電力電子技術(shù)簡介

14電力電子技術(shù)也稱為電力電子學(xué)。利用電力電子開關(guān)器件組成電力開關(guān)電路，利用集成電路和微處理器構(gòu)成信號(hào)處理和控制系統(tǒng)，對電力開關(guān)電路進(jìn)行實(shí)時(shí)、適式的控制，經(jīng)濟(jì)有效地實(shí)現(xiàn)開關(guān)模式的電力變換和電力控制，包括電壓〔電流〕的大小、頻率、相位和波形的變換和控制。是綜合了電子技術(shù)、控制技術(shù)和電力技術(shù)的新興交叉學(xué)科。5電力電子技術(shù)(PowerElectronics)1.電力技術(shù)2.電子技術(shù)3.控制技術(shù)6都分為器件和應(yīng)用兩大分支器件的材料、工藝根本相同，都采用微電子技術(shù)應(yīng)用的理論根底、分析方法、分析軟件也根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7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(dòng)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)科中最為活潑的一個(gè)分支與電力學(xué)〔電氣工程〕的關(guān)系8控制理論廣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(dòng)化技術(shù)的根底元件和重要支撐技術(shù)與控制理論〔自動(dòng)化技術(shù)〕的關(guān)系9電力電子技術(shù)開展史電力電子技術(shù)的開展史以電力電子器件的開展史為綱19041930194719581970198019902010t(年)全控型器件迅速發(fā)展晶體管誕生晶閘管問世電子管問世史前期（黎明期）水銀（汞弧）整流器時(shí)代晶閘管時(shí)代IGBT出現(xiàn)功率集成器件10晶閘管11智能功率模塊〔PIC〕典型的電力電子系統(tǒng)框圖1314公用電網(wǎng)的電能經(jīng)過適當(dāng)?shù)淖儞Q和處理以后再供負(fù)載使用，可以獲得更好的技術(shù)特性和更大的經(jīng)濟(jì)意義：節(jié)能風(fēng)機(jī)、水泵的調(diào)速、照明〔取代普通鎮(zhèn)流器〕省材設(shè)備體積、重量減小使銅、鐵的使用量減少環(huán)保節(jié)能、省材是環(huán)保的具體表現(xiàn)提高產(chǎn)品質(zhì)量和勞動(dòng)生產(chǎn)率提高供電可靠性、高速高精度電氣傳動(dòng)提高電力系統(tǒng)自身的運(yùn)行質(zhì)量和穩(wěn)定性發(fā)電機(jī)勵(lì)磁、柔性輸電、諧波治理、無功補(bǔ)償15經(jīng)過變換處理后再供用戶使用的電能，占全國發(fā)電總量的百分比的上下，已成為衡量一個(gè)國家技術(shù)進(jìn)步的主要標(biāo)志之一；預(yù)計(jì)到2023~2030年，美國發(fā)電站生產(chǎn)的全部電能都將經(jīng)變換和處理后再供負(fù)載使用；美國制定了“國家電力傳輸路線圖〞方案，電力電子被列為5大關(guān)鍵技術(shù)之一；電力電子技術(shù)還是近年來受到各國關(guān)注的智能電網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)之一；風(fēng)能、太陽能等新能源的利用幾乎都離不開電力電子技術(shù)的支撐；17電源可分為兩類：直流電〔DC〕，頻率f=0交流電〔AC〕，頻率f0電力變換按電壓/電流的大小、波形及頻率變換劃分為四類根本變換及相應(yīng)的四種電力變換電路或電力變換器。這四類根本變換可以組合成許多復(fù)合型電力變換器18傳統(tǒng)電力技術(shù)如何將交流電變?yōu)橹绷麟姡?9傳統(tǒng)電力技術(shù)如何實(shí)現(xiàn)交流電頻率的變換？20如何用電力電子開關(guān)器件實(shí)現(xiàn)電能的變換？圖中的開關(guān)設(shè)為理想開關(guān)

vo=S×vi

S為開關(guān)函數(shù)

211.AC/DC根本整流電路工作方式：相控、斬波分析方法：傅立葉分解、積分考慮問題：開關(guān)時(shí)刻、濾波222.DC/AC根本逆變電路工作方式：方波、PWM波分析方法：傅立葉分解、積分考慮問題：開關(guān)時(shí)刻、濾波233.AC/AC直接變頻、變壓電路工作方式：周期控制分析方法：等效考慮問題：開關(guān)時(shí)刻RMuoLEVTtontofftiottuoiotuot4.DC/DC直接變換電路〔降壓〕工作方式：PWM波分析方法：等效考慮問題：開關(guān)時(shí)間26開關(guān)型電力電子變換器的核心局部是一組開關(guān)電路在開關(guān)型電力電子變換電路的輸入、輸出端附加濾波電路〔通常為LC濾波器〕，以改善輸出電壓和輸入電流的波形高頻PWM控制是改善開關(guān)電路輸入電流波形、輸出電壓最有效的技術(shù)措施〔頻率的提高使濾波電路尺寸大幅度降低〕為使電力電子開關(guān)電路的輸出電壓接近理想的直流或正弦交流，一般應(yīng)對稱地安排一個(gè)周期中不同的開關(guān)狀態(tài)及持續(xù)時(shí)間常用分析方法——狀態(tài)空間平均法，積分，傅立葉變換28一般工業(yè)：交直流電機(jī)、電化學(xué)工業(yè)、冶金工業(yè)交通運(yùn)輸：