電力電子技術第一章

電力電子技術PowerElectronics主講人：董冀媛郵箱：dongdandan9@126手機：93631281辦公室：信息樓10211、什么是電力電子技術？2、電力電子技術有什么用？為什么要學？3、這門課程的主要內(nèi)容是什么？學習應留意哪些問題？4、考核方法220V50Hz交流市電低壓直流電壓±5V±12V＋3.3V

低壓直流電壓＋95V---＋130V

整流(AC/DC)電力電子技術——對電能變換和控制的技術普通的白熾燈照明需求220v、50Hz的單相交流電;化學工業(yè)中的電解、電鍍由低壓直流電源供電；城市地鐵要求有可控的高壓直流電源對機車供電；通訊設備如程控交換機需求48v低壓直流電源；調(diào)速的直流電動機那么需求由可變直流電壓源供電；緒－4用電設備對電能的電壓、頻率要求而機械工業(yè)中的感應加熱設備必需由中頻(10kHz>f>50Hz)或高頻(300MHz>f>10kHz)交流電源供電；許多高技術設備要由恒頻、恒壓的正弦波交流不延續(xù)電源供電UPS設備〔UninterruptiblePowerSupply〕；如今已得到廣泛運用的交流電機變頻調(diào)速那么要由三相交流變頻、變壓電源供電；有的設備要求電源是非常好的正弦波，而發(fā)射機、快速充電設備等那么要求有大功率脈沖電源。緒－5用電設備對電能的電壓、頻率要求1什么是電力電子技術2電力電子技術的開展史3電力電子技術的運用4教材內(nèi)容簡介和運用闡明緒論1.1電力電子與信息電子1.2兩大分支1.3與其他學科的關系1.4位置和未來1什么是電力電子技術信息電子技術——信息處置，電力電子技術——電力變換電子技術普通即指信息電子技術，廣義而言，也包括電力電子技術。模擬電子技術電子技術信息電子技術電力電子技術數(shù)字電子技術1.1電力電子與信息電子電力電子技術——運用電力電子器件對電能進展變換和控制的技術，即運用于電力領域的電子技術。目前電力電子器件均用半導體制成，故也稱電力半導體器件。電力電子技術變換的“電力〞，可大到數(shù)百MW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變流技術〔電力電子器件運用技術〕用電力電子器件構成電力變換電路和對其進展控制的技術，以及構成電力電子安裝和電力電子系統(tǒng)的技術。電力電子技術的中心，實際根底是電路實際。1.2兩大分支電力電子器件制造技術它是電力電子技術的根底，其實際根底是半導體物理。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、交流變交流變流技術進展電力變換的技術稱為變流技術。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變流技術緒－14用電力電子學技術電力變換的實例：整流電力電子學電子學電力學控制實際延續(xù)、離散電路、器件靜止器、旋轉(zhuǎn)電機圖1描畫電力電子學的倒三角形1.3與相關學科的關系都分為器件和運用兩大分支。器件的資料、工藝根本一樣，采用微電子技術。運用的實際根底、分析方法、分析軟件也根本一樣。信息電子電路的器件可任務在開關形狀，也可任務在放大形狀；電力電子電路的器件普通只任務在開關形狀。二者同根同源。與電子學〔信息電子學〕的關系1.3與相關學科的關系1.3與相關學科的關系電力電子技術廣泛用于電氣工程中高壓直流輸電靜止無功補償電力機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歸為電氣工程的一個分支。電力電子技術是電氣工程學科中最為活潑的一個分支。與電力學〔電氣工程〕的關系控制實際廣泛用于電力電子系統(tǒng)中。電力電子技術是弱電控制強電的技術，是弱電和強電的接口；控制實際是這種接口的有力紐帶。電力電子安裝是自動化技術的根底元件和重要支撐技術。與控制實際〔自動化技術〕的關系1.3與相關學科的關系電力電子技術和運動控制一同，和計算機技術共同成為未來科學技術的兩大支柱。計算機人腦電力電子技術消化系統(tǒng)和循環(huán)系統(tǒng)電力電子＋運動控制肌肉和四肢電力電子技術是電能變換技術,是把粗電變?yōu)榫姷募夹g，能源是人類社會的永久話題，電能是最優(yōu)質(zhì)的能源，因此，電力電子技術將青春永駐。一門嶄新的技術，21世紀仍將以迅猛的速度開展。1.4位置和未來歷史是人類社會的一面鏡子分析過去、如今有助于把握未來科學史是科學家的一面鏡子了解一門學科的過去、如今有助于把握未來2電力電子技術的開展史電力電子技術的開展史是以電力電子器件的開展史為綱的。晶閘管問世，(“公元元年〞)IGBT及功率集成器件出現(xiàn)和開展時代晶閘管時代水銀〔汞弧〕整流器時代電子管問世全控型器件迅速開展時期史前期〔黎明期〕19041930194719571970198019902000t(年)晶體管誕生2電力電子技術的開展史普通工業(yè)：工業(yè)中大量運用各種交直流電動機，都是用電力電子安裝進展調(diào)速的。一些對調(diào)速性能要求不高的大型鼓風機等近年來也采用了變頻安裝，以到達節(jié)能的目的。有些并不特別要求調(diào)速的電機為了防止起動時的電流沖擊而采用了軟起動安裝，這種軟起動安裝也是電力電子安裝。電化學工業(yè)大量運用直流電源，電解鋁、電解食鹽水等都需求大容量整流電源。電鍍安裝也需求整流電源。電力電子技術還大量用于冶金工業(yè)中的高頻或中頻感應加熱電源、淬火電源及直流電弧爐電源等場所。3電力電子技術的運用緒－23軋鋼機數(shù)控機床冶金工業(yè)電解鋁1〕普通工業(yè)低壓直流電源供電2〕交通運輸：電氣化鐵道中廣泛采用電力電子技術。電氣機車中的直流機車中采用整流安裝，交流機車采用變頻安裝。直流斬波器也廣泛用于鐵道車輛。在未來的磁懸浮列車中，電力電子技術更是一項關鍵技術。除牽引電機傳動外，車輛中的各種輔助電源也都離不開電力電子技術。電動汽車的電機依托電力電子安裝進展電力變換和驅(qū)動控制，其蓄電池的充電也離不開電力電子安裝。一臺高級汽車中需求許多控制電機，它們也要靠變頻器和斬波器驅(qū)動并控制。飛機、船舶和電梯都離不開電力電子技術。3電力電子技術的運用緒－252〕交通運輸3電力電子技術的運用可控的高壓直流電源對機車供電3〕電力系統(tǒng)：據(jù)估計，興隆國家在用戶最終運用的電能中，有60%以上的電能至少經(jīng)過一次以上電力電子變流安裝的處置。直流輸電在長間隔、大容量輸電時有很大的優(yōu)勢，其送電端的整流閥和受電端的逆變閥都采用晶閘管變流安裝，而輕型直流輸電那么主要采用全控型的IGBT器件。近年開展起來的柔性交流輸電〔FACTS〕也是依托電力電子安裝才得以實現(xiàn)的。晶閘管控制電抗器〔TCR〕、晶閘管投切電容器〔TSC〕、靜止無功發(fā)生器〔SVG〕、有源電力濾波器〔APF〕等電力電子安裝大量用于電力系統(tǒng)的無功補償或諧波抑制。在配電網(wǎng)系統(tǒng)，電力電子安裝還可用于防止電網(wǎng)瞬時停電、瞬時電壓跌落、閃變等，以進展電能質(zhì)量控制，改善供電質(zhì)量。在變電所中，給操作系統(tǒng)提供可靠的交直流操作電源，給蓄電池充電等都需求電力電子安裝。3電力電子技術的運用緒－27為了提高輸電效率和確保系統(tǒng)穩(wěn)定性電力系統(tǒng)中的直流輸電緒－283〕電力系統(tǒng)SVC高壓直流安裝HVDC柔性交流輸電FACTS3電力電子技術的運用4〕電子安裝電源：各種電子安裝普通都需求不同電壓等級的直流電源供電。通訊設備中的程控交換機所用的直流電源以前用晶閘管整流電源，如今已改為采用全控型器件的高頻開關電源。大型計算機所需的任務電源、微型計算機內(nèi)部的電源如今也都采用高頻開關電源。在大型計算機等場所，經(jīng)常需求不延續(xù)電源〔UninterruptiblePowerSupply__UPS〕供電，不延續(xù)電源實踐就是典型的電力電子安裝。3電力電子技術的運用緒－304〕電子安裝用電源程控交換機電子安裝微型計算機3電力電子技術的運用48V低壓直流電源緒－315〕家用電器緒－326〕其他大型計算機的UPS航天技術新型能源3電力電子技術的運用提供恒頻、恒壓的正弦波交流電5〕家用電器：“節(jié)能燈〞、變頻空調(diào)6〕其他：航天飛行器、新能源、發(fā)電安裝新能源、可再生能源發(fā)電比如風力發(fā)電、太陽能發(fā)電，需求用電力電子技術來緩沖能量和改善電能質(zhì)量。當需求和電力系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)時，更離不開電力電子技術。核聚變反響堆在產(chǎn)生強大磁場和注入能量時，需求大容量的脈沖電源，這種電源就是電力電子安裝?？茖W實驗或某些特殊場所，經(jīng)常需求一些特種電源，這也是電力電子技術的用武之地。3電力電子技術的運用緒－34圖電力電子電路在不同頻率／功率下的運用總之，電力電子技術的運用范圍非常廣泛，激發(fā)人們學習、研討電力電子技術并使其飛速開展。電力電子安裝提供應負載的是各種不同的電源，因此可以說，電力電子技術研討的也就是電源技術。電力電子技術對節(jié)省電能有重要意義。特別在大型風機、水泵采用的變頻調(diào)速，在運用量非常龐大的照明電源等方面，因此它也被稱為是節(jié)能技術。3電力電子技術的運用緒－36日常照明——節(jié)能燈電廠發(fā)電總量的10%～15%耗費在電氣照明上。普通白熾燈：電感啟輝，無功電流較大，不能到達有效節(jié)能；節(jié)能燈:電子鎮(zhèn)流器〔一個AC—DC—AC變換器〕啟輝，減少無功電流和有功損耗，燈管壽命延伸3～5倍、可節(jié)電50%，而且其分量僅為電感式鎮(zhèn)流器的10%。電子鎮(zhèn)流器的技術關鍵就是高頻電力電子變換器，假設獲得廣泛運用，那么節(jié)能節(jié)電效益非常顯著。對白熾燈進展高效節(jié)能改造，并假設推行運用30%，所節(jié)省的電能相當于三座大亞彎核電站的發(fā)電量(億度/年)緒－37幾乎一切的傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)與電力電子技術結合，都可以使傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)重新煥發(fā)青春全國各行業(yè)的風機、水泵的總耗電量約占了全國發(fā)電量的30%，僅僅對風機、水泵采用變頻調(diào)速等電子技術進展改造，每年即可節(jié)電500億度以上，相當于三個葛洲壩電站的發(fā)電量(157億度/年)電力電子技術對傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的改造4教材的內(nèi)容簡介每章的最后有小結，對全章的要點和重點進展總結。課時分配：課內(nèi)教學學時為36學時實驗單獨設課〔下學期上〕和其他課程的關系：電力電子技術電力拖動自動控制系統(tǒng)電路電子技術根底課程考核方法1、期末卷面考試成果80%。包括兩部分：1〕卷面考題成果70%。2〕最后一題是總結學過的內(nèi)容。占10%。2、平常作業(yè)10%，缺一次扣2分，扣完為止。作業(yè)要求：數(shù)學作業(yè)紙或A4紙，明晰工整。不符合要求扣一分，扣完為止。假設作業(yè)是查文獻寫論文，優(yōu)秀的要加分。3、平常上課表現(xiàn)10%。遲到扣1分，曠課扣3分，扣完為止。作業(yè)：查資料，任選一題查閱資料：寫成1000字左右的總結1、電力電子技術的開展2、電力電子技術的運用3、電力電子器件的開展作業(yè)：查資料4、查閱有關柔性交流輸電FACTS的資料，寫成1000字左右的內(nèi)容引見。主要關注以下方面：根本概念國際開展概略國內(nèi)開展概略關鍵技術任選其一即可。5、查閱高壓直流安裝