电力电子技术-绪论
电力电子技术绪论
Power Electronics
第一章:绪论
1. 什么是电力电子技术(电力电子学)
2. 电力电子技术的发展史 3. 电力电子技术应用 4. 课程简介和要求说明
1. 什么是电力电子技术
1.1 电力电子与信息电子 1.2 两大分支 1.3 与其他学科的关系 1.4 地位和未来 1.5 电能的基本变换形式
1.1 电力电子与信息电子
电子技术
信息电子技术
电力电子技术
模拟电子技术
数字电子技术
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
信息电子技术——信息处理 电力电子技术——电力变换
电子技术一般即指信息 电子技术,广义而言,也包 括电力电子技术。
✓目前电力电子器件均用半导
变流技术
✓电力——交流和直流两种
从公用电网直接得到的是交流,从蓄电池和干电池 得到的是直流 ✓电力变换四大类
交流变直流(AC/DC)、直流变交流(DC/AC) 、
直流变直流(DC/DC) 、交流变交流(AC/AC)
表1 电力变换的种类
输出 输入
直流
交流
交流
整流
交流电力控制 变频、变相
直流
直流斩波
逆变
• 现代电力电子技术与传统电力电子技术相比较, 有如下特点:
➢高频化(减小体积、重量、静音) ➢模块化(器件、控制单元、系统) ➢全控型(IGBT为主) ➢控制技术数字化(DSP) ➢绿色化(节能、减少污染)
未来电力电子技术的发展方向(研究领域)
• 电力半导体器件的发展方向:大功率、高频、 高效和智能模块化
• 电力电子成套装置的研究领域:
电力电子技术课件绪论
全控复合型器件 80年代后期 以IGBT为代表的复合型器件异军突 起 MOSFET与GTR复合 驱动功率小、开关速度快;
通态压降小、载流能力大;主导器件
功率集成模块 把若干个电力电子器件及必要的辅助元件、电路
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2. 电力电子技术的发展历史
2.1 电力电子器件的发展 2.2 电力变换电路的发展 2.3 控制技术的发展
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2.1 电力电子器件的发展
半控型器件 全控型器件
1958 工业用晶闸管问世、电力电子技术诞生
20世纪70年代 低压小电流、高压大电流晶闸管 系列化 派生型晶闸管:双向、逆倒、光控
模块化,便于应用。结构紧凑、体积小巧。尽管 功率较小,重要发展方向。
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2.2 电力变换电路的发展
整流电路、逆变电路应用最为广泛。
20世纪70年代以前,整流电路占有主导地位; 20世纪80年代以后,逆变电路的应用日益广 泛,但整流电路仍然占有重要地位。原因?
常用:晶闸管相控整流电路,消耗无功功率、产 生谐波污染电网。治理:补偿无功功率、抑制谐 波;有源电力滤波器
新型电力变换电路:谐振型逆变电路 性能更佳。
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2.3 控制技术的发展
晶闸管电路 相位控制方式;全控型器件 PWM 控制方式;就异步电动机而言,矢量控制、直 接转矩控制;就控制理论而言,自适应控制、 模糊控制。
20世纪80年代后期 高性能单片微机、数字信 号处理器应用于电力电子电路控制。模拟、 数字控制——微机控制
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3.电力电子技术的应用
(1)一般工业
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电力电子技术基础 第1章 绪论
4)AC/AC变换
下图也是用两个开关组成的简单变流电路,输入端接的是交流电us。
每个开关与一个二极管串联表示流过开关的电流方向 是单向的。这是因为在实际电路中这两个开关采用晶闸管, 晶闸管是单向导电的。
如果开关K1和K2都采取通断控制,则可以将 交流电变为交流电,即AC/AC变换。
控制理论广泛用于电力电子技术,使电力电子装置的性能满足各种需求; 电力电子技术可以看成弱电控制强电的接口,控制理论是实现该接口的
强有力纽带。
第1章 绪论
1.1电力电子技术的定义
电力电子技术是应用于电力领域的电子技术, 是使用器件对电力进行变换和控制的技术。 这个器件指的是功率半导体器件,也称为电力电子器件。
用倒三角描述,如图所示。
电子学
电路、器 件
电力 电子技术
连续、离散
控制 理论
静止器、旋转电机
电力学
3
第1章 绪论 1.1电力电子技术的定义
电子技术
• 所用器件: 晶体管、场效应管、 集成电路、微处理器 、电感、电容。
• 完成功能: 信号产生、变换、存 储、发送、接收。
• 基础理论: 电路、磁路、电磁场
这四类变换器将在后继章节中详细论述,下面简单介绍电力变换的基本原理8 。
第1章 绪论 1.2电力变换的基本原理
上述的电力变换中使用的电力电子器件都是工作在开关状态。 电力电子器件为什么工作在开关状态? 为了使器件的功率损耗(P=UI)最小: 器件开通时,通过的电流i很大,但器件上的电压u≈0 器件断开时,承受的电压u很高,但流过的电流i≈0
4
第1章 绪论
1.1电力电子技术的定义
电子学
电力学
电路、器 件
电力电子技术---1绪论
◆晶闸管时代 ☞晶闸管由于其优越的电气性能和控制性能,使之很
快就取代了水银整流器和旋转变流机组,并且其应用 范围也迅速扩大。电力电子技术的概念和基础就是由 于晶闸管及晶闸管变流技术的发展而确立的。
☞晶闸管是通过对门极的控制能够使其导通而不能使其
关断的器件,属于半控型器件。对晶闸管电路的控制 方式主要是相位控制方式,简称相控方式。晶闸管的 关断通常依靠电网电压等外部条件来实现。这就使 得晶闸管的应用受到了很大的局限。
采用了变频装置,以达到节能的目的。
第二十八页,共49页。
☞有些并不特别要求调速的电机为
了避免起动时的电流冲击而采用了
软起动装置,这种软起动装置也是
电力电子装置。
☞电化学工业大量使用直流电源, 电解铝、电解食盐水等都需要大容
量整流电源。电镀装置也需要整流 电源。
☞电力电子技术还大量用于冶金工 业中的高频或中频感应加热电源、 淬火电源及直流电弧炉电源等场合。
☞飞机、船舶和电梯都离不开电力电子技术。
第三十页,共49页。
电车调速方式的发展
切换电阻方式
斩波电路方式
逆变电阻方式
第三十一页,共49页。
◆电力系统
☞据估计,发达国家在用户最终使用的电能中,有60%以上的电能至 少经过一次以上电力电子变流装置的处理。
☞直流输电在长距离、大容量输电时有很大的优势,其送电端的整流 阀和受电端的逆变阀都采用晶闸管变流装置,而轻型直流输电则主要采用全控
型的IGBT器件。近年发展起来的柔性交流输电(FACTS)也是依靠电 力电子装置才得以实现的。
☞闸管控制电抗器(TCR)、晶闸管投切电容器(TSC)、静止无功
发生器(SVG)、有源电力滤波器(APF)等电力电子装置大量用于电力系统
电力电子技术基础-绪论
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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
❖ 现有MATLAB 、PSpice 、Saber( 国外)和PECS( 国 内)等仿真软件可对电力电子电路进行仿真。
❖ 电力电子电路的仿真技术十分重要,但已超出本课程讲课 的范围,故课内不涉及。
六、学习方法与学习目标
1、课程学法指导
一.要着重物理概念与基本分析方法的学习,理论要结合实际,尽量做到器件、电路、 系统(包括控制技术)应用三者结合。
《电力电子技术基础》
——
第一章 绪论
一、电力电子技术的基本概念
1、什么是电力电子技术?
信息பைடு நூலகம்理
电子技术 信息电子技术 电力电子技术
模拟电子技术 数字电子技术
电力变换
❖ 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。
所处理电力的单位大到数百MW甚至GW,小到数W甚至
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
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
电子行业电力电子技术-绪论
电子行业电力电子技术-绪论一、引言随着科技的不断进步和社会的不断发展,电子行业的地位日益重要。
而在电子行业中,电力电子技术起着至关重要的作用。
电力电子技术是指将电能进行变换、控制和调节,使其达到特定的要求和应用的一种技术。
电力电子技术广泛应用于能源转换、电力传输、电力控制、驱动及工业自动化等领域,对于提高能源利用率、降低能源消耗和环境保护具有重要意义。
二、电力电子技术的定义和发展历程2.1 定义电力电子技术是指应用电子器件和电子技术对电能进行变换、控制和调节的一种技术。
它通过改变电能的电压、频率和波形,实现电能的转换和使用。
电力电子技术是电力系统和电子技术的结合,它在电力传输、能量利用、电力控制和驱动系统等方面发挥重要作用。
2.2 发展历程电力电子技术起源于20世纪初,经过了多年的发展和演变。
最早的电力电子装置是静态电动机起动器,它通过电子管和晶体管等器件实现起动电机的功能。
随着电子器件的不断发展和技术的进步,电力电子技术开始应用于交流电力系统的变频调速、可变电压调节等方面。
在20世纪60年代至80年代,随着功率半导体器件的出现,如可控硅、晶闸管和场效应管等,电力电子技术取得了重大突破。
电力电子技术在调速控制、无功补偿、静止无功发生器和电压变换器等方面得到广泛应用。
21世纪以来,电力电子技术在可再生能源、电动汽车和智能电网等领域的应用得到了进一步推广和发展。
新型功率半导体器件的出现,如IGBT 和SiC器件,使得电力电子技术的性能和效率得到了大幅提升。
三、电力电子技术的应用领域电力电子技术广泛应用于以下领域: ### 3.1 交流调速控制交流调速控制是电力电子技术最早应用的领域之一。
通过电力电子器件对交流电源的频率、电压和相位进行控制,实现交流电机的调速控制。
交流调速控制在工业生产中被广泛应用,例如电动机、泵、风机等设备的调速控制。
3.2 电力传输和配电电力电子技术在电力传输和配电领域的应用越来越重要。
电力电子技术绪论
发展历史1904年,电子管出现,从而开创了电子技术之先河;1948年,晶体管发明,引发了电子技术的一场革命,真空电子管被晶体管所替代。
20世纪60年代以后,随着IC(集成电路)、LSI(大规模集成电路)等新器件的陆续开发,电子技术在处理小信号的通信、信息、测量、控制等领域取得了显著发展,信息电子技术的鼎盛时代从此开始,并延续至今日。
1957年,美国通用电气公司研制出第一个晶闸管(Thyristor)或Silicon Controlled Rectifier(SCR,可控硅),晶闸管因电气性能和控制性能优越,其应用范围迅速扩大。
随着电力半导体器件在大容量方面的发展,控制电力半导体器件的新技术也不断出现,电子技术逐渐向功率控制扩展,从而形成了电力电子学。
处理大功率的技术是采用什么器件呢?在真空电子管出现后不久,就发明了能够通过大电流的气体放电管(闸流管)。
20世纪30年代,采用闸流管进行电动机控制研究实用化。
在30年代到50年代,可处理数百千瓦以上功率的大容量水银整流器发展迅速并进入大量应用的时期,它广泛用于电化学工业、电气化铁路、轧钢用直流电动机的传动,甚至用于直流输电。
一般认为,电力电子学的诞生是以晶闸管的发明为标志。
20世纪60年代以后,以晶闸管为代表的各类高电压、大电流电力半导体开关器件相继研制成功并得到广泛应用,电力电子技术迅猛发展。
最近十几年,以微电子技术精细加工为基础的高频、高压、大电流、全控型电力半导体开关器件的研制工作发展迅速,电压电流额定值更高、性能更优良、开关速度更快的新器件有望得到广泛应用。
当前,电力电子技术所涉及的功率等级从几微瓦至几十亿瓦,而工作频率范围则从直流至几百万赫兹。
电力电子技术是弱电控制强电的技术信息控制—以弱电形式出现电网—提供生产机械的能源、以强电形式出现生产机械—负载电力电子技术—根据信息控制,执行对电网能量变换,使生产机械按信息控制要求工作。
或者说,电力电子技术通过电力电子器件进行电力变换和电力控制,向用户提供适合其负载的最佳电压和电流电力电子技术的发展趋势1.向容量更大和更小的两个方向发展2.向集成化方向发展高可靠性、高自动化、高性能、标准化的要求。
电力电子技术绪论(ppt 50页)
2 电力电子技术的发展
电力电子技术的两大分支:
电力电子器件制造技术:是电力电子技术的基础,
电 也是电力电子技术发展的动力,其理论基础是半导
力 电
体物理。
子 电力电子器件应用技术(也称变流技术):
技
是用电力电子器件构成的电力变换电路和
术 对其进行控制的技术,以及构成电力电子装置和电
力电子系统的技术。
电力电子电路的根本任务是实现电能变换和控制。
能够完成电能变换和控制的电路称为电力电子电路。 2)电力电子电路的基本形式:有四种 ①直流变换电路:将直流电能转换为另一固定电压或
可调电压的直流电能的电路。也称开关型DC/DC变 换电路或称直流斩波器。 ②逆变电路:将直流电能变换为交流电能的电路。
也称为DC/AC变换电路。
它是电力电子技术的核心,其理论基础是电路理 论。
(1)电力电子器件的发展:其发展过程也就是电力电子技 术的发展过程。 1904年:电子管问世;之后出现了汞弧整流器。 汞弧整流器:把水银封于真空管内,利用对其蒸气的点弧 可对大电流进行控制,其性能和晶闸管很相似。 30年代~50年代:是汞弧整流器发展迅速并大量应用的时 期。 1947年:美国著名的贝尔实验室发明了晶体管,引发了电 子技术的一场革命。 1956年:美国研制出了最先用于电力领域的半导体器件— —硅整流二极管(SR)。它广泛用于电化学工业、电气铁 道直流变电所、轧钢用直流电动机的传动,甚至用于直流 输电。 1957年:美国通用电气公司发明了晶闸管(SCR),(即 普通反向阻断型可控硅)。它标志着电力电子技术的诞生。 但在此之前,用于电力变换的电子技术就已经存在了, 把晶闸管出现前的时期称为史前期或黎明期。
多年来,为了提高电力电子装置的功率密度以减小体积,把 多个大功率器件组成的各种单元与驱动、保护电路集成一体, 构成了功率集成电路(PIC)。
电力电子技术 绪论
3. 电力电子技术的应用领域
开关电源技术 高频开关电源(SMR),开关频率为50~100KHz,小
型、高效,容量较高,用于通信电源等。 直流/直流(DC/DC)变换器
用于电车无极调速,节能。 不间断电源(UPS)
用于计算机系统。 变频器电源
用于交流电机的变频调速 高频逆变式整流焊机电源
AC-DC-DC-AC 大功率开关型高压直流电源
电力电子电路的器件一般只工作在开关状态。 二者同根同源。
1.3 与相关学科的关系
与电力学(电气工程)的关系 电力电子技术广泛用于电气工程中
高压直流输电 静止无功补偿 电力机车牵引 交直流电力传动 电解、电镀、电加热、高性能交直流电源
国内外均把电力电子技术归为电气工程的一 个分支。 电力电子技术是电气工程学科中最为活跃的 一个分支。
▪
人生得意须尽欢,莫使金樽空对月。14:46:2314:46:2314:4610/21/2020 2:46:23 PM
▪
安全象只弓,不拉它就松,要想保安 全,常 把弓弦 绷。20.10.2114:46:2314:46Oc t-2021- Oct-20
▪
加强交通建设管理,确保工程建设质 量。14:46:2314:46:2314:46Wednesday, October 21, 2020
电力电子技术 Power Electronics
上海拓普信息技术职业学院 电子与自动化学院
绪论
1. 电力电子技术的概念 2. 电力电子技术的发展 3. 现代电力电子技术的应用领域 4. 本课程的学习要求
1. 电力电子技术的概念
1.1 电力电子与信息电子 1.2 两大分支 1.3 与其他学科的关系 1.4 地位和未来
电力电子技术-绪论
教材介绍
电力电子技术 王兆安 刘进军主 编 机械工业出版社,2009年 机械工业出版社,2009年
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参考教材1 参考教材
电力电子技术》 《电力电子技术》 丁道宏主编 航空工业出版社 ,1999
32
参考教材2 参考教材
电力电子技术》 《电力电子技术》 徐德鸿、 徐德鸿、马皓等编写 2006 年,科学出版社
14
电力半导体器件的发展
晶闸管( 晶闸管( SCR )
开关频率低,直流输电等大功率领域, 开关频率低,直流输电等大功率领域, 10000V、 10000V、6000A
大功率晶体管( 大功率晶体管(GTR)
开关频率较低,低饱和压降,几百千瓦以下, 开关频率较低,低饱和压降,几百千瓦以下, 1000A/1200V
控制 理论
8
控制理论( 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
电子学 电力学 G 电力
•
电力电子技术是弱电控制 强电的ห้องสมุดไป่ตู้术, 强电的技术,是弱电和强 电的接口, 电的接口,控制理论是这 种接口的有力纽带 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 基础元件和重要 术的基础元件和重要支撑 技术
功率MOSFET 功率MOSFET
开关频率高,可上MHz,高压器件通态压降大, 开关频率高,可上MHz,高压器件通态压降大,中小功率低压场合 MHz
IGBT:
开关频率较高,一般低于50kHZ,10MW级 将取代GTR、 开关频率较高,一般低于50kHZ,10MW级,将取代GTR、 50kHZ GTR GTO
36
成绩构成
平时成绩30%(出勤,作业) 平时成绩30%(出勤,作业) 30%(出勤 考试成绩70% 考试成绩70%
电力电子技术绪论
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2023/5/15
电力电子技术绪论
绪论
1. 电力电子技术的内涵 2. 电力电子技术的发展 3. 电力电子技术的应用 4. 本课程的学习目的
1. 电力电子技术的内涵
(1)什么是电力电子技术?
❖ 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。
电力电子技术绪论
v 电力变换共有四种类型:
交流-直流(AC-DC)变换 直流-交流(DC-AC)变换:
有源逆变;无源逆变。
交流-交流(AC-AC)变换:
交流电压控制;交-交变频。
直流-直流(DC-DC)变换
PPT文档演模板 电力电子学——Power Electronics, 又称功率电子 学,该名称在20世纪60年代出现。
v 控制电路及微型计算机的发展 ❖ 分立元件-集成电路-专为各种控制功能设计的专用集成
电路,使变换器的控制电路大为简化。 ❖ 微型计算机的引入,其位数成倍增加,运算速度提高,功
能不断完善,使控制技术发生了根本的变化,使控制不仅 依赖硬件电路,而且可利用软件编程,既方便又灵活。 v 控制理论的发展
新的控制理论和方法应用在变换器中,各种新颖、复 杂的控制策略和方案得到实现,具有自诊断和智能化功能。 v 综上所述,电力电子器件、微电子技术和控制理论是现代 电力电子技术的发展动力。
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2023/5/15
电力电子技术绪论
3. 电力电子技术的应用
(1)一般工业 (2)交通运输 (3)电力系统 (4)电子装置用电源 (5)家用电器 (6)其他
电力电子技术 绪论
控制电路及微型计算机的发展:分立元件-集成电路-专为各种控制功能设计的专 用集成电路,使变换器的控制电路大为简化。微型计算机引入,运算精度提高位数 成倍增加,运算速度增快,功能不断完善,使控制技术发生了根本的变化,使控制 不仅依赖硬件电路,而且可利用软件编程,既方便又灵活。
控制理论的发展:各种新颖、复杂的控制策略和方案得到实现,并具有自诊断功能, 并具有智能化的功能。将新的控制理论和方法应用在变换器中。
电子仪器和仪表中被广泛采用。由于采用了高频技术,大大减小了电源体积、 重量和开关损耗。 不间断电源(UPS)被广泛地应用于计算机机房、医院、宾馆等重要的用电场 所。目前,UPS在现代社会中的作用越来越重要。 在节能照明灯具中,目前推广使用的LED灯、无极灯等,也必须采用变换器供电, 才能达到要求的电压和电流。
电力电子技术
绪
论
1. 电力电子技术的内容 2. 电力电子技术的发展 3. 电力电子技术的应用 4. 电力电子技术课程的学习要求
1. 电力电子技术的内容
电力电子学,又称功率电子学(Power Electronics)。它主要研究各种电力电 子器件,以及由这些电力电子器件所构成的各式各样的电路或装置,以完成对 电能的变换和控制。
求的电流波形和电压波形,提供足够的驱动功率,以确保电力电子器件的迅速可靠开通和关断。 ③ 缓冲电路:缓冲电路的功能是在电力电子器件开通和关断的过程中减缓其电流或电压的上升率,
以降低电力电子器件的开关损耗和开关应力。 ④ 保护电路:保护电路的功能是在电源或负载出现异常时,保护电力电子器件和设备免于损坏。
(2)在电力系统中的应用
据估计,在发达国家,用户使用的电能中有60%以上的电能至少经过一次以 上电力电子装置的处理。 在电力系统的发电机的直流励磁与交流励磁系统是由电力电子装置控制的,可
电子行业电力电子技术--绪论
电子行业电力电子技术–绪论引言电子行业是一个以电力电子技术为核心的高科技产业,电力电子技术在电力系统中起着至关重要的作用。
随着社会的发展和科技的进步,电力电子技术在电子行业中的应用得以不断拓展和创新,为电力系统的稳定运行和能源的高效利用提供了有力的支持。
电力电子技术的背景电力电子技术是将电力与电子技术相结合的一门学科,它涉及到电力系统的调控、转换、保护和控制等方面。
在过去的几十年里,电力电子技术在电力系统中的应用得到了快速的发展和广泛的应用。
随着电力系统的规模和负荷的增加,传统的电力传输方式已经无法满足电力系统对稳定供电的要求。
电力电子技术的出现填补了这一空白,为电力系统的运行提供了强大支持。
电力电子技术的应用领域电力电子技术在电子行业中应用广泛,涉及到多个领域。
其中,典型的应用领域包括:1.电力传输与配电系统:电力电子技术在电力传输与配电系统中起着至关重要的作用。
通过使用电力电子器件,可以将电能从发电厂传输到用电终端,并在传输过程中进行功率调节和控制,提高电力系统的稳定性和效率。
2.可再生能源发电系统:随着可再生能源的不断发展与应用,电力电子技术在可再生能源发电系统中的应用越来越广泛。
通过使用电力电子器件,可以将太阳能、风能等可再生能源转换为电能,并将其接入电力系统,实现可再生能源与传统电力系统的无缝衔接。
3.电动车充电系统:电动车充电系统是电力电子技术的另一个重要应用领域。
电力电子技术可以将交流电源转换为适合电动车充电的直流电源,并对电动车充电过程进行控制和保护,提高充电效率和安全性。
4.工业自动化控制系统:电力电子技术在工业自动化控制系统中扮演着重要角色。
通过使用电力电子器件,可以实现工业设备的精确控制和高效运行,提高生产效率和质量。
电力电子技术的发展趋势随着科技的不断进步和电力行业的发展,电力电子技术也在不断创新和发展。
未来,电力电子技术的发展趋势包括以下几个方面:1.高效能源转换技术:随着能源问题的日益严重,高效能源转换技术将成为电力电子技术的一个重要发展方向。
电力电子技术绪论
1.1 什么是电力电子技术 1.2 电力电子技术的发展史 1.3 电力电子技术的应用 1.4 本教材的内容简介
1.1 什么是电力电子技术
■电力电子技术的概念 ◆可以认为,所谓电力电子技术就是应用于电 力领域的电子技术。 ☞电力电子技术中所变换的“电力” 有区别 于“电力系统”所指的“电力” ,后者特指电 力网的“电力” ,前者则更一般些。 ☞电子技术包括信息电子技术和电力电子技 术两大分支。通常所说的模拟电子技术和数字电 子技术都属于信息电子技术。
☞在变电所中,给操作系统提供可靠的交直流操作电源,给蓄电池 充电等都需要电力电子装置。
1.3 电力电子技术的应用
图1-5 中国南方电网公司安顺换流站
图1-6 静止无功发生器(上)和 晶闸管投切电容器(下)
1.3 电力电子技术的应用
◆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。
☞电动汽车的电机依靠电力电子装置进行电力变换和驱 动控制,其蓄电池的充电也离不开电力电子装置。一台高 级汽车中需要许多控制电机,它们也要靠变频器和斩波器 驱动并控制。
☞飞机、船舶和电梯都离不开电力电子技术。
1.3 电力电子技术的应用
◆电力系统 ☞据估计,发达国家在用户最终使用的电能中,有60%以上的电能
1.1 什么是电力电子技术
◆具体地说,电力电子技术就是使用电力电子器件 对电能进行变换和控制的技术。
☞电力电子器件的制造技术是电力电子技术的基 础。
☞变流技术则是电力电子技术的核心。
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电力电子技术-绪论
1.3 与其他学科的关系
与电子学(信息电子学)的关系
都分为器件和应用两大分支。 器件的材料、工艺基本相同,采用微电子技术。 应用的理论基础、分析方法、分析软件也基本相同。 信息电子电路的器件可工作在开关状态,也可工作在放大状态;
电力电子电路的器件一般只工作在开关状态。 二者同根同源。
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2020/11/27
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电力电子技术-绪论
1.3 与其他学科的关系
电力电子学 (Power Electronics)名称60年代出现。
1974年,美国的W. Newell 用图1的倒三角形对电力电 子学进行了描述,被全世界 普遍接受。
电子学
电力学
电力 电子学
连续、离散
控制 理论
图1 描述电力电子学的倒三角形
举例:
1)在电力拖动系统中的应用 • 直流电机调速
调压调速
• 交流电机调速
p—电动机极对数
f1—定子电流频率 s—转差率
(变极调速)
(变频调速)
(变转差率调速)
通常,利用电力电子装置进行变频调速。
2)在电力系统中的应用
• 发电机励磁装置:由晶闸管构成静态直流电源装置,供发电机励磁。
3)电子开关
如电机,采用手动开关——接触器,在开关频率较大的情况下,产生过电压, 易损坏。可以采用可控开通、可控关断的电力电子器件来控制开通和关断。
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1.2 两大分支
变流技术
电力——交流和直流两种 从公用电网直接得到的是交流,从蓄电池和干电池得到的是直流。
电力变换四大类
交流变直流、直流变交流、直流变直流、交流变交流
表1 电力变换的种类
输出 输入
直流
交流
交流
整流
交流电力控制 变频、变相
直流
直流斩波
逆变
进行电力变换的技术称为 变流技术。
电力电子技术变换的“电力”,可 大到数百MW甚至GW,也可小到数 W甚至mW级。
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1.2 两大分支
电力电子器件制造技术 电力电子技术的基础,理论基础是半导体物理。
变流技术(电力电子器件应用技术) 用电力电子器件构成电力变换电路和对其 进行控制的技术,以及构成电力电子装置 和电力电子系统的技术。 电力电子技术的核心,理论基础是电路理论。
一般工业: 交直流电机、电化学工业、冶金工业
交通运输: 电气化铁道、电动汽车、航空、航海
电力系统: 高压直流输电、柔性交流输电、无功补偿
电子装置电源: 为信息电子装置提供动力
家用电器: “节能灯”、变频空调
其他: UPS、 航天飞行器、新能源、发电装置
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3 电力电子技术的应用
1930
1947
1957
1970
1980
1990 2000 t(年)
水银(汞弧) 整流器时代
晶闸管时 代
IGBT及功率集成
器件出现和发展时 代
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。
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3 电力电子技术的应用
电力电子技术是以功率处理和能量变换为主要对象的现代工业电子技术。
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1.3 与其他学科的关系
与电力学(电气工程)的关系
电力电子技术广泛用于电气工程中 高压直流输电 静止无功补偿 电力机车牵引 交直流电力传动 电解、电镀、电加热、高性能交直流电源
国内外均把电力电子技术归为电气工程的一个分支。 电力电子技术是电气工程学科中最为活跃的一个分支。
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1.3 与其他学科的关系
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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2020/11/27
电力电子技术-绪论
绪论
1 什么是电力电子技术 2 电力电子技术的发展史 3 电力电子技术的应用 4 课程性质及要求
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1 什么是电力电子技术
1.1 电力电子与信息电子 1.2 两大分支 1.3 与其他学科的关系
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3 电力电子技术的应用
总之,电力电子技术的应用范围十分广泛,激发人们学习、研究 电力电子技术并使其飞速发展。
电力电子装置提供给负载的是各种不同的电源,因此可以说,电 力电子技术研究的也就是电源技术。
电力电子技术对节省电能有重要意义。特别在大型风机、水泵采 用变频调速,在使用量十分庞大的照明电源等方面,因此它也被 称为是节能技术。
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 决定性作用。电力电子技术(学)得到全面迅速的 发展源于晶闸管的问世。
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2 电力电子技术的发展史
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
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1.1 电力电子与信息电子
电子技术
信息电子技术
电力电子技术
模拟电子技术
数字电子技术
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。
信息电子技术——信息处理 电力电子技术——电力变换
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目前电力电子器件均用半导体制成, 故也称电力半导体器件。