现代电力电子学培训课程

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研究生学位课程

《现代电力电子学》的学习提纲与要求

一．本课程的目的与意义

目前电力电子技术已成为国家经济领域中不可缺少的基础技术和重要手段，大至兆瓦级的高电压大电流的电气工程直流输电，小至家用的各种电器，无不渗透电力电子技术。

国际上公认电力电子技术的诞生是以1957年第一个晶闸管问世为标志的。电力电子这一名称迟至60年代才出现1974年，美国W.E.Newell用右图的倒三角形对电力电子学进行了描述。认为电力电子学是电力学，电子学和控制理论三个学科交叉结合形成的一门新型学科，随着科学技术的发展电力电子技术又与控制理论、材料科学、图一描述电力电子学的倒三角

电机工程、微电子技术、计算机技术等许多领域

密切相关。

目前，电力电子技术逐步发展成为一门多学科相互渗透的中和性学科。

可以将电力电子技术定义为：以电力为对象，利用电力电子器件对电能进行控制和转换的学科，若认为微电子技术的信息处理技术，那么电力电子技术就是电力处理技术。电力电子学除涵括技术和应用外，还有电力电子技术和相关学科的理论问题。

目前，许多高新技术均与电网的电流、电压、频率和相位等基本参数的转换与控制相关。现代电力电子技术能够实现对这些参数的精确控制和高效率的处理。特别是能够实现大功率电能的频率变换，为多项新技术的发展提供了有力的支持。因此，现代电力电子技术不仅本身是一项高新技术，而且是其它高新技术的发展基础，电力电子技术可应用到各工业、电力、交通、冶金、化工、电信、国防、家电等各个领域，

尤其与微电子、计算机技术、现代控制理论相结合，其应用面越广，自动化水平，快速性和可靠性发展越来越快，技术水平越来越高，为现代生产和现代生活带来了深远的影响。

简而言之，电力电子技术应包含电力电子器件，电力电子电路，电力电子装置及其系统三方面的内容，这三者有着密不可分的关系，随着器件的不断发展，电路和装置乃至系统，更容易发展。更加现代化。现代电力电子技术有如下特点：

1）集成化，2）高频化，3）全控化，4）电路弱电化，

5）控制技术数字化，6）多功能化。

在本科学习阶段已对传统的电力电子技术有了基础性的学习，为了更好地掌握电力电子技术。

并能灵活应用，本门课程的目的就要进一步加强基础，拓宽知识面，提高分析和解决问题的能力，更加系统、深入、全面地掌握电力电子技术的发展和应用。为其它学科的学习和今后的工作、开发、研究打造坚实的基础。

二、电力电子技术的学科地位

倒三角的电力电子学描述已被世界普遍接受，“电力电子学”和“电力电子技术”是分别从学术和技术两个不同的角度来称呼的，电力电子学包括理论和学科的内容。

在电力电子技术属于电工学科还是属于电子学科这个问题上，我国学术界和教育界有不尽相同看法。1980年我国成立了中国电力电子学会，当时曾为“Power Electronics”译为”功率电子学还是“电力电子学”而争论不休，后来定名为“电力电子学”。1981年中国电工技术学会成立后,电力电子学会成为电工技术学会所属的一个专业委员会，这意味着把电力电子技术隶属于电工学科。1997年修订研究生

专业目录时，为了拓宽专业面将电力电子技术和电力传动自动化合并为“电力电子与电力传动”专业，同时也把电工学科更名为电气工程学科。

如前所述，电力电子技术是由电力学、电子学和控制理论交叉而成，这三者成为电力电子技术的三根支柱。控制理论在电力电子装置及系统中有着广泛应用，这与控制理论在其它领域中应用并无本质差别。电力电子装置广泛地应用于电力系统和电气工程中，这就是电力学和电力电子技术的主要关系。在我国“电力学”这个术语已不太称呼，而是用“电工学科”或“电气工程”制造技术，另一个应用电力电子器件组成电路装置及系统的技术。前者是电力电子技术的基础，后者是核心，是具体的应用。电力电子电路与电子电路的许多分析方法是一致的，共同基础是电路理论，只是应用有所不同，电力电子技术用于功率变换，电子技术用于休息处理，电力电子技术除应用与电气工程外还广泛用于电子装置中，例如电源、功率放大、输出等都可以看成是电力电子电路，因此也可以把电力电子技术看成是电子技术后的一个分支。电子技术可分为信息电子技术和电力电子技术两大分支，信息电子技术包含模拟电子技术和数字电子技术两部分，因此，电子技术是由模拟电子、数字电子、电力电子三个分支组成。

电力电子技术是弱电与强电之间的结合，是弱电控制强电的技术。是一门实用性很强的学科直接在工业、交通、能源、信息、军事、管理、家庭等各个领域广泛应用。

三、电力电子技术的发展与应用现状及前景

（一）电力电子技术的发展历史

电力电子器件的发展对电力电子技术的发展起着决定性的作用，因此，电力电子技术的发展是以电力电子器件的发展为基础的。电力电子技术的发展史，如图二所示。

一般认为，电力电子技术的开始是以1957年第一个晶闸管的诞生为标志的。但在晶闸管出现之前，电力电子技术就已经用于电力变换了。因此，晶闸管出现前的时期称为电力电子技术的史前期。

1876年出现了硒整流器。1904年出现了电子管，它能在真空中对电子流进行控制，并应用于通信和无线电，从而开创了电子技术之先河。1911年出现了金属封装水银整流器，它把水银封于管内，利用对其蒸气的点弧可对大电流进行有效控制，其性能与晶闸管类似。20世纪30~50年代，是水银整流器发展迅速并广泛应用时期。它广泛用于电化学工业、电气铁道直流变电所以及轧钢用直流电动机的传动。

20世纪50年代初，1953年出现了锗功率二极管；1954年出现了硅二极管，普通的半导体整流器开始使用；1957年诞生了晶闸管，一方面由于其变换能力的突破，另一方面实现了弱电对以晶闸管为核心的强电变换电路的控制，使之很快取代了水银整流器和旋转变流机组，进而使电力电子技术步入了功率领域。变流装置由旋转方式变为静止方式，具有提高效率、缩小体积、减轻重量、延长寿命、消除噪声、便图二 电力电子技术的发展史

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