电力电子课件（丘东元版）1 绪论.pptVIP

第1章 绪 论 丘东元 九号楼218A 目 录 1.1 什么是电力电子技术 1.2 电力电子技术的发展史 1.3 电力电子技术的应用 1.4 本教材的内容简介及课程要求 1.1 什么是电力电子技术？ 顾名思义，电力电子技术是应用于电力领域的电子技术，是电子技术的两大分支之一。 ? 电力电子技术中所变换的“电力” 有区别于“电力系统”所指的“电力” ，后者特指电力网的“电力” ，前者则更一般些。 ? 电子技术包括信息电子技术和电力电子技术两大分支。通常所说的模拟电子技术和数字电子技术都属于信息电子技术。 什么是电力电子技术？ 电力电子技术是研究采用电力电子器件实现对电能的变换和控制的科学。 ? 电力电子器件的制造技术是电力电子技术的基础。 ? 变流技术则是电力电子技术的核心。 研究电力电子技术的意义 缓解三大危机的重要技术手段 三大危机：能源危机、资源危机和环境危机。 研究电力电子技术的意义 解决途径 可再生能源（太阳能、风能、潮汐能、地热能）、新能源（燃料电池等）； 高效率和高品质的用电。 传统线性电源 工作原理 工频变压器降压，交流转换为直流，经三极管（相当于可调电阻）调压，输出低压直流电 缺点 效率低，一般在30%~50% 散热器的体积大 工频变压器/滤波器体积大重量重 开关电源 工作原理 交流转换为直流，再变为高频交流，经高频变压器降压，滤波后输出低压直流电 优点 三极管相当于开关，功耗小 效率高，75%~95% 高频变压器/滤波器体积小、重量轻、功率密度高 多端输出 电力变换的种类 通常所用的输入电源有交流和直流两种 从公用电网直接得到的是固定频率的某一标准等级的单相或三相交流电源 从蓄电池和干电池得到的是直流电源 负载要求 由于用电设备的类型、功能是千差万别的，对电能的电压、频率要求各不相同 普通的白炽灯照明需要220V50Hz（或110V60Hz）单相交流电； 机械工业中的感应加热设备必须由中频或高频交流电源供电； 化学工业中的电解、电镀由低压直流电源供电； 要求调速的直流电动机需要可变的直流电压源供电； 蓄电池的充电设备要求有大功率脉冲电源。 电力变换的种类 总的来说，输出有以下两种形式： 直流－幅值恒定的稳压输出； 幅值可调的稳压输出。 交流－频率固定、幅值可调的交流输出； 频率及幅值均可调的交流输出。 由于从电源得到的电力往往不能直接满足负载（或用电设备）的要求，因此需要进行电力变换。 电力变换的种类 按照变换器输入输出端电能的形态（频率），电力变换器可分为四大类： 电力变换的种类 交流－直流变换器（AC-DC converter）或整流器（rectifier） 直流－交流变换器（DC-AC converter）或逆变器（inverter） 直流－直流变换器（DC-DC converter）或直流斩波器（chopper） 交流－交流变换器（AC-AC converter） 交流电力控制电路（ac controller） 交交变频电路或周波变换器（cycloconverter） 电力变换的基本电路和工作原理 （1） 电力变换的基本电路和工作原理 （2） 电力变换的基本电路和工作原理 （3） 电力变换的基本电路和工作原理 （4） 电力电子系统中的开关 电力电子电路中理想开关的要求 关断时，开关的阻抗为无穷大，开关中流过的电流为零； 导通时，开关的阻抗为零，开关两端的电压为零； 开关从导通状态变为关断状态的时间，或者从关断状态变为导通状态的时间为零； 开关即使进行高速、长时间反复导通与关断，开关不会损坏。 电力电子系统中的开关 机械开关 通过机械的方式使触点接通（断开） 动作速度慢，易产生电弧，寿命短 产生的损耗极小，适用于大功率的开、关及切换 机械开关虽然接近于理想开关，但不能满足上述条件（3）和（4）。 电力电子系统中的开关 电力电子开关 包括电力二极管、晶闸管、电力晶体管、电力场效应晶体管等半导体器件 能够完成数千赫兹至数百千赫兹高速下的导通与关断，而且寿命长 可极精确地进行功率变换 电力电子技术与其他学科专业的关系 电力电子学主要是由电力学、电子学和控制理论三个学科交叉而形成的学科（W. E. Newell，1974） “电力电子学”和“电力电子技术”分别从学术和工程技术的角度来称呼，实际内容没有很大不同 电力电子技术和电子学的关系 电力电子学中的电力电子器件-电子学中的电子器件 电力电子学中的电力电子电路-电子学中的电子电路 电力电子器件制造技术和电子器件制造技术的理论基础（都是基于半导体理论）是一样的，大多数工艺也相同 现代电力电子器件的制造设备和技术与微电子器件制造通用 电力电子电路和电子电路的分析方法一致，但应用的目的不同：电子电路用于信息处理，电力电子电