电力电子技术的发展史与应用(ppt 25页)
电力电子技术概述PPT课件
电力电子技术概述PPT课件•电力电子技术基本概念•电力电子器件•电力电子变换技术•电力电子系统分析与设计•典型应用案例剖析•发展趋势与挑战01电力电子技术基本概念它涉及到电力、电子、控制等多个领域，是现代电力工业的重要组成部分。
电力电子技术的核心是对电能进行高效、可靠、可控的转换，以满足各种用电设备的需求。
电力电子技术是一门研究利用半导体器件对电能进行转换和控制的学科。
电力电子技术定义从早期的整流器、逆变器到现在的高频开关电源、智能电网等，电力电子技术经历了多个发展阶段。
发展历程目前，电力电子技术已经广泛应用于工业、交通、通信、家电等各个领域，成为现代社会不可或缺的一部分。
现状随着新能源、智能电网等技术的不断发展，电力电子技术的应用前景将更加广阔。
未来趋势发展历程及现状工业领域电机驱动、电力系统自动化、工业加热等。
电动汽车、高速铁路、航空航天等。
通信电源、数据中心、云计算等。
变频空调、LED照明、智能家居等。
随着新能源技术的不断发展，电力电子技术在太阳能、风能等领域的应用将更加广泛；同时，智能电网的建设也将为电力电子技术的发展提供新的机遇。
交通领域家电领域前景展望通信领域应用领域与前景02电力电子器件电力二极管（Power Diode）结构简单，工作可靠导通和关断不可控主要用于整流电路晶闸管（Thyristor）四层半导体结构，三个电极导通可控，关断不可控主要用于相控整流电路可关断晶闸管（GTO）通过门极负脉冲可使其关断关断时间较长，需要较大的关断电流主要用于大容量场合电力晶体管（GTR）电流驱动的双极型晶体管导通和关断可控，但驱动电路复杂主要用于中等容量场合电力场效应晶体管（Power MOSFET ）电压驱动的单极型晶体管导通电阻小，开关速度快01主要用于中小容量场合02绝缘栅双极型晶体管（IGBT）03结合了MOSFET和GTR的优点01电压驱动，大电流容量，快速开关02目前应用最广泛的电力电子器件之一03电力电子变换技术整流电路的作用整流电路的分类整流电路的工作原理整流电路的应用将交流电转换为直流电。
电力电子技术在电力系统中的应用PPT幻灯片课件
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3.能源互联网全景展望图
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3.电力电子技术对能源互联网的支撑
电网运行安全关键技术 支撑 建设调相机解决无功与电压问题 支撑 建设抽蓄电站解决有功与频率问题 突破 跨洲际互联的特高压输变电技术 突破 特殊环境下特高压核心装备制造及应用 突破 交流半波长输电技术 突破 适应复杂电网结构和大规模清洁能源接入的先进控制保护技术 突破 风电、光伏等清洁能源发电自同步技术
在中低压电力系统中，电压暂降可引起企业的生产中断、设备损坏和产品报废。 动态电压恢复器（DVR）是一种基于电压源逆变技术的串联型电能质量控制器，可 以动态补偿正序、负序和零序电压，抑制不平衡的电压暂降。目前，采用从电网提 取能量、无串联变压器的多电平逆变器方案是动态电压恢复器的发展方向。
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3.电力电子技术的发展趋势
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3.电力电子技术的发展趋势
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3.电力电子器件的发展趋势
高频化、集成化、标准模块化和智能化是电力电子器件未来的主要发展方向。
（1）随着电力电子技术应用的不断发展，对电力电子器件性能指标和可靠性的 要求也日益苛刻。具体而言，要求电力电子器件具有更大的电流密度、更高的工 作温度、更强的散热能力、更高的工作电压、更低的通态压降、更快的开关时间， 而对于航天和军事应用，还要求有更强的抗辐射能力和抗振动冲击能力。特别是 航天、航空、舰船、输变电、机车、装甲车辆等使用条件恶劣的应用领域，以上 要求更为迫切。
随着电力电子技术的发展，出现了更多应用于增强电网稳定性和电能质量 问题治理的功率变换装置，比如用于输电等级的静止同步补偿器(staticsynchronous-compensator，STATCOM)、统一潮流控制器(unified-power-factorcontroller，UPFC)等。
电力电子技术的发展与应用
电力电子技术的发展与应用电力电子技术是电气工程领域中的一个重要分支，它涉及到电力转换、控制和调节等方面的研究与应用。
随着科技的不断进步和社会的不断发展，电力电子技术在能源转换、电力传输和工业自动化等领域的应用日益广泛，对于提高能源利用效率、改善电力质量和保障电力系统的稳定运行起到了关键作用。
一、电力电子技术的发展历程电力电子技术的发展可以追溯到20世纪60年代，当时主要用于直流输电和高压直流变压器的研究。
随着功率半导体器件的发展，如晶闸管、功率MOSFET和IGBT等，电力电子技术得以迅速发展。
在20世纪80年代，随着功率半导体器件的性能不断提高，电力电子技术逐渐应用于交流输电、电力变换和电机控制等领域。
到了21世纪，随着新型功率半导体器件的出现，如SiC和GaN等，电力电子技术迎来了新的发展机遇。
二、电力电子技术的应用领域1. 可再生能源发电系统随着可再生能源的快速发展，如风能、太阳能和潮汐能等，电力电子技术在可再生能源发电系统中的应用越来越重要。
电力电子技术可以实现可再生能源的高效转换和稳定输出，提高发电系统的可靠性和稳定性。
2. 电力传输与配电系统电力电子技术在电力传输与配电系统中的应用主要包括柔性交流输电、高压直流输电和智能配电网等。
柔性交流输电技术可以提高电力系统的稳定性和可靠性，高压直流输电技术可以实现长距离大容量的电力传输，智能配电网可以实现电力系统的自动化和智能化管理。
3. 电机控制与驱动系统电力电子技术在电机控制与驱动系统中的应用主要包括变频调速技术和电力电子变压器技术等。
变频调速技术可以实现电机转速的无级调节和高效能量转换，提高电机的运行效率和控制精度。
电力电子变压器技术可以实现电力系统的电压和频率调节，提高电力系统的稳定性和可靠性。
三、电力电子技术的未来发展趋势1. 高效能量转换技术随着能源短缺和环境保护的要求，电力电子技术将继续朝着高效能量转换的方向发展。
新型功率半导体器件的应用和拓扑结构的优化将进一步提高电力电子系统的能量转换效率。
《电力电子技术》 ppt课件
《电力电子技术》
电力电子技术
《电力电子技术》
引言 电力电子器件 电力电子电路 脉宽调制（PWM）技术和软开关技术
第2页
电力电子技术
《电力电子技术》
➢ 什么是电力电子技术？ ➢ 电力电子技术的发展史 ➢ 电力电子技术的应用
第3页
电力电子技术
《电力电子技术》
➢ 电子技术: 信息电子技术 电力电子技术
电力电子技术
IGBT的结构（显示图）
– 图a—N沟道VDMOSFET与GTR组合——N沟道IGBT
（N-IGBT）。 – IGBT比VDMOSFET多一层P+注入区，形成了一个大面
积的P+N结J1。 – ——使IGBT导通时由P+注入区向N基区发射少子，从
而对漂移区电导率进行调制，使得IGBT具有很强的通流 能力。 – 简化等效电路表明，IGBT是GTR与MOSFET组成的达林 顿结构，一个由MOSFET驱动的厚基区PNP晶体管。 – RN为晶体管基区内的调制电阻。
第17页
电力电子技术
《电力电子技术》
1.不可控器件——电力二极管
2.半控型器件——晶闸管 3. 典型全控型器件
（1）门极可关断晶闸管 （2）电力晶体管 （3）电力场效应晶体管 （4）绝缘栅双极晶体管
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第18页
电力电子技术
《电力电子技术》
1. IGBT的结构和工作原理
三端器件：栅极G、集电极C和发射极E
➢ 全控型器件（复合型器件）
80年代后期开始，以绝缘栅极双极型晶体管（IGBT）为代 表的全控型器件因驱动功率小、开关速度快、载流能力大等得 到迅猛的发展。
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第10页
电力电子技术
(2024年)电力电子技术完整版全套PPT电子课件
实验报告撰写与答辩
讲解实验报告的撰写要求和答辩技巧 ，提高学生的综合素质和能力。
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电力电子技术应用案例
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新能源发电系统中电力电子技术应用
光伏发电系统
最大功率点跟踪（MPPT ）技术、逆变器并网技术 、孤岛检测与保护技术等 。
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风力发电系统
变桨距控制技术、变速恒 频技术、直驱式永磁风力 发电技术等。
2024/3/26
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可控整流电路分析与应用
可控整流电路原理
可控整流电路通过控制触发角α的大小，实现对输出电压的调 节。
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可控整流电路应用
可控整流电路广泛应用于直流调速、电力拖动、电解、电镀 等领域。
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滤波电路原理与设计方法
滤波电路原理
滤波电路是利用电容、电感等元件对交流电的频率特性进行滤波，从而得到平 滑的直流电的电路。
高性能器件选择
选用高性能的功率器件和驱动电路，提高电路的工作频率和可靠性。例如，选用低导通电阻和低栅极电荷的 MOSFET可以降低电路的导通损耗和开关损耗；选用高耐压和高电流的IGBT可以提高电路的带负载能力等 。
系统优化与热设计
对系统进行全面的优化和热设计，确保电路在高负载、高温等恶劣环境下仍能稳定可靠地工作。例如，采用 合理的散热结构和风扇控制策略可以降低电路的工作温度；采用模块化设计可以提高电路的维修性和可扩展 性等。
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功率场效应晶体管（Power MOSFE…
阐述Power MOSFET和IGBT的结构、特点以及在电力电子电路中的 广泛应用。
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03
整流与滤波技术
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电力电子技术的发展与应用
电力电子技术的发展与应用电力电子技术是指利用电力电子器件和电力电子系统来转换和控制电能的技术。
随着科技的发展和人们对电力需求的不断增长，电力电子技术在能源转换、电力传输、能效提升等方面起着重要的作用。
本文将详细介绍电力电子技术的发展与应用，并分点列出相关步骤。
一、电力电子技术的发展历程1. 从早期的整流器到现代的逆变器- 20世纪初，电力电子技术主要用于电力系统中的整流器，将交流电转换成直流电；- 随着电力电子器件的发展，逆变器成为新的研究方向，可以将直流电转换成交流电。
2. 电力电子器件的发展- 二极管、晶闸管、可控硅等电力电子器件的问世，为电力电子技术的应用提供了重要基础；- 随着半导体材料和工艺的不断改进，新型电力电子器件的性能得到提升，如功率场效应管（IGBT）、金属氧化物半导体场效应管（MOSFET）等。
3. 电力电子系统的发展- 从单个电力电子器件到集成电路的应用，电力电子系统的规模不断扩大；- 电力电子技术在交通运输、工业生产、能源管理等领域得到广泛应用。
二、电力电子技术的应用1. 新能源发电系统- 光伏发电系统：光伏逆变器将光能转换成电能，并通过电网馈送；- 风力发电系统：风力逆变器将风能转换成电能，实现风电接入电网。
2. 电动交通工具- 电动汽车：电力电子技术用于电动汽车的驱动系统，实现电能转化和控制；- 城市轨道交通：地铁、轻轨等城市轨道交通系统中广泛应用电力电子技术。
3. 变频调速控制- 工业生产中的电机控制：电力电子变频器用于控制电机的转速和运行状态，提高能源利用效率和生产效率；- 家电领域：变频空调、洗衣机等家电产品通过电力电子技术实现节能和控制。
4. 电力传输与配电- 高压直流输电技术：通过高压直流逆变器实现交流与直流电能的互相转换；- 电力系统中的谐波控制：电力电子技术用于控制电网中的谐波，确保电力质量。
三、电力电子技术的应用步骤1. 系统需求分析- 根据电力应用的需求，确定需要进行能量转换和控制的电路系统。
电力电子技术的发展史与应用(ppt 25页)
绪－18
3 电力电子技术的应用
6）其他
大型计算机的UPS 新型能源
航天技术
绪－19
3 电力电子技术的应用
总之，电力电子技术的应用范围十分广泛，激发人 们学习、研究电力电子技术并使其飞速发展。 电力电子装置提供给负载的是各种不同的电源，因 此可以说，电力电子技术研究的也就是电源技术。 电力电子技术对节省电能有重要意义。特别在大型 风机、水泵采用变频调速，在使用量十分庞大的照 明电源等方面，因此它也被称为是节能技术。
电子学
电力学
电力 电子学
连续、离散
控制 理论
描述电力电子学的倒三角形
绪－6
1.3 与相关学科的关系
与电子学（信息电子学）的关系 都分为器件和应用两大分支。 器件的材料、工艺基本相同，采用微电子技术。 应用的理论基础、分析方法、分析软件也基本相 同。 信息电子电路的器件可工作在开关状态，也可工 作在放大状态；
电力电子电路的器件一般只工作在开关状态。 二者同根同源。
绪－7
1.3 与相关学科的关系
与电力学（电气工程）的关系 电力电子技术广泛用于电气工程中 高压直流输电 静止无功补偿 电力机车牵引 交直流电力传动 电解、电镀、电加热、高性能交直流电源 国内外均把电力电子技术归为电气工程的一 个分支。 电力电子技术是电气工程学科中最为活跃的 一个分支。
助于把握未来
绪－11
2 电力电子技术的发展史
史前期 （黎明期）
晶体管诞 生
晶闸管问 世，(“公 元元年”)
全控型器件迅 速发展时期
1904
1930
1947 1957 1970 1980 1990 2000 t(年)
电子管 问世
电力电子技术的发展史与应用.pptx
1.2 电力电子技术的发展史
◆晶闸管时代 ☞晶闸管凭借其优越的电气性能和控制性能，很快就取
代了水银整流器和旋转变流机组，并且其应用范围也迅 速扩大。电力电子技术的概念和基础就是由于晶闸管及 晶闸管变流技术的发展而确立的。 ☞晶闸管是通过对门极的控制能够使其导通而不能使其 关断的器件，属于半控型器件。对晶闸管电路的控制方 式主要是相位控制方式，简称相控方式。 ☞晶闸管的关断通常依靠电网电压等外部条件来实现。 这就使得晶闸管的应用受到了很大的局限。
第1章 绪论
1.1 什么是电力电子技术 1.2 电力电子技术的发展史 1.3 电力电子技术的应用 1.4 本教材的内容简介
1.1 什么是电力电子技术
■电力电子技术的概念 ◆电力电子技术就是应用于电力领域的电子技 术。 ☞电力电子技术中所变换的“电力” 有区别 于“电力系统”所指的“电力” ，后者特指电 力网的“电力” 。 ☞电子技术包括信息电子技术(模拟电子技术 和数字电子技术)和电力电子技术两大分支。
11
1.2 电力电子技术的发展史
☞把驱动、控制、保护电路和电力电子器件集成在
一起，构成电力电子集成电路（PIC），这代表了 电力电子技术发展的一个重要方向。电力电子集成 技术包括以PIC为代表的单片集成技术、混合集成 技术以及系统集成技术。
☞随着全控型电力电子器件的不断进步，电力电子
电路的工作频率也不断提高。与此同时，软开关技 术的应用在理论上可以使电力电子器件的开关损耗 降为零，从而提高了电力电子装置的功率密度。
7
1.2 电力电子技术的发展史
■电力电子技术的发展史
图1-3 电力电子技术的发展史
◆一般认为，电力电子技术的诞生是以1957年美国通用 电气公司研制出第一个晶闸管为标志。
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4 教材的内容简介和使用说明 4.1 教材的内容简介 4.2 教材的使用说明
绪－21
4.1 教材的内容简介
《电力电子技术》 教材结构
第一部分 全书的基础
第1章 电力电子器件
第二部分 全书的主体
第3章 直流斩波电路
第5章 逆变电路
第2章 整流电路
第4章 交流控制电路 和交交变频电路
第8章 组合变流电路
电子技术
信息电子技术
电力电子技术
模拟电子技术
数字电子技术
信息电子技术——信息处理 电力电子技术——电力变换
电力电子技术——使用电力电子 器件对电能进行变换和控制的 技术，即 应用于电力领域的电子技术。
绪－4
1.2 两大分支(器件和应用)
电力电子器件制造技术
电力电子技术的基础，理论基础是半导体
物理。 变流技术（电力电子器件应用技术）
5）家用电器
绪－18
3 电力电子技术的应用
6）其他
大型计算机的UPS 新型能源
航天技术
绪－19
3 电力电子技术的应用
总之，电力电子技术的应用范围十分广泛，激发人 们学习、研究电力电子技术并使其飞速发展。 电力电子装置提供给负载的是各种不同的电源，因 此可以说，电力电子技术研究的也就是电源技术。 电力电子技术对节省电能有重要意义。特别在大型 风机、水泵采用变频调速，在使用量十分庞大的照 明电源等方面，因此它也被称为是节能技术。
电力电子电路的器件一般只工作在开关状态。 二者同根同源。
绪－7
1.3 与相关学科的关系
与电力学（电气工程）的关系 电力电子技术广泛用于电气工程中 高压直流输电 静止无功补偿 电力机车牵引 交直流电力传动 电解、电镀、电加热、高性能交直流电源 国内外均把电力电子技术归为电气工程的一 个分支。 电力电子技术是电气工程学科中最为活跃的 一个分支。
电力电子技术的核心，理论基础是电路理论。
电力变换的种类
输出 输入
交流
直流 整流
交流
交流电力控制 变频、变相
直流
直流斩波
逆变
绪－5
1.3 与相关学科的关系
电力电子学 (Power Electronics)名称60年代 出现。
1974年，美国的W. Newell用图1的倒三角形 对电力电子学进行了描 述，被全世界普遍接受。
绪－13
3 电力电子技术的应用
1）一般工业
轧钢机
电解铝
数控机床的应用
2）交通运输
绪－15
3 电力电子技术的应用
3）电力系统
柔性交流输电FACTS
高压直流装置HVDC
SVC
绪－16
3 电力电子技术的应用
4）电子装置用电源
电子装置
程控交换机
微型计算机
绪－17
3 电力电子技术的应用
助于把握未来
绪－11
2 电力电子技术的发展史
史前期 （黎明期）
晶体管诞 生
晶闸管问 世，(“公 元元年”)
全控型器件迅 速发展时期
1904
1930
1947 1957 1970 1980 1990 2000 t(年)
电子管 问世
水银（汞 弧）整流 器时代
晶闸管 时代
IGBT及功率
集成器件出现 和发展时代
计算机
人脑
电力电子技术技术
消化系统和循环系统
电力电子＋运动控制
肌肉和四肢
电力电子技术是电能变换技术,是把粗电变为精电的技术
能源是人类社会的永恒话题，电能是最优质的能源
电力电子技术将青春永驻
绪－10
2 电力电子技术的发展史
历史是人类社会的一面镜子 分析过去、现在有助于把握未
来 科学史是科学家的一面镜子 了解一门学科的过去、现在有
电力电子技术 Power Electronics
绪论 1 什么是电力电子技术 2 电力电子技术的发展史 3 电力电子技术的应用 4 教材内容简介和使用说明
绪－2
1 什么是电力电子技术 1.1 电力电子与信息电子 1.2 两大分支 1.3 与其他学科的关系 1.4 地位和未来
绪－3
1.1 电力电子与信息电子
第三部分 全书的深入
第6章 PWM控制技术
第7章 软开关技术
绪－22
4.2 教材的使用说明
每章的最后有小结，对全章的要点和重点 进行总结。
课时分配：课内教学学时为80学时（包含8 个实验，每个实验2学时）。
和其他课程的关系：
电路 电子技术基础
电力电 子技术
电力拖动自 动控制系统
绪－23
结束语
希望同学们好好学习这门课程
电力电子技术的发展史是以电力电子器件的发展史为纲的。
绪－12
3 电力电子技术的应用
一般工业：
交直流电机、电化学工业、冶金工业
交通运输：
电气化铁道、电动汽车、航空、航海
电力系统：
高压直流输电、柔性交流输电、无功补偿
电子装置电源：
为信息电子装置提供动力
家用电器：
“节能灯”、变频空调
其他：
UPS、 航天飞行器、新能源、发电装置
绪－8
1.3 与相关学科的关系
与控制理论（自动化技术）的关系 控制理论广泛用于电力电子系统中。 电力电子技术是弱电控制强电的技术， 是弱电和强电的接口； 控制理论是这种接口的有力纽带。 电力电子装置是自动化技术的基础元件和 重要支撑技术。
绪－9
1.4 地位和未来
电力电子技术和运动控制一起，和计算机技术共同成 为未来科学技术的两大支柱。
绪－24
不知道自己缺点的人，一辈子都不会想要改善。成功的花，人们只惊慕她现时的明艳！然而当初她的芽儿，浸透了奋斗的泪泉，洒遍了牺牲的血雨。成功的条件在于勇气和 信乃是由健全的思想和健康的体魄而来。成功了自己笑一辈子，不成功被人笑一辈子。成功只有一个理由，失败却有一千种理由。从胜利学得少，从失败学得多。你生而有 前进，形如蝼蚁。你一天的爱心可能带来别人一生的感谢。逆风的方向，更适合飞翔。只有承担起旅途风雨，才能最终守得住彩虹满天只有创造，才是真正的享受，只有拚 活。知识玩转财富。志不立，天下无可成之事。竹笋虽然柔嫩，但它不怕重压，敢于奋斗、敢于冒尖。阻止你前行的，不是人生道路上的一百块石头，而是你鞋子里的那一 爱，不必呼天抢地，只是相顾无言。最值得欣赏的风景，是自己奋斗的足迹。爱的力量大到可以使人忘记一切，却又小到连一粒嫉妒的沙石也不能容纳。生活不可能像你想 不会像你想的那么糟。时间告诉你什么叫衰老，回忆告诉你什么叫幼稚。不要总在过去的回忆里缠绵，昨天的太阳，晒不干今天的衣裳。实现梦想往往是一个艰苦的坚持的 到位，立竿见影。那些成就卓越的人，几乎都在追求梦想的过程中表现出一种顽强的毅力。世界上唯一不变的字就是“变”字。事实胜于雄辩，百闻不如一见。思路决定出 细节决定成败，性格决定命运虽然你的思维相对于宇宙智慧来说只不过是汪洋中的一滴水，但这滴水却凝聚着海洋的全部财富；是质量上的一而非数量上的一；你的思维拥 所有过不去的都会过去，要对时间有耐心。人总会遇到挫折，总会有低潮，会有不被人理解的时候。如果你希望成功，以恒心为良友，以经验为参谋，以小心为兄弟，以希 个人不知道他要驶向哪个码头，那么任何风都不会是顺风。沙漠里的脚印很快就消逝了。一支支奋进歌却在跋涉者的心中长久激荡。上天完全是为了坚强你的意志，才在道 碍。拥有资源不能成功，善用资源才能成功。小成功靠自己，大成功靠团队。炫耀什么，缺少什么；掩饰什么，自卑什么。所谓正常人，只是自我防御比较好的人。真正的 防而又不受害。学习必须如蜜蜂一样，采过许多花，这才能酿出蜜来态度决定高度。外在压力增加时，就应增强内在的动力。我不是富二代，不能拼爹，但为了成功，我可 站在万人中央成为别人的光。人一辈子不长不短，走着走着，就进了坟墓，你是要轰轰烈烈地风光下葬，还是一把骨灰撒向河流山川。严于自律：不能成为自己本身之主人 他周围任何事物的主人。自律是完全拥有自己的内心并将其导向他所希望的目标的惟一正确的途径。生活对于智者永远是一首昂扬的歌，它的主旋律永远是奋斗。眼泪的存 伤不是一场幻觉。要不断提高自身的能力，才能益己及他。有能力办实事才不会毕竟空谈何益。故事的结束总是满载而归，就是金榜题名。一个人失败的最大原因，是对自 的信心，甚至以为自己必将失败无疑。一个人炫耀什么，说明内心缺少什么。一个人只有在全力以赴的时候才能发挥最大的潜能。我们的能力是有限的，有很多东西飘然于 之外。过去再优美，我们不能住进去；现在再艰险，我们也要走过去！即使行动导致错误，却也带来了学习与成长；不行动则是停滞与萎缩。你的所有不甘和怨气来源于你 你可以平凡，但不能平庸。懦弱的人只会裹足不前，莽撞的人只能引为烧身，只有真正勇敢的人才能所向披靡。平凡的脚步也可以走完伟大的行程。平静的湖
电子学
电力学
电力 电子学
连续、离散
控制 理论
描述电力电子学的倒三角形
绪－6
1.3 与相关学科的关系
与电子学（信息电子学）的关系 都分为器件和应用两大分支。 器件的材料、工艺基本相同，采用微电子技术。 应用的理论基础、分析方法、分析软件也基本相 同。 信息电子电路的器件可工作在开关状态，也可工 作在放大状态；