電力電子技術(shù)緒論課件

1、電力電子技術(shù)Power Electronics上海拓普信息技術(shù)職業(yè)學(xué)院電子與自動化學(xué)院第1頁，共25頁。1. 電力電子技術(shù)的概念2. 電力電子技術(shù)的發(fā)展3. 現(xiàn)代電力電子技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域4. 本課程的學(xué)習(xí)要求緒 論第2頁，共25頁。1.1 電力電子與信息電子1.2 兩大分支1.3 與其他學(xué)科的關(guān)系1.4 地位和未來1. 電力電子技術(shù)的概念第3頁，共25頁。信息電子技術(shù)信息處理電力電子技術(shù)電力變換電子技術(shù)一般即指信息電子技術(shù)，廣義而言，也包括電力電子技術(shù)。模擬電子技術(shù)電子技術(shù)信息電子技術(shù)電力電子技術(shù)數(shù)字電子技術(shù)電力電子技術(shù) （Power Electronics）以電力為對象的電子技術(shù)，包括電力電子

2、器件、變流電路和控制電路三部分，是電力、電子、控制三大電氣工程技術(shù)領(lǐng)域之間的交叉學(xué)科 。目前電力電子器件均用半導(dǎo)體制成，故也稱電力半導(dǎo)體器件。電力電子技術(shù)變換的“電力”，可大到數(shù)百M(fèi)W甚至GW，也可小到數(shù)W甚至mW級。1.1 電力電子與信息電子第4頁，共25頁。 變流技術(shù)（電力電子器件應(yīng)用技術(shù)） 用電力電子器件構(gòu)成電力變換電路和對其 進(jìn)行控制的技術(shù)，以及構(gòu)成電力電子裝置 和電力電子系統(tǒng)的技術(shù)。 電力電子技術(shù)的核心，理論基礎(chǔ)是電路理論。1.2 兩大分支 電力電子器件制造技術(shù)電力電子技術(shù)的基礎(chǔ)，理論基礎(chǔ)是半導(dǎo)體物理。第5頁，共25頁。 電力交流和直流兩種 從公用電網(wǎng)直接得到的是交流，從蓄電池和干電

3、池得到的是直流。 電力變換四大類 交流變直流、直流變交流、直流變直流、交流變交流表1 電力變換的種類 進(jìn)行電力變換的技術(shù)稱為 變流技術(shù)。逆變直流斬波直流交流電力控制變頻、變相整流交流交流直流 輸出 輸入1.2 兩大分支 變流技術(shù)第6頁，共25頁。電力電子學(xué) (Power Electronics)名稱60年代出現(xiàn)。1974年，美國的W. Newell用圖1的倒三角形對電力電子學(xué)進(jìn)行了描述，被全世界普遍接受。電力電子學(xué)電子學(xué)電力學(xué)控制理論連續(xù)、離散 電路、器件靜止器、旋轉(zhuǎn)電機(jī)圖1 描述電力電子學(xué)的倒三角形1.3 與相關(guān)學(xué)科的關(guān)系第7頁，共25頁。都分為器件和應(yīng)用兩大分支。器件的材料、工藝基本相同，

4、采用微電子技術(shù)。應(yīng)用的理論基礎(chǔ)、分析方法、分析軟件也基本相同。信息電子電路的器件可工作在開關(guān)狀態(tài)，也可工作在放大狀態(tài)；電力電子電路的器件一般只工作在開關(guān)狀態(tài)。二者同根同源。 與電子學(xué)（信息電子學(xué)）的關(guān)系1.3 與相關(guān)學(xué)科的關(guān)系第8頁，共25頁。1.3 與相關(guān)學(xué)科的關(guān)系電力電子技術(shù)廣泛用于電氣工程中高壓直流輸電靜止無功補(bǔ)償電力機(jī)車牽引交直流電力傳動電解、電鍍、電加熱、高性能交直流電源國內(nèi)外均把電力電子技術(shù)歸為電氣工程的一個(gè)分支。電力電子技術(shù)是電氣工程學(xué)科中最為活躍的一個(gè)分支。 與電力學(xué)（電氣工程）的關(guān)系第9頁，共25頁?？刂评碚搹V泛用于電力電子系統(tǒng)中。電力電子技術(shù)是弱電控制強(qiáng)電的技術(shù)， 是弱電和

5、強(qiáng)電的接口；控制理論是這種接口的有力紐帶。電力電子裝置是自動化技術(shù)的基礎(chǔ)元件和 重要支撐技術(shù)。 與控制理論（自動化技術(shù)）的關(guān)系1.3 與相關(guān)學(xué)科的關(guān)系第10頁，共25頁。電力電子技術(shù)和運(yùn)動控制一起，和計(jì)算機(jī)技術(shù)共同成 為未來科學(xué)技術(shù)的兩大支柱。計(jì)算機(jī) 人腦 電力電子技術(shù) 消化系統(tǒng)和循環(huán)系統(tǒng) 電力電子運(yùn)動控制 肌肉和四肢電力電子技術(shù)是電能變換技術(shù),是把粗電變?yōu)榫姷募夹g(shù)， 能源是人類社會的永恒話題，電能是最優(yōu)質(zhì)的能源， 因此，電力電子技術(shù)將青春永駐。 一門嶄新的技術(shù)，21世紀(jì)仍將以迅猛的速度發(fā)展。1.4 地位和未來第11頁，共25頁。電力電子技術(shù)的發(fā)展史是以電力電子器件的發(fā)展史為綱的。晶閘管問世

6、，(“公元元年”)IGBT及功率集成器件出現(xiàn)和發(fā)展時(shí)代晶閘管時(shí)代水銀（汞弧）整流器時(shí)代電子管問世全控型器件迅速發(fā)展時(shí)期史前期（黎明期）19041930194719571970198019902000t(年)晶體管誕生2.電力電子技術(shù)的發(fā)展2.1 電力電子器件第12頁，共25頁。2.電力電子技術(shù)的發(fā)展2.1 電力電子器件第13頁，共25頁。2. 電力電子技術(shù)的發(fā)展2.2 電力電子技術(shù)的發(fā)展2.2.1 整流器時(shí)代 用大功率硅整流器和晶閘管將工頻交流電轉(zhuǎn)換為直流電（20世紀(jì)6070年代）。2.2.2 逆變器時(shí)代將直流電逆變?yōu)?100Hz的交流電，主要用于變頻調(diào)速（20世紀(jì)7080年代）。2.2.3

7、變頻器時(shí)代采用新型電力電子器件（MOSFET、IGBT等）制作的高頻變頻調(diào)速器（80年代后）。第14頁，共25頁。開關(guān)電源技術(shù) 高頻開關(guān)電源（SMR），開關(guān)頻率為50100KHz，小型、高效，容量較高，用于通信電源等。直流/直流（DC/DC）變換器 用于電車無極調(diào)速，節(jié)能。不間斷電源（UPS） 用于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。變頻器電源 用于交流電機(jī)的變頻調(diào)速高頻逆變式整流焊機(jī)電源 ACDCDCAC大功率開關(guān)型高壓直流電源 輸出電壓50KV，電流0.5A以上。電力有源濾波器 抑制電網(wǎng)諧波。 3. 電力電子技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域第15頁，共25頁。軋鋼機(jī)數(shù)控機(jī)床冶金工業(yè)電解鋁1）一般工業(yè)3. 電力電子技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域第1

8、6頁，共25頁。2）交通運(yùn)輸3. 電力電子技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域第17頁，共25頁。3）電力系統(tǒng)SVC動態(tài)無功功率補(bǔ)償裝置 高壓直流裝置HVDC柔性交流輸電FACTS3. 電力電子技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域第18頁，共25頁。4）電子裝置用電源程控交換機(jī)電子裝置微型計(jì)算機(jī)3. 電力電子技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域第19頁，共25頁。5）家用電器3. 電力電子技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域第20頁，共25頁。6）其他大型計(jì)算機(jī)的UPS航天技術(shù)新型能源3. 電力電子技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域第21頁，共25頁?？傊?，電力電子技術(shù)的應(yīng)用范圍十分廣泛，激發(fā)人們學(xué)習(xí)、研究電力電子技術(shù)并使其飛速發(fā)展。電力電子裝置提供給負(fù)載的是各種不同的電源，因此可以說，電力電子技術(shù)

9、研究的也就是電源技術(shù)。電力電子技術(shù)對節(jié)省電能有重要意義。特別在大型風(fēng)機(jī)、水泵采用變頻調(diào)速，在使用量十分龐大的照明電源等方面，因此它也被稱為是節(jié)能技術(shù)。3. 電力電子技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域第22頁，共25頁。課程的性質(zhì)、目的和任務(wù)4. 本課程的學(xué)習(xí)要求本課程的目的和任務(wù)是使學(xué)生熟悉各種電力電子器件的特性和使用方法；掌握各種電力電子電路的結(jié)構(gòu)、工作原理、控制方法、設(shè)計(jì)計(jì)算方法及實(shí)驗(yàn)技能；熟悉各種電力電子裝置的應(yīng)用范圍及技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。 本課程是機(jī)電一體化技術(shù)專業(yè)必修的技術(shù)基礎(chǔ)課。第23頁，共25頁。4. 學(xué)習(xí)本課程的要求(3) 能正確選擇電力電子器件的驅(qū)動電路；熟悉常用器件組成的變流電路所必要的保護(hù)設(shè)施的選取。(1) 熟悉晶閘管SCR、電力MOSFET、IGBT等電力電子器件的基本結(jié)構(gòu)，掌握其外部特性、主要參數(shù)以及器件的額定參數(shù)選擇，能查閱器件手冊選取所需的器件，會對器件進(jìn)行簡單測試 。