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电力电子技术Power Electronics 四川大学电气信息学院 赵莉华 Email:tyorika@163.com Introduction 听说过电力电子的概念吗？ 什么是电子技术？你认为电力电子技术应该研究什么内容？ Power Electronics：以电力电子器件（Power electronic device）为基础，利用电路和控制理论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。 通过半导体器件把“粗电”加工成“精电”的技术。 弱电控制强电的技术，弱电和强电之间的接口。 电力电子技术也称为电力电子学或功率电子学，由电力学、电子学和控制理论三个学科交叉形成。 包括：器件制造技术，电力电子电路的应用技术即变流技术。器件的制造技术是基础。 变换的“电力”范围：1瓦以下或数瓦到数百MW，甚至GW。 电能有交流（Alternating Current-AC）和直流(Direct Current-DC)。 交流电能有电压大小、相位、频率和相数的差别，直流电能有大小和极性的差别。 电能实际应用中，常常需要在两种电能之间或是对同一种电能的一个或多个参数进行变换，就是电力变换（Power conversion），也就是电力电子变流技术。 电源： 直流电（D.C） ，频率f=0 交流电（A.C） ，频率f?0 电力变换按电压(电流)的大小、波形及频率变换分为四类基本变换及相应的四种电力变换电路或电力变换器。 四类基本变换可组合成许多复合型电力变换器。 电力电子器件的发展历史 1958年，晶闸管(Thyristor，简称SCR)诞生，标志电力电子技术时代的诞生。 20世纪70年代中后期，以GTO、GTR和POWER MOSFET为代表的全控型器件得到迅速发展。 电力电子器件的发展历史 20世纪80年代后期，IGBT、IGCT等复合型器件相继问世，它们综合了MOSFET、GTO等器件的优点，性能更加优越。 为了使电力电子装置的结构更加紧凑、体积进一步减小，出现了将若干个电力电子器件及其控制、保护、驱动电路等功能集成的功率模块器件（PIC），代表了电力电子技术发展的一个重要方向。 电力电子器件的发展历史 20世纪末期和21世纪初期，新材料、新工艺电力电子器件的研究和开发也如火如荼。其中，碳化硅（SiC）以其优良的物理化学特性和电特性成为制造大功率电子器件最重要的半导体材料。 电力电子电路的发展历史 经历了整流器时代、逆变器时代和变频器时代。 20世纪60年代至70年代，当时进行的电能变换主要是整流变换，那个时代称为整流器时代。 电力电子电路的发展历史 20世纪70年代开始，随着变频调速装置的普及，大功率逆变用晶闸管、大功率晶体管(GTR)和门极可关断晶闸管(GT0)成为当时电力电子器件的主角。电力电子技术已经能够实现整流和逆变，电力电子电路的发展进入逆变器时代。 20世纪80年代开始，出现了一批全新的全控型功率器件。电力电子电路的发展进入变频器时代。 一般工业 Industrial Application 电气传动 Electrical Drives 直流传动，工业电气传动，牵引调速 系统，交流传动。 NASA 风洞 一般工业 Industrial Application 电解，电镀等电化学工业用电源。 冶金工业用感应加热电源，淬火电源及直流电弧炉电源。 交通运输 Transportation applications Trains locomotives 火车，机车 Subways 地铁 Trolley buses 电车 Magnetic levitation 磁悬浮列车 Electric vehicles 电动车 Automotive electronics 自动驱动 Ship power systems 船用电源 Aircraft power systems 航空电源 富士高速机车 新能源发电 未来电力系统 输电网中灵活交流输电技术 Flexible ac transmission System(FACTS) 1986年提出，应用电力电子必威体育精装版发展成就及现代控制技术，实现对交流输电系统参数及网络结构的灵活快速控制，以实现输送功率的合理分配，降低功率损耗和发电成本，提高系统稳定性和安全性。 高压直流输电：送电端和受电端的阀 High-voltage dc transmission(HVDC) 发电机励磁系统 Magnetic field system of