电力电子技术课件

1电力电子技术PowerElectronicsPowerElectronics2《《电力电子技术电力电子技术》》孙树朴孙树朴等等编著编著中国矿业大学出版社中国矿业大学出版社3绪论1.什么是电力电子技术2.电力电子技术的发展历史3.电力电子技术的应用4.本课程的主要内容5.其它41.什么是电力电子技术1.11.1概念概念1.21.2两大分支两大分支1.31.3与其他学科的关系与其他学科的关系51.1概念概念数字电子技术模拟电子技术电力电子技术信息电子技术电子技术信息电子技术：信息处理电力电子技术：电力变换电力电子技术是应用于电力电力电子技术是应用于电力领域的电子技术，也就是使领域的电子技术，也就是使用电力电子器件，应用电路用电力电子器件，应用电路理论、控制理论对电能进行理论、控制理论对电能进行变换、控制的技术。包括电变换、控制的技术。包括电压、电流、频率、波形等方压、电流、频率、波形等方面的变换、控制。面的变换、控制。6直流电力交流交流变交流直流变直流（斩波）直流变交流（逆变）交流变直流（整流）交流变直流（整流）电力变换71.21.2两大分支两大分支电力电子技术电力电子器件制造技术变流技术变流变流技术技术电力电子器件构成电力电子器件构成各种电力变换电路各种电力变换电路{{对这些电路进行对这些电路进行控制的技术控制的技术变流技术（电力电子器件应变流技术（电力电子器件应用技术）用技术）————电力电子技术电力电子技术的核心的核心电力电子器件制造技术电力电子器件制造技术——电力电子技术的基础电力电子技术的基础相互支持、相互促进相互支持、相互促进8¾电力电子学(PowerElectronics)名称60年代出现。¾1974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。电力电子学电子学电力学控制理论连续、离散电路、器件静止器、旋转电机图1描述电力电子学的倒三角形1.3与相关学科的关系9都分为都分为器件器件和和应用应用两大分支。两大分支。器件器件的材料、工艺基本相同，采用微电子技术。的材料、工艺基本相同，采用微电子技术。应用应用的理论基础、分析方法、分析软件也基本相的理论基础、分析方法、分析软件也基本相同。同。信息电子电路的器件可工作在开关状态，也可工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；作在放大状态；电力电子电路的器件一般只工作在开关状态。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。二者同根同源。与电子学（信息电子学）的关系与电子学（信息电子学）的关系1.3与相关学科的关系101.3与相关学科的关系电力电子技术广泛用于电气工程中电力电子技术广泛用于电气工程中高压直流输电高压直流输电静止无功补偿静止无功补偿电力机车牵引电力机车牵引交直流电力传动交直流电力传动电解、电镀、电加热、高性能交直流电源电解、电镀、电加热、高性能交直流电源国内外均把电力电子技术归为电气工程的一国内外均把电力电子技术归为电气工程的一个分支。个分支。电力电子技术是电气工程学科中最为活跃的电力电子技术是电气工程学科中最为活跃的一个分支。一个分支。与电力学（电气工程）的关系与电力学（电气工程）的关系11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（自动化技术）的关系与控制理论（自动化技术）的关系1.3与相关学科的关系122.电力电子技术的发展历史2.12.1电力电子电力电子器件的发展器件的发展2.22.2电力变换电力变换电路的发展电路的发展2.32.3控制控制技术的发展技术的发展13z20世纪70年代低压小电流、高压大电流晶闸管系列化派生型晶闸管：双向、逆导、光控z半控型器件z1958工业用晶闸管问世、电力电子技术诞生z80年代后期以IGBT为代表的复合型器件异军突起MOSFET与GTR复合驱动功率小、开关速度快；通态压降小、载流能力大；主导器件2.1电力电子器件的发展z20世纪70年代后期全控型器件迅速发展GTO、GTR、MOSFET可通可断、开关速度高于晶闸管z全控型器件z全控复合型器件z功率集成模块z把若干个电力电子器件及必要的辅助元件、电路模块化，便于应用。结构紧凑、体积小巧。尽管功率较小，重要发展方向。14z20世纪70年代以前，整流电路占有主导地位；20世纪80年代以后，逆变电路的应用日益广泛，但整流电路仍然占有重要地位。z整流电路、逆变电路应用最为广泛。z常用：晶闸管相控整流电路，消耗无功功率、产生谐波污染电网。治理：补偿无功功率、抑制谐波。有源电力滤波器2.2电力变换电路的发展z高功率因数整流电路，采用自关断器件、PWM控制。功率因数可以达到1，基本不消耗无功功率、不产生谐波。15z软开关电路。降低电力电子器件的开关损耗、抑制电磁干扰。利用谐振原理，使电力电子器件在零电压或零电流的条件下开通、关断，理论上可将开关损耗降至零并抑制电磁干扰。2.2电力变换电路的发展z新型电力变换电路：谐振型逆变电路性能更佳16z晶闸管电路相位控制方式；全控型器件PWM控制方式；就异步电动机而言，矢量控制、直接转矩控制；就控制理论而言，自适应控制、模糊控制。2.3控制技术的发展z20世纪80年代后期高性能单片微机、数字信号处理器应用于电力电子电路控制。模拟、数字控制——微机控制173.电力电子技术的应用183.电力电子技术的应用（1）一般工业4-19轧钢机数控机床冶金工业电解铝20安圣（华为电气）变频器系列ABB公司国内外知名变频器21国内外知名变频器西门子（Siemens）公司施奈德公司富士公司22（2）交通运输我国首次批量生产的铝合金结构高速豪华型“子弹头”列车应用:动车组2324（3）电力系统晶闸管变流装置无功补偿装置1）电力控制：电力系统调节负载；2）电能的传输：直流传输电能；3）电源电网的净化:有源滤波器、功率补偿器、电压稳定器、不对称负载调节器、功率因数校正器等25高压直流装置HVDCSVCSVC26（4）新能源发电风力发电达板城风力发电厂272829太阳能草坪灯太阳能路灯303132（5）电子装置用电源开关、UPS电源1）不间断电源,简称为UPS(UninterruptiblePowerSystem)2）通讯用的DC/DC高频开关电源3）感应加热电源4）小型化的开关电源33程控交换机电子装置电子装置微型计算机346）家用电器35(7)其它航天技术航天技术36总之，电力电子技术的应用范围十分广泛，激发人总之，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。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此可以说，电力电子技术研究的也就是电源技术电源技术。。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，在使用量十分庞大的照风机、水泵采用变频调速，在使用量十分庞大的照明电源等方面，因此它也被称为是明电源等方面，因此它也被称为是节能技术节能技术。。3电力电子技术的应用374.本课程的主要内容38zz教材的内容可分为三大部分教材的内容可分为三大部分„„第一部分：数学分析基础第一部分：数学分析基础（第（第11章章----------电路分析的基础电路分析的基础))„„第二部分：电力电子器件第二部分：电力电子器件zz（第（第22章章----------全书的基础全书的基础))„„第三部分：电力电子电路第三部分：电力电子电路zz（第（第33------77章章----------全书的主体全书的主体))4.本课程的主要内容39本课程性质、任务及要求1.性质：它是电气工程及工业自动化专业的专业基础课；2.任务：研究各类变换装置中发生的电磁过程、基本原理、控制方法、设计计算及它们的技术经济指标；3.要求：①掌握可控整流电路、逆变电路基本原理及参数计算；②了解晶闸管变频电路工作原理及换流参数计算；40③了解直流斩波器、交流调压器的工作原理；④熟悉晶闸管在有关电路中的工作特点，正确、合理地选择⑤熟悉晶闸管触发电路的特点，能对有关形式主电路选择适当的触发电路；⑥对一些晶闸管常用的保护线路具有一定的分析能力；⑦在设计线路时，对其可靠性问题具有初步分析能力；⑧对可控整流、逆变电路等具有一定的科学实验能力。41实验内容ƒ锯齿波同步移相触发电路实验ƒ单相桥式可控整流电路实验ƒ三相桥式全控整流及有源逆变电路实验ƒ直流斩波电路实验42１．《电力电子技术》西安交通大学王兆安主编机械工业出版社2000年参考书介绍:２．电力电子学电力电子变换和控制技术华中科技大学陈坚主编高等教育出版社2002年TN01/4743３．电力电子技术典型题解及自测试题吴小华编西北工业大学出版社2002年习题参考书:44如何学习好本课程ƒ基本原理;ƒ基本电路分析、波形分析；ƒ元器件的使用；ƒ对控制电路的要求。45成绩评定1.平时成绩（20％）：作业、实验、测验、出勤率等；2.期中成绩（20％）3.期末成绩（60%）46本学科的特点ƒƒ实践性强实践性强ƒƒ发展迅速发展迅速ƒƒ与现代新技术紧密结合与现代新技术紧密结合ƒƒ功率范围大，功率范围大，从几瓦到数百兆瓦以上从几瓦到数百兆瓦以上ƒƒ广阔的应用前景广阔的应用前景ZZ工业、能源、交通、国防、金融工业、能源、交通、国防、金融ZZ家用电器，等等家用电器，等等47电力电子技术和运动控制一起，和计算机技术共同成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为未来科学技术的两大支柱两大支柱。。计算机计算机人脑人脑电力电子技术电力电子技术消化系统和循环系统消化系统和循环系统电力电子＋运动控制电力电子＋运动控制肌肉和四肢肌肉和四肢电力电子技术是电力电子技术是电能变换技术电能变换技术,,是把是把粗电粗电变为变为精电精电的技术，的技术，能源是人类社会的永恒话题，电能是最优质的能源，能源是人类社会的永恒话题，电能是最优质的能源，因此，电力电子技术将青春永驻。因此，电力电子技术将青春永驻。一门崭新的技术，一门崭新的技术，2121世纪仍将以迅猛的速度发展。世纪仍将以迅猛的速度发展。地位和未来