電氣工程概論 第四章 電力電子技術(shù)與電力傳動(dòng)課件

1、電氣工程概論1第4章 電力電子技術(shù)與電力傳動(dòng) 電氣工程概論2當(dāng)今世界電力能源的使用約占總能源的40%。而電能中有40%需要經(jīng)過(guò)電力電子設(shè)備的變換才能被使用。IEEE給出電力電子技術(shù)的定義： Power electronics is the technology associated with the efficient conversion, control and conditioning of electric power by static means from its available input form into the desired electrical output for

2、m. 簡(jiǎn)單地說(shuō)，電力電子技術(shù)就是以電子器件為開關(guān)，把能得到的電源變換為所需要的電源的一門科學(xué)應(yīng)用技術(shù)，即電源變換技術(shù)。它是電子工程、電力工程和控制工程相結(jié)合的一門技術(shù)，以控制理論為基礎(chǔ)、以微電子器件或計(jì)算機(jī)為工具、以電子開關(guān)器件為執(zhí)行機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)對(duì)電能的有效變換。4.1 電力電子技術(shù)的作用電氣工程概論3電力電子技術(shù)的基本工作框圖：電氣工程概論44.2 電力電子技術(shù)的特點(diǎn)它是從電氣工程中3大學(xué)科領(lǐng)域（電力、控制、電子）發(fā)展起來(lái)的一門新型交叉學(xué)科。電力電子技術(shù)特點(diǎn)：弱電控制強(qiáng)電的學(xué)科交叉技術(shù)；所涉及的學(xué)科廣泛，包括：基礎(chǔ)理論（固體物理、電磁學(xué)、電路理論）、專業(yè)理論（電力系統(tǒng)、電子學(xué)、傳熱學(xué)、系統(tǒng)與控制

3、、電機(jī)學(xué)及電力傳動(dòng)、通信理論、信號(hào)處理、微電子技術(shù)）以及專門技術(shù)（電磁測(cè)量、計(jì)算機(jī)仿真、CAD）等。傳送能量的模擬-數(shù)字-模擬轉(zhuǎn)換技術(shù)；多學(xué)科知識(shí)的綜合設(shè)計(jì)技術(shù)。電氣工程概論54.3 電力電子技術(shù)的研究?jī)?nèi)容 電力電子技術(shù)的研究?jī)?nèi)容：電力半導(dǎo)體器件；變換器電路結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)；控制與調(diào)節(jié)；電力電子技術(shù)中的儲(chǔ)能元件；電子電路的封裝與制造；電磁干擾和電磁兼容；電機(jī)控制；電力質(zhì)量控制。電氣工程概論6電力半導(dǎo)體器件電力電子技術(shù)的核心常見的功率半導(dǎo)體器件有：二極管、晶閘管、GTO、VDMOS、BJT、IGBT、IGCT等。二極管及其符號(hào)電氣工程概論7變換器電路結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)根據(jù)電能變換的輸入輸出形式，可以分為四種形

4、式：交流-直流變換器（AC/DC）整流器；直流-直流變換器（DC/DC）斬波器；直流-交流變換器（DC/AC）逆變器；交流-交流變換器（AC/AC）交流調(diào)壓器、周波變換器；一個(gè)性能良好的變換裝置設(shè)計(jì)，大致應(yīng)包括功能指標(biāo)設(shè)計(jì)、電磁兼容設(shè)計(jì)、系統(tǒng)散熱設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)親和性設(shè)計(jì)等幾個(gè)方面。輸入輸出電氣工程概論10電子電路的封裝與制造電力半導(dǎo)體器件的封裝技術(shù)包括材料、制造過(guò)程、散熱管理，以及與器件電氣特性有關(guān)的布局優(yōu)化問(wèn)題。智能化的IGBT模塊封裝電氣工程概論11電磁干擾和電磁兼容電力電子技術(shù)是以du/dt和di/dt方式工作，顯然電力電子系統(tǒng)工作時(shí)，就是一個(gè)大的電磁干擾源；電力電子技術(shù)中研究電磁干擾和電磁

5、兼容是重要的內(nèi)容之一。電力電子設(shè)備在做電磁干擾試驗(yàn)電氣工程概論12電機(jī)控制電力拖動(dòng)系統(tǒng)又稱為電力傳動(dòng)系統(tǒng)或電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)。電機(jī)調(diào)速傳動(dòng)分為工藝調(diào)速傳動(dòng)、節(jié)能調(diào)速傳動(dòng)、牽引調(diào)速傳動(dòng)和精密、特種調(diào)速傳動(dòng)四大類。交流電機(jī)及其矢量控制調(diào)速變頻器電氣工程概論164.7 電力傳動(dòng)概況 電機(jī)是電氣技術(shù)所涉及的重要對(duì)象之一。電能的生產(chǎn)是由發(fā)電機(jī)完成的；電動(dòng)機(jī)則可拖動(dòng)生產(chǎn)機(jī)械和各種負(fù)載運(yùn)轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的自動(dòng)化和家用電器及辦公設(shè)備的智能化。電動(dòng)機(jī)分為直流電機(jī)和交流電機(jī)兩種。在電機(jī)的發(fā)展史上，直流電機(jī)發(fā)明較早，它的電源是電池。后來(lái)才出現(xiàn)了交流電機(jī)。直流電動(dòng)機(jī)具有調(diào)速范圍廣、易于平滑調(diào)速；起動(dòng)、制動(dòng)和過(guò)載轉(zhuǎn)矩大；易于

6、控制，可靠性較高等優(yōu)點(diǎn)。但直流電機(jī)有一個(gè)突出的缺點(diǎn)換流問(wèn)題。它限制了直流電機(jī)的極限容量，又增加了維護(hù)的工作量。 電氣工程概論17人們研究了交流電機(jī)的調(diào)速，并取得了良好的效果，使這在某些調(diào)速場(chǎng)合代替了直流電動(dòng)機(jī)。除了普通的直流電機(jī)和交流電機(jī)外，還有各種微控電機(jī)。微控電機(jī)廣泛用于各種家電、辦公設(shè)備和伺服控制系統(tǒng)中。微控電機(jī)的發(fā)展和應(yīng)用，也是電機(jī)發(fā)展和應(yīng)用的一個(gè)重要方面。電力拖動(dòng)系統(tǒng)又稱為電力傳動(dòng)系統(tǒng)或電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)。電機(jī)調(diào)速傳動(dòng)分為工藝調(diào)速傳動(dòng)、節(jié)能調(diào)速傳動(dòng)、牽引調(diào)速傳動(dòng)和精密、特種調(diào)速傳動(dòng)四大類。電氣工程概論18工藝調(diào)速傳動(dòng)指生產(chǎn)工藝要求必須調(diào)速的傳動(dòng)，主要用于軋機(jī)、造紙、化工等場(chǎng)合。節(jié)能調(diào)速傳動(dòng)是指一般采用風(fēng)機(jī)、泵、壓縮機(jī)等調(diào)節(jié)流量和壓力的場(chǎng)合。電力牽引調(diào)速傳動(dòng)則指用地電氣鐵道、地鐵，各種電動(dòng)車，工礦牽引、礦井卷?yè)P(yáng)及電梯等場(chǎng)合實(shí)現(xiàn)運(yùn)輸、牽引的傳動(dòng)。精密、特種調(diào)速傳動(dòng)是指用于現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床、機(jī)器人、雷達(dá)等場(chǎng)合對(duì)伺服、運(yùn)動(dòng)控制要求特別高的傳動(dòng)。 電氣工程概論19正是因?yàn)殡娏鲃?dòng)系統(tǒng)具有如此廣泛的應(yīng)用背景，再加上電力電子技術(shù)的飛速發(fā)民，近十年來(lái)全球工業(yè)應(yīng)用的電機(jī)調(diào)速裝置增長(zhǎng)了25%，