电力电子技术PPT课件
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➢ 控制方式: PWM控制技术成为主导
■
绪论第15页
复合型器件和功率集成电路
➢ 80年代后期开始
复合型器件：以绝缘栅极双极型晶体管(IGBT)
为代表
➢IGBT是MOSFET和BJT的复合
它集MOSFET的驱动功率小、开关速度快的 优点和BJT通态压降小、载流能力大的优点于 一身，性能十分优越，使之成为现代电力电 子技术的主导器件
绪论第10页
2. 电力电子技术的发展史
1958年美通用电气公司制造的第一只晶闸管 标志电力电子器件和技术的诞生。
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史就是电 力电子器件的发展史。
■
绪论第11页
2. 电力电子技术的发展史
〔四个阶段〕
➢ 史前期（1957年以前）： 使用水银整流器（汞整流器），其性能和晶闸管类似。 这段时间，各种整流、逆变、周波变流的电路和理论已经成熟并广泛应用。
技术研究的也就是电源技术。
➢ 电力电子技术对节省电能有重要意义。特别在大型风机、 水泵采用变频调速方面，在使用量十分庞大的照明电源 等方面，电力电子技术的节能效果十分显著，因此它也
被称为是节能技术。
■
绪论第23页
4. 本课程的内容简介
分为三大部分
➢ 第一部分：电力电子器件
主要介绍各种电力电子器件的基本结构、工作原理、主要 参数、应用特性，以及驱动、缓冲、保护、串并 联等器 件应用的共性问题和基础性问题
1.什么是电力电子技术
➢ 定义:
电力电子技术（power electronics）： 是电子技术的分支
电子技术: 信息电子技术 电力电子技术
信息电子技术——模拟电子技术和数字电子技术
主要用于信息处理
电力电子技术——应用于电力领域的电子技术，使 用电力电子器件对电能进行变换和控制的技术
主要用于电力变换
■
绪论第1页
整体概述
概况一
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概况二
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概况三
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绪论第2页
为什么要对电能进行变换？
电能以直流电或交流电的形式存在
电网或电站往往仅能提供一种形式的电能 从公用电网直接得到的是交流电； 从蓄电池和干电池得到的是直流电
用户往往需要多种形式的电能 电能形式变 换 — 进行电力变换的技术称为变流技术
■
绪论第3页
变流技术
➢电力变换四大类
交流变直流、直流变交流、直流变直流和交流变交流
(AC-DC、DC-AC、DC-DC、AC-AC)
表0-1 电力变换的种类
输入 输出
交流
直流
直流 交流
整流
交流电力控制 （调压、调功）、
绪论第7页
绪论第8页
电力电子技术两个分支
➢ 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
➢ 电力电子器件应用技术（变流技术）
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，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
■
绪论第9页
电力电子技术和其它学科的关系
■
绪论第16页
复合型器件和功率集成电路
➢ 模块：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 块的形式，这给应用带来了很大的方便
➢ 功率集成电路：把驱动、控制、保护电路和功率器
件集成在一起，构成功率集成电路（PIC）。
电力电子器件的发展趋势：
全控型、大功率、高频化、集成化、智能化
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，因而属于半控型器件 对晶闸管电路的控制方式主要是相位控制方式
■
绪论第14页
全控型器件
➢ 70年代后期，以门极可关断晶闸管(GTO)、电力双极 型晶体管(BJT)和电力场效应管(Power-MOSFET) 为 代 表的全控型器件迅速发展。 ➢ 全控型器件的特点： 通过门极的控制可使其开通又可使其关断
变频、变相
■
直流斩波 逆变
绪论第4页
电力变换举例(AC/DC)
AC-DC(传统):
AC
M~
G Ud DC
If
变流机组用于电力变换：交流电动机-直流发电机
绪论第5页
电力变换举例(AC/DC)
电力电子器件用于电力变换：
AC
AC
DC
DC
不可控整流
调压控制
可控整流
绪论第6页
电力变换举例(AC/DC/AC)
电力电子技术实际上是一门交叉学科。 Power Electronics名称60年代出现。 1974年，美国的W. Newell用图0-1的倒三角形对电力电子
学进行了描述，被全世界普遍接受。
静止器、旋转电机
图0-1 描述电力电子学的倒三角形
■
电路、器件
电子学
电力学
电力 电子技术
连续、离散
控制 理论
3）电力系统
➢ 高压直流长距离输电
交流输电架线复杂、损耗大、电磁波污染环境等
➢ 无功补偿和谐波抑制
电网
负载
■
绪论第21页
3. 电力电子技术的应用
4）新能源的开发和利用
太阳能发电、风力发电、燃料电池等新型能 源
超导储能、飞轮储能等削峰平谷的节能装置
■
绪论第22页
3. 电力电子技术的应用
➢ 电力电子装置提供给负载的是各种不同的直流电源、恒 频交流电源和变频交流电源，因此也可以说，电力电子
■
绪论第19页
3. 电力电子技术的应用
2）静止电源
➢ 照明用电：电子镇流器 — 提高发光效率、改善光源质量 ➢高频开关电源：减小重量体积，扩大输入电压范围，抗波动
逆变 CVCF 负载
蓄电池 不间断电源（ UPS ）
■
绪论第20页
3. 电力电子技术的应用
➢ 晶闸管时代（1958～70年代）： ➢ 全控型器件时代（70年代后期）： ➢ 复合器件时代（80年代后期）：
■
绪论第12页
晶闸管（1957年开始）
➢ 晶闸管出现后，因电气性能和控制性能优越，很快取 代了水银整流器，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
■
绪论第17页
功率器件示例
Discrete
Standard Module
Application Specific Power Module
绪论第18页
3. 电力电子技术的应用
1）电机的调速: 直流调速、交流调速
逆变
电 网
整流 DC M
电 CVCF
网
VVVF
M~
AC
➢生产机械的拖动：水泵、风机、起重机等 ➢民用：变频空调、电梯、电动车等
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绪论第15页
复合型器件和功率集成电路
➢ 80年代后期开始
复合型器件：以绝缘栅极双极型晶体管(IGBT)
为代表
➢IGBT是MOSFET和BJT的复合
它集MOSFET的驱动功率小、开关速度快的 优点和BJT通态压降小、载流能力大的优点于 一身，性能十分优越，使之成为现代电力电 子技术的主导器件
绪论第10页
2. 电力电子技术的发展史
1958年美通用电气公司制造的第一只晶闸管 标志电力电子器件和技术的诞生。
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史就是电 力电子器件的发展史。
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绪论第11页
2. 电力电子技术的发展史
〔四个阶段〕
➢ 史前期（1957年以前）： 使用水银整流器（汞整流器），其性能和晶闸管类似。 这段时间，各种整流、逆变、周波变流的电路和理论已经成熟并广泛应用。
技术研究的也就是电源技术。
➢ 电力电子技术对节省电能有重要意义。特别在大型风机、 水泵采用变频调速方面，在使用量十分庞大的照明电源 等方面，电力电子技术的节能效果十分显著，因此它也
被称为是节能技术。
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绪论第23页
4. 本课程的内容简介
分为三大部分
➢ 第一部分：电力电子器件
主要介绍各种电力电子器件的基本结构、工作原理、主要 参数、应用特性，以及驱动、缓冲、保护、串并 联等器 件应用的共性问题和基础性问题
1.什么是电力电子技术
➢ 定义:
电力电子技术（power electronics）： 是电子技术的分支
电子技术: 信息电子技术 电力电子技术
信息电子技术——模拟电子技术和数字电子技术
主要用于信息处理
电力电子技术——应用于电力领域的电子技术，使 用电力电子器件对电能进行变换和控制的技术
主要用于电力变换
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绪论第1页
整体概述
概况一
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概况二
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概况三
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绪论第2页
为什么要对电能进行变换？
电能以直流电或交流电的形式存在
电网或电站往往仅能提供一种形式的电能 从公用电网直接得到的是交流电； 从蓄电池和干电池得到的是直流电
用户往往需要多种形式的电能 电能形式变 换 — 进行电力变换的技术称为变流技术
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绪论第3页
变流技术
➢电力变换四大类
交流变直流、直流变交流、直流变直流和交流变交流
(AC-DC、DC-AC、DC-DC、AC-AC)
表0-1 电力变换的种类
输入 输出
交流
直流
直流 交流
整流
交流电力控制 （调压、调功）、
绪论第7页
绪论第8页
电力电子技术两个分支
➢ 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
➢ 电力电子器件应用技术（变流技术）
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，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
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绪论第9页
电力电子技术和其它学科的关系
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绪论第16页
复合型器件和功率集成电路
➢ 模块：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 块的形式，这给应用带来了很大的方便
➢ 功率集成电路：把驱动、控制、保护电路和功率器
件集成在一起，构成功率集成电路（PIC）。
电力电子器件的发展趋势：
全控型、大功率、高频化、集成化、智能化
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，因而属于半控型器件 对晶闸管电路的控制方式主要是相位控制方式
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绪论第14页
全控型器件
➢ 70年代后期，以门极可关断晶闸管(GTO)、电力双极 型晶体管(BJT)和电力场效应管(Power-MOSFET) 为 代 表的全控型器件迅速发展。 ➢ 全控型器件的特点： 通过门极的控制可使其开通又可使其关断
变频、变相
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直流斩波 逆变
绪论第4页
电力变换举例(AC/DC)
AC-DC(传统):
AC
M~
G Ud DC
If
变流机组用于电力变换：交流电动机-直流发电机
绪论第5页
电力变换举例(AC/DC)
电力电子器件用于电力变换：
AC
AC
DC
DC
不可控整流
调压控制
可控整流
绪论第6页
电力变换举例(AC/DC/AC)
电力电子技术实际上是一门交叉学科。 Power Electronics名称60年代出现。 1974年，美国的W. Newell用图0-1的倒三角形对电力电子
学进行了描述，被全世界普遍接受。
静止器、旋转电机
图0-1 描述电力电子学的倒三角形
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电路、器件
电子学
电力学
电力 电子技术
连续、离散
控制 理论
3）电力系统
➢ 高压直流长距离输电
交流输电架线复杂、损耗大、电磁波污染环境等
➢ 无功补偿和谐波抑制
电网
负载
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绪论第21页
3. 电力电子技术的应用
4）新能源的开发和利用
太阳能发电、风力发电、燃料电池等新型能 源
超导储能、飞轮储能等削峰平谷的节能装置
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绪论第22页
3. 电力电子技术的应用
➢ 电力电子装置提供给负载的是各种不同的直流电源、恒 频交流电源和变频交流电源，因此也可以说，电力电子
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绪论第19页
3. 电力电子技术的应用
2）静止电源
➢ 照明用电：电子镇流器 — 提高发光效率、改善光源质量 ➢高频开关电源：减小重量体积，扩大输入电压范围，抗波动
逆变 CVCF 负载
蓄电池 不间断电源（ UPS ）
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绪论第20页
3. 电力电子技术的应用
➢ 晶闸管时代（1958～70年代）： ➢ 全控型器件时代（70年代后期）： ➢ 复合器件时代（80年代后期）：
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绪论第12页
晶闸管（1957年开始）
➢ 晶闸管出现后，因电气性能和控制性能优越，很快取 代了水银整流器，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
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绪论第17页
功率器件示例
Discrete
Standard Module
Application Specific Power Module
绪论第18页
3. 电力电子技术的应用
1）电机的调速: 直流调速、交流调速
逆变
电 网
整流 DC M
电 CVCF
网
VVVF
M~
AC
➢生产机械的拖动：水泵、风机、起重机等 ➢民用：变频空调、电梯、电动车等