电力电子技术基础-绪论
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电子行业电力电子基础绪论
电子行业电力电子基础绪论引言电力电子作为电子行业的一项重要技术，主要研究电能的转换和控制。
它在现代工业、交通、通信、医疗、家庭等各个领域都有广泛的应用。
本文将从电力电子的定义、发展历程以及在电子行业中的重要性等方面进行探讨。
电力电子的定义与发展历程电力电子是一门研究电能的转换和控制的学科，主要研究将电能从一种形式转换为另一种形式，如交流电转换为直流电、低电压转换为高电压等。
电力电子技术起源于20世纪30年代，当时它主要应用于电机控制领域。
在20世纪50年代至60年代，随着高频变压器和功率半导体器件的发展，电力电子在交流电能的变换与控制方面取得了巨大的突破。
在70年代至80年代，随着大规模集成电路技术的快速发展，电力电子器件的集成度和功率密度大幅提升，使得电力电子技术在多个领域得到广泛应用。
而到了21世纪，随着能源危机和环境问题的日益凸显，电力电子技术在可再生能源领域的应用变得尤为重要。
电力电子技术可以将太阳能、风能等可再生能源转换为有效利用的电能，并将其接入电力系统中。
电力电子在电子行业中的重要性1.电动车与能效提升：随着全球对环境污染和能源危机的日益关注，电动车已逐渐成为一种重要的交通方式。
而电动车的核心技术之一就是电力电子技术，通过电力电子装置实现电能的存储、转换和控制，进而实现电动车的高效能、低能耗和零排放。
2.可再生能源的转换与接入：随着可再生能源的不断发展和应用，电力电子技术在可再生能源的转换与接入方面起着至关重要的作用。
通过电力电子装置，可以将太阳能、风能等可再生能源转化为交流电，然后接入电力系统中，为社会供应清洁、可持续的电能。
3.智能电网的建设：智能电网是未来电力系统的发展方向，它不仅能够实现对电力的有效管理和调度，还可以实现用户对电力的智能化控制。
而电力电子技术作为智能电网的核心技术之一，可以实现电力的高效转换和控制，为智能电网的建设提供了重要支持。
4.能源互联网的构建：能源互联网是无缝衔接各种能源形式、实现能源供需多元化的系统，其核心在于能源的高效转换和控制。
第0章_绪论 电力电子技术介绍
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
信息电子技术——信息处理 电力电子技术——电力变换
5
两大分支
✓ 电力电子器件 电力电子技术的基础，理论基础是半导体物理
✓ 电力电子电路（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。 电力电子技术的核心，理论基础是电路理 论。
1） 教材的内容简介
✓教材的内容可分为三大部分
第一部分：电路分析及电力半导体器件 （第1，2章-----全书的基础)
第二部分：各种电力电子电路 （第3~7章-----全书的主体)
第三部分：工程设计和应用 （第8章-----技术的应用）
27
2）教材的使用说明
✓每章的最后有习题，对全章的重点和难点进行针 对性的应用
电力电子技术是一种电能处理技术(Electrical Energy Processing)，即采用功率半导体器件 （电力电子器件）和线路对电能进行转换 (conversion)、控制(control)和高效利用 (efficient use)的一门技术。广泛应用于各种电源 系统、电气传动自动化系统及电力系统等工业生 产和民用部门。
10
3）Relationship of Power Electronics to Control
•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,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
11
3. 电力电子技术的发展及应用
✓课时分配：课内教学学时为42学时， 实验6学时。
✓和其他课程的关系：
电路 电子技术基础
信息电子技术
电力电子技术
模拟电子技术
数字电子技术
信息电子技术——信息处理 电力电子技术——电力变换
5
两大分支
✓ 电力电子器件 电力电子技术的基础，理论基础是半导体物理
✓ 电力电子电路（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。 电力电子技术的核心，理论基础是电路理 论。
1） 教材的内容简介
✓教材的内容可分为三大部分
第一部分：电路分析及电力半导体器件 （第1，2章-----全书的基础)
第二部分：各种电力电子电路 （第3~7章-----全书的主体)
第三部分：工程设计和应用 （第8章-----技术的应用）
27
2）教材的使用说明
✓每章的最后有习题，对全章的重点和难点进行针 对性的应用
电力电子技术是一种电能处理技术(Electrical Energy Processing)，即采用功率半导体器件 （电力电子器件）和线路对电能进行转换 (conversion)、控制(control)和高效利用 (efficient use)的一门技术。广泛应用于各种电源 系统、电气传动自动化系统及电力系统等工业生 产和民用部门。
10
3）Relationship of Power Electronics to Control
•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,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
11
3. 电力电子技术的发展及应用
✓课时分配：课内教学学时为42学时， 实验6学时。
✓和其他课程的关系：
电路 电子技术基础
电力电子技术---1绪论
第二十四页，共49页。
◆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
◆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(含实验)第1章_绪论
1-4
课程内容简介
1-1 电力电子技术概述
电力电子技术（power electronics）：指利用电力 电子器件对电能进行变换和控制，把从电网获取的“ 粗电”变换成负载所需要的“精电”的技术。
电子技术包括：
信息电子技术 和 电力电子技术。
信息电子技术——模拟电子技术和数字电子技术。
电力电子技术主要用于电力变换，而信息电子技术
电力电子器件
①分立器件
②模块
③IGBT单管
④IGBT模块
电力电子器件的发展趋势
高频化：提高开关频率，降低设备体积，节约资源
模块化：功率部分、控制、驱动、保护集成一体
数字化：数字控制技术广泛应用 绿色化：谐波污染小、功率因数高、电磁辐射小
1-3 电力电子技术应用
电力电子技术广泛用于一般工业、交通运输、 电力系统、不间断电源和开关电源、家用电器、以 及新能源的开发及应用领域。在解决全球能源危机、 资源危机和环境污染方面发挥着重要作用。经过至 少一次电力电子装置处理以后使用的电能所占比例 已经成为一个国家经济发展水平的重要指标。
导通和关断控制的有效信号。
3.电力电子技术的研究分支及特点
研究分支:
电 力 电 子 器 件 （ element) 技 术 、 变 流 技 术 (power conversion)和控制技术（Control)三个分支。 特点:
电力电子器件是整个电力电子技术的基础，电力电子技术 的发展集中体现在电力电子器件的发展上，器件一般均工 作在开关状态，这是重要特征； 变流技术是电力电子技术的主体，控制技术是电力电力电 子技术的灵魂；
５.家用电器
照明在家用电器中有十分突出的地位。由于电力电 子照明电源体积小、发光效率高、可节省大量能源， 通常被称为“节能灯”，正逐步取代传统的白炽灯 和日光灯。
电力电子技术基础-绪论
➢ 世界发电总量20~23%以直流电形式消费。
单击此处添加正文，文字是您思想的提炼，为了演示发布的良好效果，请言简意赅地阐述您的观点。
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
单击此处添加正文，文字是您思想的提炼，为了演示发布的良好效果，请言简意赅地阐述您的观点。
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
电力电子技术基础绪论
绪论 1.3 电力电子技术的发展史
史前期 • 1904年电子管问世，开启
了电子技术用于电力领域的 先河；
• 20世纪30～50年代，是水 银整流器时代；
• 1947年晶体管诞生，引发 了电子学的第一次革命，产 生了半导体固态电子学这一 新兴学科。
发展史 • 1957年晶闸管问世，引发电子学的第二
电力电子技术
绪论
1 电力电子技术定义
1
2 电力变换的基本原理 3 电力电子技术的发展史 4 电力电子技术的应用 5 本课程内容介绍
绪论 1.1 电力电子技术的定义
电力电子技术（Power Electronics）， 出现于20世纪60年代， 又名电力电子学或功率电子学。
1974年，美国学者W.E.Newell认 为电力电子学是一门交叉于电气工程 三大学科领域——电力学、电子学和 控制理论之间的边缘学科。
使用电力时固定频率的交流电未必总是最佳选择： 如变频空调，需要改变频率； 如各种直流电源，将交流电变成直流电；
所以，需要电能形式之间的变换。
9
绪论 1.1电力电子技术的定义
电力电子技术是以电力为处理对象的电子技术，是使用电力电子 器件对电能进行变换和控制的技术。
电力
电力变换
交流
直流
交流变直流（整流） 直流变交流（逆流） 直流变直流 交流变交流
电力电子技术基础
哈尔滨理工大学
电力电子技术
主要内容
1 绪论 1 2 电力电子器件 3 直流斩波器 4 逆变器 5 整流器 6 交交变换器 7 软开关
电力电子技术
绪论
➢ 1. 什么是电力电子技术 ➢ 2. 电力变换的基本原理 ➢ 3. 电力电子技术的发展历史 ➢ 4. 电力电子技术的应用 ➢ 5. 本课程内容介绍
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(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
30
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
31
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%
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
31
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
3. 电力电子技术的应用
• 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
3. 电力电子技术的应用
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。
1.4 地位和未来
一门崭新的技术，21世纪仍将以迅猛的速度发展。 电力电子技术和运动控制一起，和计算机技术共同成 为未来科学技术的两大支柱。
1904
1930
1947 1957 1970 1980 1990 2000 t(年)
电子管 问世
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。
2. 电力电子技术的发展史
• 出现电子管、水银整流器。各种整流电路，逆变
电路，周波变流电路的理论已经发展成熟并广为 应用。
• 美国著名的贝尔实验室发明晶体管。 • 美国通用电气公司研制出第一个晶闸管。 • 全控型器件迅速发展：以门极可关断晶（GTO）、
电力双极型晶体管（BJT）和电力场效应管 （power-MOSFET)为代表。
• 复合型器件异军突起：以绝缘栅双极型晶体管
（IGBT）为代表。
电力电子技术绪论
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。
电力电子技术绪论
3rew
演讲完毕，谢谢听讲!
再见，see you again
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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
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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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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
电力电子技术绪论
第1章 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。
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。
ห้องสมุดไป่ตู้
• •
积极向上的心态，是成功者的最基本要素 5、
。20.1 1.2120. 11.210 4:38:46 04:38:4 6November 21, 2020
生活总会给你谢另一个谢机会，大这个机家会叫明天 6、
。2 020年1 1月21 日星期 六上午4 时38分 46秒04: 38:462 0.11.21
❖ 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
❖ 1、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。
成功源于不懈的努力，人生最大的敌人是自己怯懦
•
2、
。0 4:38:46 04:38:4 604:381 1/21/2 020 4:38:46 AM
每天只看目标，别老想障碍
•
3、
。20.1 1.2104: 38:460 4:38Nov -2021-Nov-20
宁愿辛苦一阵子，不要辛苦一辈子
•
4、
。04:3 8:4604: 38:460 4:38Sat urday, November 21, 2020
讯发射电源； ❖ 各种精密稳压：稳流电源。
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。
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
晶体管的三位发明人（1947年）
世界上第一只晶体管
三、电力电子技术的三大应用领域
1、工业供电电源
世界发电总量20~23%以直流电形式消费。
❖ 大功率整流电源：电镀、电火花加工、电解、直流电弧炉、 直流牵引电源；
❖ 各种AC/DC、DC/AC开关电源：UPS电源，高频逆变电源； ❖ 各种频率的交流电源：电磁搅拌电源，感应加热电源，通
人生就像骑单车，想保持平衡就得往前走
•
7、
。202 0年11 月上午4 时38分 20.11.2 104:38N ovember 21, 2020
•
8、业余生活要有意义，不要越轨。20 20年11 月21日 星期六 4时38 分46秒0 4:38:46 21 November 2020
我们必须在失败中寻找胜利，在绝望中寻求希望
•
9、
。上 午4时38 分46秒 上午4 时38分0 4:38:46 20.11.2 1
❖ 2、掌握各种基本的直流变换电路、逆变电路、整流电路、 和交流变换电路的结构、工作原理、波形分析和控制方法；
❖ 3、掌握PWM技术的工作原理和控制特性，了解软开关技 术的基本原理；
❖ 4、了解电力电子技术的应用范围和发展动向； ❖ 5、掌握基本电力电子装置的实验和调试方法。
3、参考书目
❖ 《电力电子技术》 第五版 西安交通大学 王兆安 机械 工业出版社
❖ 2、要注意电路的波形与相位分析，抓住电力电子器件在 电路中导通与截止的变化过程，从波形分析中进一步理解 电路的工作情况，
❖ 3、要注意培养读图与分析、器件参数计算、电路参数测 量、调整以及故障分析等方面的实践能力。
2、课程学习目标
❖ 1、掌握晶闸管、电力MOSFET、IGBT等电力电子器件的 结构、工作原理、特性和使用方法；
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？
信息处理
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 mW
❖ 《半导体变流技术》 上海机械高等专科学校 莫正康 机 械工业出版社
❖ 《电力电子学》( 第二版) 陈坚 高等教育出版社 ❖ 《现代电力电子电路》林渭勋 浙江大学出版社
每一个成功者都有一个开始。勇于开始，才能找到成
•
1、
功的路 。20.11.2120.11.21Saturday, November 21, 2020
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
1930
1947 1957 1970 1980 1990 2000 t(年)
2、电力电子技术学
❖ 电力电子技术是一门新兴的交叉学科，“电力电子学”这 一概念在60年代出现。
电力电子系统的组成：
电子学
电力学
电力 电子学
❖ 1974年，美国的W. Newell用倒
连续、离散
三角形对电力电子学进行了描
控制理论
述，被全世界普遍接受。
3、电力电子技术研究任务
❖ 电力电子技术的研究任务： ➢ 电力电子器件的应用； ➢ 电力电子电路的电能变换原理； ➢ 控制技术以及电力电子装置的开发与应用。
❖ 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。
ห้องสมุดไป่ตู้
• •
积极向上的心态，是成功者的最基本要素 5、
。20.1 1.2120. 11.210 4:38:46 04:38:4 6November 21, 2020
生活总会给你谢另一个谢机会，大这个机家会叫明天 6、
。2 020年1 1月21 日星期 六上午4 时38分 46秒04: 38:462 0.11.21
❖ 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
❖ 1、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。
成功源于不懈的努力，人生最大的敌人是自己怯懦
•
2、
。0 4:38:46 04:38:4 604:381 1/21/2 020 4:38:46 AM
每天只看目标，别老想障碍
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3、
。20.1 1.2104: 38:460 4:38Nov -2021-Nov-20
宁愿辛苦一阵子，不要辛苦一辈子
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4、
。04:3 8:4604: 38:460 4:38Sat urday, November 21, 2020
讯发射电源； ❖ 各种精密稳压：稳流电源。
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。
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
晶体管的三位发明人（1947年）
世界上第一只晶体管
三、电力电子技术的三大应用领域
1、工业供电电源
世界发电总量20~23%以直流电形式消费。
❖ 大功率整流电源：电镀、电火花加工、电解、直流电弧炉、 直流牵引电源；
❖ 各种AC/DC、DC/AC开关电源：UPS电源，高频逆变电源； ❖ 各种频率的交流电源：电磁搅拌电源，感应加热电源，通
人生就像骑单车，想保持平衡就得往前走
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7、
。202 0年11 月上午4 时38分 20.11.2 104:38N ovember 21, 2020
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8、业余生活要有意义，不要越轨。20 20年11 月21日 星期六 4时38 分46秒0 4:38:46 21 November 2020
我们必须在失败中寻找胜利，在绝望中寻求希望
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9、
。上 午4时38 分46秒 上午4 时38分0 4:38:46 20.11.2 1
❖ 2、掌握各种基本的直流变换电路、逆变电路、整流电路、 和交流变换电路的结构、工作原理、波形分析和控制方法；
❖ 3、掌握PWM技术的工作原理和控制特性，了解软开关技 术的基本原理；
❖ 4、了解电力电子技术的应用范围和发展动向； ❖ 5、掌握基本电力电子装置的实验和调试方法。
3、参考书目
❖ 《电力电子技术》 第五版 西安交通大学 王兆安 机械 工业出版社
❖ 2、要注意电路的波形与相位分析，抓住电力电子器件在 电路中导通与截止的变化过程，从波形分析中进一步理解 电路的工作情况，
❖ 3、要注意培养读图与分析、器件参数计算、电路参数测 量、调整以及故障分析等方面的实践能力。
2、课程学习目标
❖ 1、掌握晶闸管、电力MOSFET、IGBT等电力电子器件的 结构、工作原理、特性和使用方法；
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？
信息处理
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 mW
❖ 《半导体变流技术》 上海机械高等专科学校 莫正康 机 械工业出版社
❖ 《电力电子学》( 第二版) 陈坚 高等教育出版社 ❖ 《现代电力电子电路》林渭勋 浙江大学出版社
每一个成功者都有一个开始。勇于开始，才能找到成
•
1、
功的路 。20.11.2120.11.21Saturday, November 21, 2020
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
1930
1947 1957 1970 1980 1990 2000 t(年)
2、电力电子技术学
❖ 电力电子技术是一门新兴的交叉学科，“电力电子学”这 一概念在60年代出现。
电力电子系统的组成：
电子学
电力学
电力 电子学
❖ 1974年，美国的W. Newell用倒
连续、离散
三角形对电力电子学进行了描
控制理论
述，被全世界普遍接受。
3、电力电子技术研究任务
❖ 电力电子技术的研究任务： ➢ 电力电子器件的应用； ➢ 电力电子电路的电能变换原理； ➢ 控制技术以及电力电子装置的开发与应用。