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1、电 力 电 子 技 术,Power Electronics,第1章 绪论,1,2,3,基本内容,1.1 电力电子技术的定义,电力电子技术是在电子、电力与控制技术基础上发展起来的一门新兴交叉学科,被国际电工委员会(IEC) 命名为电力电子学( Power Electronics) 或称为电力电子技术 1955 年美国通用电器公司(General Electronic Company) 发明第一个大功率5A 硅整流二极管(Silicon Rectifier) ，仅在两年后的1957 年, GE 公司又发明了全世界第一个晶闸管(Thyristor) ，俗称“可控硅” 大功率硅整流二极管以及晶闸管的发
2、明标志着现代意义上电力电子技术的诞生。,1.1电力电子技术的定义 1.2电力电子技术的发展 1.3电力电子技术的应用 1.3.1电力电子技术在电源中的应用 1.3.2电力电子技术在电力系统中的应用 1.3.3电力电子技术在可再生能源发电系统中的应用 1.3.4电力电子技术在微电网中的应用 1.3.5电力电子技术在在环保系统中的应用 1.3.6电力电子技术在节能中的应用,1.1 电力电子技术的定义,图1.1 电力电子技术的Newell定义,1.1电力电子技术的定义 1.2电力电子技术的发展 1.3电力电子技术的应用 1.3.1电力电子技术在电源中的应用 1.3.2电力电子技术在电力系统中的应用
3、1.3.3电力电子技术在可再生能源发电系统中的应用 1.3.4电力电子技术在微电网中的应用 1.3.5电力电子技术在在环保系统中的应用 1.3.6电力电子技术在节能中的应用,1974 年,第四届国际电力电子会议上美国学者W.Newell首次提出了电力电子技术的定义,并用图1.1所示的“倒三角” 图形表示 即：电力电子技术是由电子学、电力学及控制学组成的边缘学科,1.1 电力电子技术的定义,随着电力电子技术的发展，电力电子技术发展初期的W.Newell定义已得到很多学者的认同 美国电气和电子工程师协会的电力电子学会则将电力电子技术定义为：电力电子技术是有效地使用电力半导体器件、应用电路和设计理论
4、以及分析开发工具，实现对电能的有效变换和控制的技术，包括电压、电流、频率和波形等方面的变换,1.1电力电子技术的定义 1.2电力电子技术的发展 1.3电力电子技术的应用 1.3.1一般工业中的应用 1.3.2交通运输中的应用 1.3.3电力系统中的应用 1.3.4家用电器中的应用 1.3.5可再生能源发电中的应用 1.3.6光伏发电中的应用 1.3.7风力发电中的应用 1.3.8燃料电池发电中的应用 1.3.9混合能源发电中的应用 1.3.10微型电网中的应用 1.3.11电源装置中的应用 1.3.12环保中的应用 1.3.13节能中的应用,1.1 电力电子技术的定义,电力电子技术的新定义,1
5、980年，为了使电力电子技术定义更加具体化，美国著名学者B. K. Bose 教授对W.Newell 的定义进行了拓展，提出了如图所示电力电子技术的新定义,1.1电力电子技术的定义 1.2电力电子技术的发展 1.3电力电子技术的应用 1.3.1一般工业中的应用 1.3.2交通运输中的应用 1.3.3电力系统中的应用 1.3.4家用电器中的应用 1.3.5可再生能源发电中的应用 1.3.6光伏发电中的应用 1.3.7风力发电中的应用 1.3.8燃料电池发电中的应用 1.3.9混合能源发电中的应用 1.3.10微型电网中的应用 1.3.11电源装置中的应用 1.3.12环保中的应用 1.3.13节
6、能中的应用,1.1 电力电子技术的定义,实际上，就其内容而言，电力电子技术主要完成各种电能形式的变换，以电能输入-输出形式的变换来分，主要包括以下四种基本变换： 交流-直流（AC-DC）变换：一般称为整流，完成交流-直流变换的电力电子装置称为整流器（Rectifier） 直流-交流（DC-AC）变换 : 一般称为逆变，这是与整流相反的变换形式，完成直流-交流变换的电力电子装置称为逆变器（Inverter） 交流-交流（AC-AC）变换: 主要有交流调压和交-交变频两种基本形式 直流-直流（DC-DC）变换:主要完成直流电压幅值和极性的变换与调节，主要包括升压、降压和升-降压变换等,1.1电力电
7、子技术的定义 1.2电力电子技术的发展 1.3电力电子技术的应用 1.3.1一般工业中的应用 1.3.2交通运输中的应用 1.3.3电力系统中的应用 1.3.4家用电器中的应用 1.3.5可再生能源发电中的应用 1.3.6光伏发电中的应用 1.3.7风力发电中的应用 1.3.8燃料电池发电中的应用 1.3.9混合能源发电中的应用 1.3.10微型电网中的应用 1.3.11电源装置中的应用 1.3.12环保中的应用 1.3.13节能中的应用,电力电子技术是使用电力电子器件(Power Electronic Device)对电力进行变换和控制的电子技术，主要用于电力变换(Power Convers
8、ion) 。 目前电力电子器件均用半导体制成，故也称电力半导体器件(Power Semiconductor Device)。 电力电子装置（Power Electronic Equipment）的功率，可大到数百MW甚至GW，也可小到数瓦甚至1W以下。,1.1 电力电子技术的定义,1.1电力电子技术的定义 1.2电力电子技术的发展 1.3电力电子技术的应用 1.3.1一般工业中的应用 1.3.2交通运输中的应用 1.3.3电力系统中的应用 1.3.4家用电器中的应用 1.3.5可再生能源发电中的应用 1.3.6光伏发电中的应用 1.3.7风力发电中的应用 1.3.8燃料电池发电中的应用 1.3
9、.9混合能源发电中的应用 1.3.10微型电网中的应用 1.3.11电源装置中的应用 1.3.12环保中的应用 1.3.13节能中的应用,1.1 电力电子技术的两个分支-电子电子变流技术,电力电子变流技术电力电子技术的核心 (Power Electronic Conversion Technique) 用电力电子器件进行电力变换的技术，简称为变流技术(Power Conversion Technique)。其主要强调“变换”并包括两层含义： 1）用电力电子器件(Power Electronic Device)构成电力变换电路(Power Conversion Circuit) 。 2）用电力变
10、换电路构成电力电子装置(Power Electronic Equipment)和电力电子系统(Power Electronic System) 。 理论基础：电路及控制理论(Theory of Electric circuit control)。,1.1 电力电子技术的定义,1.1电力电子技术的定义 1.2电力电子技术的发展 1.3电力电子技术的应用 1.3.1一般工业中的应用 1.3.2交通运输中的应用 1.3.3电力系统中的应用 1.3.4家用电器中的应用 1.3.5可再生能源发电中的应用 1.3.6光伏发电中的应用 1.3.7风力发电中的应用 1.3.8燃料电池发电中的应用 1.3.9混
11、合能源发电中的应用 1.3.10微型电网中的应用 1.3.11电源装置中的应用 1.3.12环保中的应用 1.3.13节能中的应用,电力电子器件制造技术电力电子技术的基础 (Manufacture Technique of Power Electronic Device),4kA/4.5kV IGCT,663A/4.5kV IGCT,IGCT分解部件,理论基础：半导体物理 (Semiconductor Physics)。,1.1 电力电子技术的定义,1.1电力电子技术的定义 1.2电力电子技术的发展 1.3电力电子技术的应用 1.3.1一般工业中的应用 1.3.2交通运输中的应用 1.3.3电
12、力系统中的应用 1.3.4家用电器中的应用 1.3.5可再生能源发电中的应用 1.3.6光伏发电中的应用 1.3.7风力发电中的应用 1.3.8燃料电池发电中的应用 1.3.9混合能源发电中的应用 1.3.10微型电网中的应用 1.3.11电源装置中的应用 1.3.12环保中的应用 1.3.13节能中的应用,电力电子技术和电子技术的关系,电力电子器件和电子器件 两类器件制造技术的理论基础是一样的，大多数工艺也相同 现代电力电子器件制造大都使用集成电路（Integrate CircuitIC)制造工艺，采用微电子(Micro-electronics）制造技术，许多设备都和微电子器件制造设备通用，
13、说明二者同根同源。 器件的工作状态 信息电子 既可放大，也可开关 电力电子 为避免功率损耗过大，总在开关状态 电力电子技术的一个重要特征,1.1 电力电子技术的定义,1.1电力电子技术的定义 1.2电力电子技术的发展 1.3电力电子技术的应用 1.3.1一般工业中的应用 1.3.2交通运输中的应用 1.3.3电力系统中的应用 1.3.4家用电器中的应用 1.3.5可再生能源发电中的应用 1.3.6光伏发电中的应用 1.3.7风力发电中的应用 1.3.8燃料电池发电中的应用 1.3.9混合能源发电中的应用 1.3.10微型电网中的应用 1.3.11电源装置中的应用 1.3.12环保中的应用 1.
14、3.13节能中的应用,电力电子电路和电子电路 两者分析方法一致，仅应用目的不同。 广义而言，电子电路中的功放和功率输出也可算做电力电子电路。 电力电子电路广泛用于电视机、计算机等电子装置中，其电源部分都是电力电子电路。,1.1 电力电子技术的定义,1.1电力电子技术的定义 1.2电力电子技术的发展 1.3电力电子技术的应用 1.3.1一般工业中的应用 1.3.2交通运输中的应用 1.3.3电力系统中的应用 1.3.4家用电器中的应用 1.3.5可再生能源发电中的应用 1.3.6光伏发电中的应用 1.3.7风力发电中的应用 1.3.8燃料电池发电中的应用 1.3.9混合能源发电中的应用 1.3.
15、10微型电网中的应用 1.3.11电源装置中的应用 1.3.12环保中的应用 1.3.13节能中的应用,电力电子技术与电气工程的关系,1） 通常把电力电子技术归属于电气工程学科 2） 电力电子技术是电气工程学科中一个最为活跃的分支 3） 电力电子技术的不断进步给电气工程的现代化以巨大的推动力 4） 电力电子技术广泛用于电气工程,1.1 电力电子技术的定义,1.1电力电子技术的定义 1.2电力电子技术的发展 1.3电力电子技术的应用 1.3.1一般工业中的应用 1.3.2交通运输中的应用 1.3.3电力系统中的应用 1.3.4家用电器中的应用 1.3.5可再生能源发电中的应用 1.3.6光伏发电
16、中的应用 1.3.7风力发电中的应用 1.3.8燃料电池发电中的应用 1.3.9混合能源发电中的应用 1.3.10微型电网中的应用 1.3.11电源装置中的应用 1.3.12环保中的应用 1.3.13节能中的应用,1.1电力电子技术的定义 1.2电力电子技术的发展 1.3电力电子技术的应用 1.3.1电力电子技术在电源中的应用 1.3.2电力电子技术在电力系统中的应用 1.3.3电力电子技术在可再生能源发电系统中的应用 1.3.4电力电子技术在微电网中的应用 1.3.5电力电子技术在在环保系统中的应用 1.3.6电力电子技术在节能中的应用,1.2 电力电子技术的发展,电力电子器件的发展对电力电子技术的发展起着决定性的作用，因此，电力电子技术的发展史是以电力电子器件的发展史为纲的，其发展经历了以低频技术为主的传统电力电子技术时期和以高频技术为主的现代电力电子技术时期。 电力电子技术起始于20世纪50年代末20世纪60年代初的硅整流器件，在20世纪80年代末期和20世纪90年代初期以IGBT 和功率MOSFET为代表发展起
