電力電子技術(shù)基礎(chǔ)-第1章 緒論

電力電子技術(shù)基礎(chǔ)電力電子技術(shù)哈爾濱理工大學電氣與電子工程學院電力電子技術(shù)課程講座電力電子技術(shù)基礎(chǔ)（264頁）周永勤、李然、于樂、趙鵬舒編著機械工業(yè)出版社2023年8月出版一流本科專業(yè)一流本科課程建設(shè)系列教材新形態(tài)教材電力電子技術(shù)哈爾濱理工大學電氣與電子工程學院電力電子技術(shù)課程講座主要內(nèi)容1

緒論1

電力電子器件2

直流斬波器345

逆變器

整流器6

交交變換器

7

軟開關(guān)

電力電子技術(shù)哈爾濱理工大學電氣與電子工程學院電力電子技術(shù)課程講座1

緒論1.什么是電力電子技術(shù)

2.電力變換的基本原理3.電力電子技術(shù)的發(fā)展歷史4.電力電子技術(shù)的應(yīng)用5.本課程內(nèi)容介紹電力電子技術(shù)哈爾濱理工大學電氣與電子工程學院電力電子技術(shù)課程講座1

緒論11電力電子技術(shù)定義2電力變換的基本原理3電力電子技術(shù)的發(fā)展史4電力電子技術(shù)的應(yīng)用5

本課程內(nèi)容介紹61.1電力電子技術(shù)的定義電力電子技術(shù)（PowerElectronics），出現(xiàn)于20世紀60年代，又名電力電子學或功率電子學。第1章

緒論

1974年，美國學者W.E.Newell認為電力電子學是一門交叉于電氣工程三大學科領(lǐng)域——電力學、電子學和控制理論之間的邊緣學科。

用倒三角描述，如圖所示。71.1電力電子技術(shù)的定義第1章

緒論電子技術(shù)所用器件：

晶體管、場效應(yīng)管、集成電路、微處理器、電感、電容。完成功能：

信號產(chǎn)生、變換、存儲、發(fā)送、接收?；A(chǔ)理論：

電路、磁路、電磁場電力技術(shù)所用設(shè)備：

電機、開關(guān)、變壓器、

電感、電容、輸電線。完成功能：

發(fā)電、輸電、配電、用電?；A(chǔ)理論：

電路、磁路、電磁場電力電子技術(shù)所用器件：

晶體管、場效應(yīng)管、集成電路、微處理器、電感、電容。完成功能：

發(fā)電、輸電、配電、用電中的電能變換與控制?；A(chǔ)理論：

電路、磁路、電磁場

1.1電力電子技術(shù)的定義第1章

緒論從上面的比較可以看出：電力電子技術(shù)與電子技術(shù)密切相關(guān)：都分為器件及應(yīng)用;有相同的理論基礎(chǔ);分析方法也一致。與電力技術(shù)也相關(guān)，是應(yīng)用于電力領(lǐng)域的電子技術(shù)。而且上述功能的實現(xiàn)，都離不開控制，所以與控制理論也相關(guān)?？刂评碚搹V泛用于電力電子技術(shù)，使電力電子裝置的性能滿足各種需求;電力電子技術(shù)可以看成弱電控制強電的接口，控制理論是實現(xiàn)該接口的強有力紐帶。91.1電力電子技術(shù)的定義第1章

緒論電力電子技術(shù)是應(yīng)用于電力領(lǐng)域的電子技術(shù)，是使用器件對電力進行變換和控制的技術(shù)。這個器件指的是功率半導體器件，也稱為電力電子器件。

從工程的對象、內(nèi)容和手段幾方面理解電力電子技術(shù)：

對象：能量中的電能

內(nèi)容：對電能形式的變換和控制

手段：利用電力電子器件（功率半導體器件）問題：為什么要對電能進行變換和控制？101.1電力電子技術(shù)的定義第1章

緒論電力系統(tǒng)的主體：固定頻率50或60Hz的交流電作為主體。為什么采用三相交流電作為電力網(wǎng)的主體？使用電力時固定頻率的交流電未必總是最佳選擇：有利于大功率發(fā)電機的設(shè)計如變頻空調(diào)，需要改變頻率；如各種直流電源，將交流電變成直流電；直接驅(qū)動交流感應(yīng)電動機（工業(yè)傳動的主要形式）所以，需要電能形式之間的變換。111.1電力電子技術(shù)的定義第1章

緒論電力電子技術(shù)是以電力為處理對象的電子技術(shù)，是使用電力電子器件對電能進行變換和控制的技術(shù)。交流電力直流交流變交流直流變直流直流變交流（逆流）交流變直流（整流）電力變換這四類變換器將在后繼章節(jié)中詳細論述，下面簡單介紹電力變換的基本原理。121.2電力變換的基本原理第1章

緒論上述的電力變換中使用的電力電子器件都是工作在開關(guān)狀態(tài)。電力電子器件為什么工作在開關(guān)狀態(tài)？器件開通時，通過的電流i很大，但器件上的電壓u≈0器件斷開時，承受的電壓u很高，但流過的電流i≈0

那么怎么由開關(guān)器件來實現(xiàn)電力變換呢？為了使器件的功率損耗(P=UI)最?。?）AC/DC變換2、電力變換的基本原理下圖是用一個開關(guān)組成的最簡單的變流電路，輸入端接交流電us。在開關(guān)K閉合時，負載電阻R上有電流通過。us正半周，開K關(guān)閉合，電路中有正向電流通過；us負半周，開關(guān)斷開，電路中就沒有電流通過;從而，實現(xiàn)從交流電到直流電的變換，即AC/DC變換。如此重復，負載R上得到單一方向的電流，如圖。2）DC/DC變換2、電力變換的基本原理下圖也是用一個開關(guān)組成的最簡單變流電路，但輸入端接的是直流電us。如果開關(guān)K的導通和關(guān)斷交替進行，則負載R上電壓和電流的波形就是不連續(xù)的矩形波，如下圖所示。

這種以通斷方式調(diào)節(jié)直流電能的過程稱為直流斬波或直流脈寬調(diào)制(PWM)。如果在一個周期T中，改變開關(guān)的通斷時間比，則矩形波的寬度就會變，在負載上的電壓和電流平均值也會變化；從而，實現(xiàn)直流電的調(diào)控，即DC/DC變換。3）DC/AC變換2、電力變換的基本原理

下圖是兩個開關(guān)K1、K2組成的簡單變流電路，輸入端接兩個電壓相同的直流電us。當在K1導通(K2關(guān)斷)時，電阻R上得到正電壓；當K2導通(K1關(guān)斷)時，電阻R上得到負電壓;將直流變換為交流的過程稱為逆變，即DC/AC變換。如此循環(huán)，電阻上便得到正負交替的交流電，如下圖。

如果開關(guān)K1和K2都采取通斷控制，則可以將直流電變?yōu)榻涣麟姟?）AC/AC變換2、電力變換的基本原理下圖也是用兩個開關(guān)組成的簡單變流電路，輸入端接的是交流電us。us正半波，K1不斷地進行通斷控制（K2關(guān)斷）；us負半波，K2不斷地進行通斷控制（K1關(guān)斷）;改變通斷時間比，可以調(diào)節(jié)輸出交流電壓，稱交流調(diào)壓。則負載電阻上得到不連續(xù)的正弦波，如下圖。

如果開關(guān)K1和K2都采取通斷控制，則可以將交流電變?yōu)榻涣麟?，即AC/AC變換。

每個開關(guān)與一個二極管串聯(lián)表示流過開關(guān)的電流方向是單向的。這是因為在實際電路中這兩個開關(guān)采用晶閘管，晶閘管是單向?qū)щ姷摹?.2電力變換的基本原理第1章

緒論開關(guān)的電阻為0，沒有開關(guān)壓降；開關(guān)的動作是無條件限制的;上述討論中的開關(guān)是理想化的：由以上簡單變流電路可以看出，開關(guān)變流就是通過開關(guān)選擇，截取輸人直流電或交流電的片段，重新組合為新的直流電或交流電輸出。開關(guān)通斷瞬時完成，沒有開關(guān)過程;實際應(yīng)用的變流電路較理想電路要復雜；開關(guān)的控制模式也直接影響著變流電路的性能。實際的開關(guān)不是理想開關(guān)：181.3電力電子技術(shù)的發(fā)展史第1章

緒論電力電子技術(shù)誕生的標志是1957年美國通用公司研制出的第一個晶閘管。電力電子技術(shù)是伴隨著電力電子器件的出現(xiàn)和發(fā)展而發(fā)展的。191.3電力電子技術(shù)的發(fā)展史第1章

緒論史前期1904年電子管問世，開啟了電子技術(shù)用于電力領(lǐng)域的先河；20世紀30～50年代，是水銀整流器時代；1947年晶體管誕生，引發(fā)了電子學的第一次革命，產(chǎn)生了半導體固態(tài)電子學這一新興學科。發(fā)展史1957年晶閘管問世，引發(fā)電子學的第二次革命，形成了功率電子學，進入了晶閘管時代；20世紀70～90年代，全控器型件迅速發(fā)展，進入了逆變器時代；20世紀80年代以來，產(chǎn)生了新一代高頻化、全控型的功率集成器件，跨入了現(xiàn)代電力電子技術(shù)時代；2000年代以來，新材料器件迅速發(fā)展。1.3電力電子技術(shù)的發(fā)展史第1章

緒論

幾點說明：一直以來，電力電子器件都是由硅材料制作出來的。隨著硅材料和硅工藝的日趨完善，硅器件的特性已經(jīng)接近硅材料所能達到的理論極限；而電力電子技術(shù)的發(fā)展卻不斷對電力電子器件的性能提出了更高的要求，促進了寬禁帶器件的發(fā)展；電力電子技術(shù)的發(fā)展還與控制技術(shù)的發(fā)展緊密相關(guān)。

因此，伴隨著微電子技術(shù)、控制技術(shù)和電力電子器件制造技術(shù)的發(fā)展，極大地促進電力電子技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用。第1章

緒論1.4電力電子技術(shù)的應(yīng)用第1章

緒論不同類型功率器件適用領(lǐng)域

從圖中可以看出：晶閘管的功率和頻率范圍是1GW*100Hz；IGBT的功率和頻率范圍是10MW*100kHz；MOSFET的功率和頻率范圍10kW*10MHz；SiC的功率和頻率范圍是500kW*10MHz；GaN的功率和頻率范圍是1kW*100MHz。1.4電力電子技術(shù)的應(yīng)用第1章

緒論電力電子技術(shù)在電氣工程中的應(yīng)用。1.4電力電子技術(shù)的應(yīng)用第1章

緒論電力電子技術(shù)在社會生產(chǎn)和生活中的應(yīng)用電力電子技術(shù)的經(jīng)濟意義第1章

緒論節(jié)能

風機、水泵的調(diào)速、照明（取代普通鎮(zhèn)流器）；省材設(shè)備體積、重量減小，使銅、鐵的使用量減少；環(huán)保節(jié)能、省材是環(huán)保的具體表現(xiàn)；提高產(chǎn)品