电力电子技术陈荣 绪论.ppt

电力电子技术电力电子技术1、电力电子技术的基本概念电力电子技术是研究电力变换与控制的一门技术。按照美国IEEE电力电子学会的定义，电力电子技术是使用电力电子器件，应用电路和控制理论及分析开发工具，对电能进行变换与控制的一门技术，包括对电压、电流、频率和波形等方面的变换控制。电力电子技术是电气工程三大领域：电力技术、电子技术、控制技术之间的交叉学科，它在电气工程领域中发展最快，也是最具活力的一个分支。根据电力电子技术的应用及发展情况，以及国内外同行的普遍认识，电力电子技术可以定义为：电力电子技术是借助于电力电子器件，利用控制理论，实现电力变换与控制的分支学科。绪论电力电子技术通常分为电力电子器件制造技术和电力电子器件及电路应用技术两个分支。电力电子器件制造技术包括各种电力电子器件的设计、测试、模型分析、工艺和数字仿真等，是电力电子技术的基础。电力电子器件的电路应用技术也就是变流技术，包括用电力电子器件构成各种电力变换电路并对其进行控制，以构成电力电子装置与系统的技术，是电力电子技术的具体应用。电力电子技术具有以下特点：（1）由信息电子电路形成的小信号控制大功率的电力输出，使电力电子设备成为强弱电电路之间的理想接口。通过电力电子技术，可实现原本采用传统电气工程方法无法实现的相关控制，或者对传统工业装备，将电子技术和计算机技术结合，通过电力电子电路、控制电机、电磁执行元件等，实现传统工业装备的技术改造、产品升级。电力电子技术（2）电力电子装置中，电力电子器件一般都工作于开关状态，电路的损耗低，电能变换的效率高。如果电力电子器件实现软开关，则电路的效率还可以进一步提升。由于器件工作中存在损耗而发热，电力电子器件一般都需要配备相应的散热措施。（3）作为一种实用的电力变换技术，它所涉及的功率范围比较宽，从毫瓦级至兆瓦级以上均有电力电子技术的应用实例。电力电子技术变换形式共有四种，分别为交流（AC）/直流（DC）、交流（AC）/交流（AC）、直流（DC）/直流（DC）、直流（DC）/交流（AC）。交流（AC）/直流（DC）变换，又称为整流，是电力电子技术最早应用的领域，是系统装置获得直流电能的重要手段。直流（DC）/交流（AC）变换，又称为逆变，是整流的逆过程，根据负载对象性质的不同，又可分为有源逆变、无源逆变两种。交流（AC）/交流（AC）变换，该变换可以实现输入电源的频率、相位、幅值的变换，也可以对输入电源实现通断的控制、负载功率的控制等。直流（DC）/直流（DC）变换，又称为斩波电路，它实现直流电源的幅值控制，可以实现升压控制，也可以实现降压控制。输入输出交流（AC）直流（DC）直流（DC）整流斩波交流（AC）交流电力控制逆变2、电力电子技术的发展历史电力电子器件的发展决定着电力电子技术的发展，其发展历程大致分为两个阶段。1956年～1979年是晶闸管及其派生器件（半控型器件）的应用发展阶段，该阶段主要应用为电解电源、电镀电源、电热冶金电源、直流传动电源等；1980年开始至今是多种全控型电力电子器件的发展阶段，该阶段主要应用为大功率交流传动、高精度伺服传动及开关电源等。1904年出现了电子管，它可以在真空中对电子流进行控制，应用于通信与无线电领域。20世纪20年代开始，出现了水银整流器，可以实现大功率的电能控制，用于电化学工业、电气铁路、直流输电、轧钢电机主传动等，但因水银本身的问题，工作环境比较恶劣。这段时期，实施交流电转换为直流电的途径除了采用水银整流器外，还出现了电动机-直流发电机机组，即旋转变流机组。相对于旋转变流机组而言，水银整流器属于静止变流器。1957年美国通用电气公司研制成功的第一个晶闸管问世，1958年获得工业应用，标志着电力电子技术的诞生。晶闸管元件出现后，凭借其优越的电气性能与控制性能，很快取代了水银整流器，在电化学工业、铁道电力机车、轧钢电气主传动、交直流调速、中频感应加热、直流输电、静止无功补偿等方面获得应用。电力电子技术的概念和基础就是伴随着晶闸管及其晶闸管变流技术的发展而建立起来。晶闸管可以通过门极控制其导通，但不能控制其关断，属于半控型器件。晶闸管的关断常通过电网电压或其他外部条件实现，其控制灵活性较低，应用有局限性。晶闸管电路的控制方式是相位控制方式，简称相控方式。20世纪70年代，晶闸管形成了从低电压小电流到高电压大电流的系列产品，容量不断增大，性能不断完善，得到了广泛的应用。逆导晶闸管、双向晶闸管、光控晶闸管等派生器件相继问世，其应用领域不断拓展，与其他电力电子器件相比，晶闸管的大功率应用仍占主导地位。普通晶闸管广泛应用于交直流调速