电力电子技术(第2版)课件绪论.ppt

1、4一、什么是电力电子技术一、什么是电力电子技术123二、电力电子技术的发展二、电力电子技术的发展三、电力电子技术的主要功能三、电力电子技术的主要功能四、电力电子技术的应用四、电力电子技术的应用一、什么是电力电子技术一、什么是电力电子技术电力电子技术是建立在电子学、电力学和控制学三个学科基础上的一门边缘学科，它横跨“电子”、“电力”和“控制”三个领域，主要研究各种电力电子器件，以及由电力电子器件所构成的各种电路或变流装置，以完成对电能的变换和控制。它运用弱电（电子技术）控制强电（电力技术），是强弱电相结合的新学科。电力电子技术是目前最活跃、发展最快的一门学科。随着科学技术的发展，电力电子技术又与

2、现代控制理论、材料科学、电机工程、微电子技术等许多领域密切相关，已逐步发展成为一门多学科互相渗透的综合性技术学科。二、电力电子技术的发展电力电子技术的发展是以电力电子器件为核心发展起来的。从20世纪50年代中到70年代末，以大功率硅二极管、双极型功率晶体管和晶闸管应用为基础（尤其是晶闸管）的电力电子技术发展比较成熟。20世纪70年代末以来，两个方面的发展对电力电子技术引起了巨大的冲击。一是微机的发展对电力电子装置的控制系统、故障检测、信息处理等起了重大作用，今后还将继续发展；二、电力电子技术的发展由场控和双极型合成的新一代电力电子器件，如绝缘栅双极型晶体管（IGT或IGBT）和MOS控制晶闸管

3、（MCT）也正在兴起，容量也已相当大。这些新器件均具有门极关断能力，且工作频率可以大大提高，使电力电子电路更加简单，使电力电子装置的体积、重量、效率、性能等各方面指标不断提高，它将使电力电子技术发展到一个更新的阶段。与此同时，电力电子器件、电力电子电路和电力电子装置的计算机模拟和仿真技术也在不断发展。三、电力电子技术的主要功能电力电子技术的功能是以电力电子器件为核心，通过对不同电路的控制来实现对电能的转换和控制。其基本功能如下。（1）可控整流。将交流电变换为固定或可调的直流电，亦称为AC/DC变换。（2）逆变。把直流电变换为频率固定或频率可调的交流电，亦称为DC/AC变换。其中，把直流电能变换

4、为50Hz的交流电反送交流电网称为有源逆变，把直流电能变换为频率固定或频率可调的交流电供给用电器则称为无源逆变。三、电力电子技术的主要功能（3）交流调压与周波变换。把交流电压变换为大小固定或可调的交流电压称为交流调压。把固定或变化频率的交流电变换为频率可调的交流电称为变频（周波变换）。交流调压与变频亦称为AC/AC变换。（4）直流斩波。把固定的直流电变换为固定或可调的直流电，亦称为DC/DC变换。（5）无触点功率静态开关。用于接通或断开交直流电流通路，可以取代接触器、继电器。上述变换功能通称为变流。故电力电子技术通常也称为变流技术。实际应用中，可将上述各种功能进行组合。四、电力电子技术的应用电

5、力电子技术的应用领域相当广泛，遍及庞大的发电厂设备到小巧的家用电器等几乎所有电气工程领域。容量可达1GW至几W不等，工作频率也可由几赫兹至100MHz。四、电力电子技术的应用（1）一般工业。工业中大量应用各种交直流电动机。直流电动机有良好的调速性能，为其供电的可控整流电源或直流斩波电源都是电力电子装置。近年来，由于电力电子变频技术的迅速发展，使得交流电动机的调速性能可与直流电动机相媲美，交流调速技术大量应用并占据主导地位。大至数千千瓦的各种轧钢机，小到几百瓦的数控机床的伺服电动机都广泛采用电力电子交直流调速技术。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。还有

6、一些不调速的电动机为了避免启动时的电路冲击而采用了软启动装置，这种软启动装置也是电力电子装置。四、电力电子技术的应用电化学工业大量使用直流电源，电解铝、电解食盐水等都需要大容量整流电源。电镀装置也需要整流电源。电力电子技术还大量用于冶金工业中的高频或中频感应加热电源、淬火电源等场合。四、电力电子技术的应用（2）交通运输。电气化铁道中广泛采用电力电子技术。电力机车中的直流机车采用整流装置，交流机车采用变频装置。直流斩波器也广泛用于铁道车辆。在未来的磁悬浮列车中，电力电子技术更是一项关键技术。除牵引电动机传动外，车辆中的各种辅助电源也都离不开电力电子技术。电动汽车的电机靠电力电子装置进行电力变换和

7、驱动控制，其蓄电池的充电也离不开电力电子装置。一辆高级汽车中需要许多控制电机，它们也要靠变频器和斩波器驱动并控制。四、电力电子技术的应用飞机、船舶需要很多不同要求的电源，因此航空和航海都离不开电力电子技术。如果把电梯也算做交通运输工具，那么它也需要电力电子技术。以前的电梯大都采用直流调速系统，而现在交流调速已成为主流。四、电力电子技术的应用（3）电力系统。电力电子技术在电力系统中有着非常广泛的应用。据估计，发达国家在用户最终使用的电能中，有60以上的电能至少经过一次以上的电力电子变流装置的处理。电力系统在通向现代化的进程中，电力电子技术是关键技术之一。可以毫不夸张地说，如果离开电力电子技术，电

8、力系统的现代化就是不可实现的。直流输电在长距离、大容量输电时有很大的优势，其送电端的整流站和受电端的逆变站都采用晶闸管变流装置。近年发展起来的柔性交流输电也是依靠电力电子装置才得以实现。四、电力电子技术的应用无功补偿和谐波抑制对电力系统有重要的意义。晶闸管控制电抗器（TCR）、晶闸管投切电容器（TSC）都是重要的无功补偿装置。近年来出现的静止无功发生器（SVG）、有源电力滤波器（APF）等新型电力电子装置具有更为优越的无功功率和谐波补偿的性能。在配电网系统，电力电子装置还可用于防止电网瞬时停电、瞬时电压跌落、闪变等，以进行电能质量控制，改善供电质量。在变电所中，给操作系统提供可靠的交直流操作电

9、源，给蓄电池充电等都需要电力电子装置。四、电力电子技术的应用（4）电子装置用于电源。各种电子装置一般都需要不同电压等级的直流电源供电。通信设备中的程控交换机所用的直流电源采用全控型器件的高频开关电源。大型计算机所需的工作电源、微型计算机内部的电源也都采用高频开关电源。在各种电子装置中，以前大量采用线性稳压电源供电，由于开关电源体积小、重量轻、效率高，现在已逐步取代了线性电源。因为各种信息技术装置都需要电力电子装置提供电源，所以可以说信息电子技术离不开电力电子技术。四、电力电子技术的应用（5）家用电器。种类繁多的家用电器，小至一台调光灯具、高频荧光灯具，大至通风取暖设备、微波炉以及众多电动机驱动

10、设备都离不开电力电子技术。电力电子技术广泛用于家用电器使得它和我们的生活变得十分贴近。四、电力电子技术的应用（6）新能源。随着经济的快速增长和社会的全面进步，我国的能源供应和环境污染问题越来越突出，开发和利用新型能源的需求更加迫切，电力电子技术作为新型能源发电技术的发展及前景，紧密联系着社会的进步与需求。电力电子技术在新型能源发电系统中也被广泛应用，包括风力发电、太阳能光伏发电、燃料电池等。（7）其他。不间断电源（UPS）在现代社会中的作用越来越重要，用量也越来越大。目前，UPS在电力电子产品中已占有相当大的份额。四、电力电子技术的应用以前电力电子技术的应用偏重于中、大功率。现在，在1kW以下，甚至几十瓦以下的功率范围内，电力电子技术的应用也越来越广，其地位也越来越重要。这已成为一个重要的发展趋势，值得引起人们的注意。总之，电力电子技术的应用范围十分广泛。从人类对宇宙和大自然的探索，到国民经济的各个领域，再到我们的衣食住行，到处都能感受到电力电子技术的存在和巨大魅力。