电力电子技术--第1章 绪论.ppt

1、第1章引言1.1电力电子技术1.2电力电子技术的发展史1.3电力电子技术的应用1.4本教材的内容介绍、2/21、1.1什么是电力电子技术、电力电子技术的概念被认为是电力电子技术应用于电力领域的电子技术。 用电力电子技术转换的“电力”与“电力系统”所指的“电力”区别开来，后者特别指电网的“电力”，前者更为普遍。 电子技术有信息电子技术和电力电子技术两大分支。 一般所说的模拟电子技术和数字电子技术都是信息电子技术。 3/21，1.1电力电子技术是什么，具体而言，电力电子技术是指使用电力电子设备对电力进行转换控制的技术。 表1-1的电力转换的种类、电力电子器件的制造技术是电力电子技术的基础。 变流技

2、术是电力电子技术的核心。 4/21，1.1什么是电子技术，电子美国学者W. Newell认为，电子是由电学、电子和控制理论三个学科交叉形成的。 描绘图1-1功率电子技术的倒三角形，5/21，1.1功率电子技术是什么，功率电子技术和电子功率电子器件制造技术以及用于信息转换的电子器件制造技术的理论基础相同，其多个过程电力电子电路和信息电子电路的许多分析方法也一致。 电力电子技术和电力学电力电子技术广泛应用于电气工程，这是电力电子学和电力学的主要关系。6/21、1.1什么是电气电子技术，各种电气电子装置广泛应用于高压直流输电、静止无功补偿、电力机车牵引、交直流电力传动、电解、励磁、电加热、高性能交直

3、流电源等，因此，在国内外，通常以电为图1-的我国，电力电子和电力传递是电气工程图1-2用两个三角形说明电气工程。 其中大三角形描述了电气工学一级学科和其他学科之间的关系，小三角形描述了电气工学一级学科内各二级学科之间的关系。 7/21，1.1什么是电力电子技术，电力电子技术和控制理论，控制理论广泛应用于电力电子技术，电力电子装置和系统的性能越来越满足各种不同的需求。 电力电子技术可以看作弱电控制强电的技术，是弱电和强电之间的接口。 控制理论是实现这种接口的有力纽带。 此外，控制理论是自动化技术的理论基础，两者是不可分割的，电力电子装置是自动化技术的基础元件和重要的支撑技术。8/21、1.2电力

4、电子技术发展史、电力电子技术发展史、图1-3电力电子技术发展史，一般来说，电力电子技术的诞生是以1957年美国通用电子公司开发的第一个晶闸管为指标的。 9/21，1.2电力电子技术的发展史，晶闸管出现前的时期可称为电力电子技术的历史前期或黎明期。 1904年出现电子管，在真空中控制了电子流，开辟了应用于通信和无线，电子技术用于电力领域的先河。 20世纪30年代至50年代，汞整流器被广泛用于电化学工业、电气铁路直流变电站及轧制用直流电动机的传动，也用于直流输电。 在这一时期，各种整流电路、逆变电路、变频电路的理论成熟、广泛应用。 在这个时期，还使用直流发电机组改变流程。 1947年美国萩名贝尔实

5、验室发明了晶体管，引起了电子技术的革命。10/21、1.2电力电子技术发展史，晶闸管时代的晶闸管由于其优良的电气性能和控制性能，取代汞整流器和旋转变换流单元，其应用范围也迅速扩大。电力电子技术的概念和基础是由晶闸管和晶闸管变流技术的发展而确立的。 可控硅是一种半控制型设备，可以通过控制栅极来打开或关闭，但不能关闭。 晶闸管电路的控制方式主要是相位控制方式，简称为相位控制方式。 晶闸管的断开通常通过网格电压等外部条件来实现。 这对晶闸管的应用有很大的局限性。11/21、1.2电力电子技术发展史，全控制型器件和电力电子集成电路(PIC) 70年代后期，栅极可以关断晶闸管(GTO )、电力双极晶体管

6、(BJT )和电力场效应晶体管(Power-MOSFET )的全高使用全控制型元件的电路的主要控制方式是脉冲宽度调制(PWM )方式。 相对于相位控制，可以称为斩波控制，简称为斩波控制。 80年代后半期，以绝缘栅双极晶体管(IGBT )为代表的复合型器件向异军突起。 这是MOSFET和BJT的复合，综合了两者的优点。 与此相对，MOS控制晶闸管(MCT )和集成栅极换流晶闸管(IGCT )合成了MOSFET和GTO。12/21、1.2电力电子技术发展史，集成驱动、控制、保护电路和电力电子器件，构成电力电子集成电路(PIC )，这标志着电力电子技术发展的重要方向。 在电力电子统合技术中，有以PI

7、C为代表的单片统合技术、混合统合技术、系统统合技术。 随着全控制型电力电子器件的进步，电力电子电路的工作频率也在提高。 同时，软开关技术的应用在理论上能够使低功率电子器件的开关损耗为零，并且能够提高低功率电子器件的功率密度。13/21、1.3电力电子技术的应用、电力电子技术的应用范围十分广泛。 不仅在一般工业，在交通运输、电力系统、通信系统、计算机系统、新能源系统等中也广泛使用，在照明、空调等家电产品及其他领域也广泛使用。 在某些工业工业中广泛使用的各种交直流电动机都由电力电子装置进行调速。 对调速性能要求不高的大型鼓风机等近年来，为了实现节能也采用了变频装置。14/21、1.3电力电子技术的

8、应用、图1-4 AB逆变器、特别是不要求调速的电动机中，有的为了避免起动时的电流冲击而采用了软起动装置，该软起动装置也是电力电子装置。 在电化学工业中大量使用直流电源，电解铝、电解盐水等需要大容量整流电源。 电镀装置也需要整流电源。 电力电子技术多用于冶金工业中的高频或中频感应加热电源、淬火电源及直流电弧炉电源等。15/21、1.3电力电子技术的应用，交通运输电气化铁路中广泛采用电力电子技术。 电力机车中的直流机车采用整流装置，交流机车采用变频装置。 斩波器在铁路车辆中也被广泛使用。 在未来的磁悬浮列车中，电力电子技术是更重要的技术。 不仅牵引电动机的传动，车辆中的各种辅助电源也离不开电力电子

9、技术。 电动汽车马达由电力电子设备进行电力转换和驱动控制，其蓄电池的充电也离不开电力电子设备。 一辆高档汽车需要很多控制电动机，必须用变频器和斩波器驱动控制。 飞机、船舶、电梯都离不开电气电子技术。 16/21，1.3电力电子技术的应用，电力系统推测发达国家最终使用的电力中，60%以上的电力至少经过了一次以上电力电子变流装置的处理。直流输电在长距离、大容量输电时有很大优点，其输电侧的整流阀和受电侧的逆变阀采用晶闸管变流装置，轻量直流输电主要采用全控制型的IGBT器件。 近年来发展起来的柔性交流输电(FACTS )也通过电力电子设备实现。 可控硅控制电抗器(TCR )、可控硅投切电容器(TSC

10、)、静止无效发生器(SVG )、有源电力滤波器(APF )等电力电子装置多用于电力系统的无效补偿和高次谐波抑制。 在配电网系统中，电力电子设备还可以用于防止电网瞬时停电、瞬时电压下降、闪烁等，进行电能质量控制，改善电能供给质量。 变电所向操作系统提供可靠的交直流操作电源，向蓄电池充电等需要电力电子设备。17/21、1.3电力电子技术的应用，图1-5中国南方电网公司安顺换流站，图1-6静止无功发生器(上)和晶闸管投切电容器(下)，18/21、1.3电力电子技术的应用，电子装置用电源各种通信设备中的可编程开关使用的直流电源，以往为萨大型电脑所需的工作电源、微机内部的电源也采用了高频开关电源。 在大

11、型计算机等情况下，需要始终以不间断电源(uninterruptiblepowersupply _ _ ups )供电，不间断电源实际上是典型的电力电子装置。19/21、1.3电力电子技术的应用，家电电子照明电源体积小，发光效率高，能节省大量能源，取代了传统的白炽灯和荧光灯。 空调、电视、音响设备、家用电脑、许多洗衣机、冰箱、微波炉等电器也应用电力电子技术。 其他航天飞机的各种电子设备需要电源，载人航天飞机也需要各种电源，这些必须采用电力电子技术。 抽水蓄能电站的大型电动机需要使用电力电子技术进行启动和调速。 超导储能是未来的储能方式，需要由强直流电源供电，电力电子技术也不可或缺。20/21、1.3电力电子技术的应用、新能源、可再生能源发电，如