第1章 电力电子技术的基本概况
电力电子技术及应用
电力电子技术及应用第一章电力电子技术的概述电力电子技术是指利用电子器件和电路技术，对电力进行变换、调节、控制和保护等处理的技术。
它既是电力系统的重要组成部分，又是电力工业中的核心技术之一。
电力电子技术是将电力与电子技术相结合的交叉学科，是研究电力驱动及其控制、电力变换及其调节等基础理论和应用技术，其主要应用领域包括电力系统、电力驱动、能量转换、新能源等。
第二章电力电子技术的基本理论电力电子技术的基本理论包括电力电子器件、电力电子电路、电力控制、电力调节等方面。
1. 电力电子器件电力电子器件是电力电路中的基础元件，包括晶闸管、功率晶体管、MOSFET管、IGBT管和二极管等。
其中晶闸管是最早被应用的电力电子器件，其功率比较大，但开关速度慢，一般用于直流电路中；功率晶体管、MOSFET管、IGBT管在开关速度和功率特性方面都得到了较大的提高，广泛应用于交流电路。
2. 电力电子电路电力电子电路是利用电力电子器件构成的一种特殊电路，主要包括直流-直流电路、直流-交流电路和交流-交流电路等。
直流-直流电路主要用于直流电源的升压、降压、变换和稳压等，是各种电力变换电路的核心部分；直流-交流电路主要用于交流电源的变换和调节，是各种交流电力驱动和照明装置的核心部分；交流-交流电路主要用于交流电动机的调速等。
3. 电力控制电力控制是指利用控制电路实现电力电子器件与电路的开关控制、脉宽调制、相位控制等，从而实现电力的调节和控制。
电力控制系统包括开关电源、逆变电源、直流调速、交流调速等，而控制策略主要包括脉宽调制、空间矢量调制等。
4. 电力调节电力调节是指通过电力电子技术对电力进行调节和变换。
其主要应用在变频调速、交流稳压、电动车充电等领域。
电力调节系统一般包括电源、滤波器、逆变器、负载等组成。
第三章电力电子技术的应用1. 电力系统电力电子技术在电力系统中广泛应用，主要包括无功补偿、市电汇流、直流输电等。
其中无功补偿系统是减小交流系统无功功率流的有效措施，可以提高电网的稳定性和可靠性，提高电力的使用率。
电力电子技术概述
电力电子技术概述电力电子技术是一门研究电力系统中电能的控制与转换的学科，它涉及到电力电子器件、电力电子电路、电力电子系统以及与之相关的控制策略和应用领域等方面。
本文将概述电力电子技术的起源、应用领域、主要器件和电路拓扑结构，以及未来发展趋势。
一、电力电子技术的起源与发展电力电子技术源于20世纪60年代的美国，当时希望能够利用电子器件来实现电力的调节、控制和转换。
最早应用于变频调速装置、静态无功补偿装置、电能质量改善装置等，逐渐发展成为一个独立的技术领域。
电力电子技术的发展也受益于电子器件的进步，如功率半导体器件的改进和智能控制技术的应用。
二、电力电子技术的应用领域1. 变频调速技术：电力电子技术在工业生产中的一个重要应用领域就是变频调速技术。
通过改变电机的输入电压和频率，可以实现对电机转速的精确控制。
变频调速器广泛应用于印刷机械、纺织机械、化工设备等领域，提高了生产效率和节能效果。
2. 静态无功补偿技术：电力电子技术可以实现对电力系统中无功功率的补偿控制，提高电力系统的功率因数和稳定性。
静态无功补偿装置主要应用于电力系统中的无功功率补偿和谐波抑制，有效改善了电能质量，降低了线损和电流谐波。
3. 新能源发电技术：电力电子技术在新能源领域的应用也日益广泛。
光伏逆变器、风力发电控制器等电力电子装置将新能源转换为交流电能，并通过电网进行输送和利用。
这种技术可以实现对新能源发电的有效控制和管理，推动了可再生能源的利用。
4. 电力系统调节和控制：电力电子技术在电力系统调节和控制中扮演着重要角色。
通过电力电子器件和控制策略，可以实现对电力系统的电压、频率、质量等方面的调节和保护。
这对于电力系统的稳定运行具有重要意义。
三、电力电子技术的主要器件和电路拓扑结构1. 功率半导体器件：电力电子技术的基础是功率半导体器件，主要包括二极管、晶闸管、MOSFET、IGBT等。
这些器件具有承受高压和高电流的特点，并能实现高效率的电能转换。
电力电子技术--电力电子技术概述及其在智能电网中的应用简介 ppt课件
奥巴马将智能电网提升为美国国家 战略
年份
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26
国外智能电网研究概况
欧洲智能电网发展里程碑
成立“智能电网(SmartGrids)欧洲技术论坛”
提出智能电网愿景，制定（1）《欧洲未来电网的 远景和策略》（2）《战略性研究议程》《战略部 署文件》报告
2）交通运输
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18
3 电力电子技术的应用
3）电力系统
柔性交流输电FACTS
高压直流装置HVDC
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SVC
19
3 电力电子技术的应用
4）电子装置用电源
电子装置
程控交换机
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微型计算机
20
3 电力电子技术的应用
5）家用电器
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21
3 电力电子技术的应用
航天技术
大型计算机的UPS
一个分支。
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10
1.3 与相关学科的关系
与控制理论（自动化技术）的关系
控制理论广泛用于电力电子系统中。
电力电子技术是弱电控制强电的技术， 是弱电和强电的接口；
控制理论是这种接口的有力纽带。
电力电子装置是自动化技术的基础元件和
重要支撑技术。
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11
1.4 地位和未来
电力电子技术和运动控制一起，和计算机技术共同成
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风轮机直接驱动的同步发电机系统
Us Is
Uc Ic
• 基于永磁同步发电机的变速风电机组通过全功率 变频器接入电网，由于变频器的解耦控制，使变
速同步风电机组与电网完全解耦，其特性完全取 决于变频器的控制系统和控制策略。
电力电子技术第一章
2、正向压降UF
指规定条件下，流过稳定的额定电流时，器件两端的 正向平均电压（又称管压降）。
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电力电子技术第一章
1.2.2 电力二极管的基本特性与参数
3、反向重复峰值电压URRM
指器件能重复施加的反向最高峰值电压（额定电 压）。此电压通常为击穿电压的2/3。使用中通常按照 电路中电力二极管可能承受的反向峰值电压的两倍来选 定此项参数。
图1-3 电力二极管的伏安特性
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电力电子技术第一章
1.2.2 电力二极管的基本特性与参数
二、 动态特性 （开关特性）
电力二极管的电压-电流特性
是随时间变化的
延迟时间：td= t1- t0, 电流下降时间：tf= t2- t1 反向恢复时间：trr= td+ tf 恢复特性的软度：下降 时间与延迟时间 的比值 tf /td，或称恢复系数，用 Sr表示。
通或者 关断的控制。
❖电压驱动型
----仅通过在控制端和公共端之间施加一定的
电压信号就可实现导通或者关断的控制。
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电力电子技术第一章
1.2 不可控器件—电力二极管
➢1.2.1 电力二极管的工作原理 ➢1.2.2 电力二极管的基本特性与参数
一、电力二极管的伏安特性 二、电力二极管的开关特性 三、电力二极管的主要参数
Diode）常用于开关频率在1KHz以下的整流电路 中，其反向恢复时间在5μs以上，额定电流可 达数千安培，额定电压达数千伏以上。
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电力电子技术第一章
1.2.2 电力二极管的基本特性与参数
②快恢复二极管
电力电子技术第1章总结
电力电子技术第1章总结电力电子技术第1章总结电力电子技术第1章总结开课班级：09输电线路班总结时间：201*.9.19总结教师：杜芸强一、基本概念1.电力电子器件：是指可直接用于处理电能的主电路中，实现电能的变换或控制的电子器件。
2.电力电子电路也被称为电力电子系统，由控制电路、驱动电路、检测电路和以电力电子器件为核心的主电路组成。
3．电力电子器件的分类（1）按照电力电子器件能够被控制电路信号所控制的程度，可分为半控型器件、全控型器件和不控型器件。
（2）按照驱动电路加在电力电子器件控制端和公共端之间的信号性质，又可以将电力电子器件分为电流驱动型和电压驱动型器件。
（3）电力电子器件还可以按照器件内部电子和空穴两种载流子参与导电的情况分为单极型器件、双极型器件和复合型器件。
4.电导调制效应：当PN结上流过的正向电流较小时，二极管的电阻主要是作为基片的低掺杂N区的欧姆电阻，其阻值较高且为常量，因而管压降随正向电流的上升而增加；当PN结上流过的正向电流较大时，注入并积累在低掺杂N区的少子空穴浓度将很大，为了维持半导体电中性条件，其多子浓度也相应大幅度增加，使其电阻率明显下降，也就是电导率大大增加，这就是电导调制效应。
5.方向击穿：PN结具有一定的反向耐压能力，但当施加的反向电压过大，反向电流将会急剧增大，破坏PN结反向偏置为截止的工作状态，这就叫反向击穿。
6.热击穿：当反向未被限制住，使得反向电流和反向电压的乘积超过了PN结容许的耗散功率，就会因热量散发不出去而导致PN结温度上升，直至过热而烧毁，就是热击穿。
7.电力二极管的主要参数正向平均电流IF(AV)：指电力二极管长期运行时，在指定的管壳温度和散热条件下，其允许流过的最大工频正弦半波电流的平均值。
通过对正弦半波电流的换算可知，正向平均电流IF(AV)对应的有效值为1.57IF(AV)。
8．电力二极管的主要类型：普通二极管（又称整流二极管）、快速恢复二极管（FRD）和肖特基二极管（SRD）。
电力电子技术
拓扑结构
常见的升降压型DC/DC变换器拓 扑结构包括Buck-Boost电路、
Zeta电路等。
应用领域
升降压型DC/DC变换器在需要宽 范围电压输入的场合中得到了广 泛应用，如电动汽车充电桩、工
业自动化设备、通信设备等。
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05交流-Leabharlann 流变换技术2024/1/28
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交流调压电路原理及分类
分类
根据控制信号的性质，交流调功电路可分为 模拟控制交流调功电路和数字控制交流调功 电路。
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交流电力电子开关及应用
交流电力电子开关
是一种能够控制交流电通断的开关器件，具 有快速、可靠、节能等优点。常见的交流电 力电子开关有晶闸管、双向晶闸管、可关断 晶闸管等。
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拓扑结构
应用领域
升压型DC/DC变换器在太阳能发电、 风力发电等新能源领域，以及电动汽 车、电动自行车等交通工具中得到了 广泛应用。
常见的升压型DC/DC变换器拓扑结构 包括Boost电路、Sepic电路等。
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升降压型DC/DC变换器
工作原理
升降压型DC/DC变换器结合了降 压型和升压型变换器的特点，可 以实现输入电压的升降压转换。
电力电子技术
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1
目录 CONTENTS
• 电力电子技术概述 • 电力电子器件 • 整流与逆变技术 • 直流-直流变换技术 • 交流-交流变换技术 • 电力电子技术应用实例分析
2024/1/28
2
01
电力电子技术概述
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3
定义与发展历程
电力电子技术概述
电力电子技术概述电力电子技术是指在电力系统中应用电子元器件和电子技术，从而实现对电能的调节、变换和控制的一门技术。
它在现代电力系统中扮演着重要的角色，对于提高电力传输、转换和利用效率起到至关重要的作用。
本文将概述电力电子技术的基本原理、应用领域和未来发展趋势。
一、基本原理电力电子技术的基本原理是通过应用晶体管、二极管、开关等电子元件，实现对电能的调节和控制。
通过改变电压、电流的形状、频率和幅值来实现对电能的变换。
电力电子技术的核心是开关技术和变换技术。
1. 开关技术：开关技术是指通过控制开关的通断状态，来控制电流和电压的变化。
常见的开关元件有晶体管、功率开关管等。
通过合理的开关控制，可以实现电流的调节、电压的变换等功能。
2. 变换技术：变换技术是指通过变换电流和电压的形状、频率和幅值，将电能从一种形式转换为另一种形式。
常见的变换技术有直流-直流变换、直流-交流变换等。
通过变换技术，可以将电能从电网中提取出来，或者将直流电能转换为交流电能。
二、应用领域电力电子技术在多个领域广泛应用，其中包括能源转换、电力传输和利用、电动汽车等。
1. 能源转换：电力电子技术在可再生能源领域发挥着重要作用。
通过电力电子技术，可以将太阳能、风能等可再生能源转换为电能，从而实现清洁能源的利用。
2. 电力传输和利用：电力电子技术在电力系统中的传输和利用环节起着关键作用。
通过电力电子技术，可以实现高压交流输电与变频无级调速控制，提高电力传输效率和系统稳定性。
3. 电动汽车：电力电子技术在电动汽车领域的应用不断增加。
通过电力电子技术，可以实现电动汽车的充电与放电控制、能量回馈、效率提升等功能，推动电动汽车的发展与普及。
三、未来发展趋势随着能源需求的不断增长和环境问题的日益突出，电力电子技术将在未来得到更广泛的应用和发展。
1. 高效能源转换：未来电力电子技术将更加注重能源转换的高效率。
通过研究和改进电力电子器件的性能，提高能源转换效率，减少能源损失，从而推动清洁能源的大规模利用。
电力电子技术的主要内容1
电力电子技术的主要内容将电子技术和控制技术引入传统的电力技术领域，利用半导体电力开关器件组成各种电力变换电路实现电能的变换和控制称为电力电子技术。
电力电子技术主要包括电力电子器件、变流电路和控制技术三个部分，其中电力电子技术是基础，变流电路是电力电子技术的核心。
主要研究电力电子器件的应用、电力电子电路的电能变换原理以及控制技术及电力电子装置的开发与应用。
1、电力电子器件1.1电力电子器件是指可直接用于主电路中实现电能变换或控制的电子器件，它是电子器件的一大分支，能承受高电压和大电流，是弱电控制强电的纽带。
1.2电力电子器件的分类1.2.1按可控性分类根据控制信号对器件控制程度可将电力电子器件分为三类：（1）不可控器件，不能用控制信号来控制其导通、关断的电力电子器件，如电力二极管。
（2）半控型器件，能用控制信号控制其导通，但不能控制其关断的电力电子器件称为半控型器件，主要有晶闸管及其大部分派生器件（GTO除外）。
（3）全控型器件，能用控制信号控制其导通，又能控制其关断的电力电子器件称为半控型器件，又称为自关断器件。
如绝缘栅双极晶体管（IGBT）和电力场效应晶体管（P-MOSFET）等。
1.2.2按驱动信号类型分类（1）电流驱动型，通过控制极注入或抽出电流来实现导通或关断控制的。
如门极可关断晶闸管（GTO）、电力晶体管（GTR）。
（2）电压驱动型，通过在控制端和公共端之间加一定的电压信号就能实现导通或关断控制的，如电力场效应晶体管（P-MOSFET）、集成门集换流晶闸管（IGCT）。
1.2.3按器件内部载流子参与导电情况分类（1）单极型器件，由一种载流子参与导电的器件，如电力场效应晶体管（P-MOSFET）、静电感应晶体管（SIT）。
（2）双极型器件，由电子和空穴两种载流子参与导电的器件，如电力晶体管（GTR）、静电感应晶闸管（SITH）、MOS控制晶闸管（MCT）。
1.3常用电力电子器件1.3.1电力二极管具有一个PN结和阳极A、阴极K的两层两端半导体器件。
电力电子技术第一章
（第一章电力电子器件）电力电子技术——使用电力电子器件对电能进行变换和控制的技术，即应用于电力领域的电子技术。
电力电子器件——可直接用于处理电能的主电路中，实现电能的变换或控制的电子器件。
主电路——在电气设备或电力系统中，直接承担电能的变换或控制任务的电路。
半导体器件采用的主要材料是硅【电力电子器件的特征】1处理电功率的能力非常大，一般远大于处理信息的电子器件。
2电力电子器件一般都工作在开关状态。
3电力电子器件往往需要由信息电子电路来控制和驱动。
4电力电子器件自身的功率损耗远大于信息电子器件，一般都要安装散热器。
电力电子系统：由控制电路、保护电路、驱动电路和以电力电子器件为核心的主电路组成。
【电力电子器件的分类】1)按照器件能够被控制电路信号所控制的程度，可分为三类：半控型器件——通过控制信号可以控制其导通而不能控制其关断。
例：晶闸管全控型器件——通过控制信号既可控制其导通又可控制其关断，又称自关断器件。
如IGBT、Power MOSFET、GTO、BJT。
不可控器件——不能用控制信号来控制其通断，因此也就不需要驱动电路。
如电力二极管。
2)按照驱动电路信号的性质，可分为两类：电流驱动型,电压驱动型【电力二极管】PN结的单向导电性就是二极管的基本原理静态特性——主要是指其伏安特性动态特性——由于结电容的存在，电力二极管在通态与断态之间转换时，需经历一个过渡过程。
在此过渡过程中，其电压-电流特性随时间而变化，这就是电力二极管的动态特性，且专指反映通态和断态之间转换过程的开关特性。
正向平均电流I F(AV)：即额定电流，指电力二极管长期运行时，在指定的管壳温度和散热条件下，其允许流过的最大工频正弦半波电流的平均值。
正向平均电流I F(AV)的对应的有效值为1.57I F(AV) 【晶闸管】内部结构: 是PNPN四层半导体结构。
P1区引出阳极A，N2区引出阴极K，P2区引出门极G。
四个区形成三个PN结：J1、J2、J3。
电力电子技术_基础知识
电力电子技术_基础知识一、内容简述本文将阐述电力电子技术的定义与发展历程，及其在现代能源系统中的地位和作用。
我们将让读者理解电力电子技术是如何通过半导体器件将电能从源头转换到最终用户的过程。
此外还将介绍电力电子技术在可再生能源、工业控制、交通运输等领域的应用及其发展趋势。
本节将介绍电力电子系统中的主要组成部分——电力电子转换器与变换器。
这些设备是电力电子技术中的核心部件，用于实现交流（AC）和直流（DC）之间的转换，电压和电流的控制以及调整。
本部分将介绍不同类型转换器的工作原理和特性，并探讨其在各种应用场景中的应用。
本节将详细介绍在电力电子系统中使用的半导体器件和功率模块。
包括二极管、晶体管（如IGBT）、场效应晶体管（MOSFET）等的基本工作原理及其在电力转换和控制中的应用。
此外还将探讨这些器件的性能参数、特点及其在高性能电力系统中的应用挑战。
本部分将介绍电力电子系统中的控制技术和调制策略，通过适当的控制方法，可以实现电力电子系统的稳定运行和精确控制。
本部分将讨论不同类型的控制方法（如PWM调制、空间矢量调制等）以及它们在电力电子系统中的应用和实现。
电力电子系统的安全和稳定运行至关重要，本部分将介绍在电力电子系统中使用的保护和故障诊断技术。
这些技术可以确保系统在异常情况下安全运行并避免损坏，本部分将探讨不同类型的保护措施（如过流保护、过电压保护等）以及现代故障诊断技术的应用和发展趋势。
1. 介绍电力电子技术的概念及其在现代社会的重要性电力电子技术是一种结合了电力工程与电子工程的理论和技术的跨学科领域。
它主要研究利用半导体器件进行电能转换、控制和优化的技术。
简单来说电力电子技术就是研究如何将电能从一种形式转换为另一种形式，以满足不同设备和系统的需求。
这种技术在现代社会中扮演着至关重要的角色，涉及到我们日常生活中的方方面面。
随着科技的快速发展，电力电子技术的重要性日益凸显。
在现代社会的各个领域，从工业制造、交通运输、通讯设备，到家庭生活、数据中心以及可再生能源系统，几乎无处不在都需要电力电子技术的支持。
电力电子技术概述 PPT课件
1.3 电力电子技术的应用
4) 电子装置用电源
➢ 各种电子装置一般都需要不同电压等级的直流电源供电。通信 设备中的程控交换机所用的直流电源以前用晶闸管整流电源， 现在已改为采用全控型器件的高频开关电源。大型计算机所需 的工作电源、微型计算机内部的电源现在也都采用高频开关电 源。在各种电子装置中，以前大量采用线性稳压电源供电，由 于高频开关电源体积小、重量轻、效率高，现在已逐渐取代了 线性电源。因为各种信息技术装置都需要电力电子装置提供电 源，所以可以说信息电子技术离不开电力电子技术。
电路、器件
静止器、旋转电机
电子学
电力学
“电力电子学”和“电力电子
技术”分别从学术和工程技术
的角度来称呼，实际内容没有 很大不同。
电力 电子技术
连续、离散
控制 理论
描述电力电子学的倒三角形
1.1 什么是电力电子技术
电力电子技术和电子技术的关系
电子技术 对应 电力电子技术
电子器件
电力电子
电子电路
电力电子电路
1.3 电力电子技术的应用
➢ 以前电力电子技术的应用偏重于中、大功率。现在，在1kW 以下，甚至几十瓦以下的功率范围内，电力电子技术的应用 也越来越广，其地位也越来越重要。这已成为一个重要的发 展趋势，值得引起人们的注意。
1.2 电力电子技术的发展史
电力电子器件的发展对电力电子技术 的发展起着决定性的作用，因此，电 力电子技术的发展史是以电力电子器 件的发展史为纲的。
返回
1.2 电力电子技术的发展史
，能在真空中对电子流进行控制， 并应用于通信和无线电，从而开了电子技术之先河
电力电子技术基础-绪论
程控交换机
电子装置 微型计算机
2、电力传动
❖ 工艺调速传动：轧钢、榨糖、造纸、化工、炼油； ❖ 节能调速传动：风机、水泵、压缩机； ❖ 牵引调速传动：轨道牵引、城市交通、电梯、矿井卷扬机
等； ❖ 精密调速和特种调速：数控机床主轴和伺服控制、雷达与
火炮跟踪控制、离心机控制等。
3、电力系统
❖ 发电环节：发电机励磁调节控制； ❖ 输电网中：电能质量控制器、直流输电、无功补偿器、有
源滤波器、固态开关； ❖ 配电网中:配电用无功补偿器、有源滤波器； ❖ 储能系统：抽水蓄能电站变频调速、超导磁铁储能。
柔性交流输电FACTS
高压直流装置HVDC
SVC
四、我国电力电子技术的现状与发展
电力变换的种类
输入 输出
交流（AC）
直流（DC）
整流
交流（AC） 交流电力控制变频、变相
直流（DC） 直流斩波 逆变
二、电力电子技术的发展历程
史前期 （黎明期）
晶体管诞生
晶闸管问世 (“公元元年”)
全控型器件迅 速发展时期
1904
电子管 问世
Hale Waihona Puke 19301947 1957 1970 1980 1990 2000 t(年)
❖ 电力电子器件研制水平落后； 场控器件全靠进口；
❖ 国产电力电子装置相对落后，高端产品主要被外国公司占 领；
❖ 国产电力电子产品配套水平差； ❖ 应用基础研究更不上。
五、电力电子电路的仿真分析
❖ 仿真：用模型( 物理、数学) 代替实际系统进行实验和研 究。 ➢ 数字仿真、模拟仿真和混合仿真等多种形式和方法， 现主要指在计算机上完成的数学分析( 数字仿真)。 ➢ 电力电子电路的仿真是对电力电子电路和系统进行分 析和设计的非常有效的方法和工具。
第一章电力电子技术
• 转移特性表征器件输入电压对输出电流的控制作用和放大 能力。 UT是P-MOSFET的开启电压(又称阀值电压)。
22
1.2 电力电子器件
ID ID
I
U GS3 10V
U GS2 8V U GS1 4V
II
III
0
UT
U GS
0
U GS0 0
U BR
(a) 转移特性
图1-22
(b) 输出特性
额定电压UTn 额定电流IT：温度稳定在额定值125度时所允许的通态平均电流。 维持电流IH ：在室温和门极断路时，晶闸管已经处于通态后，从 较大的通态电流降至维持通态所必须的最小阳极电流。 擎住电流IL：晶闸管从断态转换到通态时移去触发信号之后，要 器件维持通态所需要的最小阳极电流。对于同一个晶闸管来说 ，通常擎住电流IL约为维持电流IH的(2～4)倍。 门极触发电流IGT ：在室温且阳极电压为6V直流电压时，使晶闸 管从阻断到完全开通所必需的最小门极直流电流。
Ud 1 2π
2U 2 sin td t
2U 2 1 cos 1 cos 0.45 U2 π 2 2
33
1.3 整流与逆变电路
2.单相半波可控整流电路（阻感性负载）
u2
t1
0
ug
t 3
t 2
t 4
t 5
t
t
Ud
0 ud 0
id id
t
uT
27
1.2 电力电子器件
输出特性
转移特性
28
1.2 电力电子器件
• IGBT的主要参数
集射极额定电压UCES、栅射极额定电压UGES 、栅射极开启 电压UT、集电极额定电流IC （集电极最大连续电流）、通 态压降UCE(on) 、最大集电极电流ICM （擎住效应）
第1章 电力电子技术概论
电力电子技术高效地将输入电能变换为
期望的另一种形式的电能
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1-1 电力电子技术的概念
1-1-3) 电力电子技术的特点
电力电子装置的典型结构
输入电功率 功率变换 输出电功率 负载 主电路
反馈信号
控制电路
参考信号
返回
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1-1 电力电子技术的概念
1-1-1) 信息电子技术
?
• 模拟电子技术
如收音机、电视机中的调谐电路，信号 测量中的滤波、放大电路
• 数字电子技术
如对输入信号进行加法运算的数字电 路等
信息电子技术提取、识别、处理小功率电
信号中包含的信息，
现在你正浏览到当前第五页，共三十四页。
现在你正浏览到当前第二十三页，共三十四页。
1-2 电力电子技术的主要研究内容
1-2-2 电力电子电路及其控制技术
电力电子电路分析方法
电力电子电路中的大功率电子器件工作在开关 状态，这种开关型的电路属于非线性电路。
对电力电子电路分析的基本方法是采用分段线 性分析，即将电力电子电路在不同时段采用不同
的线性电路来模拟，进而利用线性电路理论进行分 析。
现在你正浏览到当前第二十七页，共三十四页。
1-4-1 电力电子技术的作用
促进电能的最佳利用
电网供电的形式是固定的，而用电设备对电 能形式的要求是多种多样的。为了合理高效 地利用电能，通常在用电设备的前端对电能 形式进行变换与处理。
现在发达国家电能的75％要经过电力电子 变换或控制后使用，我国经过变换或控制后 使用的电能目前仅占30％，利用电力电子 技术使用电能的发展余地还很大。
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变流器的 拓朴结构 PWM技术 技术 仿真分 析方法 控制和估 算技术 计算机
电力电子 进步
集成芯片 数字信号 处理
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第一章 电力电子技术的基本概况
晶闸管的派 生器件
快速晶闸管 （FST） ）
逆导晶闸管 （RCT） ）
第一代 电力电 子器件
光控晶闸管 （LTT） ）
双向晶闸管 （TRIAC） ）
重的谐波，这不但会降低电路的功率因数，而 重的谐波，这不但会降低电路的功率因数， 且还会对电网造成谐波污染的“公害” 且还会对电网造成谐波污染的“公害”。
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Байду номын сангаас
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第一章 电力电子技术的基本概况
自关断的全 控型器件
门极可关断晶闸管（ 门极可关断晶闸管（GTO） ） 双极型电力晶体管（ 双极型电力晶体管（GTR） ） 电力场效应晶体管 （Power MOSFET） ）
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第一章 电力电子技术的基本概况
电能转 换功率 损耗
约50%左右由电力电子器件吸收 左右由电力电子器件吸收 其余部分由电感、电容、 其余部分由电感、电容、保护电路 和电路接口消化。 和电路接口消化。 使器件的温升增加， 使器件的温升增加，如散热条件
电力电子器件 消耗的功率
不好，将损坏电力电子器件， 不好，将损坏电力电子器件，并 使整个装置、电网遭到破坏。 使整个装置、电网遭到破坏。
第一章 电力电子技术的基本概况
1.1 电力电子技术的含义 1.2 电力电子的主要应用形式 1.3 电力电子技术的发展历史 1.4 电力电子技术的发展方向和前景
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第一章 电力电子技术的基本概况
1.1 电力电子技术的含义
特殊的能 量形式 利用最为普及 的能量形式 电能 转换为交流电、直流电、 转换为交流电、直流电、 电磁辐射、激光束、脉冲、 电磁辐射、激光束、脉冲、 电弧、 电弧、电磁能 服务于人们 生活中的各 个方面 易于转换的 能量形式
变频器广泛应用于各种变频电源中， 变频器广泛应用于各种变频电源中，如在中频感应 加热和交流电动机的变频调速等方面的应用。 加热和交流电动机的变频调速等方面的应用。
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第一章 电力电子技术的基本概况
将一种频率和幅植固定或变 ③AC/AC变换 变换 化的交流电压转换成另一种 频率和幅植可调或固定的交 流电压。 流电压。 AC/AC变换电 变换电 路 变频器 周波变流器
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第一章 电力电子技术的基本概况
②DC/AC变换 变换 DC/AC变换 变换
把直流电变换成频率可变、 把直流电变换成频率可变、 电压固定或可调的交流电。 电压固定或可调的交流电。 逆变 DC/AC变换时，交流输 变换时 变换 出与电网相连。 出与电网相连。 DC/AC变换时，交流输 变换时 变换 出直接与负载相连 。
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第一章 电力电子技术的基本概况
由于晶闸管不能通过控制实现关断， ②由于晶闸管不能通过控制实现关断，因此它的 开关频率难以提高，最高也不会超过 开关频率难以提高，最高也不会超过400Hz， ， 这样大大限制了它的应用范围； 这样大大限制了它的应用范围；
③由于晶闸管相位控制方式对电网及负载产生严
晶闸管
硅二极管
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第一章 电力电子技术的基本概况
❋工业技术的迅速发展推动了晶闸管的进步。 工业技术的迅速发展推动了晶闸管的进步。 ❋电力电子技术的概念和基础由于晶闸管及晶闸管
变流技术的发展而逐渐建立起来。 变流技术的发展而逐渐建立起来。
❋在电力系统的无功补偿、以及在中频加热应用中， 在电力系统的无功补偿、以及在中频加热应用中，
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第一章 电力电子技术的基本概况
电能转换形式的分类 ①AC/DC变换 变换 AC/DC变换 变换 整流器 把交流电压变换成固定或 可调的直流电压。 可调的直流电压。 整流 把交流电压变换成固定或可 调的直流电压的装置。 调的直流电压的装置。
整流器一般用于如充电、电镀、电解和直流电动机 整流器一般用于如充电、电镀、 的速度调节等场合。 的速度调节等场合。
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第一章 电力电子技术的基本概况
比
较
电力电子器件承载的电流大，承受的电压高； 电力电子器件承载的电流大，承受的电压高； 模拟电子技术和数字电子技术中的电流、 模拟电子技术和数字电子技术中的电流、电压等 当作信号处理，不考虑转换效率和散热等问题。 当作信号处理，不考虑转换效率和散热等问题。 电力电子技术应用中涉及到高电压、大电流， 电力电子技术应用中涉及到高电压、大电流，须 优先考虑电能的转换效率。 优先考虑电能的转换效率。 电力电子技术与模拟电子技术或信息电子技术都 是基于硅材料应用科学的一个分支， 是基于硅材料应用科学的一个分支，采用的是硅分子 渗透技术。 渗透技术。
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第一章 电力电子技术的基本概况
1.2 电力电子的主要应用形式
电力电子设备 的主要目的 功能 处理电气意义上的功率。 处理电气意义上的功率。 电气意义上的功率
控制交流或直流电源与一个或者多个 需要此交流或直流电源负载之间的功 率传输 。
传输功率的大小由与变流器终端相连的负载大小 确定 。
AC/AC变换电路主要用于交流电动机的变频调速。 变换电路主要用于交流电动机的变频调速。 变换电路主要用于交流电动机的变频调速
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第一章 电力电子技术的基本概况
将一种幅植固定或变化的直 流电压变换成幅植可调或恒 ③DC/DC变换 变换 定的另一个电压等级的直流 电压。 电压。 DC/DC变换 变换 直流斩波 将一种幅植固定或变化的直流电 压变换成幅植可调或恒定的另一 个电压等级的直流电压的装置。 个电压等级的直流电压的装置。
第二代 电力电 子器件
通过对门极（基极、栅极） 通过对门极（基极、栅极）的控制既可使 其开通，又可使其关断。 其开通，又可使其关断。这些器件的开关 速度高于晶闸管， 速度高于晶闸管，可以用于开关频率较高 的场合。 的场合。
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第一章 电力电子技术的基本概况
门极可关断晶闸管(GTO ) 门极可关断晶闸管 GTO的关断功率损耗较大，须使用开关吸收电路， 的关断功率损耗较大，须使用开关吸收电路， 的关断功率损耗较大 以减小dv/dt，在实际应用中受到一定的限制。 以减小 ，在实际应用中受到一定的限制。 GTO的一般容量为 的一般容量为6KV/4KA。 的一般容量为 。 实际使用中，GTO的触发功率很大，关断时要消 的触发功率很大， 实际使用中， 的触发功率很大 耗其导通功率的20%左右，限制了它的开关频率。 左右，限制了它的开关频率。 耗其导通功率的 左右 在GTO变流器的吸收和驱动电路设计应考虑其特 变流器的吸收和驱动电路设计应考虑其特 殊性。 殊性。
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第一章 电力电子技术的基本概况
1.3 电力电子技术的发展历史
电力电子技术迅 速发展， 速发展，与全球 能源、环境等问 能源、 题息息相关 利用电力电 子技术可以 有效地节约 能源
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第一章 电力电子技术的基本概况
晶闸管问世 史前期 晶体管诞生 1904 电子管问世 水银（汞弧） 水银（汞弧） 晶闸管时代 IGBT出现智 出现智 能功率模块 整流器时代 1930 1947 1957 1970 1980 1990 2000 年份 全控型器件迅 速发展期
有源逆变 无源逆变
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第一章 电力电子技术的基本概况
无源逆变装置的输出可以是恒频恒压（CVCF）的 无源逆变装置的输出可以是恒频恒压（ ） ），也可是变频输出 电源或不间断供电电源（ 电源或不间断供电电源（UPS），也可是变频输出 ）， 的电源。 的电源。 变频器 把直流电变换成频率可变、 把直流电变换成频率可变、 电压固定或可调的交流电 的装置。 的装置。
斩波器
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第一章 电力电子技术的基本概况
斩波器
脉宽调制变流器
斩波器主要用于直流电压变换、开关电源、电车、 斩波器主要用于直流电压变换、开关电源、电车、 主要用于直流电压变换 地铁、矿车等电力机车上所用的直流电动机的牵引， 地铁、矿车等电力机车上所用的直流电动机的牵引， 以及计算机、通信和各类仪器仪表的电源等场合。 以及计算机、通信和各类仪器仪表的电源等场合。
电力电 子技术
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第一章 电力电子技术的基本概况
电气和电子器件的有效使用 线性与非线性电路的理论分析 方法 控制理论的应用 成熟设计方法的使用 配合使用先进的分析工具 研究其控制系统的性能 达到体积小、 重量轻、 损耗低、 效果 达到体积小 、 重量轻 、 损耗低 、 目的 好的目的， 并能实现高效、 可靠、 好的目的 ， 并能实现高效 、 可靠 、 实 用的控制。 用的控制。
推动各种电力变流器在冶金、电化学、 推动各种电力变流器在冶金、电化学、电 力工业、交通及矿山等行业中的应用， 力工业、交通及矿山等行业中的应用，促 进了工业技术的进步。 进了工业技术的进步。
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第一章 电力电子技术的基本概况
晶闸管只能在承受正向电压过程中，通过对门极施 晶闸管只能在承受正向电压过程中， 加一个触发脉冲才能使其导通， 加一个触发脉冲才能使其导通，不能通过脉冲的控 制使其关断，属于半控型器件。 制使其关断，属于半控型器件。 阻碍晶闸管发展的原因 关断晶闸管时须采用强迫换流电路。 ①关断晶闸管时须采用强迫换流电路。增加的换流 电路使电路复杂、体积增大、重量增加、 电路使电路复杂、体积增大、重量增加、效率降 从而导致可靠性下降； 低，从而导致可靠性下降；