ghr_电力电子器件课件_1

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1、Power Electronic DevicesPower Electronic Devices电气工程及其自动化系电气工程及其自动化系顾 和 荣顾 和 荣本课程性质、学时、学分：本课程性质、学时、学分：学科基础课学科基础课32 / 6 2.0先修基础：先修基础：本课程任务与要求：本课程任务与要求：普通物理 电路原理 电子技术基础普通物理 电路原理 电子技术基础。何为电力电子技术？何为电力电子技术？ 研究内容是什么？研究内容是什么？ 应用领域有哪些应用领域有哪些？ 应用领域有哪些应用领域有哪些？ 电力电子器件在其中的作用与地位？电力电子器件在其中的作用与地位？电力电子器件及其发展的概况？电力电

2、子器件及其发展的概况？1.1 什么是什么是电力电子技术电力电子技术？Power Electronics功率电子学功率电子学电力电子学电力电子学电能变换电能变换电能变换电能变换及及及及控制控制控制控制目的和意义？目的和意义？目的和意义？目的和意义？ 怎么做怎么做怎么做怎么做？( (基本理论与方法基本理论与方法基本理论与方法基本理论与方法) ) 怎么用？怎么用？怎么用？怎么用？( (应用设计与研发应用设计与研发应用设计与研发应用设计与研发) )（整流）（整流）1.1 什么是什么是电力电子技术电力电子技术？目的和意义目的和意义AC/DC变换变换ACDC电能变换的电能变换的 4 种基本类型：。种基本类

3、型：。1.1.1 电能变换及其意义电能变换及其意义（逆变）（逆变）（斩斩 波波）（变变 频频）目的和意义目的和意义：满足不同用电负载对供电满足不同用电负载对供电 性质及质量的要求性质及质量的要求降低损耗、提高用电效率降低损耗、提高用电效率 节能、节材节能、节材DC/AC变换变换AC/AC变变 换换DC/DC变变 换换20世纪世纪60年代以前年代以前 机组变流机组变流 GE励 磁 电效率？体积？噪音？效率？体积？噪音？1.1 什么是什么是电力电子技术电力电子技术？1.1.1 电能变换及其意义电能变换及其意义旋转变流机组供电的直流调速系统（GM系统）ifGG( )( )UdM3GE电 源MUCif

4、Mn20世纪世纪60年代以前年代以前 机组变流机组变流 效率？体积？噪音？效率？体积？噪音？1957年：年：硅硅晶晶体体闸闸流流管管开关特性开关特性1.1 什么是什么是电力电子技术电力电子技术？1.1.1 电能变换及其意义电能变换及其意义20世纪世纪70年代中后期起：年代中后期起：半导体变流技术半导体变流技术（传统）电力电子技术（传统）电力电子技术高频、全控型“功率开关”（现代）电力电子技术高频、全控型“功率开关”（现代）电力电子技术应用于功率领域的电子技术。应用于功率领域的电子技术。它以电力为对象，它以电力为对象，应用电力电子器件应用电力电子器件，通过弱电对强电的控制，实现对通过弱电对强电的

5、控制，实现对电能电能进行进行变换及控制变换及控制的技术。的技术。1.1 什么是什么是电力电子技术电力电子技术？1.1.2 电力电子技术的定义电力电子技术的定义电子学 电力电子技术 信息电子技术功率电子技术微电子技术功率半导体器件晶体管集成电路功率电子技术微电子技术功率半导体器件晶体管集成电路功率处理信息处理功率处理信息处理Power ElectronicsInfomation Electronics电子学应用于功率领域的电子技术。应用于功率领域的电子技术。它以电力为对象，它以电力为对象，应用电力电子器件应用电力电子器件，通过弱电对强电的控制，实现对通过弱电对强电的控制，实现对电能电能进行进行变

6、换及控制变换及控制的技术。的技术。1.1 什么是什么是电力电子技术电力电子技术？1.1.2 电力电子技术的定义电力电子技术的定义学科交叉学科交叉综合性学科综合性学科 电力电子器件：电力电子器件： 物质基础物质基础1.1 什么是什么是电力电子技术电力电子技术？1.1.3 研究内容研究内容 电力电子电路：电力电子电路： 基础理论基础理论 电力电子装置或系统：电力电子装置或系统： 应应用技术用技术48年发明普通三极年发明普通三极管管电子管电子管引发了引发了电子电子工业革命！工业革命！57年普通晶闸管问世年普通晶闸管问世标志着电力电子技术的诞生！标志着电力电子技术的诞生！70年代末年代末全控型器件迅速

7、发展全控型器件迅速发展电力电子应用领域不断拓展电力电子应用领域不断拓展传统电力电子技术发展阶段传统电力电子技术发展阶段顺变时代顺变时代现代电力电子技术发展阶段现代电力电子技术发展阶段逆变时代逆变时代1.1.5 电力电子技术发展概况电力电子技术发展概况电力电子器件的不断涌现和发展是电力电子技术产生和发展的基础 电力电子技术的不断进步及其应用领域的拓展 促进着电力电子器件的不断完善和发展电力电子器件的不断涌现和发展是电力电子技术产生和发展的基础 电力电子技术的不断进步及其应用领域的拓展 促进着电力电子器件的不断完善和发展现代电力电子技术发展阶段现代电力电子技术发展阶段逆变时代逆变时代至今至今器件：

8、器件：大大功率、功率、易驱动易驱动、高频率、低、高频率、低通态压通态压降、降、模块化与智模块化与智能能化化 电路和装置：电路和装置：小小型型化化、高效率、高性能（低、高效率、高性能（低谐波谐波、高功率、高功率因数因数）发展趋势：发展趋势：电力电子技术具有天生的节能特征！1.1.6 电力电子技术的应用电力电子技术的应用电电机驱动机驱动：交交/直流直流传传动动系统系统轧钢、自动化生产线；数控机床轧钢、自动化生产线；数控机床 交交/直流直流牵引牵引系统系统电力机车、电动汽车；磁悬浮列车电力机车、电动汽车；磁悬浮列车电电源源技术：技术：工业工业电电源源电解、电镀电源；焊接电源；感应加热电源电解、电镀电

9、源；焊接电源；感应加热电源 （高频）（高频）开关电开关电源源通讯电源；微机电源通讯电源；微机电源电机驱动：电机驱动：电源技术：电源技术： （高频）（高频）开关电开关电源源通讯电源；微机电源通讯电源；微机电源 应急应急电电源源不间断供电电源不间断供电电源UPS，消防电源，消防电源 机机载电载电源源航空（天）、船舶舰艇、（军用）车辆航空（天）、船舶舰艇、（军用）车辆 特特种种电电源源大大功率功率脉冲脉冲电电源；源；静静电电除尘除尘；激光激光、雷达雷达电电源源电力电力系系统：统：输配输配电电（高高压直压直流流输输电电；柔柔性性交交流流输输电电；微电微电网网；智智能电能电网网 电能质量控电能质量控制制

10、（无功补偿与控制；谐波抑制（无功补偿与控制；谐波抑制 新新能能源源（风能、太阳能（风能、太阳能）发电技术）发电技术社会社会生生活活：家家用电器用电器；节能节能照照明；明；微微波通讯；汽车波通讯；汽车电子电子；电电梯梯电力系统：电力系统：社会生活：社会生活：交直流电机传动（轧钢等）交直流电机传动（轧钢等）蓄电池车辆蓄电池车辆 调速控制调速控制 （叉车）（叉车）铁路（电力机车）牵引铁路（电力机车）牵引焊焊 接接 电电 源源 应急电源应急电源 （消防、医院等）（消防、医院等）笔记本电源适配器笔记本电源适配器车车载载电源电源UPS雷达雷达电源电源各类小型各类小型 开关开关电源电源UPS航空航空（天天）

11、电源）电源电力系电力系统输统输配电配电 （高压高压直流直流输输电、电、无功无功控制等）控制等）向家坝至上海特高压直流输电线路飞越湖南湘西龙山县境内的崇山峻岭三峡上海500kV超高压直流输电晶闸管换流阀新新能源能源技术技术 （光伏光伏发电）发电）世世博会博会 中中国馆国馆新新能源能源技术技术 （风风力发电）力发电）家家用电器用电器；照明技术；照明技术1.2 电力电子器件概述电力电子器件概述电力电子器件的不电力电子器件的不断涌断涌现和现和发展发展是电力电子技术是电力电子技术产生产生和和发展发展的基础的基础电力电子技术的不电力电子技术的不断进步断进步及其及其应应用用领域领域的的拓展拓展 促进着促进着

12、电力电子器件的不电力电子器件的不断完善断完善和和发展发展1.2 电力电子器件概况电力电子器件概况1.2.1 电力电子器件的应用特征电力电子器件的应用特征功率电子开关功率电子开关。尤其要关注开关动态过程及特性尤其要关注开关动态过程及特性。处理功率的能力处理功率的能力所能承受的电压、电流的能力所能承受的电压、电流的能力 功率容量大 功率容量大功率容量大功率容量大 开关工作方式 开关工作方式开关工作方式开关工作方式 功率电子开关功率电子开关。尤其要关注开关动态过程及特性尤其要关注开关动态过程及特性。受控（可控）器件受控（可控）器件弱电控制弱电控制驱动电路重要性如何可靠实现开关控制如何获得良好的通态、

13、断态性能和动态开关性能通态损耗、开关损耗驱动电路重要性如何可靠实现开关控制如何获得良好的通态、断态性能和动态开关性能通态损耗、开关损耗温升温升散热（器）散热（器） 弱电控制弱电控制弱电控制弱电控制 损耗与散热 损耗与散热损耗与散热损耗与散热1.2 电力电子器件概况电力电子器件概况1.2.1 电力电子器件的应用特征电力电子器件的应用特征(1) 正正、反向阻断反向阻断电压电压高高，断断态态漏漏电流电流近似近似为为零零 漏阻抗漏阻抗 r0理想的功率开关器件应具有如下特性理想的功率开关器件应具有如下特性：(2) 流通电流能力大，流通电流能力大，且管且管压压降近似降近似为为零零通态通态电电阻阻 RON0

14、(3) 开关控制开关控制无延迟无延迟、开关动作、开关动作瞬时完成瞬时完成td0ton0toff0(4) 容容易易驱动，驱动功率驱动，驱动功率近似近似为为零零PG01.2 电力电子器件概述电力电子器件概述1.2.2 电力电子器件发展概况电力电子器件发展概况第一代第一代电力电子器件电力电子器件（50年代末年代末70年代末）年代末）第二代第二代电力电子器件电力电子器件（年代末年代末至今至今 ）分立、换流关断型器件：结构上分立、换流关断型器件：结构上分立单元胞结构；功能上分立单元胞结构；功能上半控型半控型第二代第二代电力电子器件电力电子器件（70年代末年代末至今至今 ）第三代第三代电力电子器件电力电子

15、器件（80年代中后期年代中后期至今 ）至今 ）集成、自关断型器件：结构上集成、自关断型器件：结构上多元胞并联集成结构；功能上多元胞并联集成结构；功能上全控型功率集成电路：结构上全控型功率集成电路：结构上功率器件与电路的集成；功能上功率器件与电路的集成；功能上强弱电结合强弱电结合1.2 电力电子器件概况电力电子器件概况1.2.3 电力电子器件的分类电力电子器件的分类 根据 根据导导通通、关、关断断的的受受控控情况分类情况分类： 按按器件内器件内部部载流子载流子参参与与导电导电情况分类情况分类：不控型器件不控型器件 半控型器件半控型器件 全控型器件全控型器件单单极极型器件型器件 双双极极型器件型器件 按按器件内器件内部部载流子载流子参参与与导电导电情况分类情况分类： 按 按驱动驱动信信号号的性质不同的性质不同分类分类：双双极极型器件型器件 复合复合型器件型器件电流控电流控制制型器件型器件电电压压控控制制型器件型器件各各类器件类器件具有各自优缺点具有各自优缺点 及其及其 优势适优势适用领域用领域！