电力电子技术 绪论0
电力电子技术 绪论0
通常把计算机的作用比做人的大脑，电力 电子技术连同运动控制一起，可比做人的 肌肉和四肢，使人能够运动和从事劳动。 只有聪明的大脑，没有灵巧的四肢甚至不 能运动的人是难以从事工作的。肌肉和四 肢正是大脑思维与外界运动事物之间的输 出接口。人的感官是检测反 要的作用，有着十分光明的未来。
航空航天、军事设施、船舶、电力机车、地 铁、磁悬浮列车、石油石化、冶金、机器人、 科学实验等等，从工业生产到社会生活，各 行各业的电气自动化、机电一体化水平的不 断提高，都需要各式各样的特种电源装置， 需要运用电力电子技术进行多种电力变换与 控制。 电力电子技术的研究内容： 通常把电力电子技术分为电力电子器件制 造技术和变流技术两个分支。变流技术也 称为电力电子器件的应用技术，
为了使电力电子装置的结构紧凑、体积 减小，常常把若干个电力电子器件及必要的 辅助元件做成模块化的形式，比如把驱动、 逻辑、控制、检测、保护电路和功率器件集 成在一起，构成功率集成电路（PIC）。目 前功率集成电路的功率都还较小，着重于中 小功率应用，但这代表了电力电子技术发展 的一个重要方向。
PE技术的不断迅速进步给电气工程、机械类 学科的现代化以巨大的推动力，是保持电气 工程、机电工程活力的重要源泉。 PE与控制理论 要使各种各样的设备和装 置的性能满足人们日益增长的各种需要，离 不开完善的自动控制技术。各种先进的控制 方法、计算机控制技术（弱电系统）正是通 过PE这一接口，与强电系统或机械系统（控 制对象）融为一体，实现高性能的控制效果。 只靠强电系统或机械系统本身实现复杂的自 动控制是很困难的，而且体大笨拙。
PE和电力学 PE是弱电控制强电的技术， 可以说是强弱电之间的接口。它所控制的 对象往往都和电力有关，比如交、直流电 机、伺服控制电机等电力传动或机电系统， 电力系统的无功补偿、励磁、电加热等。 电力电子技术是电气工程学科中的一个最 为活跃的分支。本来电气工程（电力学） 领域（包括电力传动和电力系统）以及机 械类学科领域发展的历史很长，传统的东 西很多，也很成熟，然而单靠这些传统技 术已经无法适应时代发展的要求，
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。
电力电子技术精品课程绪论公开课一等奖优质课大赛微课获奖课件
电 镀
电 加 热
牵力
引传
动
高 性 能 交 直 流 电 源
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第15页
1.3 与其它学科关系
1.3.1 与电子学关系 1.3.2 与电力学关系 1.3.3 与控制理论关系
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第16页
1.3.3 与控制理论关系
控制理论
实 现
电力电子技术
电力电子装置 是自动化
基础 元件
支撑 技术
弱电和强电接口
弱电控制强电
80年代后 以IGBT为代表复合型器件突起，伴随全控型电 力电子器件不断进步，一个结构紧凑、体积小电力电子装 置也应运而生。把若干个电力电子器件及必要辅助元件做
成模块形式，这给应用带来了很大以便。
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第21页
绪论
1.什么是电力电子技术 2.电力电子技术发展历史 3.电力电子技术应用 4.本课程内容简介
11
第11页
1.3.1 与电子学关系
都分为器件与应用
电子器件 制造技术
电力电
子器件制造技 术
理论基础、材料、制造工艺
电子电路
电力电子 电路
分析办法、分析软件
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第12页
电力电子电路——电力改变和控制 电子电路——信息处理
电子电路
功率输出 功率放大
电力电子电路
信息电子电路器件
电力电子 电路器件
开关状态
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第6页
1.2 两大分支电力Βιβλιοθήκη 子技术电力电子器件 制造技术
变流技术
电力电子器件制造技术— 电力电子技术基础
变流技术（电力电子器件应 用技术）——电力电子技术 关键
{ 变流
技术
电力电子器件构成 各种电力变换电路 对这些电路进行 控制技术
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
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。
电力电子技术基础-绪论
❖
人生不是自发的自我发展，而是一长 串机缘 。事件 和决定 ，这些 机缘、 事件和 决定在 它们实 现的当 时是取 决于我 们的意 志的。 2020 年12月 13日 星期日 3时12 分22 秒Sun day, December 13, 2020
❖
感情上的亲密，发展友谊；钱财上的 亲密， 破坏友 谊。20 .12.1 3202 0年1 2月13 日星期 日3时 12分2 2秒20 .12.1 3
❖ 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。
❖
时间是人类发展的空间。2020年12 月13 日星期 日3时1 2分2 2秒03 :12:2 213 December 2020
❖
科学，你是国力的灵魂；同时又是社 会发展 的标志 。上午 3时12 分22 秒上午3 时12 分03:12:22 20.1 2.13
❖
每天都是美好的一天，新的一天开启 。20. 12.13 20.1 2.130 3:12 03:12 :220 3:12:22Dec -20
❖
安全在于心细，事故出在麻痹。20. 12.13 20.1 2.130 3:12:2203 :12:2 2Dec ember 13, 2020
❖
踏实肯干，努力奋斗。2020年12月 13日 上午3 时12分 20.1 2.132 0.12. 13
❖
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
电力电子技术第五版王兆安课件-1绪论
03
电力电子技术பைடு நூலகம்应用领 域
电力系统
电力系统中的高压直流输电（HVDC）
01
通过电力电子技术实现大容量、长距离的直流输电，提高电网
稳定性和输电效率。
灵活交流输电系统（FACTS）
02
基于电力电子技术的控制器能够对交流输电系统进行快速、灵
活的控制，改善电网的稳定性、阻尼和潮流控制。
分布式发电与微电网
电力电子技术第五版 王兆安课件-1绪论
目 录
• 电力电子技术的定义与重要性 • 电力电子技术的发展历程 • 电力电子技术的应用领域 • 电力电子技术的基本元件与电路 • 电力电子技术的未来挑战与解决方案 • 结论
01
电力电子技术的定义与 重要性
定义
总结词
电力电子技术是一门研究利用半导体电力电子器件进行电能转换和控制的学科。
结合可再生能源的发展，研究电力电子技 术在绿色能源转换和智能电网建设中的应 用，推动能源可持续发展。
06
结论
本章总结
01
介绍了电力电子技术的 定义、发展历程和应用 领域。
02
强调了电力电子技术在 能源转换和智能电网中 的重要性。
03
概述了电力电子技术的 基本概念、电路拓扑和 变换理论。
04
展望了未来电力电子技 术的发展趋势和挑战。
稳压等领域。
电路分析方法
基尔霍夫定律
基尔霍夫定律是电路分析的基本原理，包括电流定律和电压定律， 用于描述电路中电压和电流的关系。
等效电路法
等效电路法是一种将复杂电路简化为简单电路的方法，通过引入等 效电阻、电感等元件来简化电路分析。
状态方程法
状态方程法是一种描述电路中状态变量的方法，通过建立状态方程 来分析电路的工作状态和动态特性。
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。