《电力电子技术》教案

-1-《电力电子技术》教案.第一章电力电子技术概述电力电子技术是20世纪后半叶发展起来的一门高新技术，它涉及电能的转换、控制和调节。随着社会经济的快速发展，电力电子技术在工业、交通、家电、通信等领域得到了广泛应用，极大地推动了现代化社会的进步。电力电子技术主要包括电力电子器件、电力电子电路和电力电子系统三部分。电力电子器件是电力电子技术的核心，主要包括二极管、晶闸管、功率MOSFET、绝缘栅双极型晶体管（IGBT）等。这些器件具有体积小、重量轻、开关速度快、效率高等优点，使得电力电子技术在能源转换和利用方面具有显著优势。电力电子技术的核心是电力电子器件，其性能的优劣直接影响到整个电力电子系统的性能。例如，IGBT作为一种高频、大功率、高可靠性的电力电子器件，已被广泛应用于变频调速、电力系统保护、新能源发电等领域。据统计，全球IGBT市场规模在2019年达到了约50亿美元，预计到2025年将超过100亿美元。在电力电子电路方面，电力电子技术通过开关器件和电路元件的组合，实现了电能的高效转换和控制。例如，在电动汽车的驱动系统中，电力电子电路将电池的直流电转换为交流电，驱动电动机旋转，实现车辆的加速、减速和制动。电力电子技术在电力系统中的应用日益广泛，不仅提高了电力系统的可靠性和稳定性，还实现了能源的高效利用和环境保护。以风力发电为例，风力发电机通过风力驱动叶片旋转，产生交流电，再通过电力电子变流器将交流电转换为直流电，然后通过逆变器将直流电转换为交流电，实现与电网的并网。据统计，全球风力发电装机容量在2019年达到了约650GW，预计到2025年将超过900GW。电力电子技术在新能源发电、智能电网、电动汽车等领域的发展，将有助于推动全球能源结构的优化和可持续发展。第二章电力电子器件(1)电力电子器件是电力电子技术的基础，主要包括二极管、晶闸管、MOSFET、IGBT等。这些器件在电力电子系统中起着至关重要的作用，能够实现电能的高效转换和控制。例如，MOSFET以其高开关速度和低导通电阻而广泛应用于变频调速、通信等领域。据市场调研数据显示，全球MOSFET市场规模在2018年达到了约100亿美元，预计到2023年将增长至150亿美元。(2)晶闸管（Thyristor）是电力电子器件中的一种重要类型，它具有可控导通特性，广泛应用于电力系统的开关、调节和保护。晶闸管的出现，使得电力电子技术在电力系统中的应用得到了极大的扩展。例如，晶闸管在变频调速中的应用，使得电动机的运行效率得到了显著提高。据统计，全球晶闸管市场规模在2019年约为50亿美元，预计到2024年将增长至70亿美元。(3)IGBT（绝缘栅双极型晶体管）是电力电子器件中的一种高性能器件，它结合了MOSFET的高开关速度和晶闸管的大电流承载能力。IGBT在电力电子系统中具有广泛的应用，如新能源发电、电动汽车驱动、工业自动化等。据市场研究数据显示，全球IGBT市场规模在2018年约为40亿美元，预计到2023年将增长至60亿美元。随着技术的不断进步，IGBT的性能和可靠性将进一步提高，为电力电子技术的发展提供有力支持。第三章电力电子电路(1)电力电子电路是电力电子技术的重要组成部分，主要包括逆变器、斩波器、整流器、变频器等。逆变器是将直流电转换为交流电的电路，广泛应用于太阳能光伏发电、风力发电等领域。例如，在光伏发电系统中，逆变器将光伏电池板产生的直流电转换为可供家用或并网的交流电。(2)斩波器是一种可控的开关电路，它能够调节负载两端电压或电流的大小。斩波器在变频调速、电机控制等领域有广泛应用。通过改变斩波器的开关频率和占空比，可以实现电机平滑的加速和减速。据统计，全球变频调速市场规模在2018年达到了约300亿美元，预计到2024年将增长至500亿美元。(3)整流器是将交流电转换为直流电的电路，它是许多电力电子应用的基础。整流器有全波整流和半波整流之分，全波整流器的效率更高。在电力电子技术中，整流器广泛应用于充电器、UPS不间断电源、直流电动机控制等。例如，手机充电器中的整流电路，将交流电源转换为稳定的直流电源为手机充电。第四章电力电子技术在电力系统中的应用(1)电力电子技术在电力系统中的应用日益广泛，其中最重要的应用之一是电能的质量控制和调节。例如，电力电子变流器可以用于调节电压和频率，确保电力系统的稳定运行。在电网中，变流器能够实现电力电子设备与电网的平滑接入，提高电网的供电质量。据统计，全球电力电子变流器市场规模在2019年约为100亿美元，预计到2025年将增长至150亿美元。(2)电力电子技术在新能源发电领域扮演着关键角色。太阳能光伏发电和风力发电系统中的逆变器将直流电转换为交流电，并实现与电网的并网。这些逆变器不仅提高了新能源发电的效率，还通过电力电子技术实现了发电系统的智能化控制。例如，全球光伏逆变器市场规模在2018年约为50亿美元，预计到2023年将增长至70亿美元。(3)在智能电网的建设中，电力电子技术同样发挥着重要作用。通过电力电子设备，可以实现电网的分布式发电、智能调度和需求响应。例如，智能电网中的储能系