走进电世界-8
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走进电世界（8）
山东大学电气工程学院
8 电力电子与电力传动技术
引言
科学家探索的是世界的本来面貌， 工程师则是创造一个新的世界。 ——卡曼
8-1
电力电子技术
8-2
电力传动技术
8.1 电力电子技术
电力电子技术学科的交叉构成关系
静
电子学
件 器 、
电力学
、 旋
电力 电子技术
Байду номын сангаас
止 器
路
转
电
电 机
连续、离散 控制 理论
IGBT
混 合 载 流 子 导 电
IEGT
二 IGCT 种 DT MCT 载 流 SITH 子 GTR 导 电
8.1.3 电力电子技术的主要应用
在发电系统中的应用
大型发电机的静止励磁控制 水力、风力发电机的变速恒频励磁 发电厂风机、水泵的变频调速
在输电系统中的应用
柔性交流输电技术
高压直流输电技术
可实现四象限运行
空载损耗小、效率高
8.2.2 电气传动技术的发展历程
思考题
电力电子技术有几个主要的的组成部分？ 各有哪些重要作用？ 电力电子技术发展的特点是什么？ 你认为电力电子技术发展的关键是什么？ 电气传动有哪些重要作用？
电力电子技术是以电力为对象的电子技 术，是一门利用电力电子器件对电能进 行转换与控制的新兴科学。
电力半导体器件 电力电 子技术
电力电子成套装置 控制理论
电力半导体器件——应用半导体工艺制作的
可承受或控制一定功率的半导体元件。
电力电子成套装置——应用电力半导体器件
以及所需的控制理论，按生产机械的要求而
1957
1970
1980
1990
2000
电子管 问世
水银(汞弧) 整流器时代
晶闸管 时代
IGBT出现 功率集成器件
电力半导体器件的形成与发展过程
MAGT
SINFET SIT
Thr(SCR)
SBO
电 力 半 导 体 器 件
半导体材料及半导体技术
PN结SR
GTO
RCT
LATT
一 种 载 流 子 MOSFET 导 电
静止无功补偿器
在配电系统中的应用
用户电力技术 电力拖动系统
两项关键性的应用 高频开关电源 如：现代通信电源
变频调速技术
如：感应加热装置
其他应用
电车控制
节能与照明
电力电子和利用自然能量发电实现能 环境保护
源的可持续利用
应用电力电子技术所实现的要求
增强功能（实现迄今不能实现的要求） 提高性能（加快响应速度，提高控制 提高效率（可做到节电，节能） 保养简单（可采用没有电刷和换向器
精度）
的交流电动机，来代替具有电刷和换向 器的直流电动机）
8.1.4 电力电子技术在现代工业中的重要地位 8.1.5 电力电子技术的发展与特点
全控化
模块化 高效率化
集成化 绿色化
高频化
数字化
变换器小型化
改善和提高供电电网的质量 电力电子器件的容量和性能的优化
8.2 电气传动技术
电气传动系统的构成
电 源
控 制 装 置
电 动 机
传 动 机 构 生 产 机 械
8.2.1 电气传动技术的分类与特点
电气 传动 系统
以直线位移或角位移 为被控参数的位置随 动系统
以转速为被控参数 的调速系统
电气传动系统的主要优点
适用功率范围宽
转速范围广 与负载配合方便 运行特性的种类多 动态特性好、稳速精度高、定位精确
交流功率调节 频率变换 (循环换流器) 逆变换 (逆变器)
功率变换与控制的基本功能
控制输入(信号、信息)
输入(电源)
半导体功率 变换装置
输出(负载)
8.1.2 电力电子技术的核心技术
电力电子技术的发展史
史前期 （黎明期）
晶闸管问世 （公元元年）
全控型器件 迅速发展
晶体管诞生
1904
1930
1947
实现的一个电气整体。
控制理论——实现弱电控制强电接口的强有
力桥梁。
8.1.1 电力电子技术的核心技术
电力电 子技术 的核心 技术
功率 变换 模拟 技术
控制 技术
数字 技术
功 率 变 换
输出(负载侧) 输入(电源侧) 交 直 流 流 直 流 交 流
正变换 ( 整流器) 直流转换 (斩波器)
山东大学电气工程学院
8 电力电子与电力传动技术
引言
科学家探索的是世界的本来面貌， 工程师则是创造一个新的世界。 ——卡曼
8-1
电力电子技术
8-2
电力传动技术
8.1 电力电子技术
电力电子技术学科的交叉构成关系
静
电子学
件 器 、
电力学
、 旋
电力 电子技术
Байду номын сангаас
止 器
路
转
电
电 机
连续、离散 控制 理论
IGBT
混 合 载 流 子 导 电
IEGT
二 IGCT 种 DT MCT 载 流 SITH 子 GTR 导 电
8.1.3 电力电子技术的主要应用
在发电系统中的应用
大型发电机的静止励磁控制 水力、风力发电机的变速恒频励磁 发电厂风机、水泵的变频调速
在输电系统中的应用
柔性交流输电技术
高压直流输电技术
可实现四象限运行
空载损耗小、效率高
8.2.2 电气传动技术的发展历程
思考题
电力电子技术有几个主要的的组成部分？ 各有哪些重要作用？ 电力电子技术发展的特点是什么？ 你认为电力电子技术发展的关键是什么？ 电气传动有哪些重要作用？
电力电子技术是以电力为对象的电子技 术，是一门利用电力电子器件对电能进 行转换与控制的新兴科学。
电力半导体器件 电力电 子技术
电力电子成套装置 控制理论
电力半导体器件——应用半导体工艺制作的
可承受或控制一定功率的半导体元件。
电力电子成套装置——应用电力半导体器件
以及所需的控制理论，按生产机械的要求而
1957
1970
1980
1990
2000
电子管 问世
水银(汞弧) 整流器时代
晶闸管 时代
IGBT出现 功率集成器件
电力半导体器件的形成与发展过程
MAGT
SINFET SIT
Thr(SCR)
SBO
电 力 半 导 体 器 件
半导体材料及半导体技术
PN结SR
GTO
RCT
LATT
一 种 载 流 子 MOSFET 导 电
静止无功补偿器
在配电系统中的应用
用户电力技术 电力拖动系统
两项关键性的应用 高频开关电源 如：现代通信电源
变频调速技术
如：感应加热装置
其他应用
电车控制
节能与照明
电力电子和利用自然能量发电实现能 环境保护
源的可持续利用
应用电力电子技术所实现的要求
增强功能（实现迄今不能实现的要求） 提高性能（加快响应速度，提高控制 提高效率（可做到节电，节能） 保养简单（可采用没有电刷和换向器
精度）
的交流电动机，来代替具有电刷和换向 器的直流电动机）
8.1.4 电力电子技术在现代工业中的重要地位 8.1.5 电力电子技术的发展与特点
全控化
模块化 高效率化
集成化 绿色化
高频化
数字化
变换器小型化
改善和提高供电电网的质量 电力电子器件的容量和性能的优化
8.2 电气传动技术
电气传动系统的构成
电 源
控 制 装 置
电 动 机
传 动 机 构 生 产 机 械
8.2.1 电气传动技术的分类与特点
电气 传动 系统
以直线位移或角位移 为被控参数的位置随 动系统
以转速为被控参数 的调速系统
电气传动系统的主要优点
适用功率范围宽
转速范围广 与负载配合方便 运行特性的种类多 动态特性好、稳速精度高、定位精确
交流功率调节 频率变换 (循环换流器) 逆变换 (逆变器)
功率变换与控制的基本功能
控制输入(信号、信息)
输入(电源)
半导体功率 变换装置
输出(负载)
8.1.2 电力电子技术的核心技术
电力电子技术的发展史
史前期 （黎明期）
晶闸管问世 （公元元年）
全控型器件 迅速发展
晶体管诞生
1904
1930
1947
实现的一个电气整体。
控制理论——实现弱电控制强电接口的强有
力桥梁。
8.1.1 电力电子技术的核心技术
电力电 子技术 的核心 技术
功率 变换 模拟 技术
控制 技术
数字 技术
功 率 变 换
输出(负载侧) 输入(电源侧) 交 直 流 流 直 流 交 流
正变换 ( 整流器) 直流转换 (斩波器)