电力电子技术基础-绪论

合集下载

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。

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

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

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

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

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%

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。

电子行业电力电子课件—绪论

电子行业电力电子课件—绪论1. 引言在当今的电子行业中，电力电子技术扮演着至关重要的角色。

随着电子设备的广泛应用，电力电子技术的发展对能源的有效利用和电力系统的稳定运行起着关键作用。

本课件旨在介绍电力电子技术在电子行业中的基本概念、发展历程和应用领域。

2. 电力电子技术概述2.1 电力电子技术定义电力电子技术是将电子器件和电路应用于电力系统中，实现对电力的控制、转换和处理的一门技术。

它通过提高电力系统的效率和可靠性，使得电力可以在不同形式之间进行转换，并实现对电力的精确控制。

2.2 电力电子技术的发展历程电力电子技术的发展可以追溯到20世纪60年代，随着半导体器件的发展和成本的降低，电力电子技术得到了广泛应用。

从最初的整流器和逆变器，到现在的交流调压器、变频器和无功补偿装置，电力电子技术不断演变和创新，为电力系统的优化提供了强大的支持。

2.3 电力电子技术的应用领域电力电子技术广泛应用于各个领域，包括但不限于以下几个方面：•电力系统稳定性控制：通过控制电流和电压的波形和相位，优化电力系统的稳定性。

•电力质量改善：通过控制电力波形的失真、谐波和噪声，提高电力的质量。

•能量转换与调节：将电力从一种形式转换为另一种形式，如直流-交流转换、电力的降压升压等。

•电力系统损耗控制：通过控制电力的流动和转换过程，减少能源的损耗和浪费。

3. 电力电子技术的基本原理3.1 电力电子器件电力电子器件是电力电子技术的核心组成部分，常用的电力电子器件包括二极管、晶闸管、场效应管和继电器等。

这些器件具有控制电流和电压的能力，能够实现电力的开关和调节。

3.2 电力电子电路电力电子电路是电力电子技术的重要实现手段。

常见的电力电子电路包括整流电路、逆变电路、变换电路等。

这些电路通过控制电力电子器件的状态和工作方式，实现对电力的控制和转换。

3.3 电力电子控制电力电子控制是电力电子技术应用的关键环节。

通过采用不同的控制策略和算法，可以实现对电力的精确调节和控制。

电力电子技术基础-绪论

电子行业电力电子基础绪论

电力电子技术---1绪论

电力电子技术基础-绪论

电力电子技术基础绪论

电子行业电力电子技术-绪论

电力电子技术绪论

电力电子技术绪论(ppt 50页)

电力电子技术-绪论

电力电子技术 绪论

电子行业电力电子技术--绪论

电子行业电力电子课件—绪论

电力电子技术绪论