电力电子技术第五版王兆安课件-1绪论

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1、第1章绪论1.1什么是电力电子技术1.2电力电子技术的发展史1.3电力电子技术的应用1.4本教材的内容简介1.1什么是电力电子技术■电力电子技术的概念◆电力电子技术就是应用于电力领域的电子技术。☞电力电子技术中所变换的“电力”有区别于“电力系统”所指的“电力”，后者特指电力网的“电力”。☞电子技术包括信息电子技术(模拟电子技术和数字电子技术)和电力电子技术两大分支。2/211.1什么是电力电子技术◆具体地说，电力电子技术就是使用电力电子器件对电能进行变换和控制的技术。☞电力电子器件是电力电子技术的基础。☞变流技术则是电力电子技术的核心。输入输出交流（AC）直流（D

2、C）直流（DC）整流直流斩波交流（AC）交流电力控制变频、变相逆变3/21表1-1电力变换的种类1.1什么是电力电子技术■电力电子学◆美国学者W.Newell认为电力电子学是由电力学、电子学和控制理论三个学科交叉而形成的。4/21图1-1描述电力电子学的倒三角形1.1什么是电力电子技术☞电力电子技术和电子学电力电子器件的制造技术的理论和工艺与用于信息变换的电子器件制造技术相同。☞电力电子技术和电力学电力电子技术广泛用于电气工程中，这是电力电子学和电力学的主要关系。5/211.1什么是电力电子技术☞电力电子技术与电气工程学科的关系隶属于电气工程一级学科电力电子技术的

3、应用和发展必须依赖其它学科电力电子技术促进了其他学科的发展图1-2电气工程的双三角形描述6/211.1什么是电力电子技术☞电力电子技术和控制理论控制理论使电力电子装置和系统的性能不断满足人们日益增长的各种需求。电力电子技术是弱电和强电之间的接口而控制理论则是实现这种接口的一条强有力的纽带。控制理论是自动化技术的理论基础，而电力电子装置则是自动化技术的基础元件和重要支撑技术。7/211.2电力电子技术的发展史8/21■电力电子技术的发展史图1-3电力电子技术的发展史◆一般认为，电力电子技术的诞生是以1957年美国通用电气公司研制出第一个晶闸管为标志。1.2电力电子技

4、术的发展史◆晶闸管出现前的时期可称为电力电子技术的史前期或黎明期。☞电子管(1904)，在真空中对电子流进行控制，并应用于通信和无线电，从而开启了电子技术用于电力领域的先河。☞水银整流器(1930s-1950s)，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，甚至用于直流输电。这一时期，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。在这一时期，也应用直流发电机组来变流。☞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。9/211.2电力电子技术的发展史◆晶闸管时代☞晶闸管凭借其优越的电气性能和控制性能，

5、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。10/211.2电力电子技术的发展史◆全控型器件和电力电子集成电路（PIC）☞70年代后期，以门极可关断晶闸管（GTO）、电力双极型晶体管（BJT）和电力场效应晶体管（Power-MOSFET）为代表的全控型器件迅速发

6、展。全控型器件的特点是，通过对门极（基极、栅极）的控制既可使其开通又可使其关断。☞采用全控型器件的电路的主要控制方式为脉冲宽度调制（PWM）方式。相对于相位控制方式，可称之为斩波控制方式，简称斩控方式。☞在80年代后期，以绝缘栅极双极型晶体管（IGBT）为代表的复合型器件异军突起。它是MOSFET和BJT的复合，综合了两者的优点。与此相对，MOS控制晶闸管（MCT）和集成门极换流晶闸管（IGCT）复合了MOSFET和GTO。11/211.2电力电子技术的发展史☞把驱动、控制、保护电路和电力电子器件集成在一起，构成电力电子集成电路（PIC），这代表了电力电子技术发展

7、的一个重要方向。电力电子集成技术包括以PIC为代表的单片集成技术、混合集成技术以及系统集成技术。☞随着全控型电力电子器件的不断进步，电力电子电路的工作频率也不断提高。与此同时，软开关技术的应用在理论上可以使电力电子器件的开关损耗降为零，从而提高了电力电子装置的功率密度。12/211.3电力电子技术的应用■电力电子技术的应用范围◆一般工业☞工业中大量应用各种交直流电动机，都是用电力电子装置进行调速的。一些对调速性能要求不高的大型鼓风机等近年来也采用了变频装置，以达到节能的目的。避免调速电机起动时的电流冲击的软起动装置。☞电化学工业大量使用直流电源，电解铝、电解食盐水

8、等都需要大