电力电子技术 第一章 绪论.ppt

1、1、电力电子技术Power Electronics，2、希望大家遵守教学纪律，书面请假，不要随便旷课。 不定期点名，作为平时成绩的评价标准之一。 平时的成绩占总成绩的20%，包括工作评定和平时的工作。 另外，本课程有实验，实验成绩修订为总成绩，占10%，期末考试占70%。 上课时不要接电话，不要影响别人的学习。 3、第一章绪论、四、电力电子技术的应用、三、电力电子技术的发展史、一、电力电子技术和特征、二、电力电子技术研究的内容、五、本教材的内容概要、四、一、电力电子技术和特征电子技术，包括信息电子技术和电力电子技术。 信息电子技术安娜计程仪电子技术和数字电子技术。 现在，电力电子淀积老虎钳都是

2、用半导体制作的，也被称为电力半导体淀积老虎钳。 由电力电子技术变换的“电力”可以从数百MW增大到GW，并且从数w增大到1W以下。 电力电子技术主要用于电力转换，信息电子技术主要用于信息处理。5、电力电子技术包括三部分：电力电子老虎钳、变频电路和控制电路。 其中电力电子老虎钳是电力电子技术发展的基础和关键。 图1-1电力电子转换系统的分块图，6，2 .电力电子技术与其他学科的关系电力电子实际上是交叉学科。 Power Electronics名称出现在六十年代上。 1974年，美国的W. Newell用图1-2的倒三角形描述功率电子学，并为世界所接受。图1-2电力电子的倒三角形、7、电力电子与电子

3、的关系(1)、电子中的电子数据老虎钳与电力电子中的电子电路对应的电力电子制造技术和电子数据老虎钳制造技术的理论基础相同。 大多数工艺也一样，现代电力电子德基老虎钳的制造采用了IC集成电路的制造工艺，采用了微电子制造技术，许多设备与微电子老虎钳的制造设备相同，两者是相同的。 8、电力电子技术与电子的关系(2)、电力电子电路与电子电路的多种分析方法一致，只是应用目的不同：广义上，电子电路中的放大器和电力输出也可以作为电力电子电路进行修正的电力电子电路，被广泛应用于电视、计算机等电子设备， 其电源部分全部为电力电子电路的解老虎钳的动作状态：信息电子无论在放大状态还是开关状态下都动作，电力电子始终处于

4、开关状态，以免电力损失过大。 9、电力电子技术与电力学的关系，主要关系：电力电子技术广泛应用于电力工程科学。 电气电子装置广泛用于高压直流输电、静止无功补偿、电气机车牵引、交直流电力传动等电力线路和电力工程。 电力电子技术是电气工程专业学科中目前最活跃的分支。 电力电子技术和运动控制被预言同时成为计算机技术和未来科学技术的两大支柱。 10、电力电子技术和控制论的关系，控制论广泛用于电力电子技术，使电力电子装置和系统的性能满足各种需求的电力电子技术可以看作是“弱电控制强电”的技术，是“弱电和强电的接口”，控制论实现这一接口的强力纽带控制论和自动化技术是不可缺少的、11、3 .电力电子技术的分支和

5、特点：电力电子老虎钳制造技术和变流器技术分支。特征电力电子技术的发展是集中在电力电子数据老虎钳发展中出现的这些个的数据老虎钳一般以开关状态工作为重要特征，12、2、电力电子技术的发展概况、4阶段史前期(1957年在先): 使用汞整流器(汞整流器)，其性能与晶体闸流管相似。 这其间、各种整流、逆变、变频等电路和理论成熟，应用广泛。 晶体闸流管时代(195770年代): 全康特罗尔型德老虎钳时代(70年代后期): 复合德老虎钳时代(80年代后期): 电力电子德老虎钳的发展史。 以1957年美国通用电气圈套公司第一个晶体闸流管的诞生为指标，展示了电力电子老虎钳和技术的诞生。 电力电子技术的发展史以电

6、力电子老虎钳的发展史为纲，包括：1904、1930、1904、1904、1904、1904、1904、电化工、电铁元素道直流变电所及轧制用直流电滚子的传输中广泛使用，直流输电中也使用的各种整流电路、逆变电路在晶体闸流管出现后相当长的一段时间内，所使用的电路形式仍为这些个形式，15、2、晶体闸流管时代(1957年开始)，传统的电力电子时代晶体闸流管SCR(Silicon Controlled Rectifier )可以通过男同性恋控制来开启，但不能通过男同性恋控制来关闭，而在半控制型数据老虎钳中由于晶体闸流管具有良好的电气性能和控制性能，取代了汞整流器和旋转换流单针织面料，应用范围迅速扩大。 电

7、化工、铁元素电气机车、钢铁工业(轧制用电传动)、电力工业(直流输电)的迅速发展也有力地推动了晶体闸流管的进步。 电力电子技术的概念和基础是随着晶体闸流管和晶体闸流管电流技术的发展而确立的。 现在，在许多大容量的情况下，SCR被大量使用，因为可承受的电压、电流容量仍是当前老虎钳中最高的，并且操作可靠。16、3、全控特罗尔型解老虎钳时代(70年代后半期)，GTO可关断晶体闸流管BJT (电力晶体管)功率双极晶体管Power-MOSFET功率增强型场效应晶体管这些个的解老虎钳可通过男同性恋(或栅极、基极)进行通断控制。 对应于SCR电路的相位控制方式，多以调光控制模块(PWM Pulse Width

8、 Modulation )方式控制全控特罗尔型解老虎钳电路。17、4、复合型解老虎钳时代(80年代后半期)、复合型解老虎钳：以绝缘栅双极晶体管(IGBT insulated-gatebipolartransistor )为代表： IGBTMOSFETBJT与该集IGBT相对应，MOS控制晶体闸流管(MCT ) 和集成男同性恋换流晶体闸流管(IGCT )都是MOSFET和GTO的复合，它们也综合了MOSFET和GTO两者的优点。 电力IC集成电路：集成驱动、控制、保护电路和功率数据老虎钳，构成电力IC集成电路(PIC )。 目前，它的电力虽然还很小，但却代表着电力电子技术发展的重要方向。18、解

9、老虎钳实现多功能化，不仅增加了开关功能，还增加了保护、检测、驱动等功能，有些解老虎钳具有放大、调制、振荡和逻辑运算功能，将强电和弱电结合在一起，使应用电路结构大幅度简化，电力电子的应用范围进一步扩大。 电力IC集成电路分为高压IC集成电路HVIC和智能二烯烃电力IC集成电路SPIC，IPM是IGBT的智能二烯烃模块。 目前，PIC和IPM德老虎钳的发展非常迅速。19、5、电力电子技术前景、电力电子老虎钳发展目标是大容量、射频波数、易驱动、低损耗、小体积(高芯片利用率)、模数化。 使用新的控制技术，降低软开关技术等电力电子老虎钳的开关损失。电力电子应用系统向高效、能源节约、小型化、知识分子二烯烃

10、化的方向发展。20、3、电力电子技术研究的内容，用电力电子老虎钳变频电路控制电路、21、1、电力电子开关元件老虎钳、一般的特征(与信息处理元件老虎钳比较)，1 )电力电子元件老虎钳能够处理的电力的大小表现。 2 )电力电子数据老虎钳一般以开关状态操作。 3 )电力电子数据老虎钳需要通过信息电子电路进行控制。 4 )由于消散电力较大，因此，需要在老虎钳封装中的散热设置修正及动作时的外部安装散热器。22、根据解老虎钳可由控制电路信号控制的程度，1 )仅分类为半控制解老虎钳、绝缘栅双极晶体管(insulated-gatebipolartransistorigbt )电力增强型场效应晶体管(Power

11、MOSFET种的2个端子，解老虎钳的通断为主电路施加的电压能够通过控制信号控制其导通和关断两者，也称作自关断老虎钳。晶体闸流管及其大部分派生迪老虎钳老虎钳的断开由主电路所接受的电压和电流决定，2 )全控制特罗尔型德老虎钳，可以由控制信号来控制导通，不能控制断开。 另外，因为不能通过控制信号控制其导通/关断，所以也不需要驱动电路。 根据电力电子数据老虎钳的分类、23、基本分类、电力电子数据老虎钳的驱动特性，可以将数据老虎钳分为电压型和电流型。 1 .电流型去老虎钳为了使去老虎钳导通必须具有一盏茶的驱动电流，因此一般需要大的驱动功率，这种去老虎钳有SCR、电力晶体管、GTO等。 2 .由于电压型去

12、老虎钳的导通需要一盏茶的电压和小的驱动电流，所以电压型去老虎钳需要小的驱动电力，这种去老虎钳有IGBT、MOSFET、MCT等。24、基本分类为：根据脱老虎钳内部的电子和空穴两种载流子参与导电的情况，1、双极型电力电子脱老虎钳：脱老虎钳内部的电子和空穴两种载流子参与导电过程的半导体脱老虎钳，这种脱老虎钳具有导通电压降低、截止电压高、电流容量大等优点，是中等容量的变流器这种去老虎钳包括巨大晶体管(电力晶体管)、可关断晶体闸流管(GTO )、静电感应晶体闸流管(SITH )等。25、基本分类、2、单极型电力电子数据老虎钳：是只有解老虎钳内的多数载波参与导电过程的半导体数据老虎钳，这种解老虎钳具有驱

13、动功率小，动作速度高，没有二次破坏的问题，安全的动作区域宽，电流负温度系数良好的电流自动调节能力等优点，中小功率， 在适用于开关频率高的变流器和电滚子的这种去老虎钳中，有功率增强型场效应晶体管(MOSFET )、静电感应晶体管(SIT )等。26、基本分类、3、混合型电力电子老虎钳：双极型和单极型两种脱老虎钳并存集成。 将耐高压、电流容量大的双极型老虎钳(SCR、电力晶体管、GTO等)用作输出级，将输入阻抗高且频率响应快的单极型老虎钳(例如MOSFET )用作输入级。 有双极和单极的去老虎钳的优点。 这种去老虎钳包括绝缘栅双极晶体管(IGBT )、MOS晶体管(MCT )、电力IC集成电路(P

14、IC )等，其中电力IC集成电路PIC被划分为高电压IC集成电路(HVIC )和智能二烯烃电力IC集成电路(SPIC )。27、2、电力电子应用系统构成、电力电子应用系统或变频电路：以电力半导体老虎钳为核心，以不同的电路拓扑和控制方式实现电力的转换和控制。 由控制电路、驱动电路、以电力电子老虎钳为中心的主电路构成。图1-3电力电子应用系统或变频电路、28、控制电路通过检测电路根据系统的动作要求形成控制信号，通过驱动电路控制主电路中电力电子老虎钳的通断，完成系统整体的功能。主电路和控制电路连接的路径需要电分离，并且通过诸如光学、磁性等其他手段来传送信号。 在主电路和控制电路中，附加有用于保证电力

15、电子设备和电力电子系统整体正常动作的保护电路。29、电力电子电路有4种换流方式，1、电源换流。 通过电源电压的极性变更，向导通元件供给逆摇滾乐电压使其截止。 该换流方式仅适用于交流电源的供电，适用于整流器等由非控制或半控制的开关元件构成的换流电路。 2 .负载换流。 根据负载电压或电流极性的变化，对导通元件施加逆摇滾乐电压使其截止。 用于可直流供电、负载振荡的直流交流电路变换。 3 .强制换流。 从外部电路向导通元件强制地供给反向阻断电压，或者从导通元件的男同性恋端施加截止信号而强制地截止。 该方式常见于晶体闸流管直流直流变换电路和所有的截止特罗尔式电路变换。 4、无反相方式。 负载电流通过方

16、向过零，自己关闭原来的导通元件。 这种方式见于晶体闸流管交流电压控制器。 30、3，电子功率转换的基本类型，常见的功率转换类型，31，(1)ACDC转换，将交流电压转换为恒定或者可调节的直流电压，即，ACDC转换。 传统的ACDC转换利用了晶体闸流管和相位控制技术，通过网格电压换流实现。 其主要特点是控制简单，运行可靠，适用于超大功率应用。 产生低阶间谐波，电力网存在延迟功率因数的负载的问题，这种非线性负载的快速增加严重影响了电力网。 20世纪80年代后半期，开始使用PWM技术和静电感应晶体闸流管构成有源电力网调整器，云同步具有滤波和无功补偿的功能。 (3-2) DC-AC转换，通常将直流电力

17、转换为频率固定的或者可调节的交流电力的这种定义称为逆变器- DC-AC。 根据电源的性质分为电压型和电流型。 根据控制方式，可分为6拍(6步)方波逆变器、PWM逆变器和谐振直流网络链接(软开关)逆变器。 根据换流的性质，可以分为栅极换流引起的有源逆变和由自闭元件构成的无源逆变。 变频装置主要用于火车机车牵引、电动车辆及其他交流电机调速、无供电中断电源(UPS )系统、APLC系统、感应加热。 (3)ACAC转换，定义：将固定或变化的交流频率、电压转换为可变或固定的交流频率、电压的是ACAC转换，通常被称为逆变器。 传统的正交变换采用晶体闸流管相控技术，可以在环流模式运行，通过控制环流的大小，可

18、以使输入侧的无功功率不随负载变化。34、正交变换器的新发展是基于PWM变换理论的沉积基质变换器。 由9个交流开关(由具有反向阻断能力的自阻断解老虎钳反向并联构成)构成1个半导体阵列。 其优点是在所有工作范围内功率因数总是保持在1。 困难点是射频波PWM开关的切断能力不对称。 (4)DCDC转换，定义：将固定或变化的直流电压转换为可变或恒定的直流电压。 根据变换电压方式可分为降压式、升压式、升降压式。 根据线路拓扑分析分为单端、双端、桥电路。 通常用直流PWM方式进行控制。 DCDC变换器广泛用于校正机电源、各种校正器、直流电动机的调速及金属焊接等。 谐振型开关技术是DCDC变换的新发展，可以减小逆变器的体积、重量，提高可靠性。 (36 )控制方式、控制电路的主要功能是向逆变器拓扑分析的功率老虎钳供给男同性恋(男同性恋)驱动信号。 主要由时间节点控制、各种保护电路、电位隔离及驱