電力電子課件

1電力電子技術(shù)主編：王兆安劉進軍第五版授課教師：姬宣德1電力電子技術(shù)主編：王兆安劉進軍第五版授課教師：姬宣德（12本課程與專業(yè)的關(guān)系學(xué)科（專業(yè)）分類的方法高中生：文科、理科；大學(xué)生：

文科專業(yè)：中文、歷史、社科、管理；

理科專業(yè)：物理、化學(xué)、數(shù)學(xué)；

工科專業(yè)：電氣工程、自動化、計算機、材料、機械；2本課程與專業(yè)的關(guān)系學(xué)科（專業(yè)）分類的方法3本課程與專業(yè)的關(guān)系學(xué)科（專業(yè)）分類的方法研究生：

工科學(xué)科（一級學(xué)科）：

電氣工程學(xué)科自動化學(xué)科計算機學(xué)科材料學(xué)科機械學(xué)科3本課程與專業(yè)的關(guān)系學(xué)科（專業(yè)）分類的方法4本課程與專業(yè)的關(guān)系學(xué)科（專業(yè)）分類的方法研究生：

電氣工程學(xué)科（一級學(xué)科）：

1：電力電子與電力傳動（二級學(xué)科）；與本課程有關(guān)

2：電力系統(tǒng)及其自動化（二級學(xué)科）；電氣工程及其自動化專業(yè)

3：電機與電器（二級學(xué)科）；

4：高電壓與絕緣技術(shù)（二級學(xué)科）；

5：電工理論與新技術(shù)（二級學(xué)科）；

4本課程與專業(yè)的關(guān)系學(xué)科（專業(yè)）分類的方法5本課程與專業(yè)的關(guān)系學(xué)科（專業(yè)）分類的方法研究生：

自動化學(xué)科（一級學(xué)科）：

1：控制理論與控制工程（二級學(xué)科）；自動化專業(yè)

2：檢測技術(shù)與自動化裝置（二級學(xué)科）；

3：模式識別與智能系統(tǒng)（二級學(xué)科）；

4：系統(tǒng)工程（二級學(xué)科）；

5：導(dǎo)航、制導(dǎo)與控制（二級學(xué)科）；

5本課程與專業(yè)的關(guān)系學(xué)科（專業(yè)）分類的方法6自動化專業(yè)學(xué)生考研，最可能考的專業(yè)：

控制理論與控制工程（雙控專業(yè)）電氣工程及其自動化專業(yè)學(xué)生考研，最可能考的專業(yè)：電力電子與電力傳動（雙電專業(yè)）電力系統(tǒng)及其自動化以上三個專業(yè)都與電力電子技術(shù)課程有著緊密的聯(lián)系。它們的發(fā)展都離不開電力電子技術(shù)的發(fā)展。6自動化專業(yè)學(xué)生考研，最可能考的專業(yè)：7第一章緒論1.1什么是電力電子技術(shù)1.2電力電子技術(shù)的發(fā)展史1.3電力電子技術(shù)的應(yīng)用1.4本教材的內(nèi)容簡介7第一章緒論1.1什么是電力電子技術(shù)81.1什么是電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)的定義：

應(yīng)用于電力領(lǐng)域的電子技術(shù)。電力電子技術(shù)中所變換的“電力”有區(qū)別于“電力系統(tǒng)”所指的“電力”，后者特指電力網(wǎng)的“電力”，前者則更一般些。81.1什么是電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)的定義：應(yīng)用于電91.1什么是電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)的內(nèi)容：1)電力電子器件

制造技術(shù)是電力電子技術(shù)的基礎(chǔ)；理論基礎(chǔ)是半導(dǎo)體物理。2）變流技術(shù)變流技術(shù)是電力電子技術(shù)的核心；理論基礎(chǔ)是電路理論；電力電子技術(shù)是弱電控制強電的技術(shù)，

控制理論則是實現(xiàn)這種技術(shù)的一條紐帶。91.1什么是電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)的內(nèi)容：101.1什么是電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)的種類：1）交——直整流2）直——交逆變3）交——交

（1）交流電力控制，調(diào)壓不調(diào)頻（2）變頻電路，調(diào)壓又調(diào)頻4）直——直

（1）直接：斬波電路，粗變（2）間接：開關(guān)電源，細變

101.1什么是電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)的種類：111.1什么是電力電子技術(shù)電力電子學(xué)與電力電子技術(shù)名稱的區(qū)別：1）電力電子學(xué)是學(xué)術(shù)角度的稱呼；2）電力電子技術(shù)是工程技術(shù)角度的稱呼；

111.1什么是電力電子技術(shù)電力電子學(xué)與電力電子技術(shù)名稱121.1什么是電力電子技術(shù)電力電子學(xué)與其他學(xué)科的關(guān)系一、電力電子學(xué)與電子學(xué)的關(guān)系同根同源：它們的器件對應(yīng)，它們的電路對應(yīng)；制造技術(shù)一樣；理論基礎(chǔ)一樣；分析方法一樣。

121.1什么是電力電子技術(shù)電力電子學(xué)與其他學(xué)科的關(guān)系131.1什么是電力電子技術(shù)電力電子學(xué)與其他學(xué)科的關(guān)系二、電力電子學(xué)與電力學(xué)的關(guān)系電力學(xué)在我國指的是電氣工程，通常把電力電子技術(shù)歸屬于電氣工程學(xué)科，它是電氣工程學(xué)科的一個最為活躍的分支?！半娏﹄娮蛹夹g(shù)不斷給力電氣工程”是電氣工程這一相對古老學(xué)科保持活力的重要源泉。

131.1什么是電力電子技術(shù)電力電子學(xué)與其他學(xué)科的關(guān)系14圖1-2電氣工程的雙三角形描述

圖1-2為描述電氣工程的外部關(guān)系與內(nèi)部關(guān)系，1）大三角形為外部關(guān)系

（1）與信息科學(xué)，電力需要信息技術(shù)；（2）與能源科學(xué)，電力是能源的一種。2）小三角形為內(nèi)部關(guān)系

（1）電工理論，理論基礎(chǔ)；（2）電工制造，作為載體；（3）電力系統(tǒng)，運行控制。14圖1-2電氣工程的雙三角形描述圖151.1什么是電力電子技術(shù)電力電子學(xué)與其他學(xué)科的關(guān)系二、電力電子學(xué)與電力學(xué)的關(guān)系在電氣工程的五個二級學(xué)科中，電力電子技術(shù)處在十分特殊的地位。其他四個二級學(xué)科的發(fā)展都有賴于電力電子技術(shù)的發(fā)展。151.1什么是電力電子技術(shù)電力電子學(xué)與其他學(xué)科的關(guān)系161.1什么是電力電子技術(shù)電力電子學(xué)與其他學(xué)科的關(guān)系三、電力電子學(xué)與控制理論的關(guān)系控制理論廣泛用于電力電子技術(shù)中，它使電力電子裝置和系統(tǒng)的性能不斷滿足人們?nèi)找嬖鲩L的各種需求。電力電子技術(shù)可以看成是弱電控制強電的技術(shù)，是弱電和強電之間的接口?？刂评碚搫t是實現(xiàn)這種接口的一條強有力的紐帶。

另外，控制理論是自動化技術(shù)的理論基礎(chǔ)，二者密不可分，電力電子裝置則是自動化技術(shù)的基礎(chǔ)元件和重要支撐技術(shù)。

因此，電力電子技術(shù)是電力、電子和控制技術(shù)結(jié)合的產(chǎn)物。161.1什么是電力電子技術(shù)電力電子學(xué)與其他學(xué)科的關(guān)系171.2電力電子技術(shù)的發(fā)展史電力電子技術(shù)的發(fā)展是以電力電子器件的發(fā)展史為主線的171.2電力電子技術(shù)的發(fā)展史電力電子技術(shù)的發(fā)展是以電力電18◆第一階段，史前期(1957之前)晶閘管出現(xiàn)之前

?1904年出現(xiàn)了電子管，它能在真空中對電子流進行控制，并應(yīng)用于通信和無線電，從而開啟了電子技術(shù)用于電力領(lǐng)域的先河。

?20世紀30年代到50年代，水銀整流器廣泛用于電化學(xué)工業(yè)、電氣鐵道直流變電所以及軋鋼用直流電動機的傳動，甚至用于直流輸電。這一時期，各種整流電路、逆變電路、周波變流電路的理論已經(jīng)發(fā)展成熟并廣為應(yīng)用。在這一時期，也應(yīng)用直流發(fā)電機組來變流。

?1947年美國著名的貝爾實驗室發(fā)明了晶體管，引發(fā)了電子技術(shù)的一場革命。

1.2電力電子技術(shù)的發(fā)展史18◆第一階段，史前期(1957之前)晶閘管出現(xiàn)之前1.219◆第二階段，晶閘管時代

?晶閘管由于其優(yōu)越的電氣性能和控制性能，使之很快就取代了水銀整流器和旋轉(zhuǎn)變流機組，并且其應(yīng)用范圍也迅速擴大。電力電子技術(shù)的概念和基礎(chǔ)就是由于晶閘管及晶閘管變流技術(shù)的發(fā)展而確立的。

?晶閘管是通過對門極的控制能夠使其導(dǎo)通而不能使其關(guān)斷的器件，屬于半控型器件。對晶閘管電路的控制方式主要是相位控制方式，簡稱相控方式。晶閘管的關(guān)斷通常依靠電網(wǎng)電壓等外部條件來實現(xiàn)。這就使得晶閘管的應(yīng)用受到了很大的局限。1.2電力電子技術(shù)的發(fā)展史19◆第二階段，晶閘管時代1.2電力電子技術(shù)的發(fā)展史20◆第三階段，全控型器件和電力電子集成電路

?70年代后期，以門極可關(guān)斷晶閘管（GTO）、電力雙極型晶體管（BJT）和電力場效應(yīng)晶體管（Power-MOSFET）為代表的全控型器件迅速發(fā)展。全控型器件的特點是，通過對門極（基極、柵極）的控制既可使其開通又可使其關(guān)斷。

?采用全控型器件的電路的主要控制方式為脈沖寬度調(diào)制（PWM）方式。相對于相位控制方式，可稱之為斬波控制方式，簡稱斬控方式。

?在80年代后期，以絕緣柵極雙極型晶體管（IGBT）為代表的復(fù)合型器件異軍突起。它是MOSFET和BJT的復(fù)合，綜合了兩者的優(yōu)點。與此相對，MOS控制晶閘管（MCT）和集成門極換流晶閘管（IGCT）復(fù)合了MOSFET和GTO。1.2電力電子技術(shù)的發(fā)展史20◆第三階段，全控型器件和電力電子集成電路1.2電力電子21◆第三階段，全控型器件和電力電子集成電路

?把驅(qū)動、控制、保護電路和電力電子器件集成在一起，構(gòu)成電力電子集成電路（PIC），這代表了電力電子技術(shù)發(fā)展的一個重要方向。電力電子集成技術(shù)包括以PIC為代表的單片集成技術(shù)、混合集成技術(shù)以及系統(tǒng)集成技術(shù)。?隨著全控型電力電子器件的不斷進步，電力電子電路的工作頻率也不斷提高。與此同時，軟開關(guān)技術(shù)的應(yīng)用在理論上可以使電力電子器件的開關(guān)損耗降為零，從而提高了電力電子裝置的功率密度。1.2電力電子技術(shù)的發(fā)展史21◆第三階段，全控型器件和電力電子集成電路1.2電力電子22

電力電子技術(shù)的應(yīng)用范圍十分廣泛。它不僅用于一般工業(yè)，也廣泛用于交通運輸、電力系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、計算機系統(tǒng)、新能源系統(tǒng)等，在照明、空調(diào)等家用電器及其他領(lǐng)域中也有著廣泛的應(yīng)用。

◆一般工業(yè)

?工業(yè)中大量應(yīng)用各種交直流電動機，都是用電力電子裝置進行調(diào)速的。

?一些對調(diào)速性能要求不高的大型鼓風(fēng)機等近年來也采用了變頻裝置，以達到節(jié)能的目的。1.3電力電子技術(shù)的應(yīng)用22電力電子技術(shù)的應(yīng)用范圍十分廣泛。它23◆一般工業(yè)?有些并不特別要求調(diào)速的電機為了避免起動時的電流沖擊而采用了軟起動裝置，這種軟起動裝置也是電力電子裝置。?電化學(xué)工業(yè)大量使用直流電源，電解鋁、電解食鹽水等都需要大容量整流電源。電鍍裝置也需要整流電源。?電力電子技術(shù)還大量用于冶金工業(yè)中的高頻或中頻感應(yīng)加熱電源、淬火電源及直流電弧爐電源等場合。1.3電力電子技術(shù)的應(yīng)用23◆一般工業(yè)1.3電力電子技術(shù)的應(yīng)用24圖ABB變頻器24圖ABB變頻器25◆交通運輸

?電氣化鐵道中廣泛采用電力電子技術(shù)。電氣機車中的直流機車中采用整流裝置，交流機車采用變頻裝置。直流斬波器也廣泛用于鐵道車輛。在未來的磁懸浮列車中，電力電子技術(shù)更是一項關(guān)鍵技術(shù)。除牽引電機傳動外，車輛中的各種輔助電源也都離不開電力電子技術(shù)。

?電動汽車的電機依靠電力電子裝置進行電力變換和驅(qū)動控制，其蓄電池的充電也離不開電力電子裝置。一臺高級汽車中需要許多控制電機，它們也要靠變頻器和斬波器驅(qū)動并控制。

?飛機、船舶和電梯都離不開電力電子技術(shù)。1.3電力電子技術(shù)的應(yīng)用25◆交通運輸1.3電力電子技術(shù)的應(yīng)用26◆電力系統(tǒng)

?據(jù)估計，發(fā)達國家在用戶最終使用的電能中，有60%以上的電能至少經(jīng)過一次以上電力電子變流裝置的處理。

?直流輸電在長距離、大容量輸電時有很大的優(yōu)勢，其送電端的整流閥和受電端的逆變閥都采用晶閘管變流裝置，而輕型直流輸電則主要采用全控型的IGBT器件。近年發(fā)展起來的柔性交流輸電（FACTS）也是依靠電力電子裝置才得以實現(xiàn)的。

?晶閘管控制電抗器（TCR）、晶閘管投切電容器（TSC）、靜止無功發(fā)生器（SVG）、有源電力濾波器（APF）等電力電子裝置大量用于電力系統(tǒng)的無功補償或諧波抑制。在配電網(wǎng)系統(tǒng)，電力電子裝置還可用于防止電網(wǎng)瞬時停電、瞬時電壓跌落、閃變等，以進行電能質(zhì)量控制，改善供電質(zhì)量。

?在變電所中，給操作系統(tǒng)提供可靠的交直流操作電源，給蓄電池充電等都需要電力電子裝置。1.3電力電子技術(shù)的應(yīng)用26◆電力系統(tǒng)1.3電力電子技術(shù)的應(yīng)用271.3電力電子技術(shù)的應(yīng)用中國南方電網(wǎng)公司安順換流站靜止無功發(fā)生器（上）和晶閘管投切電容器（下）271.3電力電子技術(shù)的應(yīng)用中國南方電網(wǎng)公司安順換流站靜止28◆電子裝置用電源

?各種電子裝置一般都需要不同電壓等級的直流電源供電。通信設(shè)備中的程控交換機所用的直流電源以前用晶閘管整流電源，現(xiàn)在已改為采用全控型器件的高頻開關(guān)電源。大型計算機所需的工作電源、微型計算機內(nèi)部的電源現(xiàn)在也都采用高頻開關(guān)電源。

?在大型計算機等場合，常常需要不間斷電源（UninterruptiblePowerSupply__UPS）供電，不間斷電源實際就是典型的電力電子裝置。1.3電力電子技術(shù)的應(yīng)用28◆電子裝置用電源1.3電力電子技術(shù)的應(yīng)用29◆家用電器

?電力電子照明電源體積小、發(fā)光效率高、可節(jié)省大量能源，正在逐步取代傳統(tǒng)的白熾燈和日光燈。

?空調(diào)、電視機、音響設(shè)備、家用計算機，不少洗衣機、電冰箱、微波爐等電器也應(yīng)用了電力電子技術(shù)?！羝渌?/p>

?航天飛行器中的各種電子儀器需要電源，載人航天器也離不開各種電源，這些都必需采用電力電子技術(shù)。

?抽水儲能發(fā)電站的大型電動機需要用電力電子技術(shù)來起動和調(diào)速。超導(dǎo)儲能是未來的一種儲能方式，它需要強大的直流電源供電，這也離不開電力電子技術(shù)。1.3電力電子技術(shù)的應(yīng)用29◆家用電器1.3電力電子技術(shù)的應(yīng)用301.3電力電子技術(shù)的應(yīng)用3132ban總之，電力電子技術(shù)的應(yīng)用越來越廣，其地位也越來越重要。

?新能源、可再生能源發(fā)電比如風(fēng)力發(fā)電、太陽能發(fā)電，需要用電力電子技術(shù)來緩沖能量和改善電能質(zhì)量。當(dāng)需要和電力系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)時，更離不開電力電子技術(shù)。?核聚變反應(yīng)堆在產(chǎn)生強大磁場和注入能量時，需要大容量的脈沖電源，這種電源就是電力電子裝置?？茖W(xué)實驗或某些特殊場合，常常需要一些特種電源，這也是電力電子技術(shù)的用武之地。風(fēng)場301.3電力電子技術(shù)的應(yīng)用3132ban總之，電力電子技311.3電力電子技術(shù)的應(yīng)用本課程名稱的演變史

?第一版：半導(dǎo)體變流技術(shù)?第二版：半導(dǎo)體變流技術(shù)?第三版：電力電子變流技術(shù)?第四版：電力電子技術(shù)?第五版：電力電子技術(shù)311.3電力電子技術(shù)的應(yīng)用本課程名稱的演變史?第一版：32◆電力電子器件

?器件，第二章；

?驅(qū)動、控制、保護以及串并聯(lián)，第九章?！綦娏﹄娮与娐?/p>

?交直，第三章；

?直交，第四章；?直直，第五章；

?交交，第六章；1.4本教材內(nèi)容簡介和使用說明32◆電力電子器件1.4本教材內(nèi)容簡介和使用說明33◆控制技術(shù)

?PWM技術(shù)，第七章；

?軟開關(guān)技術(shù)，第八章?！綦娏﹄娮友b置

?變頻器及調(diào)速系統(tǒng)、UPS、開關(guān)電源、功率因數(shù)校正、電力系統(tǒng)應(yīng)用、其他應(yīng)用，第十章。

1.4本教材內(nèi)容簡介和使用說明33◆控制技術(shù)1.4本教材內(nèi)容簡介和使用說明34◆

學(xué)習(xí)此門課程的前提與后續(xù)

?前提課程，電路、電子技術(shù)基礎(chǔ)、自控原理、電機拖動；

?后續(xù)課程，運動控制系統(tǒng)、電力系統(tǒng)。1.4本教材內(nèi)容簡介和使用說明34◆學(xué)習(xí)此門課程的前提與后續(xù)1.4本教材內(nèi)容簡介和使35考試相關(guān)成績分值分布：平時20%，實驗10%，考試70%。試題類型：填空30%，問答30%，計算40%。35考試相關(guān)成績分值分布：36電力電子技術(shù)主編：王兆安劉進軍第五版授課教師：姬宣德1電力電子技術(shù)主編：王兆安劉進軍第五版授課教師：姬宣德（137本課程與專業(yè)的關(guān)系學(xué)科（專業(yè)）分類的方法高中生：文科、理科；大學(xué)生：

文科專業(yè)：中文、歷史、社科、管理；

理科專業(yè)：物理、化學(xué)、數(shù)學(xué)；

工科專業(yè)：電氣工程、自動化、計算機、材料、機械；2本課程與專業(yè)的關(guān)系學(xué)科（專業(yè)）分類的方法38本課程與專業(yè)的關(guān)系學(xué)科（專業(yè)）分類的方法研究生：

工科學(xué)科（一級學(xué)科）：

電氣工程學(xué)科自動化學(xué)科計算機學(xué)科材料學(xué)科機械學(xué)科3本課程與專業(yè)的關(guān)系學(xué)科（專業(yè)）分類的方法39本課程與專業(yè)的關(guān)系學(xué)科（專業(yè)）分類的方法研究生：

電氣工程學(xué)科（一級學(xué)科）：

1：電力電子與電力傳動（二級學(xué)科）；與本課程有關(guān)

2：電力系統(tǒng)及其自動化（二級學(xué)科）；電氣工程及其自動化專業(yè)

3：電機與電器（二級學(xué)科）；

4：高電壓與絕緣技術(shù)（二級學(xué)科）；

5：電工理論與新技術(shù)（二級學(xué)科）；

4本課程與專業(yè)的關(guān)系學(xué)科（專業(yè)）分類的方法40本課程與專業(yè)的關(guān)系學(xué)科（專業(yè)）分類的方法研究生：

自動化學(xué)科（一級學(xué)科）：

1：控制理論與控制工程（二級學(xué)科）；自動化專業(yè)

2：檢測技術(shù)與自動化裝置（二級學(xué)科）；

3：模式識別與智能系統(tǒng)（二級學(xué)科）；

4：系統(tǒng)工程（二級學(xué)科）；

5：導(dǎo)航、制導(dǎo)與控制（二級學(xué)科）；

5本課程與專業(yè)的關(guān)系學(xué)科（專業(yè)）分類的方法41自動化專業(yè)學(xué)生考研，最可能考的專業(yè)：

控制理論與控制工程（雙控專業(yè)）電氣工程及其自動化專業(yè)學(xué)生考研，最可能考的專業(yè)：電力電子與電力傳動（雙電專業(yè)）電力系統(tǒng)及其自動化以上三個專業(yè)都與電力電子技術(shù)課程有著緊密的聯(lián)系。它們的發(fā)展都離不開電力電子技術(shù)的發(fā)展。6自動化專業(yè)學(xué)生考研，最可能考的專業(yè)：42第一章緒論1.1什么是電力電子技術(shù)1.2電力電子技術(shù)的發(fā)展史1.3電力電子技術(shù)的應(yīng)用1.4本教材的內(nèi)容簡介7第一章緒論1.1什么是電力電子技術(shù)431.1什么是電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)的定義：

應(yīng)用于電力領(lǐng)域的電子技術(shù)。電力電子技術(shù)中所變換的“電力”有區(qū)別于“電力系統(tǒng)”所指的“電力”，后者特指電力網(wǎng)的“電力”，前者則更一般些。81.1什么是電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)的定義：應(yīng)用于電441.1什么是電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)的內(nèi)容：1)電力電子器件

制造技術(shù)是電力電子技術(shù)的基礎(chǔ)；理論基礎(chǔ)是半導(dǎo)體物理。2）變流技術(shù)變流技術(shù)是電力電子技術(shù)的核心；理論基礎(chǔ)是電路理論；電力電子技術(shù)是弱電控制強電的技術(shù)，

控制理論則是實現(xiàn)這種技術(shù)的一條紐帶。91.1什么是電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)的內(nèi)容：451.1什么是電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)的種類：1）交——直整流2）直——交逆變3）交——交

（1）交流電力控制，調(diào)壓不調(diào)頻（2）變頻電路，調(diào)壓又調(diào)頻4）直——直

（1）直接：斬波電路，粗變（2）間接：開關(guān)電源，細變

101.1什么是電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)的種類：461.1什么是電力電子技術(shù)電力電子學(xué)與電力電子技術(shù)名稱的區(qū)別：1）電力電子學(xué)是學(xué)術(shù)角度的稱呼；2）電力電子技術(shù)是工程技術(shù)角度的稱呼；

111.1什么是電力電子技術(shù)電力電子學(xué)與電力電子技術(shù)名稱471.1什么是電力電子技術(shù)電力電子學(xué)與其他學(xué)科的關(guān)系一、電力電子學(xué)與電子學(xué)的關(guān)系同根同源：它們的器件對應(yīng)，它們的電路對應(yīng)；制造技術(shù)一樣；理論基礎(chǔ)一樣；分析方法一樣。

121.1什么是電力電子技術(shù)電力電子學(xué)與其他學(xué)科的關(guān)系481.1什么是電力電子技術(shù)電力電子學(xué)與其他學(xué)科的關(guān)系二、電力電子學(xué)與電力學(xué)的關(guān)系電力學(xué)在我國指的是電氣工程，通常把電力電子技術(shù)歸屬于電氣工程學(xué)科，它是電氣工程學(xué)科的一個最為活躍的分支。“電力電子技術(shù)不斷給力電氣工程”是電氣工程這一相對古老學(xué)科保持活力的重要源泉。

131.1什么是電力電子技術(shù)電力電子學(xué)與其他學(xué)科的關(guān)系49圖1-2電氣工程的雙三角形描述

圖1-2為描述電氣工程的外部關(guān)系與內(nèi)部關(guān)系，1）大三角形為外部關(guān)系

（1）與信息科學(xué)，電力需要信息技術(shù)；（2）與能源科學(xué)，電力是能源的一種。2）小三角形為內(nèi)部關(guān)系

（1）電工理論，理論基礎(chǔ)；（2）電工制造，作為載體；（3）電力系統(tǒng)，運行控制。14圖1-2電氣工程的雙三角形描述圖501.1什么是電力電子技術(shù)電力電子學(xué)與其他學(xué)科的關(guān)系二、電力電子學(xué)與電力學(xué)的關(guān)系在電氣工程的五個二級學(xué)科中，電力電子技術(shù)處在十分特殊的地位。其他四個二級學(xué)科的發(fā)展都有賴于電力電子技術(shù)的發(fā)展。151.1什么是電力電子技術(shù)電力電子學(xué)與其他學(xué)科的關(guān)系511.1什么是電力電子技術(shù)電力電子學(xué)與其他學(xué)科的關(guān)系三、電力電子學(xué)與控制理論的關(guān)系控制理論廣泛用于電力電子技術(shù)中，它使電力電子裝置和系統(tǒng)的性能不斷滿足人們?nèi)找嬖鲩L的各種需求。電力電子技術(shù)可以看成是弱電控制強電的技術(shù)，是弱電和強電之間的接口。控制理論則是實現(xiàn)這種接口的一條強有力的紐帶。

另外，控制理論是自動化技術(shù)的理論基礎(chǔ)，二者密不可分，電力電子裝置則是自動化技術(shù)的基礎(chǔ)元件和重要支撐技術(shù)。

因此，電力電子技術(shù)是電力、電子和控制技術(shù)結(jié)合的產(chǎn)物。161.1什么是電力電子技術(shù)電力電子學(xué)與其他學(xué)科的關(guān)系521.2電力電子技術(shù)的發(fā)展史電力電子技術(shù)的發(fā)展是以電力電子器件的發(fā)展史為主線的171.2電力電子技術(shù)的發(fā)展史電力電子技術(shù)的發(fā)展是以電力電53◆第一階段，史前期(1957之前)晶閘管出現(xiàn)之前

?1904年出現(xiàn)了電子管，它能在真空中對電子流進行控制，并應(yīng)用于通信和無線電，從而開啟了電子技術(shù)用于電力領(lǐng)域的先河。

?20世紀30年代到50年代，水銀整流器廣泛用于電化學(xué)工業(yè)、電氣鐵道直流變電所以及軋鋼用直流電動機的傳動，甚至用于直流輸電。這一時期，各種整流電路、逆變電路、周波變流電路的理論已經(jīng)發(fā)展成熟并廣為應(yīng)用。在這一時期，也應(yīng)用直流發(fā)電機組來變流。

?1947年美國著名的貝爾實驗室發(fā)明了晶體管，引發(fā)了電子技術(shù)的一場革命。

1.2電力電子技術(shù)的發(fā)展史18◆第一階段，史前期(1957之前)晶閘管出現(xiàn)之前1.254◆第二階段，晶閘管時代

?晶閘管由于其優(yōu)越的電氣性能和控制性能，使之很快就取代了水銀整流器和旋轉(zhuǎn)變流機組，并且其應(yīng)用范圍也迅速擴大。電力電子技術(shù)的概念和基礎(chǔ)就是由于晶閘管及晶閘管變流技術(shù)的發(fā)展而確立的。

?晶閘管是通過對門極的控制能夠使其導(dǎo)通而不能使其關(guān)斷的器件，屬于半控型器件。對晶閘管電路的控制方式主要是相位控制方式，簡稱相控方式。晶閘管的關(guān)斷通常依靠電網(wǎng)電壓等外部條件來實現(xiàn)。這就使得晶閘管的應(yīng)用受到了很大的局限。1.2電力電子技術(shù)的發(fā)展史19◆第二階段，晶閘管時代1.2電力電子技術(shù)的發(fā)展史55◆第三階段，全控型器件和電力電子集成電路

?70年代后期，以門極可關(guān)斷晶閘管（GTO）、電力雙極型晶體管（BJT）和電力場效應(yīng)晶體管（Power-MOSFET）為代表的全控型器件迅速發(fā)展。全控型器件的特點是，通過對門極（基極、柵極）的控制既可使其開通又可使其關(guān)斷。

?采用全控型器件的電路的主要控制方式為脈沖寬度調(diào)制（PWM）方式。相對于相位控制方式，可稱之為斬波控制方式，簡稱斬控方式。

?在80年代后期，以絕緣柵極雙極型晶體管（IGBT）為代表的復(fù)合型器件異軍突起。它是MOSFET和BJT的復(fù)合，綜合了兩者的優(yōu)點。與此相對，MOS控制晶閘管（MCT）和集成門極換流晶閘管（IGCT）復(fù)合了MOSFET和GTO。1.2電力電子技術(shù)的發(fā)展史20◆第三階段，全控型器件和電力電子集成電路1.2電力電子56◆第三階段，全控型器件和電力電子集成電路

?把驅(qū)動、控制、保護電路和電力電子器件集成在一起，構(gòu)成電力電子集成電路（PIC），這代表了電力電子技術(shù)發(fā)展的一個重要方向。電力電子集成技術(shù)包括以PIC為代表的單片集成技術(shù)、混合集成技術(shù)以及系統(tǒng)集成技術(shù)。?隨著全控型電力電子器件的不斷進步，電力電子電路的工作頻率也不斷提高。與此同時，軟開關(guān)技術(shù)的應(yīng)用在理論上可以使電力電子器件的開關(guān)損耗降為零，從而提高了電力電子裝置的功率密度。1.2電力電子技術(shù)的發(fā)展史21◆第三階段，全控型器件和電力電子集成電路1.2電力電子57

電力電子技術(shù)的應(yīng)用范圍十分廣泛。它不僅用于一般工業(yè)，也廣泛用于交通運輸、電力系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、計算機系統(tǒng)、新能源系統(tǒng)等，在照明、空調(diào)等家用電器及其他領(lǐng)域中也有著廣泛的應(yīng)用。

◆一般工業(yè)

?工業(yè)中大量應(yīng)用各種交直流電動機，都是用電力電子裝置進行調(diào)速的。

?一些對調(diào)速性能要求不高的大型鼓風(fēng)機等近年來也采用了變頻裝置，以達到節(jié)能的目的。1.3電力電子技術(shù)的應(yīng)用22電力電子技術(shù)的應(yīng)用范圍十分廣泛。它58◆一般工業(yè)?有些并不特別要求調(diào)速的電機為了避免起動時的電流沖擊而采用了軟起動裝置，這種軟起動裝置也是電力電子裝置。?電化學(xué)工業(yè)大量使用直流電源，電解鋁、電解食鹽水等都需要大容量整流電源。電鍍裝置也需要整流電源。?電力電子技術(shù)還大量用于冶金工業(yè)中的高頻或中頻感應(yīng)加熱電源、淬火電源及直流電弧爐電源等場合。1.3電力電子技術(shù)的應(yīng)用23◆一般工業(yè)1.3電力電子技術(shù)的應(yīng)用59圖ABB變頻器24圖ABB變頻器60◆交通運輸

?電氣化鐵道中廣泛采用電力電子技術(shù)。電氣機車中的直流機車中采用整流裝置，交流機車采用變頻裝置。直流斬波器也廣泛用于鐵道車輛。在未來的磁懸浮列車中，電力電子技術(shù)更是一項關(guān)鍵技術(shù)。除牽引電機傳動外，車輛中的各種輔助電源也都離不開電力電子技術(shù)。

?電動汽車的電機依靠電力電子裝置進行電力變換和驅(qū)動控制，其蓄電池的充電也離不開電力電子裝置。一臺高級汽車中需要許多控制電機，它們也要靠變頻器和斬波器驅(qū)動并控制。

?飛機、船舶和電梯都離不開電力電子技術(shù)。1.3電力電子技術(shù)的應(yīng)用25◆交通運輸1.3電力電子技術(shù)的應(yīng)用61◆電力系統(tǒng)

?據(jù)估計，發(fā)達國家在用戶最終使用的電能中，有60%以上的電能至少經(jīng)過一次以上電力電子變流裝置的處理。

?直流輸電在長距離、大容量輸電時有很大的優(yōu)勢，其送電端的整流閥和受電端的逆變閥都采用晶閘管變流裝置，而輕型直流輸電則主要采用全控型的IGBT器件。近年發(fā)展起來的柔性交流輸電（FACTS）也是依靠電力電子裝置才得以實現(xiàn)的。

?晶閘管控制電抗器（TCR）、晶閘管投切電容器（TSC）、靜止無功發(fā)生器（SVG）、有源電力濾波器（APF）等電力電子裝置大量用于電力系統(tǒng)的無功補償或諧波抑制。在配電網(wǎng)系統(tǒng)，電力電子裝置還可用于防止電網(wǎng)瞬時停電、瞬時電壓跌落、閃變等，以進行電能質(zhì)量控制，改善供電質(zhì)量。

?在變電所中，給操作系統(tǒng)提供可靠的交直流操作電源，給蓄電池充電等都需要電力電子裝置。1.3電力電子技術(shù)的應(yīng)用26◆電力系統(tǒng)1.3電力電子技術(shù)的應(yīng)用621.3電力電子技術(shù)的應(yīng)用中國南方電網(wǎng)公司安順換流站靜止無功發(fā)生器（上）和晶閘管投切電容器（下）271.3電力電子技術(shù)的應(yīng)用中國南方電網(wǎng)公司安順換流站靜止63◆電子裝置用電源

?各種電子裝置一般都需要不同電壓等級的直流電源供電。通信設(shè)備中的程控交換機