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1、电力电子技术电力电子技术Power Electronics石新春石新春石新春石新春 杨京燕杨京燕杨京燕杨京燕 王毅王毅王毅王毅 编编编编中国电力出版社中国电力出版社中国电力出版社中国电力出版社1绪绪 论论1. 什么是电力电子技术 2. 电力电子技术的发展历史 3. 电力电子技术的应用 4. 本课程的主要内容21. 什么是电力电子技术1.1 概念 1.2 两大分支 1.3 与其他学科的关系31.1 概念数字电子数字电子技术技术模拟电子模拟电子技术技术电力电子电力电子技术技术信息电子信息电子技术技术电子技术电子技术信息电子技术：信息处理电力电子技术：电力变换电力电子技术是应用于电力电力电子技术是应
2、用于电力领域的电子技术，也就是使领域的电子技术，也就是使用电力电子器件，应用电路用电力电子器件，应用电路理论、控制理论对电能进行理论、控制理论对电能进行变换、控制的技术。包括电变换、控制的技术。包括电压、电流、频率、波形等方压、电流、频率、波形等方面的变换、控制。面的变换、控制。4直流直流电力电力交流交流交流变交流交流变交流直流变直流（斩波）直流变直流（斩波）直流变交流（逆变）直流变交流（逆变）交流变直流（整流）交流变直流（整流）电力变换电力变换51.2 两大分支电力电子技术电力电子技术电力电子器件电力电子器件制造技术制造技术变流技术变流技术变流变流技术技术电力电子器件构成电力电子器件构成电力
3、电子器件构成电力电子器件构成各种电力变换电路各种电力变换电路各种电力变换电路各种电力变换电路 对这些电路进行对这些电路进行对这些电路进行对这些电路进行控制的技术控制的技术控制的技术控制的技术变流技术（电力电子器件应变流技术（电力电子器件应用技术）用技术）电力电子技术电力电子技术的核心的核心电力电子器件制造技术电力电子器件制造技术 电力电子技术的基础电力电子技术的基础相互支持、相互促进相互支持、相互促进61.3 与其他学科的关系电电子子学学电电力力学学控控制制理理论论l电电力力电电子子技技术术图图0-10-1描述电力电子学的倒三角形描述电力电子学的倒三角形边缘学科边缘学科71.3.1 与电子学的
4、关系器件、电路器件、电路电力电电力电子器件制造技术子器件制造技术电子器件电子器件制造技术制造技术理论基础、材料、制造工艺理论基础、材料、制造工艺分析方法、分析软件分析方法、分析软件电子电路电子电路电力电子电力电子电路电路8电力电子电路电力电子电路电力变换电力变换电子电路电子电路信息处理信息处理信息电子电路器件信息电子电路器件开关状态开关状态放大状态放大状态电力电子电力电子电路器件电路器件开关状开关状态态功率损耗功率损耗91.3.2 与电力学的关系电力电子技术广泛用于电力工程电力电子技术广泛用于电力工程电力电子技术电力电子技术高高压压直直流流输输电电静静止止无无功功补补偿偿交交直直流流电电力力传
5、传动动电电解解电电镀镀电电加加热热电电力力机机车车牵牵引引电力工程电力工程分支分支高高性性能能交交直直流流电电源源101.3.3 与控制理论的关系控制理论控制理论电力电子技术电力电子技术弱电和强电接口弱电和强电接口弱电控制强电弱电控制强电实实现现纽纽带带广泛用于广泛用于112. 电力电子技术的发展历史2.1 电力电子器件的发展 2.2 电力变换电路的发展 2.3 控制技术的发展12l2020世纪世纪7070年代年代 低压小电流、高压大电流晶闸管低压小电流、高压大电流晶闸管系列化系列化 派生型晶闸管：双向、逆倒、光控派生型晶闸管：双向、逆倒、光控l半控型器件半控型器件l1958 1958 工业用
6、晶闸管问世、电力电子技术诞生工业用晶闸管问世、电力电子技术诞生 l8080年代后期年代后期 以以IGBTIGBT为代表的复合型器件异军为代表的复合型器件异军突起突起 MOSFETMOSFET与与GTRGTR复合复合 驱动功率小、开关速度快；驱动功率小、开关速度快；通态压降小、载流能力大；主导器件通态压降小、载流能力大；主导器件2.1 电力电子器件的发展l2020世纪世纪7070年代后期年代后期 全控型器件迅速发展全控型器件迅速发展 GTOGTO、GTRGTR、MOSFET MOSFET 可通可断、开关速度高于晶闸管可通可断、开关速度高于晶闸管l全控型器件全控型器件l全控复合型器件全控复合型器件
7、l功率集成模块功率集成模块l把若干个电力电子器件及必要的辅助元件、电路把若干个电力电子器件及必要的辅助元件、电路模块化，便于应用。结构紧凑、体积小巧。尽管模块化，便于应用。结构紧凑、体积小巧。尽管功率较小，重要发展方向。功率较小，重要发展方向。13l2020世纪世纪7070年代以前，整流电路占有主导地位；年代以前，整流电路占有主导地位； 2020世纪世纪8080年代以后，逆变电路的应用日益广泛，年代以后，逆变电路的应用日益广泛，但整流电路仍然占有重要地位。但整流电路仍然占有重要地位。原因？原因？l整流电路、逆变电路应用最为广泛。整流电路、逆变电路应用最为广泛。 l常用：晶闸管相控整流电路，消耗
8、无功功率、产常用：晶闸管相控整流电路，消耗无功功率、产生谐波污染电网。治理：补偿无功功率、抑制谐生谐波污染电网。治理：补偿无功功率、抑制谐波；有源电力滤波器波；有源电力滤波器2.2 电力变换电路的发展l高功率因数整流电路，采用自关断器件、高功率因数整流电路，采用自关断器件、PWMPWM控控制。功率因数可以达到制。功率因数可以达到1 1，基本不消耗无功功率、，基本不消耗无功功率、不产生谐波。不产生谐波。14l软开关电路。降低电力电子器件的开关损耗、抑软开关电路。降低电力电子器件的开关损耗、抑制电磁干扰。利用谐振原理，使电力电子器件在制电磁干扰。利用谐振原理，使电力电子器件在零电压或零电流的条件下
9、开通、关断，理论上可零电压或零电流的条件下开通、关断，理论上可将开关损耗降至零并抑制电磁干扰。将开关损耗降至零并抑制电磁干扰。2.2 电力变换电路的发展l新型电力变换电路：谐振型逆变电路新型电力变换电路：谐振型逆变电路 性能更佳。性能更佳。15l晶闸管电路晶闸管电路 相位控制方式；全控型器件相位控制方式；全控型器件 PWMPWM控制方式；控制方式；就异步电动机而言，矢量控制、直就异步电动机而言，矢量控制、直接转矩控制；就控制理论而言，自适应控制、接转矩控制；就控制理论而言，自适应控制、模糊控制。模糊控制。 2.3 控制技术的发展l2020世纪世纪8080年代后期年代后期 高性能单片微机、数字信
10、高性能单片微机、数字信号处理器应用于电力电子电路控制。模拟、号处理器应用于电力电子电路控制。模拟、数字控制数字控制微机控制微机控制163.电力电子技术的应用（1 1）一般工业）一般工业17冶金工业中高频感应加热电源设备冶金工业中高频感应加热电源设备18（2）交通运输交通运输DJ型交流电力传动机车型交流电力传动机车磁悬浮列车磁悬浮列车19国内外知名变频器国内外知名变频器 西门子（西门子（Siemens）公司公司施奈德公司施奈德公司 富士公司富士公司 20安圣（华为电气）变频器系列安圣（华为电气）变频器系列ABB公司公司21（3 3）电力系统）电力系统晶闸管变流装置晶闸管变流装置无功补偿装置无功补
11、偿装置22（4 4）电子装置用电源）电子装置用电源 开关、开关、UPSUPS电源电源电子装置用电源电子装置用电源23（5 5）家用电器）家用电器交流变频控制器的原理框图交流变频控制器的原理框图 变频空调控制器变频空调控制器直流变频空调的电路原理图直流变频空调的电路原理图 24 (6)其它不间断电源不间断电源YJ32双绕组双速异步风力发电机双绕组双速异步风力发电机水泵变频、风机变频节能水泵变频、风机变频节能25l l教材的内容可分为四大部分教材的内容可分为四大部分n n第一部分：电力电子器件第一部分：电力电子器件l l （第（第（第（第1 1 1 1章章章章-全书的基础全书的基础全书的基础全书的基础) ) ) )n n第二部分：电力电子电路第二部分：电力电子电路l l （第（第（第（第2 2 2 2 4 4 4 4章章章章-全书的主体全书的主体全书的主体全书的主体) ) ) )n n第三部分：第三部分：PWMPWM控制技术控制技术l l （第（第（第（第5 5 5 5章）章）章）章）n n第四部分：电力电子技术应用（拓展）第四部分：电力电子技术应用（拓展）l l （第（第（第（第6 6 6 6 9 9 9 9两章）两章）两章）两章）4.4.本课程的主要内容本课程的主要内容26
