-1-《電力電子技術(shù)》教案.第一章電力電子技術(shù)概述電力電子技術(shù)是20世紀(jì)后半葉發(fā)展起來的一門高新技術(shù)，它涉及電能的轉(zhuǎn)換、控制和調(diào)節(jié)。隨著社會經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，電力電子技術(shù)在工業(yè)、交通、家電、通信等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，極大地推動了現(xiàn)代化社會的進(jìn)步。電力電子技術(shù)主要包括電力電子器件、電力電子電路和電力電子系統(tǒng)三部分。電力電子器件是電力電子技術(shù)的核心，主要包括二極管、晶閘管、功率MOSFET、絕緣柵雙極型晶體管（IGBT）等。這些器件具有體積小、重量輕、開關(guān)速度快、效率高等優(yōu)點(diǎn)，使得電力電子技術(shù)在能源轉(zhuǎn)換和利用方面具有顯著優(yōu)勢。電力電子技術(shù)的核心是電力電子器件，其性能的優(yōu)劣直接影響到整個電力電子系統(tǒng)的性能。例如，IGBT作為一種高頻、大功率、高可靠性的電力電子器件，已被廣泛應(yīng)用于變頻調(diào)速、電力系統(tǒng)保護(hù)、新能源發(fā)電等領(lǐng)域。據(jù)統(tǒng)計(jì)，全球IGBT市場規(guī)模在2019年達(dá)到了約50億美元，預(yù)計(jì)到2025年將超過100億美元。在電力電子電路方面，電力電子技術(shù)通過開關(guān)器件和電路元件的組合，實(shí)現(xiàn)了電能的高效轉(zhuǎn)換和控制。例如，在電動汽車的驅(qū)動系統(tǒng)中，電力電子電路將電池的直流電轉(zhuǎn)換為交流電，驅(qū)動電動機(jī)旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)車輛的加速、減速和制動。電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用日益廣泛，不僅提高了電力系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性，還實(shí)現(xiàn)了能源的高效利用和環(huán)境保護(hù)。以風(fēng)力發(fā)電為例，風(fēng)力發(fā)電機(jī)通過風(fēng)力驅(qū)動葉片旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生交流電，再通過電力電子變流器將交流電轉(zhuǎn)換為直流電，然后通過逆變器將直流電轉(zhuǎn)換為交流電，實(shí)現(xiàn)與電網(wǎng)的并網(wǎng)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，全球風(fēng)力發(fā)電裝機(jī)容量在2019年達(dá)到了約650GW，預(yù)計(jì)到2025年將超過900GW。電力電子技術(shù)在新能源發(fā)電、智能電網(wǎng)、電動汽車等領(lǐng)域的發(fā)展，將有助于推動全球能源結(jié)構(gòu)的優(yōu)化和可持續(xù)發(fā)展。第二章電力電子器件(1)電力電子器件是電力電子技術(shù)的基礎(chǔ)，主要包括二極管、晶閘管、MOSFET、IGBT等。這些器件在電力電子系統(tǒng)中起著至關(guān)重要的作用，能夠?qū)崿F(xiàn)電能的高效轉(zhuǎn)換和控制。例如，MOSFET以其高開關(guān)速度和低導(dǎo)通電阻而廣泛應(yīng)用于變頻調(diào)速、通信等領(lǐng)域。據(jù)市場調(diào)研數(shù)據(jù)顯示，全球MOSFET市場規(guī)模在2018年達(dá)到了約100億美元，預(yù)計(jì)到2023年將增長至150億美元。(2)晶閘管（Thyristor）是電力電子器件中的一種重要類型，它具有可控導(dǎo)通特性，廣泛應(yīng)用于電力系統(tǒng)的開關(guān)、調(diào)節(jié)和保護(hù)。晶閘管的出現(xiàn)，使得電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用得到了極大的擴(kuò)展。例如，晶閘管在變頻調(diào)速中的應(yīng)用，使得電動機(jī)的運(yùn)行效率得到了顯著提高。據(jù)統(tǒng)計(jì)，全球晶閘管市場規(guī)模在2019年約為50億美元，預(yù)計(jì)到2024年將增長至70億美元。(3)IGBT（絕緣柵雙極型晶體管）是電力電子器件中的一種高性能器件，它結(jié)合了MOSFET的高開關(guān)速度和晶閘管的大電流承載能力。IGBT在電力電子系統(tǒng)中具有廣泛的應(yīng)用，如新能源發(fā)電、電動汽車驅(qū)動、工業(yè)自動化等。據(jù)市場研究數(shù)據(jù)顯示，全球IGBT市場規(guī)模在2018年約為40億美元，預(yù)計(jì)到2023年將增長至60億美元。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，IGBT的性能和可靠性將進(jìn)一步提高，為電力電子技術(shù)的發(fā)展提供有力支持。第三章電力電子電路(1)電力電子電路是電力電子技術(shù)的重要組成部分，主要包括逆變器、斬波器、整流器、變頻器等。逆變器是將直流電轉(zhuǎn)換為交流電的電路，廣泛應(yīng)用于太陽能光伏發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電等領(lǐng)域。例如，在光伏發(fā)電系統(tǒng)中，逆變器將光伏電池板產(chǎn)生的直流電轉(zhuǎn)換為可供家用或并網(wǎng)的交流電。(2)斬波器是一種可控的開關(guān)電路，它能夠調(diào)節(jié)負(fù)載兩端電壓或電流的大小。斬波器在變頻調(diào)速、電機(jī)控制等領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用。通過改變斬波器的開關(guān)頻率和占空比，可以實(shí)現(xiàn)電機(jī)平滑的加速和減速。據(jù)統(tǒng)計(jì)，全球變頻調(diào)速市場規(guī)模在2018年達(dá)到了約300億美元，預(yù)計(jì)到2024年將增長至500億美元。(3)整流器是將交流電轉(zhuǎn)換為直流電的電路，它是許多電力電子應(yīng)用的基礎(chǔ)。整流器有全波整流和半波整流之分，全波整流器的效率更高。在電力電子技術(shù)中，整流器廣泛應(yīng)用于充電器、UPS不間斷電源、直流電動機(jī)控制等。例如，手機(jī)充電器中的整流電路，將交流電源轉(zhuǎn)換為穩(wěn)定的直流電源為手機(jī)充電。第四章電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用(1)電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用日益廣泛，其中最重要的應(yīng)用之一是電能的質(zhì)量控制和調(diào)節(jié)。例如，電力電子變流器可以用于調(diào)節(jié)電壓和頻率，確保電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。在電網(wǎng)中，變流器能夠?qū)崿F(xiàn)電力電子設(shè)備與電網(wǎng)的平滑接入，提高電網(wǎng)的供電質(zhì)量。據(jù)統(tǒng)計(jì)，全球電力電子變流器市場規(guī)模在2019年約為100億美元，預(yù)計(jì)到2025年將增長至150億美元。(2)電力電子技術(shù)在新能源發(fā)電領(lǐng)域扮演著關(guān)鍵角色。太陽能光伏發(fā)電和風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中的逆變器將直流電轉(zhuǎn)換為交流電，并實(shí)現(xiàn)與電網(wǎng)的并網(wǎng)。這些逆變器不僅提高了新能源發(fā)電的效率，還通過電力電子技術(shù)實(shí)現(xiàn)了發(fā)電系統(tǒng)的智能化控制。例如，全球光伏逆變器市場規(guī)模在2018年約為50億美元，預(yù)計(jì)到2023年將增長至70億美元。(3)在智能電網(wǎng)的建設(shè)中，電力電子技術(shù)同樣發(fā)揮著重要作用。通過電力電子設(shè)備，可以實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)的分布式發(fā)電、智能調(diào)度和需求響應(yīng)。例如，智能電網(wǎng)中的儲能系