准模块是器件开展的必然趋势。目前先进的模块，已经包括开关元件和与其反向并联的续流二极管及驱动保护电路多个单元，并都能以标准化的生产出系列产品，并且可以在一致性与可靠性上到达极高的水平。目前世界上许多大公司已开发出IPM智能化功率模块，如日本三菱、东芝及美国的国际整流器公司已有成熟的产品推出。v电力电子技术的创新与电力电子器件制造工艺，已成为世界各国工业自动化控制和机电一体化领域竞争最剧烈的阵地，各兴旺国家均在这一领域注入极大的人力，物力和财力，使之进入高科技行业，就电力电子技术的理论研究而言，目前日本、美国及法国、荷兰、丹麦等西欧国家都在竞相开展，在这些国家各

16、种先进的电力电子器件在不断开发完善，促进电力电子技术向着高频化迈进，实现用电设备的高效节能，为真正实现工控设备的小型化，轻量化，智能化奠定了重要的技术根底，也为21世纪电力电子技术的不断拓展创新描绘了广阔的前景。我国开发研制电力电子器件的综合技术能力与国外兴旺国家相比，仍有较大的差距，要开展和创新我国电力电子技术，应该重视科技开发，坚持产、学、研相结合走共同开展之路。从学习国外先进技术，逐步走上自主创新、从交叉学科的相互渗透中创新、从器件开发选择及电路结构变换上创新，这对电力电子技术创新是提供方法和思路。同时要从器件制造工艺技术引导创新，从新材料科学的应用上创新，以此推动电力电子器制造工艺的技术创新，提高器件的可靠性。并要把技术创新与产品应用及市场推广有机结合，加快我国科技创新能力，不断强化科技自我开展和开发的水平，形成良性循环，保障科技创新有着稳定的技术根底， 工程1 绪论v 随着电力电子器件的进一步开展，电力电子技术开展趋势表现为：v 1. 向更大容量和更小容量的两个方向开展。v 2. 向集成化方向开展。v 集成化具有高可靠