電力電子第0章-緒論

電力電子技術(shù)PowerElectronics緒論什么是電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)與其它學(xué)科的關(guān)系電力電子技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用課程要求教材內(nèi)容簡介31.什么是電力電子技術(shù)IEEE(InstituteofElectricalandElectronicsEngineers)的電力電子學(xué)會對電力電子技術(shù)的定義：電力電子技術(shù)是一種電能處理技術(shù)(ElectricalEnergyProcessing)，即采用功率半導(dǎo)體器件（電力電子器件）和線路對電能進(jìn)行轉(zhuǎn)換(conversion)、控制(control)和高效利用(efficientuse)的一門技術(shù)。廣泛應(yīng)用于各種電源系統(tǒng)、電氣傳動自動化系統(tǒng)及電力系統(tǒng)等工業(yè)生產(chǎn)和民用部門。4500WDC-DC變換器方法1方法2方法3的原理圖變換器的輸出電壓波形方法3具有低通濾波器變換器的原理圖主要研究內(nèi)容（PowerElectronicscontents)1)

電力電子器件

PowerSemiconductorDevices2)電力電子電路

PowerElectronicscircuits3)電力電子裝置

PowerElectronicsEquipments電力電子器件不可控：

PowerDiodes半控型：

Thyristors(Silicon-ControlledRectifier)全控型：

PowerBipolarJunctionTransistors(BJT)GateTurnOffThyristors(GTO)Powermetal-Oxide-SemiconductorFieldEffectTransistors(MOSFET)InsulatedGateBipolarJunctionTransistors(IGBT)電力電子電路InputOutput名稱ACDCRectifierDCACInverterACACACvoltagecontroller

(頻率不變)ACACCycloconverter

(頻率變化）DCDCDCchopper電力電子裝置系統(tǒng)與應(yīng)用功率輸出2、與相關(guān)學(xué)科的關(guān)系電力電子學(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)描述電力電子學(xué)的倒三角形81）RelationshipofPowerElectronics

toElectronics信息電子技術(shù)——信息處理電力電子技術(shù)——電力變換

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)5兩大分支電力電子器件電力電子技術(shù)的基礎(chǔ)，理論基礎(chǔ)是半導(dǎo)體物理電力電子電路（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其進(jìn)行控制的技術(shù)。電力電子技術(shù)的核心，理論基礎(chǔ)是電路理論。62）RelationshipofPowerElectronicstoPower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10電力電子應(yīng)用的轉(zhuǎn)變近10年來，能源成為當(dāng)今人類面臨的重大問題，而信息技術(shù)發(fā)展最快，電力電子是能源變換與信息控制的結(jié)合，是現(xiàn)代能源變換的核心部件和關(guān)鍵技術(shù)，電力電子得到高度重視和發(fā)展。當(dāng)前電力電子面臨應(yīng)用的重大轉(zhuǎn)變從電氣傳動——拓展到能源各個(gè)領(lǐng)域（新能源、發(fā)電、輸電、用電、節(jié)能等）3）RelationshipofPowerElectronicstoControl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),弱電和強(qiáng)電的接口?？刂评碚撌沁@種接口的有力紐帶113.電力電子技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用

電力電子技術(shù)的發(fā)展史是以電力電子器件的發(fā)展史為綱的晶閘管問世，(公元元年)

IGBT出現(xiàn)功率集成器件晶閘管時(shí)代水銀（汞?。┱髌鲿r(shí)代電子管問世全控型器件迅速發(fā)展史前期（黎明期）19041930194719571970198019902000t(年)晶體管誕生153.電力電子技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用電力拖動系統(tǒng)中的應(yīng)用直流電機(jī)調(diào)速、交流電機(jī)調(diào)速電源裝置：電解、電熱直流電源電機(jī)車牽引電源中頻電源不間斷電源UPS

開關(guān)電源電力系統(tǒng)：高壓直流輸電、柔性交流輸電、諧波抑制與無功補(bǔ)償、發(fā)電機(jī)勵磁裝置、新能源發(fā)電17電力電子能源變換——用電工業(yè)領(lǐng)域大功率電力電子變頻調(diào)速已經(jīng)廣泛應(yīng)用在冶金、煤炭、機(jī)械等工業(yè)領(lǐng)域的軋鋼機(jī)、礦井提升機(jī)、機(jī)械加工等機(jī)械傳動。電力電子能源變換——用電以燃機(jī)驅(qū)動的傳統(tǒng)交通，汽車、軌道列車、艦船正在向以電力電子變頻為核心的電力驅(qū)動迅速轉(zhuǎn)變，形成新一代電動汽車、電氣牽引列車、電力推進(jìn)艦船。電力電子能源變換——新能源發(fā)電新能源——風(fēng)力發(fā)電、太陽能光伏發(fā)電、生物質(zhì)發(fā)電等成為當(dāng)前國內(nèi)外技術(shù)和產(chǎn)業(yè)的熱點(diǎn)，電力電子變換器是新能源發(fā)電的關(guān)鍵設(shè)備。全國高校電力電子與電力傳動學(xué)科95%以上都開始有關(guān)新能源發(fā)電中的電力電子技術(shù)的應(yīng)用。風(fēng)力發(fā)電風(fēng)力發(fā)電是今年來世界新能源的熱點(diǎn)。2010年全球風(fēng)電裝機(jī)達(dá)到194.4GW，年增長22.6%。2010年，我國新增風(fēng)電裝機(jī)18.9GW，總裝機(jī)達(dá)到44.7GW，居全球第一。2020年將建成7個(gè)10GW級風(fēng)電場。電力電子變換器是風(fēng)力發(fā)電的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，電能需要通過電力電子逆變器輸送到電網(wǎng)。太陽能發(fā)電2009年全球新裝置的太陽能發(fā)電容量為7.2GW，2009年中國光伏安裝總量160MW，是上一年的4倍，比以往累計(jì)安裝總量還要多。MW級光伏逆變器是研發(fā)熱點(diǎn)。電力電子能源變換——電能輸送國家已啟動“十二五”特高壓直流輸電的建設(shè)，對±800kV直流特高壓的投資達(dá)2357億元，同時(shí)建設(shè)±660kV、±400kV、±500kV直流輸電工程，投資規(guī)模達(dá)到3312億元。到2020年，中國將建成15個(gè)特高壓直流輸電工程，成為世界擁有直流輸電工程數(shù)量最多、輸送線路最長、容量最大的國家。直流輸電采用5-6英寸的大功率高壓晶閘管閥組，變流器容量數(shù)千MW。電力電子變換——電能存儲新能源的電能存儲是重大的科研難題。各類電池（鉛酸電池、鋰電池、液流電池）充電和發(fā)電需要通過電力電子變換器實(shí)現(xiàn)。通過大型液流電池（10MW）對風(fēng)、光電能的存儲，解決新能源的連續(xù)供電。國家將在主要大中城市電動汽車充電樁等智能充換電網(wǎng)絡(luò)。電力電子能源變換——配電電力電子在配電系統(tǒng)中大量應(yīng)用，當(dāng)前配電領(lǐng)域研究熱點(diǎn)——電力電子變壓器。“未來配電網(wǎng)”設(shè)想——直流供電網(wǎng)+電力電子變化器。電力電子能源變換——電能質(zhì)量控制電能存在電能質(zhì)量問題。電網(wǎng)無功沖擊（電爐，軋機(jī)）諧波（電力電子應(yīng)用的負(fù)面影響）采用電力電子變換技術(shù)解決電能質(zhì)量控制。無功補(bǔ)償——SVC（晶閘管閥組，10-500MVA）有源濾波——STATCOM（采用IGBT/IGCT）4、課程要求熟悉晶閘管和全控器件的工作特點(diǎn)，能夠正確選擇電力電子器件；熟悉和掌握可控整流電路、逆變電路的基本原理及參數(shù)計(jì)算；掌握變頻電路、斬波電路、調(diào)壓電路的工作原理，重點(diǎn)掌握全控型逆變電路的基本原理；掌握PWM控制技術(shù)；掌握電力電子電路的仿真方法。5、教材的內(nèi)容簡介和使用說明1）教材的內(nèi)容簡介2）教材的使用說明3）參考資料4）課程成績分配1）教材的內(nèi)容簡介教材的內(nèi)容可分為三大部分第一部分：電力半導(dǎo)體器件（第1章-----全書的基礎(chǔ))第二部分：各種電力電子電路（第2~5、8章-----全書的主體)第三部分：控制技術(shù)（第6、7章-----電力電子裝置的控制方法）272）教材的使用說明課時(shí)分配：課內(nèi)教學(xué)學(xué)時(shí)為42學(xué)時(shí)，實(shí)驗(yàn)6學(xué)時(shí)。和其他課程的關(guān)系：電路電子技術(shù)基礎(chǔ)電力電子技術(shù)電力拖動自動控制系統(tǒng)283）參考資料王兆安，黃俊《電力電子技術(shù)》

機(jī)械工業(yè)出版社2003；劉志剛《電力電子技術(shù)》

清華大學(xué)出版社，2004；JaiP.Agrawal，Powerelectronicsystem:Theoryanddesign，

TsinghuaUniversityPresi，2001。3）參考資料JournalsandConferences:中國電機(jī)工程學(xué)報(bào)電工技術(shù)學(xué)報(bào)電力系統(tǒng)及其自動化電力電子技術(shù)IEEETransactionsonPowerElectronicsIEEETransactionsonIndustrialElectronicsIEEETransactionsonPowerDeliveryIEEETransactionsonIndustryApplicationAppliedPowerElectronicsConference(APEC)InternationalPowerElectronicsConference(IPEC)PowerElectronicsSpecialistConferece(PESC)4）課程成績分配考試成績：70%實(shí)驗(yàn)成績：20%平時(shí)成績：10%MATLAB在電力電子中的應(yīng)用MATLAB/SIMULINK簡介MATLAB是國際公認(rèn)的優(yōu)秀科技應(yīng)用軟件。1993年出現(xiàn)了SIMULINK,這是基于框圖的仿真平臺，SIMULINK掛接在MATLAB環(huán)境上，以MATLAB的強(qiáng)大計(jì)算功能為基礎(chǔ)，以直觀的模型框圖進(jìn)行仿真和計(jì)算。Simulink提供了各種仿真工具，尤其是它不斷擴(kuò)展的、內(nèi)容豐富的模塊庫，為系統(tǒng)的仿真提供了極大的便利。在MATLAB的Simulink平臺上，用戶只要將所需的功能模塊從工具箱中拖曳入工作窗口，連線及設(shè)置參數(shù)，就很容易構(gòu)建出所需的模型，