电力电子技术-第一章 绪论

第一章绪论* 先修课程：电路理论：电路分析的方法（怎么分析、计算）电子技术基础：学好电力电子器件有帮助，二极管、三极管、MOS管都是此课程的基础。

* 课程的主要任务（为什么要学这门课/对我们有什么帮助）：（1）电力电子器件是电力电子技术的基础，没有器件只有电路，只能做仿真，无法实现功能。

现在的器件多是硅半导体的器件，属于集成电路方面的知识。

我们主要不是做电力电子器件，而是应用器件，搭建电路，完成项目的功能。

对于电路设计来说，首先要了解器件，所以首先要掌握器件的工作原理和应用。

（基础）（2）在（1）的基础上，要了解各种电力电子变换电路的应用（都是应用电力电力器件）。

变换电路：直流→直流、直流→交流、交流→直流、交流→交流，大致有这几种，要熟悉掌握这几种电路。

（核心）（3）培养分析和解决问题的能力。

怎么设计电路，做出相应产品，怎样测试他，有问题（达不到设计指标），如何分析并解决。

*发展史：国外大学重视，通过发展史，可以了解这门科学的发展情况，并有所启迪*应用：一门技术，知道它在哪里用，就会彻底了解到，否则，茫然*简单介绍这门课怎么上1、什么是电力电子技术电子技术包括两大分支：信息电子技术&电力电子技术。

通常所说的电子技术主要是指信息电子技术（模拟电子技术&数字电子技术），主要用来进行信息处理。

电力电子技术，主要研究电能的变换（利用电力电子器件），→区别于信息电子技术（本质上不同）。

一般电子技术（狭义的电子技术）就是指信息电子技术，但实际上，电力电子技术也属于电子技术的一类。

*电力变换，并不一定是几千瓦，几百个兆瓦或G瓦，与大小无关，小到几毫瓦，只要电路是对电能进行变化，都属于电力电子的范畴。

电力电子技术本身有两大分支：电力电子器件制造技术&变流技术。

*电力电子器件制造技术（电力电子技术的基础）：基础，其理论基础是半导体物理，要学电力电子器件制造，要学好半导体物理（属于另一个领域），我们主要是利用电力电子设计电路，实现功能。

*变流技术——就是电力电子器件应用技术，核心是分析和研究电路。

（电力电子技术的核心），研究电力电子技术，主要是研究怎么用管子做电路做系统。

电力电子技术主要研究的是电能的变换，通常所用的电力分两种：直流和交流，从公用电网得到的电力是交流电（近现代电网都提供的是交流，一般不提供直流），从蓄电池和干电池得到的电力是直流。

从这些电源得到的电力往往不能满足要求，需要进行电力变换→电力电子技术。

电力变化不仅仅是交流和直流之间的变换，也可能是一种直流变成另一种直流，或者一种交流变成另一种交流电。

整流：交流→直流（把电网出来的交流变成直流）逆变：直流→交流（相对整流而言，反过来）直流斩波：直流→直流（一种直流电压/电流变成另一种直流电压/电流）交流电力控制、变频、变相：交流→交流（交流的变化比较多，不仅有电压、电流，还有频率、相数），单相变三相，三相变单相。

相数：所谓相数就是有几个交流电的意思！！比如我们说的三相电，实际上就是三个初始角度相差120度的交流电，其实每一相都可以单独工作的。

电力电子技术与相关学科的关系电力电子技术就像Newell所说，用倒三角把它描述清楚了。

电力电子学（电力电子技术）由三门学科交叉而成的，其中，电子学又分电路、器件，电力学又分静止器、旋转电机，控制理论有连续控制、离散控制。

电力电子学与这三门学科分别有什么关系？都分为器件和应用两大分支。

都有两个分支，电子技术，首先是研究怎么做一个电子器件，其次，做好了，怎么用电子器件，构成电路/装置/系统，从这个角度讲，电力电子技术和信息电子技术几乎一样的。

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。

应用：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；应用——指变流技术这个分支，研究各种电力变换，都是基于电路理论来研究，只不过信息电子电路主要用来处理信息，电力电子电路主要用来处理能量（电能）。

信息电子学中的器件可工作在两个状态：放大状态、开关状态电子器件有截止区、放大区、饱和区，一般数字电路都是工作在1、0状态，都是开关电路，而模拟电路中，不少电子器件是工作在放大状态。

而电力电子电路，若工作在放大状态，损耗会太大，所以一般工作在开关状态。

（一般电压很高，再放大，功率更高，可能使器件发热，且增大能量损耗）总结：电力电子学和电子学关系密切，基础基本相同，所以“同根同源”电力学这个术语已经不常说了，被“电气工程”取代高压直流输电离不开整流、逆变静止无功补偿、电力机车牵引、交直流电力传动（电动机交流马达、直流马达传动）、点解、电镀。

都离不开电力电子变换，（电力电气技术为其提供电源）电气工程研究的主要是电能的产生、传输、变换、控制及应用，而变换就是通过电力电子技术。

所以，国内外均把电力电子技术归为电气工程的一个分支。

（把电力电子技术作为电气工程的一部分看待）电力电子技术是电气工程学科中最为活跃的一个分支。

电气工程领域是一个相对比较古老的技术，已有一百多年历史，到20世纪50年代产生电力电子技术，它是电气工程领域最为活跃的一个分支。

控制理论与自动化技术的关系：涵盖的范围接近。

从学术角度→控制理论，从工程角度→自动化技术，所以，自动化技术的理论技术就是控制理论。

控制理论广泛用于电力电子系统中。

电力电子电路加上控制，可以构成一个装置，进而构成一个系统，系统中就离不开控制，离开控制理论，想要实现相关功能就比较困难。

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；一些信号（弱电）通过电力电子变换，来控制强电，所以是是弱电和强电的接口。

例：家用电器中，空调（内部有交流电机，强电）用控制面板（遥控器：直流电，弱电）控制控制理论是这种接口的有力纽带。

要构成一个电力电子系统，必须给一些好的控制性能，这就是控制理论的作用。

电力电子装置是自动化技术的基础元件和重要支撑技术。

一个自动化系统，离不开动，离不开电机，离不开电力电子技术对电机的控制和驱动，另外，所有自动化装置都离不开电源供电，电源供电通常是直流不是交流，这个直流一般是从交流电力网变过来的，所以离不开电力电子技术。

而且，对电压的稳定度和精度也有要求，也离不开电力电子技术。

总结：倒三角图电力电子技术和运动控制（电机的驱动）一起，和计算机技术共同成为未来科学技术的两大支柱计算机是用来处理信息，执行离不开电力电子技术和运动控制。

计算机→人脑电力电子技术→消化和循环系统（把吃的粮食、蔬菜转化成人能消化的营养，而电力电子技术把电力网或蓄电池供应的电能变换成装置能够使用的电力，循环系统把能量输送到全身，而电力电子技术是通过电路把电能送到电路中各个需要电能的部件去。

粗电→精电（而电力电子技术把电力网或蓄电池供应的电能变换成装置能够使用的电力）能源永远被人类需要，电能使用最方便，控制最方便，只要电能长盛不衰，电力电子技术将永远被需要。

例：风能→电能，获得更多的洁净能源，手机无线充电，电动汽车（充电问题）电能总是被人类需要，所以电力电子技术是一个永恒的研究课题。

*1957年——电力电子技术公元元年，是因为这一年美国通用电器公司研制出第一个晶闸管。

*并不是1957年突然冒出了一个电力电子技术，在前面几乎50年的时间里，为电力电子的诞生打下了基础。

*1904年——电子管（阴阳极和栅极，控制栅极可以控制电流），二极管、三极管。

*1947年——晶体管（一种半导体器件）*1930年-1947年——水银整流器时代，没有电力电子器件，用水银代替。

性能和晶闸管非常类似，现在所说的整流电路、逆变电路在30、40年代就有了，为现在的电力电子技术奠定了很好的基础。

*1957年-1975年——晶闸管时代，晶闸管的出现，才产生电力电子技术。

*70年代后期到90年代——全控型器件，是电力电子技术的面貌焕然一新。

例，GTO、BJT、电力场效应晶体管，所谓全控型器件，就是说即可控制器件的开通又可使其关断。

*IGBT及功率集成器件出现——单一器件无法完成某些功能，所以出现了集成器件。

（复合型器件）性能更加优越，成为现代电力电子技术的主导器件。

电力电子技术在哪用？*一般工业：交直流电机的驱动，离不开电力电子技术（交流→直流/直流→交流，带动电机），电化学工业、冶金工业等一般的工业都离不开电力电子技术*电动汽车肯定离不开电力电子技术，一般的汽车也有很多，自动门要开，马达驱动，都是电力电子驱动；航空飞行器，航海大船在海上，都有一个独立的小电网，在飞机上、船上都需要电。

*电力系统：汽车的点火*电子装置：由电力电子提供电源，提供动力。

（书）*家用电器：各种家用电器，都离不开电力电子。

节能灯和变频空调，直接利用电力电子；电视机和音响，电力电子主要是提供电源。

电解铝用的是直流电，没有电是不行的。

飞机：没有电力电子技术，供电无法保证汽车：电动汽车，采用蓄电池作为储能动力源，驱动电动机，推动车轮前进。

包括普通汽车的很多功能也需要电力电子技术，如自动门、点火。

（汽车如果没有电，无法启动）海陆空都离不开电力电子技术一种现代的输电技术SVC无功补偿——目前广泛应用于国内外输配电系统中的无功补偿装置依然是 SVC,它在无功补偿、平衡电网电压、改善电压闪变与波动等方面具有优秀的性能。

各种电子装置、各种家电，都离不开电力电子技术，都需要供电。

例：从公用电网流到每家每户的交流电电压上千伏，但家用电器洗衣机、电视机需要的不需要那么大，也要用到电力电子技术。

大型计算机，必须时刻保持工作，一旦停电很麻烦，所以需要不间断电源供电，这就用到电力电子装置（不工作时，随时充电，断电时，供电）风力发电：缺点：风力发电设备太多，大自然的风就没有了，而且发出的电力质量较差，改善电能质量，靠电力电子技术。

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。

电力电子装置就是把粗电变为精电，供给各种各样的负载，负载需要直流给直流，需要高电压的给高电压，需要交流给交流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。

主要体现在一个是风机、水泵上。

整个世界上庞大的电网，几乎2/3的电力用来带动电机，电机里面风机、水泵耗电量比较大，如果它们能节省20%、30%的电量，还有照明电源，也是用电的大户，白炽灯通过热量来发光，（消耗电能转化为热能，通过热能来发光），节能灯是冷光，亮度够了，不发热，可以节省大量电能。

白炽灯：电流流过灯丝（钨丝）时产生热量，灯丝像烧红了的铁能发光一样而发出光来。

灯丝温度越高，发出的光越亮。

白炽灯发光时，大量的电能将转化为热能，只有极少一部分（可能不到1%）可以转化为有用的光能节能灯具有光效高(是普通灯泡的5倍)，节能效果明显，寿命长(是普通灯泡的8倍)，体积小，使用方便等优点。