電力電子技術(shù)演示文稿

電力電子技術(shù)演示文稿當(dāng)前1頁，總共52頁。優(yōu)選電力電子技術(shù)當(dāng)前2頁，總共52頁。第一章電力電子技術(shù)的發(fā)展首頁1.1電力電子技術(shù)的含義1.2電力電子設(shè)備的特性

1.3電力電子技術(shù)的發(fā)展史

1.4電力電子技術(shù)的發(fā)展方向和前景

當(dāng)前3頁，總共52頁。下頁上頁返回電力電子技術(shù)

根據(jù)電力電子器件的特性，采用一種有效的靜態(tài)變換和控制方法，將一種電能形式轉(zhuǎn)換為另一種電能形式的技術(shù)。電氣和電子器件的有效使用線性與非線性電路的理論分析控制理論的應(yīng)用成熟設(shè)計(jì)方法的使用第一章電力電子技術(shù)的發(fā)展1.1電力電子技術(shù)的含義

當(dāng)前4頁，總共52頁。第一章電力電子技術(shù)的發(fā)展下頁上頁返回電力電子技術(shù)的正確應(yīng)用使用先進(jìn)的分析工具，研究其控制系統(tǒng)的性能保證指避免使用需要周期性維護(hù)或替換的旋轉(zhuǎn)器件。高可靠性不使用質(zhì)量不高、性能不穩(wěn)定，時(shí)限很短的器件。高實(shí)用性當(dāng)前5頁，總共52頁。第一章電力電子技術(shù)的發(fā)展下頁返回電力電子類似于微電子學(xué)技術(shù)，都是基于硅材料應(yīng)用科學(xué)的一個(gè)分支，采用硅分子滲透技術(shù)。電能量交流電直流電電磁輻射脈沖激光束當(dāng)前6頁，總共52頁。第一章電力電子技術(shù)的發(fā)展下頁上頁返回電力電子技術(shù)市場(chǎng)取決于它的成本、可靠性，以及電力應(yīng)用中新技術(shù)有效性。電力電子成本的核心是功率器件的特性，特別是它的導(dǎo)通損耗、開關(guān)損耗、和開關(guān)速度?！半娏﹄娮蛹伞笔请娏﹄娮蛹夹g(shù)發(fā)展的新階段。電力電子技術(shù)代表了新型電能控制發(fā)展的基本趨勢(shì)和革命性的概念。當(dāng)前7頁，總共52頁。信息電子技術(shù)——信息處理電力電子技術(shù)——電力變換

電子技術(shù)一般即指信息電子技術(shù)，廣義而言，也包括電力電子技術(shù)。模擬電子技術(shù)電子技術(shù)信息電子技術(shù)電力電子技術(shù)數(shù)字電子技術(shù)電力電子技術(shù)——使用電力電子器件對(duì)電能進(jìn)行變換和控制的技術(shù)，即應(yīng)用于電力領(lǐng)域的電子技術(shù)。目前電力電子器件均用半導(dǎo)體制成，故也稱電力半導(dǎo)體器件。電力電子技術(shù)變換的“電力”，可大到數(shù)百M(fèi)W甚至GW，也可小到數(shù)W甚至mW級(jí)。第一章電力電子技術(shù)的發(fā)展下頁上頁返回補(bǔ)充：王兆安教材當(dāng)前8頁，總共52頁。

變流技術(shù)（電力電子器件應(yīng)用技術(shù)）

用電力電子器件構(gòu)成電力變換電路和對(duì)其進(jìn)行控制的技術(shù)，以及構(gòu)成電力電子裝置和電力電子系統(tǒng)的技術(shù)。電力電子技術(shù)的核心，理論基礎(chǔ)是電路理論?！?/p>

電力電子技術(shù)的兩大分支

電力電子器件制造技術(shù)電力電子技術(shù)的基礎(chǔ)，理論基礎(chǔ)是半導(dǎo)體物理。第一章電力電子技術(shù)的發(fā)展下頁上頁返回當(dāng)前9頁，總共52頁。電力電子學(xué)(PowerElectronics)名稱60年代出現(xiàn)。1974年，美國的W.Newell用圖1的倒三角形對(duì)電力電子學(xué)進(jìn)行了描述，被全世界普遍接受。電力電子學(xué)電子學(xué)電力學(xué)控制理論連續(xù)、離散

電路、器件靜止器、旋轉(zhuǎn)電機(jī)圖1描述電力電子學(xué)的倒三角形※與相關(guān)學(xué)科的關(guān)系第一章電力電子技術(shù)的發(fā)展下頁上頁返回當(dāng)前10頁，總共52頁。都分為器件和應(yīng)用兩大分支。器件的材料、工藝基本相同，采用微電子技術(shù)。應(yīng)用的理論基礎(chǔ)、分析方法、分析軟件也基本相同。信息電子電路的器件可工作在開關(guān)狀態(tài)，也可工作在放大狀態(tài)；電力電子電路的器件一般只工作在開關(guān)狀態(tài)。二者同根同源。

與電子學(xué)（信息電子學(xué)）的關(guān)系※

與相關(guān)學(xué)科的關(guān)系第一章電力電子技術(shù)的發(fā)展下頁上頁返回當(dāng)前11頁，總共52頁。電力電子技術(shù)廣泛用于電氣工程中高壓直流輸電靜止無功補(bǔ)償電力機(jī)車牽引交直流電力傳動(dòng)電解、電鍍、電加熱、高性能交直流電源國內(nèi)外均把電力電子技術(shù)歸為電氣工程的一個(gè)分支。電力電子技術(shù)是電氣工程學(xué)科中最為活躍的一個(gè)分支。

與電力學(xué)（電氣工程）的關(guān)系※

與相關(guān)學(xué)科的關(guān)系第一章電力電子技術(shù)的發(fā)展下頁上頁返回當(dāng)前12頁，總共52頁。控制理論廣泛用于電力電子系統(tǒng)中。電力電子技術(shù)是弱電控制強(qiáng)電的技術(shù)，是弱電和強(qiáng)電的接口；控制理論是這種接口的有力紐帶。電力電子裝置是自動(dòng)化技術(shù)的基礎(chǔ)元件和重要支撐技術(shù)。

與控制理論（自動(dòng)化技術(shù)）的關(guān)系※

與相關(guān)學(xué)科的關(guān)系第一章電力電子技術(shù)的發(fā)展下頁上頁返回當(dāng)前13頁，總共52頁。第一章電力電子技術(shù)的發(fā)展下頁上頁返回1.2電力電子設(shè)備的特性

電力電子設(shè)備電力電子控制器靜止功率變換器功率調(diào)節(jié)器目的處理電氣意義上的功率功能控制交流或直流電源與一個(gè)或者多個(gè)需要此交流或直流電源的負(fù)載之間的功率的傳輸。當(dāng)前14頁，總共52頁。下頁上頁返回交直流電流變換器功率調(diào)節(jié)器第一章電力電子技術(shù)的發(fā)展功率傳輸由接在變換器終端的電阻組成的一個(gè)或多個(gè)負(fù)載的需要決定。當(dāng)前15頁，總共52頁。下頁上頁返回第一章電力電子技術(shù)的發(fā)展

電力——交流和直流兩種從公用電網(wǎng)直接得到的是交流，從蓄電池和干電池得到的是直流。表1

電力變換的種類

進(jìn)行電力變換的技術(shù)稱為變流技術(shù)。逆變直流斬波直流交流電力控制變頻、變相整流交流交流直流

輸出輸入

變流技術(shù)

電力變換四大類交流變直流、直流變交流、直流變直流、交流變交流當(dāng)前16頁，總共52頁。下頁上頁返回1.AC/DC變換把交流電壓變換成固定或可調(diào)的直流電壓。四大類電力電子功率變換設(shè)備第一章電力電子技術(shù)的發(fā)展AC/DC變換

整流把交流電壓變換成固定或可調(diào)的直流電壓的裝置。整流器非線性電阻直流負(fù)載交流電源ui當(dāng)前17頁，總共52頁。下頁上頁返回2.DC/AC變換第一章電力電子技術(shù)的發(fā)展把直流電變換成頻率、電壓固定或可調(diào)的交流電。DC/AC變換

逆變有源逆變無源逆變交流輸出接電網(wǎng)交流輸出接負(fù)載無源逆變裝置的輸出恒頻電源不間斷供電電源變頻電源當(dāng)前18頁，總共52頁。第一章電力電子技術(shù)的發(fā)展下頁上頁返回?zé)o源（有源）阻抗交流負(fù)載直流電源+-用于各種變頻電源、中頻感應(yīng)加熱和交流電動(dòng)機(jī)的變頻調(diào)速等場(chǎng)合。當(dāng)前19頁，總共52頁。下頁上頁返回3.AC/AC變換把固定或變化的交流頻率、電壓變換成可調(diào)或固定的交流頻率、電壓。

第一章電力電子技術(shù)的發(fā)展AC/AC變換

AC/AC變換電路變頻器周波變換器用于交流電動(dòng)機(jī)的變頻調(diào)速。可變阻抗R,C或L交流負(fù)載交流電源當(dāng)前20頁，總共52頁。第一章電力電子技術(shù)的發(fā)展下頁上頁返回4.DC/DC變換把固定或變化的直流電壓變換成可調(diào)或恒定的直流電壓。

DC/DC變換

直流斬波把交流電壓變換成固定或可調(diào)的直流電壓的變換器。斬波器脈寬調(diào)制變換器當(dāng)前21頁，總共52頁。第一章電力電子技術(shù)的發(fā)展下頁上頁返回主要用于直流電壓變換、開關(guān)電源、電車、地鐵、礦車等電氣機(jī)車上所用的直流電動(dòng)機(jī)的牽引傳動(dòng)以及計(jì)算機(jī)、通信和各類儀器儀表的電源等。+-UINUOUTRLIINIOUT++--當(dāng)前22頁，總共52頁。下頁上頁返回1.3電力電子技術(shù)的發(fā)展史電力電子技術(shù)迅速發(fā)展，與全球能源、環(huán)境等問題息息相關(guān)。能源消費(fèi)是一個(gè)國家經(jīng)濟(jì)繁榮程度的標(biāo)準(zhǔn)。能源消耗帶來的環(huán)境污染和安全問題已成為社會(huì)的主要問題。利用電力電子技術(shù)可以有效地節(jié)約能源。節(jié)約能源不僅帶來經(jīng)濟(jì)效益，也為減少環(huán)境污染帶來了利益。第一章電力電子技術(shù)的發(fā)展當(dāng)前23頁，總共52頁。第一章電力電子技術(shù)的發(fā)展下頁上頁返回史前期晶體管誕生晶閘管時(shí)代全控器型件迅速發(fā)展19042000199019801970195719471930水銀（汞弧）整流器時(shí)代晶閘管問世IGBT出現(xiàn)功率集成器件電子管問世年當(dāng)前24頁，總共52頁。下頁上頁返回內(nèi)燃機(jī)感應(yīng)電動(dòng)機(jī)直流電機(jī)第一章電力電子技術(shù)的發(fā)展當(dāng)前25頁，總共52頁。下頁上頁返回晶體管晶閘管集成電路第一章電力電子技術(shù)的發(fā)展當(dāng)前26頁，總共52頁。下頁上頁返回功率放大器磁放大器第一章電力電子技術(shù)的發(fā)展當(dāng)前27頁，總共52頁。第一章電力電子技術(shù)的發(fā)展下頁上頁返回電力電子技術(shù)史前期水銀整流器閘流管金屬封裝水銀整流器電子管硒整流器電真空器件當(dāng)前28頁，總共52頁。第一章電力電子技術(shù)的發(fā)展下頁上頁返回晶體管引發(fā)了電子技術(shù)的一場(chǎng)革命。最先用于電力領(lǐng)域的半導(dǎo)體器件是硅二極管，普通半導(dǎo)體整流器開始使用。晶閘管使電力電子技術(shù)進(jìn)入了功率領(lǐng)域：

1）電力變換能力有了大幅度的突破；

2）實(shí)現(xiàn)了弱點(diǎn)對(duì)強(qiáng)電變換電路的控制；

3）變流裝置由旋轉(zhuǎn)方式變?yōu)殪o止方式，效率提高、體積縮小、壽命延長、噪聲消除、維護(hù)方便。傳統(tǒng)電力電子技術(shù)階段——第一代電力電子器件當(dāng)前29頁，總共52頁。下頁上頁返回集成芯片硬件和軟件控制電力電子的發(fā)展

第一章電力電子技術(shù)的發(fā)展當(dāng)前30頁，總共52頁。下頁上頁返回逆導(dǎo)晶閘管（RCT）快速晶閘管（FST）雙向晶閘管（TRIAC）雙向晶閘管（TRIAC）第一章電力電子技術(shù)的發(fā)展晶閘管派生器件當(dāng)前31頁，總共52頁。第一章電力電子技術(shù)的發(fā)展下頁上頁返回必須用強(qiáng)迫換相電路關(guān)斷它，使得電路復(fù)雜、體積增大、重量增加、效率較低及可靠性下降；器件的開關(guān)頻率難以提高，限制了它的應(yīng)用范圍；相位運(yùn)行方式使電網(wǎng)及負(fù)載上產(chǎn)生嚴(yán)重的諧波，不但電路功率因數(shù)降低，而且對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生“公害”。晶閘管通過對(duì)門極控制可使其導(dǎo)通，但不能使其關(guān)斷?！?/p>

晶閘管的特點(diǎn)和不足之處當(dāng)前32頁，總共52頁。下頁上頁返回門極可關(guān)斷晶閘管（GTO）電力雙極型晶體管（GTR）電力場(chǎng)效應(yīng)晶體管（PowerMOSFET）第一章電力電子技術(shù)的發(fā)展自關(guān)斷全控型器件第二代自關(guān)斷全控型電力電子器件當(dāng)前33頁，總共52頁。第一章電力電子技術(shù)的發(fā)展下頁上頁返回自關(guān)斷全控型器件通過對(duì)門極（基極、柵極）的控制既可以使其開通，又可以使其關(guān)斷。自關(guān)斷全控型器件的開關(guān)速度普遍高于晶閘管，可以用于開關(guān)頻率很高的電路。第二代自關(guān)斷全控型電力電子器件當(dāng)前34頁，總共52頁。第一章電力電子技術(shù)的發(fā)展下頁上頁返回大型達(dá)林頓雙極結(jié)型晶體管(BJT)給電力電子學(xué)帶來很大發(fā)展。電力場(chǎng)效應(yīng)晶體管絕緣柵雙極型晶體管（IGBT）代替了BJTIGBT是半導(dǎo)體器件的發(fā)展史上是重要的里程碑。是第三代復(fù)合型場(chǎng)控半導(dǎo)體器件的代表。第三代復(fù)合型場(chǎng)控半導(dǎo)體電力電子器件當(dāng)前35頁，總共52頁。第一章電力電子技術(shù)的發(fā)展下頁上頁返回靜電感應(yīng)式晶體管（SIT）靜電感應(yīng)式晶閘管（SITH）MOS晶閘管（MCT）開關(guān)頻率高耐壓性高電流容量大可以構(gòu)成大功率、高頻的電力電子電路。

IGBT開關(guān)頻率比BJT高很多，在正向偏置安全工作區(qū)內(nèi)可以不需要緩沖器。

IGBT模塊（IPM）應(yīng)用在內(nèi)置門極驅(qū)動(dòng)器。具有溝槽柵技術(shù)的IGBT模塊比二極管的導(dǎo)通壓降稍高，具有較快的開關(guān)速度。當(dāng)前36頁，總共52頁。第一章電力電子技術(shù)的發(fā)展下頁上頁返回

MCT開關(guān)頻率比IGBT模塊低許多，應(yīng)用到軟開關(guān)變流器中時(shí)，不受RBSOA的限制。集成門極換流晶閘管（IGCT）對(duì)普通GTO的結(jié)構(gòu)、門極驅(qū)動(dòng)、封裝、集成的反并聯(lián)二極管做出重大改進(jìn)，并且改變了關(guān)斷過程，極大地改善GTO的性能。IGCT比GTO導(dǎo)通壓降低，開關(guān)速度快，帶有旁路二極管的單片集成電路，不用緩沖器操作，容易實(shí)現(xiàn)連續(xù)運(yùn)行。第三代復(fù)合型場(chǎng)控半導(dǎo)體電力電子器件當(dāng)前37頁，總共52頁。第一章電力電子技術(shù)的發(fā)展下頁上頁返回IGBT和IGCT改進(jìn)了變換電路的設(shè)計(jì)，在三電平拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中廣泛采用。PWM可控VCS（電壓源型變換器）降低線路中的諧波含量，提高功率因數(shù)。以IGCT或IGBT做為開關(guān)器件的PWM型VSC，正在迅速取代普通GTO做為開關(guān)器件的VSC和電流源型變換器（CSC）。第三代復(fù)合型場(chǎng)控半導(dǎo)體電力電子器件當(dāng)前38頁，總共52頁。第一章電力電子技術(shù)的發(fā)展下頁上頁返回雙向控制晶閘管（bidirectionalcontrolthyristor－BCT）極大地保留了大功率變換器的鉗位、內(nèi)部結(jié)構(gòu)和技術(shù)。帶有集成過電壓保護(hù)的光控晶閘管（Lighttriggeredthyristor）極大地簡化了門極控制，提高了晶閘管應(yīng)用在大功率、高電壓中的可靠性。晶閘管的發(fā)展當(dāng)前39頁，總共52頁。下頁上頁返回在高壓、高溫、高頻以及低導(dǎo)通壓降場(chǎng)合應(yīng)用

功率范圍大擊穿場(chǎng)強(qiáng)高導(dǎo)熱性高飽和電子漂移速率高對(duì)化學(xué)反應(yīng)或高氣壓呈高惰性輻射電阻高第一章電力電子技術(shù)的發(fā)展半導(dǎo)體材料的改進(jìn)當(dāng)前40頁，總共52頁。下頁上頁返回

碳化硅可以極大地降低通態(tài)和開關(guān)損耗，結(jié)溫上升到600℃時(shí)也能運(yùn)行。肖特基和結(jié)勢(shì)壘肖特基（JBS）二極管，阻斷電壓達(dá)到2000V。PIN二極管達(dá)到5kV。碳化硅二極管可以大大減少二極管的關(guān)斷損耗和開通損耗。碳化硅晶片的密度是大功率器件的限制因素，利用碳化硅反向二極管對(duì)IGBT模塊的改進(jìn)，是一個(gè)重要研究課題。

第一章電力電子技術(shù)的發(fā)展半導(dǎo)體材料的改進(jìn)當(dāng)前41頁，總共52頁。下頁上頁返回第一章電力電子技術(shù)的發(fā)展全控化集成化高頻化高效率化變換器小型化電源變換綠色化改善和提高電網(wǎng)的供電質(zhì)量電力電子器件的容量和性能的優(yōu)化現(xiàn)代電力電子技術(shù)的主要特點(diǎn)當(dāng)前42頁，總共52頁。第一章電力電子技術(shù)的發(fā)展下頁上頁返回1.4電力電子技術(shù)的發(fā)展方向和前景

新材料的研究和應(yīng)用，擴(kuò)大了器件的頻率、功率等級(jí)、使用溫度范圍，減少器件的體積和降低價(jià)格。改進(jìn)器件和封裝形式，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)集成，以獲得更高的集成化和可靠性。使用無需吸收電路而且關(guān)斷延時(shí)小的集成門極換流晶閘管（IGCT），使得在大功率應(yīng)用場(chǎng)合的器件越來越容易。多電平逆變器在大功率逆變器中的應(yīng)用。當(dāng)前43頁，總共52頁。第一章電力電子技術(shù)的發(fā)展下頁上頁返回體積小、重量輕、損耗小的變流系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和模糊控制邏輯芯片的無速度傳感器控制的傳動(dòng)系統(tǒng)。采用專家系統(tǒng)獲得優(yōu)化的實(shí)時(shí)性和系統(tǒng)容錯(cuò)控制。自主學(xué)習(xí)與自適應(yīng)調(diào)節(jié)控制器在傳動(dòng)系統(tǒng)中的應(yīng)用。改善動(dòng)力系統(tǒng)的供電質(zhì)量，柔性交流輸電技術(shù)將得到越來越廣泛的運(yùn)用。當(dāng)前44頁，總共52頁。第一章電力電子技術(shù)的發(fā)展下頁上頁返回1.5電力電子技術(shù)的應(yīng)用

一般工業(yè)：

交直流電機(jī)、電化學(xué)工業(yè)、冶金工業(yè)交通運(yùn)輸：

電氣化鐵道、電動(dòng)汽車、航空、航海電力系統(tǒng)：

高壓直流輸電、柔性交流輸電、無功補(bǔ)償電子裝置電源：

為信息電子裝置提供