Chapter0 - 电力电子技术介绍

Lecture2005DrZezhongXia电力电子技术武汉理工大学自动化学院PowerElectronics夏泽中PhDLecture2005DrZezhongXia2关于课程性质与教学要求课程性质–《电力电子技术》是自动化专业的专业基础课–《电力电子技术》是自动化专业的必修课教学要求–课堂教学–实验教学考核方法–平时成绩：20%–实验成绩：10%–课程考试：70%Lecture2005DrZezhongXia3教材与主要参考资料《电力电子技术》第四版–西安交通大学王兆安黄俊主编PowerElectronicSystems-TheoryandDesign–JaiP.Agrawal《电力电子学－电力电子变换和控制技术》–陈坚高等教育出版社Lecture2005DrZezhongXia41什么是电力电子技术2电力电子技术的发展史3电力电子技术的应用4课程内容介绍绪论Lecture2005DrZezhongXia51.1电子技术（电子学）与电力电子技术（电力电子学）1.2器件与电路1.3与相关学科的关系1.4地位与未来发展1什么是电力电子技术Lecture2005DrZezhongXia61.1电子技术与电力电子技术信息电子技术电力电子技术•模拟电子技术•数字电子技术研究电子器件，以及利用电子器件构成信号处理电路，用于电路中电信号的产生、变换、处理、存储、发送和接收对信息的有效处理、传输与控制电子技术研究半导体电力电子器件，以及利用电力电子器件构成电力变换电路，并对这些电路进行控制将电子技术和控制技术引入到传统的电力技术领域，使电能得到髙质量和髙效率的利用Lecture2005DrZezhongXia71.1电子技术与电力电子技术电力电子技术–使用电力电子器件对电能进行变换和控制的技术，即应用于电力领域的电子技术电力半导体器件–目前电力电子器件均用半导体制成，故也称为电力半导体器件电力变换–对电能利用的过程中，电力电子技术变换的“电力”，其功率可大到数百MW甚至GW，也可小到数W甚至mW级Lecture2005DrZezhongXia81.2器件与电路电力电子技术的兩大研究领域－器件和电路器件电路变流技术•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，以及构成电力电子装置和电力电子系统的技术•是电力电子技术的核心•其理论基础是电路理论电力电子器件术•以微电子精细加工技术生产高频、高压、大电流和全控型半导体电力开关器件的技术•电力电子技术的物质基础•其理论基础是半导体物理Lecture2005DrZezhongXia91.2器件与电路变流技术–对电力进行变换与控制的技术–两种形式的电力•直流（DC）－从直流发电机、蓄电池、干电池等电源得到•交流（AC）－从公用电力网、交流发电机得到–变流器的四种类型•交流变直流（AC－DC）•直流变交流（DC－AC）•直流变直流（DC－DC）•交流变交流（AC－AC）Lecture2005DrZezhongXia10表1电力变换的种类逆变直流斩波直流DC交流电力控制变频、变相整流交流AC交流AC直流DC输出输入1.2器件与电路电源负载电力变换电路或变流器输入输出VsVoIsIoLecture2005DrZezhongXia111.2器件与电路电力变换电路（变流器）类型的进一步描述交流电源直流负载ACACDC交流负载直流电源整流器直流斩波器逆变器交流斩波器周波变换器DCDCDCACACLecture2005DrZezhongXia12电力电子学(PowerElectronics)–IEC将电力电子变换和控制技术命名为电力电子学电力电子学电子学电力学控制理论连续、离散图1描述电力电子学的倒三角形1.3与相关学科的关系电力电子学是电力学、电子学与控制理论三者结合的交叉学科–1974年，美国的W.Newell用图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。Lecture2005DrZezhongXia131.3与相关学科的关系都分为器件与电路应用两大分支器件制造•两者采用基本相同的材料、工艺和微电子制造技术电路设计和分析•应用的理论基础、分析方法也基本相同器件和电路工作特点•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，而电力电子电路的器件一般只工作在开关状态二者同根同源电力电子技术与（信息）电子学的关系Lecture2005DrZezhongXia141.3与相关学科的关系电力电子技术广泛用于电气工程中以有效利用电能•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•高性能交直流电源•电解、电镀、电加热学科关系•国内外均把电力电子技术归为电气工程的一个分支•电力电子技术是电气工程学科中最为活跃的一个分支与电力学（电力技术或电气工程）之关系Lecture2005DrZezhongXia151.3与相关学科的关系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与控制理论（控制技术或自动化技术）的关系Lecture2005DrZezhongXia161.4地位和未来发展在人类生活和生产活动中，电力电子技术占有重要的地位•计算机－人脑•电力电子技术－消化系统和循环系统•电力电子＋运动控制－肌肉和四肢电力电子变换与控制技术在能量变换中具有巨大的技术经济意义•电力电子技术是电能变换技术,是把粗电变为精电的技术•高质量和髙效率利用电能»精密加工和制造中的驱动、交通运输中的牵引»输变电、风机、水泵、照明、电化学工业能源是人类社会活力的源泉，电能是最优质的能源，因此，电力电子技术将青春永驻可以预计，这门崭新的技术，21世纪仍将以迅猛的速度发展Lecture2005DrZezhongXia172电力电子技术的发展史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晶闸管问世，(“公元元年”)IGBT及功率集成器件出现和发展时代晶闸管时代水银（汞弧）整流器时代电子管问世全控型器件迅速发展时期史前期（黎明期）19041930194719571970198019902000t(年)晶体管诞生Lecture2005DrZezhongXia18•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Lecture2005DrZezhongXia19轧钢机数控机床冶金工业电解铝1）一般工业3电力电子技术的应用Lecture2005DrZezhongXia202）交通运输3电力电子技术的应用Lecture2005DrZezhongXia213）电力系统静止无功发生器SVG高压直流装置HVDC柔性交流输电FACTS3电力电子技术的应用Lecture2005DrZezhongXia224）电子装置用电源程控交换机电子装置微型计算机3电力电子技术的应用Lecture2005DrZezhongXia235）家用电器3电力电子技术的应用Lecture2005DrZezhongXia246）其他大型计算机的UPS航天技术新型能源3电力电子技术的应用Lecture2005DrZezhongXia25•总之，电力电子技术的应用范围十分广泛，激发人们学习、研究电力电子技术并使其飞速发展•电力电子装置提供给负载的是各种不同的电源，因此可以说，电力电子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。在大型风机、水泵驱动中采用变频调速，在使用量十分庞大的照明应用中采用高效率电源等，因此它也被称为是节能技术3电力电子技术的应用Lecture2005DrZezhongXia264课程内容介绍4.1课程内容简介4.2课程教学计划Lecture2005DrZezhongXia274.1课程内容简介《电力电子技术》课程结构第二部分全书的主体第一部分全书的基础第三部分全书的深入第1章电力电子器件第2章整流电路第6章PWM控制技术第5章逆变电路第4章交流控制电路和交交变频电路第3章直流斩波电路第7章软开关技术第8章组合变流电路Lecture2005DrZezhongXia28•课时分配•课内教学学时：40学时•实验教学学时：8学时•课程时间•1－14周•和其他课程的关系：电路电子技术基础电力电子技术电力拖动自动控制系统4.2课程教学计划Lecture2005DrZezhongXia29教学基本要求教学基本要求–掌握晶闸管、电力MOSFET、IGBT等电力电子器件的结构、原理、特性和使用方法–熟悉和掌握各种基本的整流电路、直流斩波电路、交流—交流电力变换电路和逆变电路的结构、工作原理、波形分析和控制方法–掌握PWM技术的工作原理和控制特性–了解软开关技术的基本原理–了解电力电子技术的应用范围和发展动向–掌握基本电力电子装置的实验和调试方法Lecture2005DrZezhongXia30学习方法建议认真阅读教材，弄懂基本原理–器件－电路－控制–原理－波形－计算–利用“术语索引”阅读参考书籍–及时复习《电子技术》课程相关知识–阅读参考资料，加深对教材内容的理解注重实验环节–5个最基本的、有较高实用价值的实验–通过实践和思考获得技能Lecture2005DrZezhongXia31致谢