电力电子技术 课件 绪论

电力电子技术绪论目录2一

电力电子技术相关概念二

电力电子技术的发展三电力电子技术的应用四电力电子技术的研究内容电力电子技术定义国际电气和电子工程师协会(IEEE)的电力电子学会对电力电子技术的定义是：有效地使用电力半导体器件、应用电路和设计理论及分析开发工具，实现对电能的高效变换和控制的一门技术，它包括电压、电流、频率和波形等方面的变换。表征电力电子技术的倒三角形3电力电子技术的发展传统电力电子技术阶段

以晶闸管为核心的电力电子电路，在电能变换领域得到迅速而广泛的应用，变流装置由旋转方式变为静止方式，具有效率高、体积小、重量轻、寿命长、噪声小、便于维护、易于控制和响应快等优点。尽管晶闸管及其派生器件在电压、电流方面仍有一定的优势，但也存在许多不足：●

器件的关断必须要有强迫关断电路，使变换电路复杂、控制复杂、整机体积增大、效率降低和可靠性下降;●开关速度偏低，一般情况下低于400Hz，大大限制了它的应用范围；●相控运行方式会对电网造成严重的谐波污染，且电路功率因数降低等。1957年美国通用电气公司研制出第一只晶闸管，标志着电力电子技术的诞生。4电力电子技术的发展1980年至今称为现代电力电子技术阶段。20世纪80年代以后，相继出现了各种高速、全控型电力电子器件，也称自关断器件，如门极可关断晶闸管(GTO)、双极型功率晶体管(GTR)、功率场效应晶体管(MOSFET)和绝缘栅双极型晶体管(IGBT)等。现代电力电子技术阶段的主要特点：现代电力电子技术阶段●全控化●模块化●集成化●高频化●绿色化●智能化电力电子技术的展望21世纪两项占主导地位的技术：一是以计算机为核心的信息科学技术，它将提供做事情所需的智能；二是包含信息电子技术在内的电力电子技术，它将提供想要去做的手段。电力电子技术今后研究的方向是碳化硅(SiC)等下一代半导体材料。微电子技术、电力电子器件和控制理论是现代电力电子技术的发展动力。5电力电子技术的应用电源●弧焊电源●电解、电镀等低压大电流可控直流电源●不间断供电电源(UPS)●恒频、恒压通用逆变电源●低压直流开关电源●蓄电池充电电源●中频或高频感应加热电源●大功率脉冲电源和激光电源●高压特大容量电力电子变换电源电解电镀UPS感应加热6电力电子技术的应用电力传动●工艺调速传动●节能调速传动●牵引调速传动●精密调速和特种调速轧钢机风机节能调速精密调速7电力电子技术的应用电力系统高压直流输电无功静止补偿有源电力滤波柔性交流输电8电力电子技术的应用交通运输高速铁路多电/全电飞机电动汽车9电力电子技术的应用照明LED照明路灯景观照明10电力电子技术的应用新能源的开发和利用风力发电光伏发电潮汐能11电力电子技术的研究内容电力电子器件主要用于能量变换和控制，是电力电子技术发展的基础。按照这些器件的开关控制特性可分：电力电子器件●不控型不控型器件是没有控制端子的二端器件，即整流二极管，它具有不可控单向导电特性。常用的有普通整流二极管、快恢复二极管和肖特基二极管。容量达到1000A，耐压高达3000V。●半控型

半控型器件具有可控制开通，不可控制关断的单向导电开关特性，常用的有普通晶闸管(SCR)及其派生的系列晶闸管器件。●全控型

全控型器件具有可控制开通，又可控制关断的单向导电开关特性，按照器件内部参与导电的载流子不同，可以分为双极型、单极型和混合型器件。①

双极型器件内部两种载流子(自由电子和空穴)都参与导电。典型产品有GTR、GTO和SITH等。②

单极型器件内部只有一种载流子(多数载流子)参与导电。典型产品有功率MOSFET和SIT。③混合型器件是由双极型器件和单极型器件混合集成形成，也称为复合型器件。典型产品有IGBT、MCT、IGCT和功率集成电路(PIC)。12以电力电子器件为核心，采用不同的电路拓扑结构和控制方式来实现电能的变换和控制称为电力电子电路。电能变换通常可分为4大类：电力电子电路●AC/DC变换把交流电变换成固定或可调的直流电，这种变换也称为整流，包括可控整流和不可控整流，对应的变换装置称为整流电路。●DC/AC变换把直流电变换成频率和电压均可调的交流电，这种变换与整流相反，称为逆变，对应的变换装置称为逆变电路。●AC/AC变换把一种形式的交流电变换成另一种频率、电压固定或可调的交流电。其中只改变交流电压有效值称为交流调压；而将工频交流电直接转变成其他频率的交流电，称为交-交变频，对应装置也称为交-交变频器。●DC/DC变换把直流电变换为另一电压固定或可调的直流电，这种变换也称为直流斩波。电能变换类型电力电子技术的研究内容13电力电子变换电路在工作时，流向负载的电能一定要从一个或一组元器件向另一个或另一组元器件转移，这个过程叫做换流或换向。按关断器件的方法可分为以下4种换流方式：电力电子电路●器件换流

利用全控型器件的自关断能力进行换流。●电网换流由电网提供换流电压使其关断，这种换流方式只适用于有交流电网存在的场合，如整流电路，但不适用于没有交流电网的无源逆变电路。●负载换流

由负载提供换流电压或电流使其关断。●强迫换流由外部电路向导通器件强迫施加反向电压或反向电流使其关断，这种换流方式需要设置附加的换流电路。强迫换流通常利用附加电容上所储存的能量来实现，因此也称为电容换流。电力电子技术的研究内容14控制技术是控制理论、微电子技术和计算机技术与电力电子相结合的产物。要使电力电子变换装置获得较高的动态性能和稳态精度，必须采用相应的控制规律或控制策略。控制技术●控制方式

电力电子电路的控制方式，一般都是按照