电力电子基础1
电力电子技术 ---1绪论
◆家用电器
☞电力电子照明电源体积小、发光效率高、可节省大 量能源，正在逐步取代传统的白炽灯和日光灯。 ☞空调、电视机、音响设备、家用计算机， 不少洗 衣机、电冰箱、微波炉等电器也应用了电力电子技术。
◆其它
☞航天飞行器中的各种电子仪器需要电源，载人航天 器也离不开各种电源，这些都必需采用电力电子技术。 ☞抽水储能发电站的大型电动机需要用电力电子技术 来起动和调速。超导储能是未来的一种储能方式，它需 要强大的直流电源供电，这也离不开电力电子技术。
4. 电力电子技术的应用
■电力电子技术的应用范围十分广泛。它不仅用于 一般工业，也广泛用于交通运输、电力系统、通信 系统、计算机系统、新能源系统等，在照明、空调 等家用电器及其他领域中也有着广泛的应用。 ◆一般工业 ☞工业中大量应用各种交直流电动机，都是 用电力电子装置进行调速的。 ☞一些对调速性能要求不高的大型鼓风机等 近年来也采用了变频装置，以达到节能的目的。
切换电阻方式 电 车 调 速 方 式 的 发 展
斩波电路方式
逆变电阻方式
◆电力系统
☞据估计，发达国家在用户最终使用的电能中，有60%以 上的电能至少经过一次以上电力电子变流装置的处理。 ☞直流输电在长距离、大容量输电时有很大的优势，其送 电端的整流阀和受电端的逆变阀都采用晶闸管变流装置，而 轻型直流输电则主要采用全控型的IGBT器件。近年发展起来 的柔性交流输电（FACTS）也是依靠电力电子装置才得以实现 的。 ☞晶闸管控制电抗器（TCR）、晶闸管投切电容器（TSC）、 静止无功发生器（SVG）、有源电力滤波器（APF）等电力电 子装置大量用于电力系统的无功补偿或谐波抑制。在配电网 系统，电力电子装置还可用于防止电网瞬时停电、瞬时电压 跌落、闪变等，以进行电能质量控制，改善供电质量。 ☞在变电所中，给操作系统提供可靠的交直流操作电源， 给蓄电池充电等都需要电力电子装置。
第1章 电力电子器件概述(第一部分)(2)
1.1.2 应用电力电子器件的系统组成
1.1.3 电力电子器件的分类 1.1.4 本章内容和学习要点
华东理工大学
1-3
1.1.1 电力电子器件的概念和特征
电力电子器件
1）概念:
电力电子器件（Power Electronic Device）
——可直接用于主电路中，实现电能的变换或控制的电 子器件。
主电路（Main Power Circuit）
和控制电 路中附加 一些电路， 以保证电 力电子器 件和整个 系统正常 可靠运行
V1 L R
V2
主电路
电气隔离 图1-1 电力电子器件在实际应用中的系统组成
华东理工大学
1-7
注重对器件的保护：通常采用吸收（缓冲） 保护电路（ Snubber ）来限制器件的 du/dt 和di/dt，减小由于大电流跃变在引线（寄 生）电感上形成的反电势尖峰，以防器件 过压击穿。 需要驱动与隔离：强、弱电系统之间电气 隔离，不共地，消除相互影响，减小干扰， 提高可靠性。
通态损耗是器件功率损耗的主要成因。 器件开关频率较高时，开关损耗可能成为器件功率损 耗的主要因素。
华东理工大学
1-6
1.1.2 应用电力电子器件系统组成
电力电子系统：由控制电路、驱动电路、保护电路 和以电力电子器件为核心的主电路组成。 在主电路
控 制 控制电路 电 路 检测 电路 保护 电路 驱动 电路
额定电流 —— 在指定的管壳温度和散热条件下， 其允许流过的最大工频正弦半波电流的平均值。 IF(AV)是按照电流的发热效应来定义的，使用时应 按有效值相等的原则来选取电流定额，并应留 有一定的裕量。 在工频正弦半波的情况下：
平均值 IF(AV) 有效值 1.57 IF(AV)
电力电子技术基础 第1章 绪论
4）AC/AC变换
下图也是用两个开关组成的简单变流电路，输入端接的是交流电us。
每个开关与一个二极管串联表示流过开关的电流方向 是单向的。这是因为在实际电路中这两个开关采用晶闸管， 晶闸管是单向导电的。
如果开关K1和K2都采取通断控制，则可以将 交流电变为交流电，即AC/AC变换。
控制理论广泛用于电力电子技术，使电力电子装置的性能满足各种需求; 电力电子技术可以看成弱电控制强电的接口，控制理论是实现该接口的
强有力纽带。
第1章 绪论
1.1电力电子技术的定义
电力电子技术是应用于电力领域的电子技术， 是使用器件对电力进行变换和控制的技术。 这个器件指的是功率半导体器件，也称为电力电子器件。
用倒三角描述，如图所示。
电子学
电路、器 件
电力 电子技术
连续、离散
控制 理论
静止器、旋转电机
电力学
3
第1章 绪论 1.1电力电子技术的定义
电子技术
• 所用器件： 晶体管、场效应管、 集成电路、微处理器 、电感、电容。
• 完成功能： 信号产生、变换、存 储、发送、接收。
• 基础理论： 电路、磁路、电磁场
这四类变换器将在后继章节中详细论述，下面简单介绍电力变换的基本原理8 。
第1章 绪论 1.2电力变换的基本原理
上述的电力变换中使用的电力电子器件都是工作在开关状态。 电力电子器件为什么工作在开关状态？ 为了使器件的功率损耗(P=UI)最小： 器件开通时，通过的电流i很大，但器件上的电压u≈0 器件断开时，承受的电压u很高，但流过的电流i≈0
4
第1章 绪论
1.1电力电子技术的定义
电子学
电力学
电路、器 件
东大14秋学期《电力电子电路Ⅰ》在线作业1 答案
D. IGCT、GTO、TRIAC、IPM
?
正确答案：B
3.三相桥式全控整流电路，电阻性负载，（）是ud波形连续和断续的分界点。
A. 30°
B. 60°
C. 90°
D. 120°
?
正确答案：B
4.自然换流点在相电压波形正半周轮廓线交点的电路是（）。
A.三相零式共阴极组整流电路
B.三相零式共阳极组整流电路
C.三相桥式全控整流电路
D5.单相全波可控整流电路，大电感负载，晶闸管的电流有效值是（）。
A.
A
B.
B
C.
C
D.
D
?
正确答案：D
6. 180°导电型交-直-交电压变频器，任意时刻有（）导通。
A.一只开关管
B.两只开关管
C.三只开关管
D.四只开关管
A.错误
B.正确
?
正确答案：A
2.交流调压电路的主要作用是把一种频率的交流电转化为另一种频率的交流电。
A.错误
B.正确
?
正确答案：A
3.门极可关断晶闸管GTO是电压控制型器件。
A.错误
B.正确
?
正确答案：A
4.电流型交-直-交变频器中间滤波环节采用大电感滤波。
A.错误
B.正确
?
正确答案：B
5.半控桥式晶闸管电路，可以组成反并联可逆电路。
A. 1
B. 2
C. 3
D. 4
?
正确答案：B
10.电压与电流波形相同的是（）。
A.三相半波整流电路，电阻性负载
B.三相半波整流电路，电感性负载
C.单相全控桥式整流电路，电感性负载
电力电子技术(含实验)第1章_绪论
1-4
课程内容简介
1-1 电力电子技术概述
电力电子技术（power electronics）：指利用电力 电子器件对电能进行变换和控制，把从电网获取的“ 粗电”变换成负载所需要的“精电”的技术。
电子技术包括：
信息电子技术 和 电力电子技术。
信息电子技术——模拟电子技术和数字电子技术。
电力电子技术主要用于电力变换，而信息电子技术
电力电子器件
①分立器件
②模块
③IGBT单管
④IGBT模块
电力电子器件的发展趋势
高频化：提高开关频率，降低设备体积，节约资源
模块化：功率部分、控制、驱动、保护集成一体
数字化：数字控制技术广泛应用 绿色化：谐波污染小、功率因数高、电磁辐射小
1-3 电力电子技术应用
电力电子技术广泛用于一般工业、交通运输、 电力系统、不间断电源和开关电源、家用电器、以 及新能源的开发及应用领域。在解决全球能源危机、 资源危机和环境污染方面发挥着重要作用。经过至 少一次电力电子装置处理以后使用的电能所占比例 已经成为一个国家经济发展水平的重要指标。
导通和关断控制的有效信号。
3.电力电子技术的研究分支及特点
研究分支:
电 力 电 子 器 件 （ element) 技 术 、 变 流 技 术 (power conversion)和控制技术（Control)三个分支。 特点:
电力电子器件是整个电力电子技术的基础，电力电子技术 的发展集中体现在电力电子器件的发展上，器件一般均工 作在开关状态，这是重要特征； 变流技术是电力电子技术的主体，控制技术是电力电力电 子技术的灵魂；
５.家用电器
照明在家用电器中有十分突出的地位。由于电力电 子照明电源体积小、发光效率高、可节省大量能源， 通常被称为“节能灯”，正逐步取代传统的白炽灯 和日光灯。
电力电子第1章 习题-带答案
第1章习题
第1部分：填空题
1.电力电子技术是使用__电力电子______器件对电能进行__变换和控制___的技术。
2. 电力电子技术是应用在__电力变换领域______ 的电子技术。
3. 电能变换的含义是在输入与输出之间，将__电压______、_电流_______、__频率______、_相位_______、_相数_______中的一项以上加以改变。
4. 在功率变换电路中，为了尽量提高电能变换的效率，所以器件只能工作在_开关_______状态，这样才能降低___损耗_____。
5. 电力电子技术的研究内容包括两大分支：___电力电子器件制造_____________ 技术和_变流_______技术。
6.半导体变流技术包括用电力电子器件构成___电力变换__________电路和对其进行控制的技术，以及构成_ 电力电子_______装置和__电力电子______系统的技术。
第2部分：简答题
1. 什么是电力电子技术？
答：电力电子技术是应用于电力领域的电子技术，使用电力电子器件对电能进行变换和控制的技术。
2. 电能变换电路的有什么特点？机械式开关为什么不适于做电能变换电路中的开关？
答：电能变换电路在输入与输出之间将电能，电流，频率，相位，相数种的一相加以变换。
电能变换电路中理想开关应满足切换时开关时间为零，使用寿命长，而机械开关不能满足这些要求。
3. 电力电子变换电路包括哪几大类？
答：交流变直流-整流；直流变交流-逆变；直流变支路-斩波；交流变交流-交流调压或者变频。
电子科技大学14秋《电力电子基础(本科)》在线作业1答案
B.电力晶体管
C.二极管
D.绝缘栅双极晶体管
?
正确答案：C
9.电压型逆变电路输出电压为()。
A.正弦波
B.方波
C.恒定高电压
D.恒定低电压
?
正确答案：B
10.将整流变压器的二次绕组移相（）度，可构成串联4重联结电路。
A. 15
B. 20
C. 30
D. 60
?
正确答案：A
二,多选题
A.错误
B.正确
?
正确答案：B
2.换流是电流从一个支路向另一个支路转移的过程，也称换相。
A.错误
B.正确
?
正确答案：B
3.漂移运动是由于自建电场导致的。
A.错误
B.正确
?
正确答案：B
4.电力电子器件阻断时（断态）阻抗很大，接近于断路，电流几乎为零，而管子两端电压恒定为高电位。
A.错误
B.正确
?
正确答案：A
1.电力电子系统由：（）、（）和以电力电子器件为主的（）组成。
A.控制电路
B.驱动电路
C.主电路
D.运算电路
?
正确答案：ABC
2.按照器件内部电子和空穴两种载流子参与导电的情况分为：
A.单极型器件
B.双极型器件
C.三极型器件
D.复合型器件
?
正确答案：ABC
3.额定电压可能是以下值：
A.断态重复峰值电压UDRM
A. 1，1
B. 2，2
C. 1，2
D. 2，1
?
正确答案：B
4.正弦电路中无功功率和有功功率的平方和等于（）的平方。
A.平均功率
B.功率因素
哈工大现代电力电子技术课件1-DC-DC
iL iO
R
L
Ui
D
C
Uo
S 导通
Ui
C
R
Uo
L
iL 0
电感电流： 连续 (CCM-Continuous Current Mode) 临界 断续(DCM-Discontiuous Current Mode) 电压纹波、谐波、内阻 ……
S 阻断
iL 0
C
R
Uo
C
R
Uo
1 电流的不同状态 ★ 电流连续状态： 稳定状态下：
iS ii
S
L
iL iO
R
★ 电流断续状态：
uL
(1-D)T
D对UO的调节规律？
Io I L
t
Ui
D
C
Uo
Ui -UO DT -UO
∆1T ∆2T
Uo D U i D 1 D D I o / 4 I LCM D D2 2 D I o / 4 I LCM
1
Uo 1T ( D 1 ) 2L U iT D 1 2L TU i I LCM 4 I LCM D 1
t
IL
iL ILm uo
I LM
1 (1 D )T U I L 0 uLdt o (1 D)T L L
(1 D )T 2 U o Uo 8 LC
Q
IO
T/2
UO
UO
fC
1 f S 2 LC
2 2
放电
充电
放电
充电
fC U o (1 D) Uo 2 fS
uC
L1 iO D C1 R UO
D C S Ui iS
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电力电子基础Fundamental Power Electronics
第一讲导论
东南大学电气工程学院
周克亮教授
e-mail: ekzhou@
本讲要点
9电力电子技术定义以及特性9电力电子发展回顾
9电力电子技术的应用
9课程总览
9其他内容
电力电子系统
电力电子技术分三层次：电力电子器件Æ变换电路及其控制Æ系统装置。
电力可分为交流和直流两大类，而电力变换器依功能分为四大类：
交流→直流——整流
直流→交流——逆变
直流→直流——斩波
交流→交流——交流调
压、变频
电力电子特性
电力电子器件以开关方式(switching mode)工作，这是和主要以线性放大方式(linear amplifier)工作的稳压等电路的主要不同 功率器件的发展水平是衡量和划分电力电子技术发展程度的主要标尺和标志。
电力电子是“弱电控制强电”，是“弱电和强电的接口(interface)”。
控制技术是电力电子装置的“大脑”。
相关学科
发展回顾
以电力电子器件的发展为划分标志
晶闸管问世(“元年”)
IGBT 及功率集成器件出现和发展时代
晶闸管时代
水银（汞弧）整流器时代
电子管问世
全控型器件迅速发展时期
史前期
1904年19301947195719701980
19902000现在
晶体管诞生
发展趋势
电力电子器件：大容量、高频率、易驱动、低损耗、小体积、模块化、高集成度。
变流技术：精确控制技术(如各种反馈控制等)、调制技术(如脉宽调制技术(PWM)等)、低损耗开关技术(如零电压(ZVS)或零电流(ZCS)开关等)、及相应的新电路拓扑（如谐振电路等）。
电力电子系统：高效化、小型化和智能化。
应用领域及作用
应用领域
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 电源：计算机电源、脉冲电源
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
主要作用：供电、驱动、节能、调节
应用领域及作用
课程鸟瞰
电力电子器件
原理、驱动、保护
电力电子基本电路与控制：变流技术 AC-DC 相控整流
DC-DC 直流斩波
DC-AC 逆变
AC-AC 交交变频
控制技术：PWM技术、谐振软开关技术 电力电子技术应用简介
推荐书目
中文书目：
贺益康等，电力电子技术，科学出版社，2004
王兆安等，电力电子技术，机械工业出版社，2000
徐德鸿等，电力电子技术，科学出版社，2006
陈坚，电力电子学（第2版），高等教育出版社，2004 李先允等，电力电子技术习题集，中国电力出版社，2007 英文书目：
Mohan et al, Power Electronics –Converters, Applications (2nd Edition), and Design, John Wiley & Sons, 1995
Jai P. Agrawai, Power Electronic Systems –Theory and
Design, 清华大学出版社。