电力电子器件第一章 绪论

1.3 与相关学科的关系
与电子学（信息电子学）的关系
都分为器件和应用两大分支。 器件的材料、工艺基本相同。 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； 电力电子电路的器件，为避免功率损耗过大,一般 只工作在开关状态。
1.3 与相关学科的关系
与电力学（电气工程）的关系 电力电子技术广泛用于电气工程中
输出 输入
AC
电力变换的种类 DC 整流
AC 变频、变相
DC
直流斩波
逆变
进行电力变换的技术称为 变流技术。
1.3 与相关学科的关系
1974年，美国的学者 W. Newell用如图的倒 三角形对电力电子学进 行了描述。
电子学
电力学
电力 电子器件
连续、离散
控制 理论
描述电力电子学的倒三角形
• 实现电能变换 粗电到精电 • 是“弱电和强电的接口” • 电力电子技术可看成“弱电控制强电”的技术 • 1957年，第一只晶闸管出现标志着电力电子技术的诞生。
• 但需要指出的是，电力半导体器件在 开关状态转换过程时并不是瞬时完成 的（所需时间称开关时间），而是要 经过一个转换过程（称开关过程）
Ic RL
Fra Baidu bibliotek
C
Rb B
T1
UCE
UCC
E
简单的BJT电路
•例如，图1-1所示电路中 RL 5 ，UCC 50V，当工作在饱和导通状态时管
压降 U CE 0，.3V T的1 管耗 PT1 IC UCE (UCC / RL ) UCE 10 0.3 ，3W T截1 止的漏电
高压直流输电 静止无功补偿 电力机车牵引 交直流电力传动 电解、电镀、电加热、高性能交直流电源
电力电子技术是电气工程学科中最为活跃的一 个分支。
1.3 与相关学科的关系
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。
电力电子器件的分类
➢ 按照器件能够被控制电路信号所控制程度，分为三类： 1) 半控型器件
从 控
➢ 晶闸管及其大部分派生器件
通过控制信号可以控制其导通而不能控制其关断。
制 2) 全控型器件
方
➢ 绝缘栅双极晶体管
式 来
通➢➢ 过电门控力极制场可信效 关号应 断晶 晶既体 闸可管 管控制其导通又可控制其关断， 又称自关断器件。
变流技术（电力电子器件应用技术） 用电力电子器件构成电力变换电路和对其 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。 电力电子技术的核心，理论基础是电路理论。
1.2 两大分支
变流技术
电力——交流和直流两种
从公用电网直接得到的是交流，从蓄电池和干电池 得到的是直流。
电力变换四大类
AC/DC、DC/AC、DC/DC、AC/AC
电力电子技术——使用电力半导 体开关器件对电能进行高效率变 换和控制的一门技术，即应用于 电力领域的电子技术，又可称为 功率电子技术。
目前电力电子器件均用半导体制 成，故也称电力半导体器件。
电力电子技术变换的“电力”， 可大到数百MW甚至GW，也可
小到数W甚至mW级。粗电→精
电
1.2 两大分支
电力电子器件制造技术 电力电子技术的基础，理论基础是半导体 物理。
电力电子器件的概念和特征
➢电力电子器件（power electronic device）：用于处理电
能的主电路中，实现电能变换或控制的电子器件。
同处理信息的电子器件相比，电力电子器件的一般特征：
(1) 电功率大
小至毫瓦级，大至兆瓦级, 大多都远大于处理信息的电子器件，即承 受电压和电流的能力大，是最重要的特征；
检测 电路
保护 电路
驱动 电路
V1 LR
V2 主电路
电气隔离
在主电路和 控制电路中 附加一些电 路，以保证 电力电子器 件和整个系 统正常可靠 运行
(4)散热
不致于因损耗散发的热量导致器件温度过高而损坏， 不仅在器件封装上讲究散热设计，而且在其工作时一般都 要安装散热器。
电力电子器件工作时，会因功率损耗引起器件发热、 升温。器件温度过高将缩短寿命，甚至烧毁，这是限制 电力电子器件电流、电压容量的主要原因。为此，必须 考虑器件的冷却问题。常用冷却方式有自冷式、风冷式、 液冷式(包括油冷式、水冷式)和蒸发冷却式等。
(2) 工作在开关状态
通态阻抗很小，接近于短路，管压降接近于零，电流由外电路决定； 断态阻抗很大，接近于断路，电流几乎为零，两端电压由外电路决定； 作电路分析时，为简单起见往往用理想开关来代替。
电力半导体器件使用特点
• 电力电子器件稳态时工作在导通与截 止两种工作状态。导通时，器件压降 很小，而截止时它的漏电流很小，器 件近似于理想的开关
1.4 地位和未来
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。
计算机
人脑
电力电子技术 电力电子＋运动控制
消化系统和循环系统 肌肉和四肢
电力电子技术是电能变换技术,是把粗电变为精电的技术，
能源是人类社会的永恒话题，电能是最优质的能源。
电力电子技术：支撑科技
全球电子市场
2、电力电子器件的发展史
现代电力电子器件 原理与应用技术
李楠 通信教研室
第一章 绪 论
1、什么是电力电子技术 2、电力电子器件的发展史 3、电力电子技术的应用
1.1 电力电子与信息电子
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
信息电子技术—弱—电 信息处理 电力电子技术—强—电 电力变换
电子技术一般即指信息 电子技术，广义而言，也包 括电力电子技术。
史前期 （黎明期）
晶体管诞生
晶闸管问 世，(“公元
元年”)
全控型器件迅 速发展时期
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前提的。
流 IC ，0即截止时的管耗 PT1 。0 如果 T工1 作在线性放大状态时，
设
I ，5则A C
的T管1 耗
IC UCE IC (UCC IC RL ) 5 (50 5 5) 。75W
(3) 需要由信息电子电路来控制
控制电路：
控
由应用电力
电子器件的
制
系统组成
电
路
驱动电路：在主电路
和控制电路之间，对 控制电路的信号进行 放大