武漢工程大學(xué)電力電子技術(shù)課件(第一章)

電力電子技術(shù)第1章電力電子變換和控制技術(shù)導(dǎo)論劉健武漢工程大學(xué)電氣信息學(xué)院電氣教研室電話/p>

Email：

163ted@163.com

page1of81武漢工程大學(xué)電氣信息學(xué)院電力電子技術(shù)課程總體介紹：第5學(xué)期，共計64個學(xué)時，講授學(xué)時50學(xué)時“電力電子技術(shù)”是電氣工程類專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課程前期課程：電路、模電、數(shù)電，控制理論，微機原理本次課程內(nèi)容：學(xué)科的形成、基本元件、變換電路，以及控制方法第1章電力電子變換和控制技術(shù)導(dǎo)論Chapter1PowerElectronicConversionandControlTechnologyIntroduction

1.1電力電子學(xué)科的形成1.1Theformationofpowerelectronicsdiscipline

人類文明、科學(xué)技術(shù)發(fā)展的產(chǎn)物18世紀第一次技術(shù)革命（18世紀中期-19世紀）：以牛頓力學(xué)建立、蒸汽機發(fā)明為主要標志。蒸汽機取代自然力成為主要動力。M.Faraday,1791-1869第二次技術(shù)革命（19世紀末-20世紀初）：以交流發(fā)電機、變壓器、電動機、遠距離輸電，以及有線電、無線電通信技術(shù)為主要標志。電動機取代蒸汽機成為機械的原動力。A.Einstein,1879-1955第三次技術(shù)革命：（20世紀40-60年代）以原子能、電子計算機、空間技術(shù)和生物工程的發(fā)明與應(yīng)用為主要標志。是科學(xué)進步與技術(shù)開發(fā)的緊密結(jié)合19世紀20世紀21世紀1904年：電子管出現(xiàn)1947年：晶體管發(fā)明1957年：晶閘管發(fā)明電力電子技術(shù)概念提出與學(xué)科形成。J.Watt,1736-1819電力電子技術(shù)：

空白但是各項基礎(chǔ)學(xué)科與理論已逐漸成熟70年代：電力晶體管，電力場效應(yīng)管80年代：絕緣門極雙極型晶體管。IGBT1.1電力電子學(xué)科的形成（續(xù)）1.1Theformationofpowerelectronicsdiscipline

第1章電力電子變換和控制技術(shù)導(dǎo)論電力電子技術(shù)與各個學(xué)科之間的關(guān)系：電子學(xué)：器件應(yīng)用，電子電路，電路基礎(chǔ)理論與分析方法。電氣工程：電力技術(shù)，電力設(shè)備，電力網(wǎng)絡(luò)。控制技術(shù)：相輔相成，互為支持。電力電子技術(shù)未來的發(fā)展：

能源的開發(fā)、高效利用是人類社會科學(xué)技術(shù)發(fā)展永恒的追求，電力電子技術(shù)作為電能變換的重要手段之一，勢必也會不斷發(fā)展、壯大、完善。1、電力器件2、變換電路3、控制技術(shù)國內(nèi)外電力工業(yè)發(fā)展概況及前景

國外情況：我國電力工業(yè)歷史上的第一：火電1882年上海電氣公司11.63kW水電1912年云南石龍壩2×240kW核電1991年浙江秦山300MW火電1875年法國巴黎北火車站1882年美國紐約的珍珠街電廠6臺，共計670kW水電1878年諾森伯蘭郡，英國核電1954年前蘇聯(lián)奧布靈斯克核電站5000kW，2002年關(guān)閉我國電力工業(yè)的世界第一：水電三峽電站32臺，70萬kW輸電特高壓輸電交流：1100kV直流：±800kV抽水蓄能廣州抽水蓄能電廠8臺，30萬kW直流交流J.P.MorganGeorgeWestinghouse愛迪生特斯拉三峽大壩（175米）三門峽水電站的警示第1章電力電子變換和控制技術(shù)導(dǎo)論1.2半導(dǎo)體電力器件1.2PowerSemiconductorDevices要求：1、掌握工作原理、開關(guān)特性、驅(qū)動電路、保護與吸收電路、串并聯(lián)技術(shù)2、了解各種主流器件的生產(chǎn)廠家、型號、價格不控器件：電力二極管（伏安特性、基本應(yīng)用）半控器件：通過控制信號可控制其導(dǎo)通，而不能控制其關(guān)斷的器件晶閘管(SCR）及其派生器件（工作原理、主要特性參數(shù)、開通條件）全控器件：通過控制信號既可以控制其導(dǎo)通，又可以控制其關(guān)斷的電力電子器件被稱為全控型器件。門極可關(guān)斷晶閘管（GTO）,場效應(yīng)晶體管（MOSFET）,絕緣門極雙極型晶體管（IGBT）（工作原理、主要特性參數(shù)、開通條件）第1章電力電子變換和控制技術(shù)導(dǎo)論1.3變換類型與變換電路1.3Conversion

TypesandCircuits要求：1、熟練掌握四大類型的變流電路的工作原理、波形分析與計算方法2、了解各種變換電路的主要功能與應(yīng)用場合電源可分為兩類：一是直流，頻率f=0；二是交流，頻率f≠0直流—直流（斬波電路）：降壓（Buck），升壓（Boost）交流—直流（整流電路）：單相整流，三相整流（全控、半控型）直流—交流（逆變電路）：單相逆變，三相逆變，多電平，大容量交流—交流（交流斬波，變頻電路）：單相交流，三相交流基本的變換類型與變換電路交流電動、直流發(fā)電機組實現(xiàn)交流—直流變換交流變頻、變壓發(fā)電機組實現(xiàn)交流——交流電壓、頻率變換D1D3D2D4D1，D4D2，D3D1，D4D2，D3整流電路元件、結(jié)構(gòu)、波形逆變電路元件、結(jié)構(gòu)、波形180°導(dǎo)通120°導(dǎo)通PWM系統(tǒng)層面的控制：

直接給定（PI，PID)，自適應(yīng)，模糊控制，多目標等針對特定目標的裝置頂層控制技術(shù)：

異步電機調(diào)速：矢量控制，直接轉(zhuǎn)矩控制，恒壓頻比控制

電能質(zhì)量方面：無功與電壓補償（下垂控制），諧波（滯環(huán)控制）裝置底層脈寬控制技術(shù)：SPWM，SVPWM等經(jīng)典控制理論的幾個重要人物：Maxwell（1831～1879）物理與數(shù)學(xué)家

1868年，Maxwell發(fā)表論文“論調(diào)節(jié)器”1877年，在劍橋做評委，發(fā)現(xiàn)了Routh，他的論文解決了五次以上多項式的穩(wěn)定性判定的難題

E.J.Routh（1831~1907）數(shù)學(xué)家A.Hurwitz（1859~1919）數(shù)學(xué)家1895年，A.Hurwitz解決電廠汽輪機調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)定性H.Nyquist（1889~1976）博士、電氣工程師

H.W.Bode（1905~1982）工程師、科學(xué)家系統(tǒng)穩(wěn)定性的幾何判據(jù)N.Wiener（1894~1964）美國數(shù)學(xué)家1948年發(fā)表《控制論》，控制學(xué)科奠基人Afamouschildprodigy

11歲，塔夫茨大學(xué)14歲，哈佛大學(xué)研究生。18歲，哈佛大學(xué)數(shù)理邏輯博士學(xué)位。物理、無線電、生物、哲學(xué)。1.4脈寬控制技術(shù)1.4PWMControlTechnologyPulseWidthModulation

第1章電力電子變換和控制技術(shù)導(dǎo)論要求：1、熟練掌握PWM，SPWM，SVPWM，SHEPWM的理論基礎(chǔ)與實現(xiàn)方法2、了解各種變換電路的主要功能與應(yīng)用場合脈寬調(diào)制技術(shù)的理論基礎(chǔ)：沖量等效原理、典型控制電路、控制方法基本的PWM開關(guān)控制：直流降壓、直流升壓、四象限變換。SPWM:單極性PWM控制，雙極性PWM控制的原理（以單相為基礎(chǔ)）

同步調(diào)制、異步調(diào)制；提高直流電壓利用率、減小諧波。SVPWM（空間矢量PWM）：等效空間矢量計算、開關(guān)狀態(tài)變換。SHEPWM（特點消諧PWM）：原理，計算公式。1.5實驗環(huán)節(jié)1.5Experimentalpart

第1章電力電子變換和控制技術(shù)導(dǎo)論要求：1、正確使用示波器及相關(guān)電子儀器，并根據(jù)圖紙完成主電路接線2、能夠正確讀取實驗數(shù)據(jù)、分析數(shù)據(jù)，驗證相關(guān)定理與結(jié)論3、正確書寫實驗報告電力電子技術(shù)在發(fā)電系統(tǒng)中的應(yīng)用第1章電力電子變換和控制技術(shù)導(dǎo)論1、同步發(fā)電機勵磁控制；2、雙饋風(fēng)力發(fā)電機交流勵磁控制，無刷雙饋風(fēng)力發(fā)電機交流勵磁控制，可變速抽水蓄能機組的交流勵磁控制，可變速水輪發(fā)電機的交流勵磁控制；3、永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電全功率交直交變換器；4、光伏發(fā)電并網(wǎng)逆變器；電力電子技術(shù)在輸電系統(tǒng)中的應(yīng)用第1章電力電子變換和控制技術(shù)導(dǎo)論1、并聯(lián)補償控制SVC（靜止無功補償器），SVG（靜止無功發(fā)生器），STATCOM（靜止同步補償器）2、串聯(lián)補償控制3、電壓和相角調(diào)節(jié)4、復(fù)合控制TSSC（晶閘管投切串聯(lián)電容器），TCSC（可控串聯(lián)補償器），SSSC（靜止同步串聯(lián)補償器），NGH（次同步諧振阻尼器）TCVR（晶閘管控制的電壓調(diào)節(jié)器）TCPAR（晶閘管控制的相角調(diào)節(jié)器）UPFC（統(tǒng)一潮流控制器）IPFC（線間潮流控制器）5、直流輸電高壓HVDC，輕型直流輸電HVDC—Light電力電子技術(shù)在配電系統(tǒng)中的應(yīng)用第1章電力電子變換和控制技術(shù)導(dǎo)論1、D-SVC；2、D-SVG（D-STATCOM）；3、有源電力濾波器APF（并聯(lián)）；4、動態(tài)電壓調(diào)節(jié)器（恢復(fù)器）DVR（串聯(lián)）；5、統(tǒng)一電能質(zhì)量控制器UPQC；6、三相負荷平衡控制；7、雙電源快速切換（備用電源自動投入）；1、高壓（中壓）變頻器，（燃氣輪機、抽水蓄能電機、大型同步電動機等）同步電機的啟動：靜態(tài)變頻SFC（staticfrequencyconvertersystem）；2、電力拖動、電動汽車快速充電；3、UPS電源、開關(guān)電源；4、中頻感應(yīng)加熱；5、高頻電除塵；電力電子技術(shù)在用電環(huán)節(jié)中的應(yīng)用第1章電力電子變換和控制技術(shù)導(dǎo)論電力電子技術(shù)在儲能系統(tǒng)中的應(yīng)用第1章電力電子變換和控制技術(shù)導(dǎo)論1、風(fēng)光儲互補微網(wǎng)；2、電動汽車；3、保安電源；4、超導(dǎo)儲能，蓄電池儲能，飛輪儲能；課程參考書：1、陳堅．電力電子學(xué)——電力電子變換和控制技術(shù).（第二版）2、王兆安，黃?。娏﹄娮蛹夹g(shù).3