武汉理工大学：《电力电子技术》课程教学课件（课件讲稿）绪论

电力电子技术

电力电子技术

绪论 ●●●●

绪 论

●●● ●●●●● ●●●● 1.电力电子技术的内容 ●●●●0 ●●●● ●●0● 电力电子学,又称功率电子学( Power Electronics)。它主要研究各种电力电子器件 以及由这些电力电子器件所构成的各式各样的 电路或装置,以完成对电能的变换和控制 它既是电子学在强电(高电压、大电流)或电工 领域的一个分支,又是电工学在弱电低电压、 小电流)或电子领域的一个分支,或者说是强 弱电相结合的新科学。电力电子学是横跨“电 子”、“电力”和“控制”三个领域的一个新兴工程 技术学科

1. 电力电子技术的内容 z 电力电子学,又称功率电子学(Power Electronics)。它主要研究各种电力电子器件， 以及由这些电力电子器件所构成的各式各样的 电路或装置，以完成对电能的变换和控制。 z 它既是电子学在强电 (高电压、大电流 )或电工 领域的一个分支，又是电工学在弱电 (低电压、 小电流 )或电子领域的一个分支，或者说是强 弱电相结合的新科学。电力电子学是横跨 “ 电 子 ” 、 “电力 ” 和 “控制 ”三个领域的一个新兴工程 技术学科

●●● ●●●●● ●●●● ●●●●0 ●●●● ●●0● 电有直流(DC)和交流(AC)两大类。前者有电压 幅值和极性的不同,后者除电压幅值和极性外, 还有频率和相位的差别。 ●实际应用中,常常需要在两种电能之间,或对 同种电能的一个或多个参数如电压,电流, 频率和功率因数等)进行变换

z 电有直流(DC)和交流(AC)两大类。前者有电压 幅值和极性的不同，后者除电压幅值和极性外， 还有频率和相位的差别。 z 实际应用中，常常需要在两种电能之间，或对 同种电能的一个或多个参数 (如电压，电流， 频率和功率因数等 )进行变换

●●● ●●●●● ●●●● ●●●0● ●●●0 ●●0● 变换器共有四种类型: 交流直流(ACDC)变换:将交流电转换为直流电。 直流-交流(DCAC)变换:将直流电转换为交流电。这 是与整流相反的变换,也称为逆变。当输出接电网时, 称之为有源逆变;当输出接负载时,称之为无源逆变。 ·交交(ACAC)变换,将交流电能的参数(幅值或频率) 加以变换。其中:改变交流电压有效值称为交流调压 将工频交流电直接转换成其他频率的交流电,称为 交-交变频 直流-直流(D℃-DC)变换,将恒定直流变成断续脉冲输 出,以改变其平均值

变换器共有四种类型： z 交流 -直流(AC-DC)变换：将交流电转换为直流电。 z 直流 -交流(DC-AC)变换：将直流电转换为交流电。这 是与整流相反的变换，也称为逆变。当输出接电网时， 称之为有源逆变；当输出接负载时，称之为无源逆变 。 z 交 - 交(AC-AC)变换，将交流电能的参数 (幅值或频率 ) 加以变换。其中：改变交流电压有效值称为交流调压； 将工频交流电直接转换成其他频率的交流电，称为 交 -交变频。 z 直流 -直流(DC-DC)变换，将恒定直流变成断续脉冲输 出，以改变其平均值

●●● ●●●●● ●●●● 2.电力电子技术的发展 ●●●0● ●●●0 ●●0● ●在有电力电子器件以前,电能转换是依靠旋转 机组来实现的。与这些旋转式的交流机组比较, 利用电力电子器件组成的静止的电能变换器, 具有体积小、重量轻、无机槭噪声和磨损、效 率高、易于控制、响应快及使用方便等优点

2. 电力电子技术的发展 z 在有电力电子器件以前，电能转换是依靠旋转 机组来实现的。与这些旋转式的交流机组比较, 利用电力电子器件组成的静止的电能变换器, 具有体积小、重量轻、无机械噪声和磨损、效 率高、易于控制、响应快及使用方便等优点

●●● ●●●●● ●●●● ●●●0● ●●●0 ●●0● 1957年第一只晶闸管一也称可控硅(SCR)问世 后,因此,自20世纪60年代开始进入了晶闸管 时代。 ●70年代以后,出现了通和断或开和关都能控制 的全控型电力电子器件(亦称自关断型器件), 如:门极可关断晶闸管GTO)、双极型功率晶 体管(③BJT/GTR)、功率场效应晶体管(P MOSFET)、绝缘栅双极型晶体管(GBT)等

z 1957年第一只晶闸管 —也称可控硅(SCR)问世 后，因此,自20世纪60年代开始进入了晶闸管 时代。 z 70年代以后，出现了通和断或开和关都能控制 的全控型电力电子器件 (亦称自关断型器件 ) ， 如：门极可关断晶闸管(GTO)、双极型功率晶 体管(BJT/ GTR)、功率场效应晶体管(P￾MOSFET)、绝缘栅双极型晶体管(IGBT)等

●●● ●●●●● ●●●● ●●●●0 ●●●● ●●0● ●控制电路经历了由分立元件到集成电路的发展 阶段。现在已有专为各种控制功能设计的专用 集成电路,使变换器的控制电路大为简化 ●微处理器和微型计算机的引入,特别是它们的 位数成倍增加,运算速度不断提高,功能不断 完善,使控制技术发生了根本的变化,使控制 不仅依赖硬件电路,而且可利用软件编程,既 方便又灵活

z 控制电路经历了由分立元件到集成电路的发展 阶段。现在已有专为各种控制功能设计的专用 集成电路，使变换器的控制电路大为简化。 z 微处理器和微型计算机的引入，特别是它们的 位数成倍增加，运算速度不断提高，功能不断 完善，使控制技术发生了根本的变化，使控制 不仅依赖硬件电路，而且可利用软件编程，既 方便又灵活

●●● ●●●●● ●●●● ●●●0● ●●●0 ●●0● ●各种新颖、复杂的控制策略和方案得到实现, 并具有自诊断功能,并具有智能化的功能。将 新的控制理论和方法应用在变换器中 ●综上所述可以看出,微电子技术、电力电子器 件和控制理论则是现代电力电子技术的发展动 力

z 各种新颖、复杂的控制策略和方案得到实现， 并具有自诊断功能，并具有智能化的功能。将 新的控制理论和方法应用在变换器中。 z 综上所述可以看出，微电子技术、电力电子器 件和控制理论则是现代电力电子技术的发展动 力

●●● ●●●●● ●●●● 3电力电子技术的重要作用 ●●●0● ●●●0 ●●0● (1)优化电能使用。通过电力电子技术对电能 的处理,使电能的使用达到合理、高效和节约, 实现了电能使用最佳化。例如,在节电方面, 针对风机水泵、电力牵引、轧机冶炼、轻工造 纸、工业窑炉、感应加热、电焊、化工、电解 等14个方面的调查,潜在节电总量相当于 1990年全国发电量的16%,所以推广应用电力 电子技术是节能的一项战略措施,一般节能效 果可达10%-40%,我国已将许多装置列入节 能的推广应用项目

3. 电力电子技术的重要作用 z (1) 优化电能使用。通过电力电子技术对电能 的处理，使电能的使用达到合理、高效和节约， 实现了电能使用最佳化。例如，在节电方面， 针对风机水泵、电力牵引、轧机冶炼、轻工造 纸、工业窑炉、感应加热、电焊、化工、电解 等14个方面的调查，潜在节电总量相当于 1990年全国发电量的16%，所以推广应用电力 电子技术是节能的一项战略措施，一般节能效 果可达10%-40%，我国已将许多装置列入节 能的推广应用项目