電力電子第0章-緒論

電力電子技術PowerElectronics緒論什么是電力電子技術電力電子技術與其它學科的關系電力電子技術的發(fā)展和應用課程要求教材內容簡介31.什么是電力電子技術IEEE(InstituteofElectricalandElectronicsEngineers)的電力電子學會對電力電子技術的定義：電力電子技術是一種電能處理技術(ElectricalEnergyProcessing)，即采用功率半導體器件（電力電子器件）和線路對電能進行轉換(conversion)、控制(control)和高效利用(efficientuse)的一門技術。廣泛應用于各種電源系統(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)與應用功率輸出2、與相關學科的關系電力電子學(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進行了描述，被全世界普遍接受；電力電子學電子學電力學控制理論連續(xù)、離散

電路、器件靜止器、旋轉電機描述電力電子學的倒三角形81）RelationshipofPowerElectronics

toElectronics信息電子技術——信息處理電力電子技術——電力變換

模擬電子技術電子技術信息電子技術電力電子技術數(shù)字電子技術5兩大分支電力電子器件電力電子技術的基礎，理論基礎是半導體物理電力電子電路（電力電子器件應用技術）用電力電子器件構成電力變換電路和對其進行控制的技術。電力電子技術的核心，理論基礎是電路理論。62）RelationshipofPowerElectronicstoPower電力電子技術廣泛用于電氣工程中高壓直流輸電靜止無功補償電力機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外均把電力電子技術歸為電氣工程的一個分支電力電子技術是電氣工程學科中最為活躍的一個分支10電力電子應用的轉變近10年來，能源成為當今人類面臨的重大問題，而信息技術發(fā)展最快，電力電子是能源變換與信息控制的結合，是現(xiàn)代能源變換的核心部件和關鍵技術，電力電子得到高度重視和發(fā)展。當前電力電子面臨應用的重大轉變從電氣傳動——拓展到能源各個領域（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)中電力電子技術是弱電控制強電的技術,弱電和強電的接口?？刂评碚撌沁@種接口的有力紐帶113.電力電子技術的發(fā)展及應用

電力電子技術的發(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代水銀（汞?。┱髌鲿r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.電力電子技術的發(fā)展及應用電力拖動系統(tǒng)中的應用直流電機調速、交流電機調速電源裝置：電解、電熱直流電源電機車牽引電源中頻電源不間斷電源UPS

開關電源電力系統(tǒng)：高壓直流輸電、柔性交流輸電、諧波抑制與無功補償、發(fā)電機勵磁裝置、新能源發(fā)電17電力電子能源變換——用電工業(yè)領域大功率電力電子變頻調速已經(jīng)廣泛應用在冶金、煤炭、機械等工業(yè)領域的軋鋼機、礦井提升機、機械加工等機械傳動。電力電子能源變換——用電以燃機驅動的傳統(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動迅速轉變，形成新一代電動汽車、電氣牽引列車、電力推進艦船。電力電子能源變換——新能源發(fā)電新能源——風力發(fā)電、太陽能光伏發(fā)電、生物質發(fā)電等成為當前國內外技術和產(chǎn)業(yè)的熱點，電力電子變換器是新能源發(fā)電的關鍵設備。全國高校電力電子與電力傳動學科95%以上都開始有關新能源發(fā)電中的電力電子技術的應用。風力發(fā)電風力發(fā)電是今年來世界新能源的熱點。2010年全球風電裝機達到194.4GW，年增長22.6%。2010年，我國新增風電裝機18.9GW，總裝機達到44.7GW，居全球第一。2020年將建成7個10GW級風電場。電力電子變換器是風力發(fā)電的關鍵環(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，比以往累計安裝總量還要多。MW級光伏逆變器是研發(fā)熱點。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，對±800kV直流特高壓的投資達2357億元，同時建設±660kV、±400kV、±500kV直流輸電工程，投資規(guī)模達到3312億元。到2020年，中國將建成15個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現(xiàn)。通過大型液流電池（10MW）對風、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。電力電子能源變換——配電電力電子在配電系統(tǒng)中大量應用，當前配電領域研究熱點——電力電子變壓器?！拔磥砼潆娋W(wǎng)”設想——直流供電網(wǎng)+電力電子變化器。電力電子能源變換——電能質量控制電能存在電能質量問題。電網(wǎng)無功沖擊（電爐，軋機）諧波（電力電子應用的負面影響）采用電力電子變換技術解決電能質量控制。無功補償——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，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)計算；掌握變頻電路、斬波電路、調壓電路的工作原理，重點掌握全控型逆變電路的基本原理；掌握PWM控制技術；掌握電力電子電路的仿真方法。5、教材的內容簡介和使用說明1）教材的內容簡介2）教材的使用說明3）參考資料4）課程成績分配1）教材的內容簡介教材的內容可分為三大部分第一部分：電力半導體器件（第1章-----全書的基礎)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（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分配：課內教學學時為42學時，實驗6學時。和其他課程的關系：電路電子技術基礎電力電子技術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》

機械工業(yè)出版社2003；劉志剛《電力電子技術》

清華大學出版社，2004；JaiP.Agrawal，Powerelectronicsystem:Theoryanddesign，

TsinghuaUniversityPresi，2001。3）參考資料JournalsandConferences:中國電機工程學報電工技術學報電力系統(tǒng)及其自動化電力電子技術IEEETransactionsonPowerElectronicsIEEETransactionsonIndustrialElectronicsIEEETransactionsonPowerDeliveryIEEETransactionsonIndustryApplicationAppliedPowerElectronicsConference(APEC)InternationalPowerElectronicsConference(IPEC)PowerElectronicsSpecialistConferece(PESC)4）課程成績分配考試成績：70%實驗成績：20%平時成績：10%MATLAB在電力電子中的應用MATLAB/SIMULINK簡介MATLAB是國際公認的優(yōu)秀科技應用軟件。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的強大計算功能為基礎，以直觀的模型框圖進行仿真和計算。Simulink提供了各種仿真工具，尤其是它不斷擴展的、內容豐富的模塊庫，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，連線及設置參數(shù)，就很容易構建出所需的模型，