电力电子技术基础课
《电力电子技术基础》课程复习(打印版)_图文
第7章 PWM控制技术 PWM控制技术河南科大自动化系多媒体教案（WSBU2.0 版）河南科大自动化系多媒体教案（WSBU2.0版）第7章 PWM控制技术 PWM控制技术河南科大自动化系多媒体教案（WSBU2.0 版）河南科大自动化系多媒体教案（WSBU2.0版） 7.3 PWM跟踪控制技术滞环比较方式跟踪控制方法: 跟踪控制方法: 不是用信号波对载波进行调制，而是把希望输出的波形作为指令信号，把实际波形作为反馈信号，通过“ 两者的瞬时值比较”来决定逆变电路开关器件的通断，使实际的输出跟踪指令信号变化。
滞环环宽电抗器L的作用图7-22 采用滞环比较方式电流跟踪控制图7-23 滞环比较方式的指令电流和输出电流常用的（跟踪）比较方式：滞环比较方式、三角波比较方式。
1基本原理 2参数影响①L的影响： L大时，i的变化率小，跟踪慢; L小时，i的变化率大，开关频率过高; ②环宽的影响环宽过宽时：开关频率低,跟踪误差大；环宽过窄时：跟踪误差小,但开关频率过高(损耗大电流跟踪控制应用最多。
第7章 PWM控制技术 PWM控制技术河南科大自动化系多媒体教案（WSBU2.0 版）河南科大自动化系多媒体教案（WSBU2.0版）第7章 PWM控制技术 PWM 控制技术河南科大自动化系多媒体教案（WSBU2.0 版）河南科大自动化系多媒体教案（WSBU2.0版）三角波比较方式基本原理• 先把i*U、i*V和i*W和实际电流iU、iV、iW进行比较，求出偏差, 通过放大器A放大后, 再去和三角波进行比较，产生PWM波形。
第9章电力电子器件应用的共性问题驱动电路的基本任务：——将控制信号转换为电力电子器件的“开通”或“关断”信号。
• 对半控型器件: 只需提供开通控制信号。
• 对全控型器件: 既要提供开通控制信号, 又要关断控制信号。
驱动电路（的作用）？①主电路与控制电路之间的接口。
是电力电子装置的重要环节，对整个装置的性能有很大的影响。
《电力电子技术基础》课程复习(打印版)
1) 电流驱动型 2) 电压驱动型
通过从控制端注入或抽出电流，来实现开通、 关断控制。GTR、GTO
仅通过在控制端和公共端之间施加一定的电 压信号，就可实现导通或者关断的控制， IGBT，MOSFET。
3、按器件内部参与导电的载流子情况
1) 单极型器件 2) 双极型器件 3) 复合型器件
由一种载流子参与导电的器件，如MOSFET 由电子和空穴两种载流子参与导电，如：GTR 由单极型器件和双极型器件集成混合成，IGBT
尾部
时间
时间
O
¾ 关断过程（与晶闸管不同） ①储存时间ts: 抽取饱和导通时储
存的大量载流子，退出饱和。
②下降时间tf: 双晶体管已退至放
大区，阳极电流逐渐减小。
③尾部时间tt: 残存载流子复合。
t
iA
IA 90% IA
td tr
储存 时间
ts tf
tt
10% IA
0t t
t
0
1
2
t t tt
3
4
5
电压和电 流决定的。
4
《电力电子技术基础》课程复习
河南科技大学《电力电子技术》课件
第1章 绪论
1.1 什么是电力电子技术
一、电力电子技术的定义
信息电子技术
用于信息处理; 器件一般工作于放大状态，也可开关状态。
电力电子技术
主要用于电力(电能)变换; 器件处于开关状态。
• 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。
5
《电力电子技术基础》课程复习
河南科技大学《电力电子技术》课件
第2章 电力电子器件
2.1 电力电子器件概述
电力电子技术基础课件：逆变电路
V2
VD1 VD2 VD1 VD2
逆变电路
4.2.1 单相电压型逆变电路
1）半桥逆变电路
t3-t4:t3时刻电流过零边负，V2导通，负载电 流反向增加，输出电压uo =-Ud/2；
t4-t5:t4时刻V2关断，给V1驱动信号，由于 阻感负载电流不能突变，此时电流通过VD1续流， 电流逐渐减小，输出电压uo =Ud/2；
通而变为零，则称为熄灭。
电力电子技术
第四章 逆变电路
4.2 单相逆变电路工作原理
4.2.1 单相电压型逆变电路 4.2.2 单相电流型逆变电路
逆变电路
电压型逆变电路的特点
1、直流侧为电压源或并联大电容，直流
侧电压基本无脉动。
+
2、由于直流电压源的钳位作用，输出电
压为矩形波，输出电流因负载阻抗不同而不 Ud
单相电流型逆变电路
iT
i VT1,4
i VT2,3
Id 0
tγ
uo/io
t
0
t1
Id t2 t3 t4
t5
tφ
t6 t7
t
tδ tβ
电流型逆变电路波形图
逆变电路
单相电流型逆变电路
t2-t4阶段：t2时刻四个晶闸管全部导通，负 载电容电压经两个回路LT1、VT1 、VT3 、LT3 和 LT2、VT2 、VT4 、LT4 放电；t4时刻VT1、VT4的 电流减小到零关断，直流侧电流Id全部转移到 VT2和VT3支路，换流结束。 。
VD3 VD4
u G1
0
t
u G2
0
t
u G3
q
0
t
u G4
0
t
uo io
(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。
36
08
电力电子技术应用案例
2024/3/26
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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 。
2024/3/26
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。
2024/3/26
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。
2024/3/26
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
2024/3/26
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
电力电子技术基础 第6章 AC-AC变换-交流调压和交交变频器
图6-1 单相交流调压电路（电阻式负载）
第6章 AC/AC变换——交流调压和交交变频器
u1
2、单相交流调压电路 （阻感式负载）
0j a
p
2p
wt
波形与工作原理
VT1
i0
VT2
R i2
~u1
u0
L
uG uG1
uG2
0
wt
u0
0j a
p
p+ a
wt
i00wtqFra bibliotekuVT
0
wt
图6-2 阻感负载电路波形
第6章 AC/AC变换——交流调压和交交变频器
电力电子技术课程讲座
第6章 AC/AC变换——交交变流电路 6.1 概述
交流-交流变流电路（AC/AC Converter）即把一种形式的交流变成另一种形式 交流的电路。在进行AC-AC变流时，可改变相应的电压(电流)、频率和相数等。
交流-交流变换电路可以分为直接方式（即无中间直流环节）和间接方式（有中 间直流环节）两种。
+
p
a p
第6章 AC/AC变换——交流调压和交交变频器
2、单相交流调压电路 （电阻式负载）
1.0
功率因数 λ
0.8
P U0I0 U0 sin 2a + p a
S U1I0 US
2p
p
✓ α越大，输出电压越低，功率因数也越低。 ✓ 移相范围： ✓ 图中输出电压虽是交流，但不是正弦波，没有偶次谐
O
✓
时刻，开通VT2，此时i2流过负载，u0 = u1；
✓在
期间，无VT通，由相应的VT承担u0电压，u0 = 0。
p+a
电力电子技术基础-绪论
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程控交换机 电子装置 微型计算机
2、电力传动
工艺调速传动：轧钢、榨糖、造纸、化工、炼油； 节能调速传动：风机、水泵、压缩机； 牵引调速传动：轨道牵引、城市交通、电梯、矿井
❖ 现有MATLAB 、PSpice 、Saber（ 国外）和PECS（ 国 内）等仿真软件可对电力电子电路进行仿真。
❖ 电力电子电路的仿真技术十分重要，但已超出本课程讲课 的范围，故课内不涉及。
六、学习方法与学习目标
1、课程学法指导
一．要着重物理概念与基本分析方法的学习，理论要结合实际，尽量做到器件、电路、 系统（包括控制技术）应用三者结合。
《电力电子技术基础》
——
第一章 绪论
一、电力电子技术的基本概念
1、什么是电力电子技术？
信息பைடு நூலகம்理
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
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。
所处理电力的单位大到数百MW甚至GW，小到数W甚至
卷扬机等； 精密调速和特种调速：数控机床主轴和伺服控制、
雷达与火炮跟踪控制、离心机控制等。
3、电力系统
发电环节：发电机励磁调节控制； 输电网中：电能质量控制器、直流输电、无功
补偿器、有源滤波器、固态开关； 配电网中:配电用无功补偿器、有源滤波器； 储能系统：抽水蓄能电站变频调速、超导磁铁
电力变换的种类
输入 输出
交流（AC）
直流（DC）
整流
交流（AC） 交流电力控制变频、变相
电力电子技术基础课程设计
电力电子技术基础课程设计一、设计背景电力电子技术是现代电力系统运行、传输、转换、控制等方面的重要技术，是推进电力系统安全、稳定、节能、环保等方面的关键技术之一。
本课程设计旨在通过基础电力电子器件的设计和仿真，使学生深入了解电子元器件特性与运行原理，提高学生的电力电子技术理论和实践能力，为其今后进一步从事该领域的研究和应用提供必要的基础。
二、课程设计内容1. 设计任务设计一个电源电路，要求输入交流电压230V，输出稳定的直流电压5V、1A。
设计过程中需要包括选型、分析、仿真等环节，最终完成基于电阻、电容等电力电子器件的电源电路。
2. 设计流程2.1 电路选型通过分析电源电路需要的功能和特性，确定需要使用的元器件类型。
根据输入输出电压、电流等参数，选择合适的器件型号。
2.2 电路原理图设计根据电路选型，使用电路设计软件（如Multisim等）进行原理图设计，将所需元器件拖入工作区域并进行连线、参数设置等操作。
2.3 电路仿真在Multisim等软件上进行电路仿真，并通过仿真结果调整电路中各元器件的参数。
2.4 PCB版图设计在电路仿真和参数调整完毕后，根据电路原理图进行PCB版图设计，并导入PCB设计软件进行布局和布线等操作。
2.5 PCB板上电路的组装与测试完成PCB版图设计后，将电路中的器件安装到PCB板上，进行电路测试并调查是否达到预期目标。
3. 作品展示最终成品应能够将输入的交流电压转换成稳定的5V直流电压，并能够提供至少1A的电流输出。
学生可在作品展示环节进行电路说明和参数分析，以展现其深入学习电力电子技术的优秀成果。
三、思考题1.在设计电源电路时，需要考虑哪些因素？2.在Multisim软件进行仿真电路时，应该如何对仿真结果进行分析和评估？3.在硬件实际搭建电路时，应注意哪些事项？如何快速排错？四、总结本课程设计要求学生深入学习电力电子技术的理论与实践，并且应用软件进行电路仿真与测试。
其设计思路清晰，流程简洁清晰，体现出了电子电路设计的全流程与实践过程，为学生今后进一步从事该领域的研究和应用提供必要的基础。
《电力电子技术基础》教学大纲
《电⼒电⼦技术基础》教学⼤纲《电⼒电⼦技术基础》教学⼤纲（学分3，学时48）⼀、课程基本信息编码：Code:课程名称：电⼒电⼦技术基础Course Title: Basics of Power Electronics课程类别：学类核⼼Course category:Professional Education学分：3Credit(s): 3学时: 48 School hours:48开课学期: 秋季Semester: Autumn先修课程: ⾼等数学，⼤学物理，积分变换Prerequisites: Advanced Mathematics，General Physics，Integral Transformations 开课单位：电⽓与信息⼯程学院Offering College/School: College of Electrical and Information Engineering⼆、课程描述中⽂: 电⼒电⼦技术是利⽤有关器件对电能进⾏控制和转化的技术,是应⽤于电⼒领域的电⼦技术。
它包括电⼒电⼦器件、变流电路和控制电路三个部分,是电⼒技术、电⼦技术和现代控制技术三者交叉形成的学科。
“电⼒电⼦技术基础”课程是电⽓⼯程及其⾃动化专业、⾃动化专业本科⽣必修的学科基础课程，本课程的⽬的和任务是使学⽣熟悉各种电⼒电⼦器件的特性和使⽤⽅法；掌握各种电⼒电⼦电路的结构、⼯作原理、控制⽅法、设计计算⽅法及实验技能；熟悉各种电⼒电⼦装置的应⽤范围及技术经济指标。
同时，为相关的后续专业课程打好基础。
课程理论严密，逻辑性强，在教学内容⽅⾯着重基本知识、基本理论和基本设计⽅法的讲解；在培养实践能⼒⽅⾯,着重提⾼学习解决实际问题的能⼒和基本技的训练与提升。
英⽂：Power electronic is a technology which uses some devices to control and transfer power. It is a branch of electronic technology which is applied in the field of power. It includes the power electronic devices, converter circuit and control circuit. Power electronics is an interdiscipline of electric power technology, electronic technology, and modern control technology. Power electronics is an indispensable and professional core course for students of electrical engineering and its automation. This course aims to enable students to master the operational characteristics and applied methods of various commonly used power electronics device. To master structure, working principle, control method, design and calculation methods and experimental skills of basic power electronic circuit. To understand the application and technical - economic index of power electronic devices, so as to lay a foundation for their further work in power electronic technology. This course mainly covers power-electronic device, AC-DC converter, DC-AC converter, DC-DC converter, AC-AC converter, PWM control, soft switch technology, etc.三、课程的能⼒⽬标1 课程的能⼒⽬标通过本课程的教学，使学⽣具备下列能⼒：课程⽬标1.理解⼆极管、IGBT、SCR、GTO等基本开关器件及⼯作原理，运⽤基本电路理论，能将复杂电路系统的动态⾏为简化为不同的开关⼯作模态，分析不同模态下的⼯作特性，从⽽掌握和具备熟练分析晶闸管整流电路、直流斩波电路等能⼒；（对应毕业要求2.1）课程⽬标2. 能够熟练运⽤微分、积分、线性⽅程组求解、⾏列式计算、微分⽅程求解、复数运算、矩阵相乘等⾼等数学知识，建⽴和分析电⼒电⼦变换电路的不同开关模态及其⼯作特性，并与仿真相结合，分析模型和仿真的差异和局限性，并给出有效结论；（对应毕业要求2.4）课程⽬标3：通过本课程教学、电路设计和⼯程实验，学⽣能够熟练运⽤本专业相关的基础知识和基本理论，考虑电⼒电⼦变换器的结构设计，进⾏成本和体积的优化设计，实现变换器的⾼效经济运⾏，同时能够考虑环境与可持续发展的约束，降低变换器的噪声和电磁⼲扰；（对应毕业要求7.2）课程⽬标4.能够选择和使⽤现代设计⼯具，进⾏电⼒电⼦变换系统的单元和整体设计，以满⾜单元或系统设计要求，并在设计中能体现创新意识，能根据结果对⽅案进⾏分析和调整，完成单元级软硬件开发与调试（对应毕业要求4.1）课程⽬标5. 能够完成电⼒电⼦技术课程的实验项⽬，并对结果进⾏分析，实验过程中遵守实验安全制度（对应毕业要求4.2）课程⽬标6. 能够和团队进⾏问题分解和任务分配，并组织⼯程实践的开展（对应毕业要求9.4）课程⽬标7.能将⾃⼰的设计思路、设计⽅案和实现过程在课堂进⾏宣讲、与公众互动和讨论，有效表述⾃⼰的观点和意见（对应毕业要求10.2）课程⽬标8. 开展电⼒电⼦技术基础的双语教学实践，同时⿎励和督促学⽣追踪和学习国际上电⼒电⼦学动态，包括电⼒电⼦教学、变换拓扑及控制⽅法等，使学⽣具有⼀定的国际视野，能够在跨⽂化背景下进⾏沟通和交流（对应毕业要求10.3）2.课程⽬标和教学环节的对应关系：四、课程内容和课时分配五、教学环节1、理论教学1）采⽤启发式教学，引导学⽣独⽴思考，培养提出问题、分析问题和解决问题的能⼒，促进学⽣的⾃主学习。
电力电子技术基础课件(大学常用)讲解
1.2 电力电子技术的发展史
◆晶闸管时代 ☞晶闸管由于其优越的电气性能和控制性能，使 之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。
7/21
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的。
8/21
1.2 电力电子技术的发展史
◆晶闸管出现前的时期可称为电力电子技术的史前期或黎 明期。 ☞1904年出现了电子管，它能在真空中对电子流进行控 制，并应用于通信和无线电，从而开启了电子技术用于电 力领域的先河。 ☞20世纪30年代到50年代，水银整流器广泛用于电化学 工业、电气铁道直流变电所以及轧钢用直流电动机的传 动，甚至用于直流输电。这一时期，各种整流电路、逆变 电路、周波变流电路的理论已经发展成熟并广为应用。在 这一时期，也应用直流发电机组来变流。 ☞1947年美国著名的贝尔实验室发明了晶体管，引发了 电子技术的一场革命。
图1-4 AB变频器
14/21
1.3 电力电子技术的应用
◆交通运输 ☞电气化铁道中广泛采用电力电子技术。电气机车中的 直流机车中采用整流装置，交流机车采用变频装置。直流 斩波器也广泛用于铁道车辆。在未来的磁悬浮列车中，电 力电子技术更是一项关键技术。除牵引电机传动外，车辆 中的各种辅助电源也都离不开电力电子技术。 ☞电动汽车的电机依靠电力电子装置进行电力变换和驱 动控制，其蓄电池的充电也离不开电力电子装置。一台高 级汽车中需要许多控制电机，它们也要靠变频器和斩波器 驱动并控制。 ☞飞机、船舶和电梯都离不开电力电子技术。
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1.3 电力电子技术的应用
◆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）
1.3 电力电子技术的应用
☞新能源、可再生能源发电比如风 力发电、太阳能发电，需要用电力 电子技术来缓冲能量和改善电能质 量。当需要和电力系统联网 时，更 离不开电力电子技术。 ☞核聚变反应堆在产生强大磁场和 注入能量时，需要大容量的脉冲电 源，这种电源就是电力电子装置。 科学实验或某些特殊场合，常常需 要一些特种电源，这也是电力电子 技术的用武之地。
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
（BJT）和电力场效应晶体管（Power-MOSFET）为代表的全控型器
件迅速发展。全控型器件的特点是，通过对门极（基极、栅极）的控
制既可使其开通又可使其关断。
☞采用全控型器件的电路的主要控制方式为脉冲宽度调制（PWM） 方式。相对于相位控制方式，可称之为斩波控制方式，简称斩控方式。
☞在80年代后期，以绝缘栅极双极型晶体管（IGBT）为代表的复合 12
4
1.1 什么是电力电子技术
■电力电子学
◆美国学者W. Newell认为电力电子学是由电力学、 电子学和控制理论三个学科交叉而形成的。
图1-1 描述电力电子学的倒三角形
5
1.1 什么是电力电子技术
☞电力电子技术和电子学
电力电子器件的制造技术和用于信息变换的电子
器件制造技术的理论基础（都是基于半导体理论） 是一样的，其大多数工艺也是相同的。 电力电子电路和信息电子电路的许多分析方法也 是一致的。 ☞电力电子技术和电力学 电力电子技术广泛用于电气工程中，这是电力电 6
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的。
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1.2 电力电子技术的发展史
◆晶闸管出现前的时期可称为电力电子技术的史前期或黎
明期。
☞1904年出现了电子管，它能在真空中对电子流进行控 制，并应用于通信和无线电，从而开启了电子技术用于电 力领域的先河。 ☞20世纪30年代到50年代，水银整流器广泛用于电化学
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
◆可以认为，所谓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” ，前者则更一般些。
图1-4 AB变频器
15
1.3 电力电子技术的应用
◆交通运输
☞电气化铁道中广泛采用电力电子技术。电气机车中的
直流机车中采用整流装置，交流机车采用变频装置。直流
斩波器也广泛用于铁道车辆。在未来的磁悬浮列车中，电
力电子技术更是一项关键技术。除牵引电机传动外，车辆 中的各种辅助电源也都离不开电力电子技术。 ☞电动汽车的电机依靠电力电子装置进行电力变换和驱 动控制，其蓄电池的充电也离不开电力电子装置。一台高 级汽车中需要许多控制电机，它们也要靠变频器和斩波器
图1-7 风场ຫໍສະໝຸດ 总之，电力电子技术的应用越来越广，其地位也越来越重要。
22
1.4 本教材的内容简介
■本教材的内容
23
☞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 21
1.1 什么是电力电子技术
各种电力电子装置广泛 应用于高压直流输电、静止
无功补偿、电力机车牵引、
交直流电力传动、电解、励 磁、电加热、高性能交直流 电源等之中，因此，无论是 国内国外，通常都把电力电
图1-2 电气工程的双三角形描述
子技术归属于电气工程学科。在我国，电力电子与电力传
动是电气工程的一个二级学科。图1-2用两个三角形对电 气工程进行了描述。其中大三角形描述了电气工程一级学 科和其他学科的关系，小三角形则描述了电气工程一级学
输入 输出
交流（AC）
整流
交流电力控制 变频、变相
直流（DC）
直流斩波 逆变
3
直流（DC） 交流（AC）
电能变换的形式
(1) DC-DC变换，将某一数值的直流电压变换为另一数值 的直流电压。
(2) AC-DC变换，将交流电压变换为某一数值的直流电压， 也称为正变换，或整流。 (3) DC-AC变换，将直流电压变换为某种波形、某一频率 和某一电压的交流电， 称为逆变换，通常简称为逆变。 (4) AC-AC变换，将一种波形、频率、电压的交流电变换 为另一种波形、频率、电压的交流电，实现交 - 交变压、 变频(Cyclo-conversion)。AC-AC变换也可以由整流和逆变 电路组成AC- DC-AC变换。
☞ 一些对调速性能要求不高的大型鼓风机等近 14 年来也采用了变频装置，以达到节能的目的。
1.3 电力电子技术的应用
☞有些并不特别要求调速的电机为 了避免起动时的电流冲击而采用了 软起动装置，这种软起动装置也是 电力电子装置。 ☞电化学工业大量使用直流电源， 电解铝、电解食盐水等都需要大容 量整流电源。电镀装置也需要整流 电源。 ☞电力电子技术还大量用于冶金工 业中的高频或中频感应加热电源、 淬火电源及直流电弧炉电源等场合。
源以前用晶闸管整流电源，现在已改为采用全控型
器件的高频开关电源。大型计算机所需的工作电源、
微型计算机内部的电源现在也都采用高频开关电源。
☞在大型计算机等场合，常常需要不间断电源
（Uninterruptible Power Supply__ UPS）供电，不 20
1.3 电力电子技术的应用
◆家用电器
☞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
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1.2 电力电子技术的发展史
◆全控型器件和电力电子集成电路（PIC） ☞70年代后期，以门极可关断晶闸管（GTO）、电力双极型晶体管
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1.1 什么是电力电子技术
☞电力电子技术和控制理论
控制理论广泛用于电力电子技术中，它使电力电
子装置和系统的性能不断满足人们日益增长的各种 需求。电力电子技术可以看成是弱电控制强电的技 术，是弱电和强电之间的接口。而控制理论则是实 现这种接口的一条强有力的纽带。 另外，控制理论是自动化技术的理论基础，二 者密不可分，而电力电子装置则是自动化技术的基 8
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。
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1.3 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。
工业、电气铁道直流变电所以及轧钢用直流电动机的传
动，甚至用于直流输电。这一时期，各种整流电路、逆变 电路、周波变流电路的理论已经发展成熟并广为应用。在 这一时期，也应用直流发电机组来变流。
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1.2 电力电子技术的发展史
◆晶闸管时代
☞晶闸管由于其优越的电气性能和控制性能，使
之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。
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• 工业应用
数控机床
轧钢机
冶金工业
电解铝
1818
1.3 电力电子技术的应用
图1-5 中国南方电网公司安顺换流站
图1-6 静止无功发生器（上）和 晶闸管投切电容器（下）
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1.3 电力电子技术的应用
◆电子装置用电源
☞各种电子装置一般都需要不同电压等级的直流
电源供电。通信设备中的程控交换机所用的直流电
☞电子技术包括信息电子技术和电力电子技术 两大分支。通常所说的模拟电子技术和数字电子 技术都属于信息电子技术。
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1.1 什么是电力电子技术
◆具体地说，电力电子技术就是使用电力电子器件
对电能进行变换和控制的技术。
☞电力电子器件的制造技术是电力电子技术的基 础。
☞变流技术则是电力电子技术的核心。
表1-1 电力变换的种类
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