电力电子技术-Chapter1绪论
电力电子技术1-4
因此,电力电子技术将青春永驻。
✓20世纪后半叶诞生和发展的一门崭新的技术,21世纪
仍将以迅猛的速度发展
1.5 电能的基本变换形式
• AC~DC 整流
• DC~DC 斩波
• DC~ACபைடு நூலகம்逆变
交流 电源
AC
1整流器
DC 恒定直流电压或
直 流
• AC~AC 交流调压
可控直流电压
负
DC 3直流斩波器 DC
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1-41
常用器件性能比较
驱动信号
D SCR GTO IGBT MOSFET 无 电流 电流 电压 电压
驱动功率 通态压降
—大 大 中 小 小小 小 中 大
开关速度
慢/快 慢 较慢 中
快
通过电流能力 大 大 较大 中 小
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1-42
本章内容
2.2 电力(功率)二极管
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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 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出现 功率集成器件
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
电力电子技术的发展史(续)
及其家族器件(FST、RCT、TRIAC、LCT)
❖ 全控型器件: 通过控制极(门极或基极或柵极) 是否施加驱动信号既能控制管子导通又能控制管
子关断,如GTO、GTR、IGBT、 MOSFET及其它新
型场控器件MCT、IGCT、SIT、SITH、IPM等
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
电力电子技术课件-第1章、绪论
• 电力电子技术分三层次:器件
电路
系统控制
图1-1 描述电力电子学的倒三角形
1.2 电力电子技术的发展史
■电力电子技术的发展史
图1-3 电力电子技术的发展史
◆一般认为,电力电子技术的诞生是以1957年美国通用
电气公司研制出第一个晶闸管为标志的。
1.2 电力电子技术的发展
• 1904年电子管:电子技术的先河
• 1957年晶闸管:美国通用公司,标志着电力电子的诞生
• 电力电子技术其发展先后经历了:
整流器时代:五六十年代硅整流管和晶闸管
逆变器时代:七十年代出现了世界范围的能源危机,大功率逆变用
的晶闸管、巨型功率晶体管(GTR)和门极可关断晶闸管(GT0)
变频器时代:八十年代末期和九十年代初期MOSFET和IGBT的相
继问世,是传统的电力电子向现代电力电子转化的标志。
进入90年代电力电子器件的研究和开发,已进入高频化,标准模块
化,集成化和智能时代
1.3 电力电子技术的应用
一般工业:交直流电动机、变频装置
交通运输:电气机车中的整流和变频装置
电力系统:交直流变换
电子装置用电源:高频开关电源
家用电器:照明、空调
其他:商用、航空、通信、……
1.4 本教材的内容简介
■本教材的内容:
(1 章)
(2、9章)ຫໍສະໝຸດ (3-6章)器件分类、特性、参数
ACDC:整流
DCAC:逆变
ACAC:交流调压
DCDC:斩波
(7、8章) (10章)
电力电子技术
教材及参考书:
《电力电子技术及应用》李自成等主编,西北工业大学出版社
《电力电子变流技术》黄俊等主编,机械工业出版社
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。
电力电子第1章
晶闸管在门极开路(IG=0)的情况下,在阳
极与阴极间施加一定的正向阳极电压,器 件也仍处于正向阻断状态,只有很小的正 向漏电流流过。 外加的阳极正向电压在其转折电压以下时, 只要在门极注入适当的电流(一般为毫安 级),器件也会立即进入正向导通状态 。
1.2.1 晶闸管的阳极伏安特性
1.4 双向晶闸管
双向晶闸管的电气图形符号和伏安特性图
1.4 双向晶闸管
双向晶闸管(TRIAC)内部结构可看 做两只普通晶闸管反向并联,引出的 三个端子为主极T1,T2和门极G。它 具有正、反向对称的伏安特性,主要 参数有断态重复峰值电压和额定通态 电流,因双向晶闸管正
、反向都能触发导通,所以额定通态 电流为有效值。
——在门极断路而结温为额定值时,允许重复加在器件 上的正向峰值电压。
反向重复峰值电压URRM
——在门极断路而结温为额定值时,允许重复加在器件 上的反向峰值电压。
通态(峰值)电压UT
——晶闸管通以某一规定倍数的额定通态平均电流时的 瞬态峰值电压。
1.3.2 晶闸管的电流参数
通态平均电流 IT(AV)
通常规定为hFE下降到规定值的1/2~1/3时所对 应的Ic 。 实际使用时要留有裕量,只能用到IcM的一半或 稍多一点。
1.5.2 功率晶体管的特性
集电极最大耗散功率PcM
最高工作温度下允许的耗散功率。 产品说明书中给PcM时同时给出壳温TC,间接 表示了最高工作温度 。
1.6 功率场效应晶体管
第1章 晶闸管概述
晶闸管是由多种器件组成的家族,而 被广泛使用的普通晶闸管则是这个家 族中的一员,俗称可控硅整流器 (SCR,Silicon Controlled Rectifier),简称可控硅,其规范 术语是反向阻断三端晶闸管。
电力电子技术绪论(ppt 50页)
由上可知:电力电子技术的诞生是以1957年美国通用 电气公司研制出第一个晶闸管为标志的,是从以低 频技术处理问题为主的传统电力电子技术,向以高 频技术处理问题为主的现代电力电子技术方向发展 。所以电力电子技术的发展主要分为两个阶段:
1)传统电力电子技术:
时 间:1957年~1980年。
典型产品:晶闸管及其派生器件。 两个分支: ①微电子学——以晶体管集成电路为核
国际电气和电子工程师协会(IEEE)的电力电子学 会对电力电子技术的定义:
有效地使用电力半导体器件,应用电路和设计理论 以及分析开发工具,实现对电能的高效能变换和控 制的一门技术,它包括电压、电流、频率和波形等 方面的变换。
王兆安编著的教材的定义:就是使用电力电子器件对 电能进行变换和控制的技术。
本教材的定义:
逆变器:指完成逆变的电力电子装置。
有源逆变:将逆变电路的交流侧接到交流电
逆 变
网上,把直流电逆变成同频率的
电
交流电反送到电网中去。
路 无源逆变:将逆变电路的交流侧直接接到负
载上,把直流电逆变成某一频率
或可变频率的交流电供给负载。
③整流电路:将交流电能转换为直流电能的电路。
也称AC/DC变换电路。
整流器:完成整流任务的电力电子装置。
电力电子技术是与电能处理相关的技术学 科。将电子技术与控制技术应用到电力领域, 通过电力电子器件组成各种电力变换电路,实 现电能的转换与控制,称为电力电子技术,或 电力电子学。
从工程的对象和内容及手段几方面理解电 力电子技术。 ❖ 对象:能量中的电能 ❖ 内容:对电能的变换和控制 ❖ 手段:利用电力电子器件(半导体器件)
型晶体管(IGBT)等。
特 点:集成化、高压、大电流;
第1章 绪论 《电力电子技术(第2版)》课件
第1章 绪 论
预备知识要点
7.单相交流电的有功功率 PUcI os
无功功率 QUsIin
视在功率 SUI
功率因数 cosP/S
由于交流电压量或电流量几乎都不是纯正弦波, 所以相应的定义有所不同
第1章 绪 论
预备知识要点
如何计算任意电压或电流波形的平均值和有效值? 两个重要数学公式
电力电子技术
绪论
1 . 电力电子技术的基本概念 2 . 电力电子技术的发展概况 3 . 电力电子技术的应用 4 . 学习本课程所要注意的问题 5 . 预备知识要点
第1章 绪 论
电力电子技术的基本概念
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
第3章 整流电路
第6章 交流控制电路 和交交变频电路
第四部分
第7章 现代电力电子 技术及其应用
第1章 绪 论
学习本课程所要注意的问题
电路原理 控制理论
模拟电子技术 数字电子技术 通信技术
预备知识要点
n
1.基尔霍夫电压定理 u m 0 m 1
2.基尔霍夫电流定理
n
im 0
m 1
3. 富里叶级数
(1)可控整流器 (2)逆变器 (3)交流调压器和变频器 (4)斩波器 特别说明:复杂的装置可能包含上述多种类型。
1)工矿企业
第1章 绪 论
轧钢机
电解铝
数控机床
冶金工业
2)家用电器
第1章 绪 论
3)交通及运输
第1章 绪 论
4)电力系统
柔性交流输电FACTS
第1章 绪 论
高压直流装置HVDC