電力電子技術(shù)緒論課件

《電力電子技術(shù)》緒論電力電子技術(shù)緒論新本科目錄引言

1.什么是電力電子技術(shù)

2.電力電子技術(shù)的發(fā)展史

3.電力電子技術(shù)的應(yīng)用

2電力電子技術(shù)緒論新本科

引言

什么是電力電子技術(shù)？它的發(fā)展經(jīng)歷了哪些階段？目前主要應(yīng)用在哪些領(lǐng)域？發(fā)展趨勢(shì)■3電力電子技術(shù)緒論新本科

引言

本領(lǐng)域著名專家美國(guó)田納西（Tennessee）大學(xué)教授，諾克斯維爾（Knoxville）電力電子應(yīng)用中心首席科學(xué)家B.K.Bose博士1996年來(lái)我校講學(xué)，并留下了他的一本著作。在這本著作的前言中寫到：中文版序言

正如我們所了解的那樣，當(dāng)我們迎著21世紀(jì)的曙光前進(jìn)之時(shí)．電力電子學(xué)與變頻傳動(dòng)技術(shù)變得越發(fā)重要了。我很樂(lè)意提請(qǐng)諸位注意，在我開始從事我的專業(yè)時(shí)的1958年，當(dāng)時(shí)晶閘管剛剛誕生，這正是現(xiàn)代電力電子時(shí)代的開始。我親眼看到這項(xiàng)技術(shù)從萌芽到成長(zhǎng)為枝繁葉茂大樹的40年的發(fā)展歷程，它在世界范圍的工業(yè)文明發(fā)展中所起的關(guān)鍵作用可能僅次于計(jì)算機(jī)。■4電力電子技術(shù)緒論新本科

引言

我們期待電力電子技術(shù)在未來(lái)的工業(yè)自動(dòng)化、能源領(lǐng)域、交通運(yùn)輸以及公用事業(yè)等方面的應(yīng)用有巨大的發(fā)展。而事實(shí)上，它也將擴(kuò)展到工業(yè)、商業(yè)、民用和軍事系統(tǒng)的各個(gè)方面。從另一個(gè)側(cè)面，即提高用電效率從而有助于環(huán)境污染控制這個(gè)具有廣闊發(fā)展前景的領(lǐng)域來(lái)看，電力電子技術(shù)的重要性也正在日益顯露出來(lái)。作為一項(xiàng)復(fù)雜的多學(xué)科性的技術(shù)領(lǐng)域，電力電子學(xué)正在迅速擴(kuò)展其應(yīng)用的范圍。對(duì)今天從事電力電子技術(shù)應(yīng)用研究的工程師來(lái)說(shuō)，他們必須深入了解電力半導(dǎo)體器件、功率變換器、電機(jī)、電力傳動(dòng)以及先進(jìn)的控制、仿真技術(shù)和數(shù)字信號(hào)處理等技術(shù)。新興的人工智能技術(shù)，諸如專家系統(tǒng)、模糊邏輯和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)也正在踏進(jìn)電力電子學(xué)的前沿，隨著相關(guān)技術(shù)和工藝的進(jìn)步，電力電子工程師們將面臨更加嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。■5電力電子技術(shù)緒論新本科

引言

序言

我們確實(shí)為我們有幸成為電力電子行業(yè)中的一員而感到無(wú)比自豪。我親眼看著這個(gè)學(xué)術(shù)領(lǐng)域像一棵大樹那樣一寸一寸地成長(zhǎng)起來(lái)，從晶閘管發(fā)展到大功率晶體管。到直流傳動(dòng)，到微處理器．到高級(jí)的變換器。到交流傳動(dòng)，到無(wú)速度傳感器控制，到辨識(shí)，到智能控制等等。在我有生之年，我幸運(yùn)地看到現(xiàn)代電力電子技術(shù)從生根到成長(zhǎng)為枝繁葉茂樹木的全過(guò)程。并得到廣泛的承認(rèn)。在2l世紀(jì)，我們將會(huì)看到電力電子學(xué)對(duì)于工業(yè)自動(dòng)化、交通運(yùn)輸、城市供電、節(jié)能、環(huán)境污染控制等方面發(fā)展所產(chǎn)生的巨大推動(dòng)作用。從工業(yè)電子學(xué)誕生之日算起，電力電子學(xué)的發(fā)展已有近100年歷史。要是它再早100年誕生或許就好了。那樣我們就會(huì)感受到它的成熟和廣泛應(yīng)用?！?電力電子技術(shù)緒論新本科

引言

現(xiàn)在讓我做一全面的歷史回顧。眾所周知．世界工業(yè)文明大約起源于200多年前的1785年，那年瓦特發(fā)明了蒸汽機(jī)．這是工業(yè)革命的開始、人力逐漸被機(jī)械動(dòng)力所代替。19世紀(jì)末。內(nèi)燃機(jī)的發(fā)明給了這個(gè)發(fā)展趨勢(shì)以更大的推動(dòng)；也就是在這個(gè)時(shí)期(1888年)，尼·特斯拉發(fā)明了工業(yè)用感應(yīng)電動(dòng)機(jī)。直流電機(jī)和同步電機(jī)也分別在其前后研制出來(lái)。隨著電機(jī)的出現(xiàn)和電力的應(yīng)用．新的電氣化時(shí)代開始了。后來(lái)在l948年。晶體管的發(fā)明(發(fā)明人是Bardeen，Brattain和Shockley)標(biāo)志現(xiàn)代電子時(shí)代的開始。接著半導(dǎo)體電力電子器件、電子計(jì)算機(jī)、機(jī)器人、通訊等現(xiàn)代技術(shù)相繼問(wèn)世。半導(dǎo)體電力電子常被視為第二次電子革命，它的重要意義就在于電力電子學(xué)把機(jī)械時(shí)代、電氣時(shí)代和電子時(shí)代開創(chuàng)的技術(shù)融合在一起。它確實(shí)是一門學(xué)科交叉的技術(shù)?！?電力電子技術(shù)緒論新本科

引言

當(dāng)我們即將跨入21世紀(jì)工業(yè)革命．人類社會(huì)正處在光輝頂峰并收獲著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的各種成果之際。我們必須看到。在魅力和豐碩果實(shí)的背后．還存在人們?cè)馐芸嚯y的陰暗面。具有諷刺意味的是。地球上55億人口中有85％以上的人仍忍受著貧窮、饑餓和病痛的折磨。在少數(shù)人生活富裕而絕大多數(shù)人受苦的情況下。怎能說(shuō)這個(gè)世界是個(gè)幸福、健康的樂(lè)園呢：地球母親的資源看來(lái)還是豐富的。特別是在擁有現(xiàn)代科技的今天更是如此．足以為所有的人們提供良好的生存條件，我呼吁所有電力電子界的同行們．勇敢地前去以無(wú)私、仁慈、同情、憐憫和愛(ài)心來(lái)回報(bào)社會(huì)，這個(gè)社會(huì)為我們的成功而付出的太多太多。讓我們?cè)谌澜珉娏﹄娮邮且患业钠鞄孟氯ネ瓿蛇@個(gè)神圣的使命吧。■8電力電子技術(shù)緒論新本科1.什么是電力電子技術(shù)電子技術(shù):信息電子技術(shù)signalelectronics電力電子技術(shù)powerelectronics信息電子技術(shù)——模擬電子技術(shù)和數(shù)字電子技術(shù)電力電子技術(shù)——應(yīng)用于電力領(lǐng)域的電子技術(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)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1W以下信息電子技術(shù)主要用于信息處理，電力電子技術(shù)主要用于電力變換■9電力電子技術(shù)緒論新本科變流技術(shù)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■電力變換四大類交流變直流、直流變交流、直流變直流和交流變交流進(jìn)行電力變換的技術(shù)稱為變流技術(shù)表0-1電力變換的種類輸入輸出交流直流直流整流直流斬波交流交流電力控制變頻、變相逆變10電力電子技術(shù)緒論新本科電力電子技術(shù)兩個(gè)分支變流技術(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)，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

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■11電力電子技術(shù)緒論新本科“電力電子技術(shù)”和“電力電子學(xué)”電力電子學(xué)(PowerElectronics)名稱60年代出現(xiàn)1974年，美國(guó)的W.Newell用圖0-1的倒三角形對(duì)電力電子學(xué)進(jìn)行了描述，被全世界普遍接受圖0-1描述電力電子學(xué)的倒三角形■“電力電子學(xué)”和“電力電子技術(shù)”分別從學(xué)術(shù)和工程技術(shù)的角度來(lái)稱呼，實(shí)際內(nèi)容沒(méi)有很大不同12電力電子技術(shù)緒論新本科電力電子技術(shù)和電子學(xué)的關(guān)系電子學(xué)——電子器件對(duì)應(yīng)電力電子器件電子電路電力電子電路電力電子器件制造技術(shù)和電子器件制造技術(shù)的理論基礎(chǔ)是一樣的，大多數(shù)工藝也相同現(xiàn)代電力電子器件制造大都使用集成電路制造工藝，采用微電子制造技術(shù)，許多設(shè)備都和微電子器件制造設(shè)備通用，說(shuō)明二者同根同源■13電力電子技術(shù)緒論新本科電力電子技術(shù)和電子學(xué)的關(guān)系器件的工作狀態(tài)信息電子，既可放大，也可開關(guān)電力電子，為避免功率損耗過(guò)大，總在開關(guān)狀態(tài)——電力電子技術(shù)的一個(gè)重要特征

電力電子電路和電子電路許多分析方法一致，僅應(yīng)用目的不同廣義而言，電子電路中的功放和功率輸出也可算做電力電子電路電力電子電路廣泛用于電視機(jī)、計(jì)算機(jī)等電子裝置中，其電源部分都是電力電子電路■14電力電子技術(shù)緒論新本科電力電子技術(shù)與電氣工程的關(guān)系主要關(guān)系：電力電子技術(shù)廣泛用于電氣工程中電力電子裝置廣泛用于高壓直流輸電、靜止無(wú)功補(bǔ)償、電力機(jī)車牽引、交直流電力傳動(dòng)、電解、勵(lì)磁、電加熱、高性能交直流電源等電力系統(tǒng)和電氣工程通常把電力電子技術(shù)歸屬于電氣工程學(xué)科電氣工程學(xué)科中一個(gè)最為活躍的分支，其不斷進(jìn)步給電氣工程的現(xiàn)代化以巨大的推動(dòng)力■15電力電子技術(shù)緒論新本科電力電子技術(shù)與控制理論的關(guān)系控制理論廣泛用于電力電子技術(shù)，使電力電子裝置和系統(tǒng)的性能滿足各種需求電力電子技術(shù)可看成“弱電控制強(qiáng)電”的技術(shù)，是“弱電和強(qiáng)電的接口”，控制理論是實(shí)現(xiàn)該接口的強(qiáng)有力紐帶控制理論和自動(dòng)化技術(shù)密不可分，而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)■16電力電子技術(shù)緒論新本科21世紀(jì)電力電子技術(shù)的前景20世紀(jì)后半葉誕生和發(fā)展的一門嶄新的技術(shù)，21世紀(jì)仍將以迅猛的速度發(fā)展以計(jì)算機(jī)為核心的信息科學(xué)將是21世紀(jì)起主導(dǎo)作用的科學(xué)技術(shù)之一，而電力電子技術(shù)和運(yùn)動(dòng)控制一起，將和計(jì)算機(jī)技術(shù)共同成為未來(lái)科學(xué)技術(shù)的兩大支柱計(jì)算機(jī)的作用比做人腦。電力電子技術(shù)可比做人的消化系統(tǒng)和循環(huán)系統(tǒng)。消化系統(tǒng)對(duì)能量進(jìn)行轉(zhuǎn)換（把電網(wǎng)等的“粗電”變成“精電”），再由循環(huán)系統(tǒng)把轉(zhuǎn)換后的能量傳送到大腦和全身。電力電子技術(shù)連同運(yùn)動(dòng)控制一起，可比做人的肌肉和四肢，使人能夠運(yùn)動(dòng)和從事勞動(dòng)21世紀(jì)中將會(huì)起十分重要的作用，有十分光明的未來(lái)■17電力電子技術(shù)緒論新本科電力電子與其他學(xué)科的關(guān)系■18電力電子技術(shù)緒論新本科2.電力電子技術(shù)的發(fā)展史

電力電子器件的發(fā)展對(duì)電力電子技術(shù)的發(fā)展起著決定性的作用，因此，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。電力電子技術(shù)的誕生1956年美國(guó)的貝爾（Bell）實(shí)驗(yàn)室發(fā)明了晶閘管(Thyristor)，也稱為可控硅（SiliconControlledRectifier）。1957年美國(guó)通用電氣公司研制出第一個(gè)晶閘管■19電力電子技術(shù)緒論新本科電力電子技術(shù)的史前期或黎明期晶閘管出現(xiàn)前的時(shí)期，用于電力變換的電子技術(shù)已經(jīng)存在1904年出現(xiàn)了電子管，能在真空中對(duì)電子流進(jìn)行控制，并應(yīng)用于通信和無(wú)線電，從而開了電子技術(shù)之先河后來(lái)出現(xiàn)了水銀整流器，其性能和晶閘管很相似。在30年代到50年代，是水銀整流器發(fā)展迅速并大量應(yīng)用的時(shí)期。它廣泛用于電化學(xué)工業(yè)、電氣鐵道直流變電所以及軋鋼用直流電動(dòng)機(jī)的傳動(dòng)，甚至用于直流輸電■20電力電子技術(shù)緒論新本科電力電子技術(shù)的史前期或黎明期各種整流電路、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。在晶閘管出現(xiàn)以后的相當(dāng)一段時(shí)期內(nèi)，所使用的電路形式仍然是這些形式交流電變?yōu)橹绷麟姷姆椒ǔy整流器外，還有發(fā)展更早的電動(dòng)機(jī)—直流發(fā)電機(jī)組，即變流機(jī)組。和旋轉(zhuǎn)變流機(jī)組相對(duì)應(yīng)，靜止變流器的稱呼從水銀整流器開始并沿用至今1947年美國(guó)貝爾實(shí)驗(yàn)室發(fā)明晶體管，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■21電力電子技術(shù)緒論新本科晶閘管（1957年開始）晶閘管因電氣性能和控制性能優(yōu)越，很快取代了水銀整流器和旋轉(zhuǎn)變流機(jī)組，且其應(yīng)用范圍也迅速擴(kuò)大。電化學(xué)工業(yè)、鐵道電氣機(jī)車、鋼鐵工業(yè)（軋鋼用電氣傳動(dòng)、感應(yīng)加熱等）、電力工業(yè)（直流輸電、無(wú)功補(bǔ)償?shù)龋┑难杆侔l(fā)展也有力地推動(dòng)了晶閘管的進(jìn)步。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(guò)對(duì)門極的控制能夠使其導(dǎo)通而不能使其關(guān)斷的器件，因而屬于半控型器件對(duì)晶閘管電路的控制方式主要是相位控制方式晶閘管的關(guān)斷通常依靠電網(wǎng)電壓等外部條件來(lái)實(shí)現(xiàn)

■22電力電子技術(shù)緒論新本科全控型器件（70年代后期）70年代后期開始，以GTO、BJT(GTR)、POWERMOSFET為代表的全控型電力半導(dǎo)體器件得到了快速發(fā)展。特點(diǎn)：集成化：所有全控型器件都由許多單元胞（cell）管子并聯(lián)而成。高頻化：開關(guān)速度高于晶閘管，如，GTO工作頻率1~2KHz，BJT2~5KHz，MOSFET數(shù)百KHz，SIT可達(dá)10MHz。全控化：通過(guò)對(duì)門極（柵極、基極）的控制方式既可使器件導(dǎo)通，又可使其關(guān)斷。電路形式弱電化和控制技術(shù)數(shù)字化：可方便的采用PWM控制技術(shù)。■23電力電子技術(shù)緒論新本科復(fù)合型器件和功率集成電路80年代后期開始復(fù)合型器件：以絕緣柵極雙極型晶體管（IGBT）為代表IGBT是MOSFET和BJT的復(fù)合它集MOSFET的驅(qū)動(dòng)功率小、開關(guān)速度快的優(yōu)點(diǎn)和BJT通態(tài)壓降小、載流能力大的優(yōu)點(diǎn)于一身，性能十分優(yōu)越，使之成為現(xiàn)代電力電子技術(shù)的主導(dǎo)器件與IGBT相對(duì)應(yīng)，MOS控制晶閘管（MCT）和集成門極換流晶閘管（IGCT）都是MOSFET和GTO的復(fù)合，它們也綜合了MOSFET和GTO兩種器件的優(yōu)點(diǎn)?！?4電力電子技術(shù)緒論新本科復(fù)合型器件和功率集成電路模塊：為了使電力電子裝置的結(jié)構(gòu)緊湊、體積減小，常常把若干個(gè)電力電子器件及必要的輔助元件做成模塊的形式，這給應(yīng)用帶來(lái)了很大的方便功率集成電路：把驅(qū)動(dòng)、控制、保護(hù)電路和功率器件集成在一起，構(gòu)成功率集成電路（PIC）。目前其功率都還較小，但代

表了電力電子技術(shù)發(fā)展的一個(gè)重要方向電力電子預(yù)制塊：PowerElectronicBuildingBlock.(PEBB)。這是近兩三年來(lái)電力電子技術(shù)領(lǐng)域的一個(gè)前沿研究方向。

■25電力電子技術(shù)緒論新本科變流電路的進(jìn)步DC-DC變換電路的改進(jìn)：DC-DC變換電路—將不可控直流變?yōu)榭煽刂绷?，在開關(guān)型直流電源及直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)中廣泛使用。BUCK、BOOST、BUCK/BOOST、CUK；無(wú)工頻變壓器的直流開關(guān)電源。DC-AC變換電路的改進(jìn)：全控型器件取代半控型器件；PWM逆變器取代六階梯波逆變器。AC-DC變換電路的改進(jìn)：PWM整流器取代相控整流器，提高入端功率因數(shù)，減少電網(wǎng)諧波。AC-AC變換電路的改進(jìn)：矩陣式變頻器軟開關(guān)變換電路的提出：減小開關(guān)損耗，提高開關(guān)頻率，提高功率密度?！?6電力電子技術(shù)緒論新本科電力電子學(xué)發(fā)展歷程中的重要事件1803年整流器的發(fā)明1876年硒整流器的發(fā)明1896年單相橋式整流電路1897年三相橋式整流電路1902年水銀整流器的發(fā)明1903年相控整流器的原理1911年金屬封裝水銀整流器的發(fā)明1922年周波變換器的原理1923年電子閘流管1924年斬波器的原理■27電力電子技術(shù)緒論新本科電力電子學(xué)發(fā)展歷程中的重要事件1925年逆變器換流原理1926年熱陰極電子閘流管1931年鐵路牽引用周波變換器1933年引燃管的發(fā)明1935年高壓直流輸電的實(shí)現(xiàn)1939年電機(jī)驅(qū)動(dòng)概念的引入1942年20MW頻率變換器，25/60Hz1953年鍺功率二極管，100A1954年硅功率二極管1957年半導(dǎo)體閘流管■28電力電子技術(shù)緒論新本科電力電子學(xué)發(fā)展歷程中的重要事件1958年半導(dǎo)體閘流管的商業(yè)化1961年小功率GTO1964年三端雙向可控開關(guān)元件用于直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)1965年光激硅可控整流器1967年用于高壓直流輸電的晶閘管1970年硅雙極型晶體管(BJT)，500V，20A1971年磁場(chǎng)定向原理的發(fā)明（矢量控制）1973年用周波變換器實(shí)現(xiàn)的無(wú)齒輪傳動(dòng)球磨機(jī)1975年巨型晶體管，300V，400A1978年功率場(chǎng)效應(yīng)管，100V，25A

■29電力電子技術(shù)緒論新本科電力電子學(xué)發(fā)展歷程中的重要事件1979年功率場(chǎng)效應(yīng)管采用微處理器實(shí)現(xiàn)矢量控制的晶體管逆變器（LEONHARD）1980年矩陣變換器，光觸發(fā)晶閘管，4kV，1.5kA，開關(guān)磁阻電機(jī)1981年2500V，1000AGTO1982年CUK變換器1983年IGBT的發(fā)明，諧振型DC/DC變換器1986年直流環(huán)節(jié)諧振型變換器,柔性輸電概念的提出1987年雙向PWMRectifier-Inverter1987年場(chǎng)控晶閘管（MCT）直接轉(zhuǎn)矩控制（DTC）1990年“SMART”功率驅(qū)動(dòng)■30電力電子技術(shù)緒論新本科電力電子學(xué)發(fā)展歷程中的重要事件1991年80MVA靜止無(wú)功補(bǔ)償器1992年300MW直流輸電，6kV，2.5kA1993年模糊邏輯，神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)在電力電子與電力傳動(dòng)中的應(yīng)用1994年1MVAIGBT不間斷電源38MVAGTO牽引逆變器400MW變速泵儲(chǔ)能系統(tǒng)1995年3電平GTO/IGBT逆變器在球磨機(jī)傳動(dòng)中的應(yīng)用（15/1.5MVA）1997年IGCT概念的提出和商業(yè)化

ETO/MTO的開發(fā)■31電力電子技術(shù)緒論新本科電力電子學(xué)發(fā)展歷程中的重要事件1998年5MW3電平直接力矩控制變換器1MW50千赫電流型感應(yīng)加熱逆變器1998年300MWGTO高壓輸電變換系統(tǒng)6

.5kV雙向晶閘管（BCT）1999年6

.5kV，600AIGBT模塊在3000V直流系統(tǒng)中替代GTO雙向MOS開關(guān)（MBS）2000年反向阻斷型IGBT

用3電平IGCT逆變器實(shí)現(xiàn)的45MVA動(dòng)態(tài)電壓補(bǔ)償器（DVR)矩陣變換器模塊■32電力電子技術(shù)緒論新本科3.電力電子技術(shù)的應(yīng)用1）一般工業(yè)

直流電動(dòng)機(jī)有良好的調(diào)速性能，給其供電的可控整流電源或直流斬波電源都是電力電子裝置近年來(lái)電力電子變頻技術(shù)的迅速發(fā)展，使交流電機(jī)的調(diào)速性能可與直流電機(jī)媲美，交流調(diào)速技術(shù)大量應(yīng)用并占據(jù)主導(dǎo)地位。幾百W到數(shù)千kW的變頻調(diào)速裝置，軟起動(dòng)裝置等電化學(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(chǎng)合■33電力電子技術(shù)緒論新本科3.電力電子技術(shù)的應(yīng)用

2）交通運(yùn)輸電氣化鐵道中廣泛采用電力電子技術(shù)電氣機(jī)車中的直流機(jī)車中采用整流裝置，交流機(jī)車采用變頻裝置。直流斬波器也廣泛用于鐵道車輛。在未來(lái)的磁懸浮列車中，電力電子技術(shù)更是一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。除牽引電機(jī)傳動(dòng)外，車輛中的各種輔助電源也都離不開電力電子技術(shù)■34電力電子技術(shù)緒論新本科3.電力電子技術(shù)的應(yīng)用電動(dòng)汽車的電機(jī)靠電力電子裝置進(jìn)行電力變換和驅(qū)動(dòng)控制，其蓄電池的充電也離不開電力電子裝置。一臺(tái)高級(jí)汽車中需要許多控制電機(jī)，它們也要靠變頻器和斬波器驅(qū)動(dòng)并控制飛機(jī)、船舶需要很多不同要求的電源，因此航空和航海都離不開電力電子技術(shù)如果把電梯也算做交通運(yùn)輸，那么它也需要電力電子技術(shù)。以前的電梯大都采用直流調(diào)速系統(tǒng)，而近年來(lái)交流變頻調(diào)速已成為主流■35電力電子技術(shù)緒論新本科

3.電力電子技術(shù)的應(yīng)用3）電力系統(tǒng)電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)中有非常廣泛的應(yīng)用。據(jù)估計(jì)，發(fā)達(dá)國(guó)家在用戶最終使用的電能中有60%以上至少經(jīng)過(guò)一次電力電子變流裝置的處理。電力系統(tǒng)在通向現(xiàn)代化的進(jìn)程中，電力電子技術(shù)是關(guān)鍵技術(shù)之一。毫不夸張地說(shuō)，離開電力電子技術(shù)，電力系統(tǒng)的現(xiàn)代化是不可想象的直流輸電在長(zhǎng)距離、大容量輸電時(shí)有很大的優(yōu)勢(shì)，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。近年發(fā)展起來(lái)的柔性交流輸電（FACTS）也是依靠電力電子裝置才得以實(shí)現(xiàn)的■36電力電子技術(shù)緒論新本科

3.電力電子技術(shù)的應(yīng)用

無(wú)功補(bǔ)償和諧波抑制對(duì)電力系統(tǒng)有重要的意義。晶閘管控制電抗器（TCR）、晶閘管投切電容器（TSC）都是重要的無(wú)功補(bǔ)償裝置。近年來(lái)出現(xiàn)的靜止無(wú)功發(fā)生器（SVG）、有源電力濾波器（APF）等新型電力電子裝置具有更為優(yōu)越的無(wú)功功率和諧波補(bǔ)償?shù)男阅堋Ｔ谂潆娋W(wǎng)系統(tǒng)，電力電子裝置還可用于防止電網(wǎng)瞬時(shí)停電、瞬時(shí)電壓跌落、閃變等，以進(jìn)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■37電力電子技術(shù)緒論新本科

3.電力電子技術(shù)的應(yīng)用4）電子裝置用電源

各種電子裝置一般都需要不同電壓等級(jí)的直流電源供電。通信設(shè)備中的程控交換機(jī)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(jì)算機(jī)所需的工作電源、微型計(jì)算機(jī)內(nèi)部的電源現(xiàn)在也都采用高頻開關(guān)電源。在各種電子裝置中，以前大量采用線性穩(wěn)壓電源供電，由于高頻開關(guān)電源體積小、重量輕、效率高，現(xiàn)在已逐漸取代了線性電源。因?yàn)楦鞣N信息技術(shù)裝置都需要電力電子裝置提供電源，所以可以說(shuō)信息電子技術(shù)離不開電力電子技術(shù)?！?8電力電子技術(shù)緒論新本科

3.電力電子技術(shù)的應(yīng)用

5）家用電器照明在家用電器中有十分突出的地位。由于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，通常被稱為“節(jié)能燈”，正逐步取代傳統(tǒng)的白熾燈和日光燈變頻空調(diào)器是家用電器中應(yīng)用電力電子技術(shù)的典型例子之一。電視機(jī)、音響設(shè)備、家用計(jì)算機(jī)等電子設(shè)備的電源部分也都需要電力電子技術(shù)。此外，有些洗衣機(jī)、電冰箱、微波爐等電器也應(yīng)用了電力電子技術(shù)。電力電子技術(shù)廣泛用于家用電器使得它和我們的生活變得十分貼近?！?9電力電子技術(shù)緒論新本科3.電力電子技術(shù)的應(yīng)用6）其他

不間斷電源（UPS）在現(xiàn)代社會(huì)中的作用越來(lái)越重要，用量也越來(lái)越大。目前，UPS在電力電子產(chǎn)品中已占有相當(dāng)大的份額航天飛行器中的各種電子儀器需要電源，載人航天器中為了人的生存和工作，也離不開各種電源，這些都必需采用電力電子技術(shù)■40電力電子技術(shù)緒論新本科

3.電力電子技術(shù)的應(yīng)用傳統(tǒng)的發(fā)電方式是火力發(fā)電、水力發(fā)電以及后來(lái)興起的核能發(fā)電。能源危機(jī)后，各種新能源、可再生能源及新型發(fā)電方式越來(lái)越受到重視。其中太陽(yáng)能發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電的發(fā)展較快，燃料電池更是備受關(guān)注。太陽(yáng)能發(fā)電和風(fēng)力發(fā)電受環(huán)境的制約，發(fā)出的電力質(zhì)量較差，常需要儲(chǔ)能裝置緩沖，需要改善電能質(zhì)量，這就需要電力電子技術(shù)。當(dāng)需要和電力系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)時(shí)，也離不開電力電子技術(shù)。

■41電力電子技術(shù)緒論新本科3.電力電子技術(shù)的應(yīng)用為了合理地利用水力發(fā)電資源，近年來(lái)抽水儲(chǔ)能發(fā)電站受到重視。其中的大型電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)和調(diào)速都需要電力電子技術(shù)。超導(dǎo)儲(chǔ)能是未來(lái)的一種儲(chǔ)能方式，它需要強(qiáng)大的直流電源供電，這也離不開電力電子技術(shù)。核聚變反應(yīng)堆在產(chǎn)生強(qiáng)大磁場(chǎng)和注入能量時(shí)，需要大容量的脈沖電源，這種電源就是電力電子裝置。科學(xué)實(shí)驗(yàn)或某些特殊場(chǎng)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?！?2電力電子技術(shù)緒論新本科

3.電力電子技術(shù)的應(yīng)用

總之，電力電子技術(shù)的應(yīng)用范圍十分廣泛。從人類對(duì)宇宙和大自然的探索，到國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域，再到我們的衣食住行，到處都能感受到電力電子技術(shù)的存在和巨大魅力。這也激發(fā)了一代又一代的學(xué)者和工程技術(shù)人員學(xué)習(xí)、研究電力電子技術(shù)并使其飛速發(fā)展。以前電力電子技術(shù)的應(yīng)用偏重于中、大功率?，F(xiàn)在，在1kW以下，甚至幾十W以下的功率范圍內(nèi)，電力電子技術(shù)的應(yīng)用也越來(lái)越廣，其地位也越來(lái)越重要。這已成為一個(gè)重要的發(fā)展趨勢(shì)，值得引起人們的注意?！?3電力電子技術(shù)緒論新本科

3.電力電子技術(shù)的應(yīng)用

電力電子裝置提供給負(fù)載的是各種不同的直流電源、恒頻交流電源和變頻交流電源，因此也可以說(shuō)，電力電子技術(shù)研究的也就是電源技術(shù)。電力電子技術(shù)對(duì)節(jié)省電能有重要意義。特別在大型風(fēng)機(jī)、水泵采用變頻調(diào)速方面，在使用量十分龐大的照明電源等方面，電力電子技術(shù)的節(jié)能效果十分顯著，因此它也被稱為是節(jié)能技術(shù)。

■44電力電子技術(shù)緒論新本科

4.本教材的內(nèi)容簡(jiǎn)介和使用說(shuō)明

教材內(nèi)容可分為三大部分第一部分：電力電子器件第1章(全書的基礎(chǔ))主要介紹各種電力電子器件的基本結(jié)構(gòu)、工作原理、主要參數(shù)、應(yīng)用特性，以及驅(qū)動(dòng)、緩沖、保護(hù)、串并

聯(lián)等器件應(yīng)用的共性問(wèn)題和基礎(chǔ)性問(wèn)題以器件的應(yīng)用為目的而展開，基本上不涉及器件的制造工藝在各種器件中，晶閘管、

IGBT、電力MOSFET三種應(yīng)用最為廣泛的器件為本書的重點(diǎn)■45電力電子技術(shù)緒論新本科教材內(nèi)容簡(jiǎn)介第二部分：各種電力電子電路第2~5章和第8章(全書的主體)第2~5章是各種基本電路，是按表0-1的分類展開的。第8章是各種基本電路的組合。在內(nèi)容的介紹中，突出共同的分析方法對(duì)理解電路的工作原理十分有益。例如，電力電子電路是非線性的，但當(dāng)電路中各開關(guān)器件通斷狀態(tài)一定時(shí)，又可按線性電路來(lái)分析。這一基本分析方法對(duì)各種電力電子電路都是適用的■46電力電子技術(shù)緒論新本科教材內(nèi)容簡(jiǎn)介第三部分：脈寬調(diào)制（PWM）技術(shù)和軟開關(guān)技術(shù)

第6、7兩章PWM控制技術(shù)中沒(méi)有新的電路拓?fù)涑霈F(xiàn)，但由于采用了這一新的控制方法，使電力電子電路的性能有了很大的改善，一些以前難以實(shí)現(xiàn)的控制策略借助這一技術(shù)而得以實(shí)現(xiàn)PWM控制方法對(duì)電力電子技術(shù)的發(fā)展產(chǎn)生了深刻的影響，它適用于表0-1中所列的各種電力變換電路軟開關(guān)技術(shù)是近年出現(xiàn)的一種新技術(shù)，它對(duì)提高工作頻率，提高功率密度，提高效率都有重要意義