電力電子技術(shù)緒論第1頁/共55頁什么是電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)的發(fā)展電力電子技術(shù)的應(yīng)用學習方法介紹第2頁/共55頁什么是電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)的發(fā)展電力電子技術(shù)的應(yīng)用學習方法介紹第3頁/共55頁電力電子技術(shù)的定義IEEEPE分會：有效地利用電力半導(dǎo)體器件，應(yīng)用電路和設(shè)計理論以及分析開發(fā)工具，實現(xiàn)對電能的高效能變換和控制的一門技術(shù)基礎(chǔ)：電力半導(dǎo)體器件手段：電路分析和控制理論對象：電能的變換和控制第4頁/共55頁什么是電力電子學電力電子學(PowerElectronics)名稱60年代出現(xiàn)1974年，美國的W.Newell用圖中的倒三角形對電力電子學進行了描述，被全世界普遍接受第5頁/共55頁電子技術(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)與電子學（信息電子學）的關(guān)系第6頁/共55頁與（信息）電子技術(shù)的關(guān)系都分為器件和電路兩大分支；

電子技術(shù)：電子器件，電子電路電力電子技術(shù)：電力電子器件，電力電子電路器件的材料、工藝基本相同，都采用微電子技術(shù)；電路的理論基礎(chǔ)、分析方法、分析軟件也基本相同；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)。

二者同根同源第7頁/共55頁——信息處理

電力電子技術(shù)——應(yīng)用功率半導(dǎo)體器件，對電能進行變換—包括電壓、電流、頻率和波形等方面的變換，以達到使電能更好的符合各種用電設(shè)備的要求。即應(yīng)用于電力領(lǐng)域的電子技術(shù)與（信息）電子技術(shù)的關(guān)系信息電子技術(shù)——依靠電子器件實現(xiàn)電信號的產(chǎn)生、變換、處理、存儲、發(fā)送和接收?！娏ψ儞Q

第8頁/共55頁電力電子技術(shù)——應(yīng)用于電力領(lǐng)域的電子技術(shù)處理功率：大到數(shù)百MW甚至GW，小到數(shù)W甚至mW級。與電力學（電氣工程）的關(guān)系第9頁/共55頁與電力技術(shù)的關(guān)系

從發(fā)電角度來說，利用電力電子技術(shù)高效產(chǎn)生電能；從用電角度來說，利用電力電子技術(shù)可以進行節(jié)能改造，提高用電效率；從輸、配電角度來說，必須利用電力電子技術(shù)提高輸配電質(zhì)量。第10頁/共55頁與控制理論（自動化技術(shù)）的關(guān)系控制理論廣泛用于電力電子系統(tǒng)中；電力電子技術(shù)是弱電控制強電的技術(shù)，是弱電和強電的接口，控制理論是這種接口的有力紐帶；電力電子裝置是自動化技術(shù)的基礎(chǔ)元件和重要支撐技術(shù)。第11頁/共55頁根本目的：為了更好地使用電能（節(jié)能），并使電能更好地符合各種不同用電設(shè)備的要求，以實現(xiàn)“高效率用電和高品質(zhì)用電”的目標。

根本手段：使用功率半導(dǎo)體器件對電能進行變換具體方法：包括電壓、電流、頻率和波形等方面的變換。電力電子學的本質(zhì)第12頁/共55頁什么是電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)的發(fā)展電力電子技術(shù)的應(yīng)用學習方法介紹第13頁/共55頁電力電子技術(shù)的發(fā)展史是以電力電子器件的發(fā)展史為綱若干階段：不控，半控，電流全控，電壓全控，功率集成電路。電力電子技術(shù)發(fā)展第14頁/共55頁器件發(fā)展★電力電子器件的發(fā)展電子管可控硅大功率IGBT和MOSFET等高壓、大電流、易控制、智能化器件奠立了電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)中應(yīng)用的基礎(chǔ)第15頁/共55頁可控性：半控（可控導(dǎo)通）－－全控（可控導(dǎo)通與關(guān)斷）晶閘管(SCR) GTO,GTR,MOSFET,IGBT,MCT主要種類：

晶閘管系列：SCR,GTO，MCT

功率管系列：GTR，MOSFET，IGBT對于器件——A：理想器件：開關(guān)瞬間完成，正向?qū)▔航禐榱悖P(guān)斷漏電流為零實際器件：總體而言，開關(guān)速度和導(dǎo)通壓降存在矛盾B:以開關(guān)方式工作的電力半導(dǎo)體器件是現(xiàn)代電力電子技術(shù)的基礎(chǔ)和核心。電力半導(dǎo)體器件的發(fā)展第16頁/共55頁晶閘管（SCR）：開關(guān)頻率低，直流輸電等大功率領(lǐng)域，

10000V、6000A大功率晶體管（GTR）：開關(guān)頻率較低，低飽和壓降，幾百千瓦以下，1000A/1200V功率MOSFET：開關(guān)頻率高，可上MHz，高壓器件通態(tài)壓降大，中小功率低壓場合IGBT：開關(guān)頻率較高，一般低于50kHZ，600V~6.5kV,1~3500A，10MW級，將取代GTR、GTO智能化功率器件：powerIC、IPM等，智能化電力半導(dǎo)體器件的發(fā)展第17頁/共55頁汞弧器件到目前的硅半導(dǎo)體器件器件的體積：減小了3到4個數(shù)量級；大功率時的開關(guān)時間：從毫秒級降到了微秒級，低功率時甚至達到了納秒級；工作頻率：從50Hz

增加到兆赫級；變流器的功率水平：從微伏安提高到幾百兆伏安；封裝與制造技術(shù)：從單片微電子芯片制造技術(shù)直至用到高電壓技術(shù)開關(guān)速度，功率不斷提高。電力半導(dǎo)體器件的發(fā)展第18頁/共55頁電力電子技術(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其進行控制的技術(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。第19頁/共55頁電力——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

電能變換技術(shù)介紹充分應(yīng)用器件的性能，實現(xiàn)各種具有優(yōu)良性能的變換電路：軟開關(guān)、新應(yīng)用……第20頁/共55頁電力電子裝置類型電力電子裝置分類（P3）可控整流器把交流電壓變換成固定或可調(diào)的直流電壓；（ACDC）逆變器把直流電變換成頻率固定或可調(diào)的交流電；（DCAC）交流調(diào)壓器把固定或變化的交流電壓變換成可調(diào)或固定的交流電壓；（ACAC）斬波器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；（DCDC）第21頁/共55頁什么是電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)的發(fā)展電力電子技術(shù)的應(yīng)用學習方法介紹第22頁/共55頁3.電力電子技術(shù)的應(yīng)用一般工業(yè)：交直流電機、電化學工業(yè)、冶金工業(yè)交通運輸：電氣化鐵道、電動汽車、航空、航海電力系統(tǒng)：高壓直流輸電、柔性交流輸電、無功補償電子裝置電源：為信息電子裝置提供動力家用電器：“節(jié)能燈”、變頻空調(diào)其他：

UPS、航天飛行器、新能源、發(fā)電裝置應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛，幾乎無所不在功率范圍從數(shù)百MW乃至GW，直到W甚至mW數(shù)量級第23頁/共55頁第24頁/共55頁第25頁/共55頁電動汽車（EV）和混合動力電動汽車（HV）在節(jié)能和減少環(huán)境污染方面起到舉足輕重的作用。電動汽車是電力電子與電力傳動技術(shù)的主要應(yīng)用場合之一，也是目前電力電子與電力傳動技術(shù)研究的一個重要方向。第26頁/共55頁第27頁/共55頁第28頁/共55頁第29頁/共55頁綠色照明工程：發(fā)展節(jié)能光源，節(jié)能電器和節(jié)能燈具，實施節(jié)能照明。電力電子技術(shù)在這個領(lǐng)域的應(yīng)用，對緩解能源壓力和環(huán)境保護有積極作用。如熒光燈的效率大概比普通的白熾燈高2～3倍，采用電子整流器來驅(qū)動熒光燈可以再提高20％的效率。最近發(fā)展起來的固態(tài)照明技術(shù)：高流明發(fā)光二極管（HBLED），廣泛應(yīng)用于交通信號燈。其應(yīng)用需要PFC電源。第30頁/共55頁第31頁/共55頁電力電子在新能源發(fā)電技術(shù)方面的應(yīng)用 風力發(fā)電、光伏發(fā)電、燃料電池用戶電力電子技術(shù)電力電子在新能源中的應(yīng)用第32頁/共55頁第33頁/共55頁第34頁/共55頁第35頁/共55頁第36頁/共55頁第37頁/共55頁第38頁/共55頁電力電子與關(guān)鍵科技能源：能源的產(chǎn)生、傳輸、變換等環(huán)節(jié)環(huán)保：儲能同題、能量轉(zhuǎn)換問題、能量輸配的問題、避免污染的裝置等都與電力電子有很大關(guān)系信息與通信：這是過去10年中發(fā)展最快的產(chǎn)業(yè)，通信電源、手機電源、充電器、計算機電源等生命科學：很多醫(yī)學工程上都用到電力電子，如人工心臟關(guān)鍵部分就有一個開關(guān)電源工業(yè)生產(chǎn)；生產(chǎn)自動化主要靠電力電子來工作交通：在航天、航空、地鐵、電動汽車等方面第39頁/共55頁現(xiàn)代電力電子應(yīng)用電力電子對能源和環(huán)保起著非常重要的作用目前所有的能源中電力方面的能源約占40%，約40%是經(jīng)過電力電子的設(shè)備轉(zhuǎn)換。其中55%以上是用在馬達和馬達控制，20%是用在照明如果采用好的電力電子技術(shù)，至少可節(jié)省約l／3的能源，相當于840個發(fā)電廠發(fā)出的電能第40頁/共55頁現(xiàn)代電力電子應(yīng)用現(xiàn)在發(fā)達國家電能的75%要經(jīng)過電力電子變換或控制后使用，預(yù)計21世紀將達到95%以上目前我國經(jīng)過變換使用的電能僅占30%，遠遠達不到應(yīng)用電力電子技術(shù)才能實現(xiàn)的效果到2010年末，我國發(fā)電裝機總?cè)萘繉⑦_到8.52億千瓦，到2010年我國將有2.6億千瓦電能需要電力電子變換或控制，電力電子技術(shù)在國內(nèi)發(fā)展的潛力十分巨大第41頁/共55頁

電力電子技術(shù)的小結(jié)電力電子技術(shù)的應(yīng)用范圍十分廣泛電力電子技術(shù)對節(jié)省電能有重要意義。特別在大型風機、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)能效果十分顯著在能源危機越來越突出、人類正在尋求新能源的過程中，電力電子技術(shù)的重要性日益突出推廣電力電子技術(shù)，具有廣泛的現(xiàn)實意義和深遠的社會與經(jīng)濟效益第42頁/共55頁現(xiàn)代電力電子技術(shù)發(fā)展目前沒能大量采用最新電力電子技術(shù)的主要原因是成本問題，把成本降低，讓使用普遍，將來對節(jié)約能源、環(huán)保都會有很大貢獻現(xiàn)在我們用的很多東西都不是用最好的電力電子的方法來設(shè)計的：如洗衣機、烘干機、微渡爐、空調(diào)等（定頻到變頻）未來電力電子最大的挑戰(zhàn)是把電力電子設(shè)備做成普遍化、大眾化，將電力電子器件設(shè)計標準化第43頁/共55頁什么是電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)的發(fā)展電力電子技術(shù)的應(yīng)用學習方法介紹第44頁/共55頁教材介紹電力電子技術(shù)

丁道宏主編,修訂版,

航空工業(yè)出版社,1999年

第45頁/共55頁參考教材電力電子技術(shù)

王兆安,黃俊主編,第四版,

機械工業(yè)出版社,2001年

第46頁/共55頁參考教材現(xiàn)代電力電子技術(shù)基礎(chǔ)

趙良炳主編

清華大學出版社,1996年

第47頁/共55頁電力電子學科包含的內(nèi)容主要包括：功率半導(dǎo)體器件、電路拓撲、控制系統(tǒng)仿真、EMI、熱設(shè)計、封裝技術(shù)、無源元件等等第48頁/共55頁學習方法

注意多門專業(yè)課程的相互聯(lián)系以器件、電路、應(yīng)用為主線，加強基礎(chǔ)知識的學習理論聯(lián)系實踐，注重實驗練習掌握學科前沿發(fā)展動向，反映本學科和相鄰學科的新成果、新進展

第49頁/共55頁課程內(nèi)容簡介?

晶閘管(4h)?

可控整流電路(14h)?

有源逆變(4h)

?

功率晶體管和二極管(4h)

?

晶體管功率電路