第一章 绪论89836.ppt

第一章 绪 论 引 言 电力电子技术的概念 对概念的理解 电力电子技术的发展过程 以器件的发展为标志 电力电子技术的应用 一、电力电子技术及特点 1.IEEE定义： 电力电子技术（Power Electronics）：有效地使用电力半导体器件，应用电路和设计理论以及分析开发工具，实现对电能的高效能变换和控制的一门技术，它包括电压、电流、频率和波形等方面的变换。 电力电子技术包括：电力电子器件、变流电路和控制电路三个部分。 其中电力电子器件是电力电子技术发展的基础和关键。 2. 电力电子技术和其它学科的关系 电力电子实际上是一门交叉学科。Power Electronics名称60年代出现。 1974年，美国的W. Newell用图1-2的倒三角形对电力电子学进行了描述，被全世界普遍接受。 电力电子技术和电子学的关系（1） 电子学中的电子器件 对应于 电力电子器件 电子学中的电子电路 对应于 电力电子电路 电力电子器件制造技术和电子器件制造技术的理论基础是一样的。 大多数工艺也相同，现代电力电子器件制造大都使用集成电路制造工艺，采用微电子制造技术，许多设备都和微电子器件制造设备通用，二者同根同源。 电力电子技术和电子学的关系（2） 电力电子技术与电力学的关系 主要关系：电力电子技术广泛用于电力工程中。 电力电子装置广泛用于高压直流输电、静止无功补偿、电力机车牵引、交直流电力传动、电解、励磁、电加热、高性能交直流电源等电力系统和电气工程中。 通常把电力电子技术归属于电气工程学科。 电力电子技术是电气工程学科中一个最为活跃的分支，其不断进步给电气工程的现代化以巨大的推动力。 电力电子技术与控制理论的关系 控制理论广泛用于电力电子技术，使电力电子装置和系统的性能满足各种需求； 电力电子技术可看成“弱电控制强电”的技术，是“弱电和强电的接口”，控制理论是实现该接口的强有力纽带； 控制理论和自动化技术密不可分，电力电子装置是自动化技术的基础元件和重要支撑。 3. 电力电子技术分支和特点： 二、电力电子技术的发展概述 1、电力电子技术的史前期 晶闸管出现前的时期，用于电力变换的电子技术已经存在： 1904年出现了电子管（Valve），能在真空中对电子流进行控制，并应用于通信和无线电，从而开了电子技术之先河； 后来出现了水银整流器（mercury-vapour thyratrons），其性能和晶闸管很相似。在30年代到50年代，是水银整流器发展迅速并大量应用的时期。它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； 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。在晶闸管出现以后的相当一段时期内，所使用的电路形式仍然是这些形式； 交流电变为直流电的方法除水银整流器外，还有发展更早的电动机—直流发电机组，即变流机组。和旋转变流机组相对应，静止变流器的称呼从水银整流器开始并沿用至今； 1947年美国贝尔实验室发明晶体管（transistor)，引发了电子技术的一场革命； 最先用于电力领域的半导体器件是硅二极管。 2、晶闸管时代（1957年开始） 晶闸管 SCR(Silicon Controlled Rectifier)可通过门极控制开通，但通过门极不能控制关断，属于半控型器件。 晶闸管因其电气性能和控制性能优越，很快取代了水银整流器和旋转变流机组，应用范围也迅速扩大。电化学工业、铁道电气机车、钢铁工业（轧钢用电气传动、感应加热等）、电力工业（直流输电、无功补偿等）的迅速发展也有力地推动了晶闸管的进步。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。 对晶闸管电路的控制方式主要是相位控制方式。 晶闸管的关断通常依靠电网电压等外部条件来实现 。 目前由于其能承受的电压、电流容量仍是目前器件中最高的，而且工作可靠，所以许多大容量场合仍大量使用SCR。 3、全控型器件时代（70年代后期） GTO 可关断晶闸管 BJT(GTR) 电力双极型晶体管 Power-MOSFET 电力场效应管 这些器件可以通过门极（或栅极、基极）控制开通和关断。 同时，这些器件可以达到的开关频率均较高。 这些器件大大推进了电力电子技术的发展。 和SCR电路的相位控制方式相对应，全控型器件电路常使用脉冲宽度调制（PWM Pulse Width Modulation）方式进行控制。 4、复合型器件时代（80年代后期） 复合型器件：以绝缘栅极双极型晶体管（IGBT Insulated-Gate Bipolar Transistor）为代表：