电力电子技术PPT课件
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《电力电子技术》PPT 第2章
图2-12 射极接地NPN型晶体管的静特性
图2-13 射极接地型晶体管电路图
小型晶体管最主要功能是作为线性放大器来使用，而功率 晶体管的主要是用于开关，充分发挥其功耗小、无触点的 优点。 图2-15为双极型晶体管的开关动特性。该特性对其它器件如 MOSFET、IGBT、SCR、GTO均适用。因为，它们都要考 虑电荷蓄积时间造成开关时间滞后的问题，不同的元件只 是滞后时间大小不同而已。图中输入信号为基极电流，输 出波形是指集电极电流与时间的关系。
图2-22 IGBT兼有BJT和MOS的优点
由图2-24（a）的IGBT的等效电路可见，IGBT是 以BJT为主导元件、MOS为驱动元件的达林顿结 构器件。其电路图符号如图2-24（b）所示。
图2-22 IGBT等效电路
2.2.4 晶闸管 1 普通晶闸管
晶闸管是四层（PNPN）三端（AKG）器件。A是阳极， K为阴极，G为门极。它有三个PN结J1、J2、J3。在一 般情况下，由于器件存在着反向PN结，因而，无论是承 受正压还是反压，器件均不能导通。
下面再解释一下图2-8（c），如果在PN结上 加与图2-7相反极性的电压，则在结合面上电 位壁垒将大大提高，该结合面仿佛变成了一 个电容器，使得电流不可能再流通。当然， 严格的说，也有接近0的微安级漏电流流过， 此电流称为反向电流。
2.2.3 电力晶体管
电力晶体管根据产生主电流载流子不同分为双极 型和单极型两类。前者载流子为空穴和电子，后 者只是电子（或空穴）。 单极型晶体管是在控制极加上电压形成电场，进行 电流控制。这类晶体管又称场效应晶体管（field effect transistor）简称FET，在后面章节还要详述。
2.4 电力电子器件的模块化
模块是在单个元件基础上发展起来的新器件， 它是有若干个半导体芯片按不同的用途和目的 进行接线后，封装成一个块状整体。90年代已 经开始普及，除少数超大功率器件外，一般中 小功率器件均模块化。其优点是外部接线简单， 抗干扰能力增强。
电力电子技术培训课件PPT(共-34张)
3）
-34-
•
1、不是井里没有水，而是你挖的不够深。不是成功来得慢，而是你努力的不够多。
•
2、孤单一人的时间使自己变得优秀，给来的人一个惊喜，也给自己一个好的交代。
•
3、命运给你一个比别人低的起点是想告诉你，让你用你的一生去奋斗出一个绝地反击的故事，所以有什么理由不努力!
•
4、心中没有过分的贪求，自然苦就少。口里不说多余的话，自然祸就少。腹内的食物能减少，自然病就少。思绪中没有过分欲，自然忧就少。大悲是无泪的，同样大悟无言。缘来尽量要惜，缘尽就放。人生本来就空，对人家笑笑，对自己笑笑，笑着看天下，看日出日落，花谢花开，岂不自在，哪里来的尘埃!
电气产品加工电与力检电测子技术 电气产品安装、运行及维护 电气设备销售及服务
电气产品的生产管理与设备改造升级
-5-
1.1 《电力电子应用技术》课程定位
供电、 应电 专业 面向 的职 业岗 位
电力电子技术
电气产品安装、运行及维护
1）直接为学生二年级的《直流调速系统》，三 年级的顶岗实习、和最终的就业服务。 2）生产服务型企业维修电工——常用机电设备 的电气安装、调试、维护能力
实操过程性考30%， 项目综合（含理论）考核40%， 平时考核30%
任务引导、团队 合作能力、实践 操作能力
20% 实操过程性考核
考核学生综合运用能力 和强化独立完成工作过 程的能力
60% 项目综合（含理论）考
核
20% 平时考核
课堂提问、课堂小练习、作业、研究性习题，辅助以学习态度 考核
-29-
5.课程特色
-13-
1.4 课程开发思路 2）以装备制造业为背景设计教学载体（学习性工作任务）；
十大制造门类
-34-
•
1、不是井里没有水，而是你挖的不够深。不是成功来得慢，而是你努力的不够多。
•
2、孤单一人的时间使自己变得优秀，给来的人一个惊喜，也给自己一个好的交代。
•
3、命运给你一个比别人低的起点是想告诉你，让你用你的一生去奋斗出一个绝地反击的故事，所以有什么理由不努力!
•
4、心中没有过分的贪求，自然苦就少。口里不说多余的话，自然祸就少。腹内的食物能减少，自然病就少。思绪中没有过分欲，自然忧就少。大悲是无泪的，同样大悟无言。缘来尽量要惜，缘尽就放。人生本来就空，对人家笑笑，对自己笑笑，笑着看天下，看日出日落，花谢花开，岂不自在，哪里来的尘埃!
电气产品加工电与力检电测子技术 电气产品安装、运行及维护 电气设备销售及服务
电气产品的生产管理与设备改造升级
-5-
1.1 《电力电子应用技术》课程定位
供电、 应电 专业 面向 的职 业岗 位
电力电子技术
电气产品安装、运行及维护
1）直接为学生二年级的《直流调速系统》，三 年级的顶岗实习、和最终的就业服务。 2）生产服务型企业维修电工——常用机电设备 的电气安装、调试、维护能力
实操过程性考30%， 项目综合（含理论）考核40%， 平时考核30%
任务引导、团队 合作能力、实践 操作能力
20% 实操过程性考核
考核学生综合运用能力 和强化独立完成工作过 程的能力
60% 项目综合（含理论）考
核
20% 平时考核
课堂提问、课堂小练习、作业、研究性习题，辅助以学习态度 考核
-29-
5.课程特色
-13-
1.4 课程开发思路 2）以装备制造业为背景设计教学载体（学习性工作任务）；
十大制造门类
电力电子技术最新ppt课件
0.637Ud
相电压基波有效值：
UUN1
UUN1m 2
0.45Ud
.
4-26
4.2.2 三相电压型逆变电路
例：三相桥式电压型逆变电路，180°导电方式，Ud=200V。试求输出 相电压的基波幅值UUN1m和有效值UUN1、输出线电压的基波幅值 UUV1m和有效值UUV1、输出线电压中7次谐波的有效值UUV7。
4-13
4.2.1 单相电压型逆变电路
返回
图4－6 单相半桥电压型逆变电路及其工作波形
工单作向（原半3理桥）：电t3压—逆t4 变电电源路经优V缺2对点负总载结供：电，电流指数规律 （（※桥① ② 接※思答源称为★后12电功上载优缺两单考：反之））反（下了因角压率升电点点个相：当馈为tt4向降解为θ型12较。压：：电）——半电负能反=上，决是逆大a负为所容utt桥路载量馈t升负r23这0阻4变时载-c用，幅—一中为提二1。载t一电电感电a怎电/器还值t般的感供极n负电24矛源感负路么压件需ω小u应二性通管载压电盾电经载L。d办为少保，.用极或道。/电为感，压V，？1R。证只在管阻（D压1/经在经.呈？/有22小主感即C为续V单V2感u？1电功要性续uD1d-流向=性1.对d1源率起时流C./续，半，负22电电什，过流电桥,u电载不压路么二程d，流的流.供能的中作极）电指基滞电精一。用管，流数础后，确半？为故指规上电电满，负这数律提压流足并载 些规下出，指。且向二律降了滞数输直极反。单规入流管向负向律端电被全
两个二极管的作用也是提供无功能 量的反馈通道。
图4-8 带中心抽头变压器的逆变电路
在Ud和负载参数相同，变压器匝比为1：1：1情况下，uo和io波 形及幅值与全桥逆变电路完全相同。 与全桥电路的比较：
电力电子技术课件 第1章 整流电路
电气工程系
1.1.2功率二极管的特性与参数
❖5) 最高允许结温TJm 结温是指管芯PN结的平均温度，用TJ表示。
T高JM平是均指温在度PN。结不致损坏的前提下所能承受的最
TJM通常在125~175C范围之内。 ❖6) 正向浪涌电流IFSM
指电力二极管所能承受最大的连续一个或几个 工频周期的过电流。
输出有效电流为 I=U/Rd=139.5/10A=13.95A
晶闸管承受的最大正反向电压为
考虑到取2倍裕量，则晶闸管正反向重复峰值电压 UDRM ≥2×311V=622V，故选700V的晶闸管。
电气工程系
1.3.1单相半波可控整流电路
晶闸管的额定电流为IT（AV）（正弦半波电流平均值），它 的额定电流有效值为IT =1.57 IT（AV）。选择晶闸管电流的原 则是，它的额定电流有效值必须大于或等于实际流过晶闸管 的最大电流有效值（还要考虑2倍裕量），即
❖ 数量关系：
整流输出电压平均值
U d
1
2
a
2U2 sin td (t)
2 1 cosa U2 2
0.45U
2
1
cos 2
a
整流输出电压的有效值
U
1
2
(
a
2U2 sin t)2 d (t) U2
sin 2a a 4 2
电气工程系
1.3.1单相半波可控整流电路
❖ 数量关系：
整流输出电流的平均值Id和有效值I
螺栓型封装，通常螺栓是其阳极，能与散热器紧密联接 且安装方便。 平板型晶闸管可由两个散热器将其夹在中间。
电气工程系
1.2.1晶闸管的结构
螺栓型晶闸管
晶闸管模块
电力电子技术(3)PPT课件
0.707Id
O
晶闸管承受的最大正反向电压均为 2 U 2 。
t
Id Id
b)
Id Id
t Id
t t t t
t
2021
为了扩大移相范围，且去掉输出电压的负值，提高的Ud 值，也可以在负载两端并联续流二极管，如图3-11所示。接 了续流二极管后， 的移相范围可以扩大到0-180°。下面通 过一个例题来说明全控桥电路接了续流二极管后的数量关系 。
分析可以看到以下几点。
(1) 任一时刻，均有两个二极管同时导通，其中电位最高相的
共阴极组的二极管和电位最低相的共阳极组的二极管导通，每个
二极管导通120。
(2) 6个二极管的导通顺序为VDl-VD2-VD3-VD4-VD5-VD6。共阴 极组换流顺序为VDl-VD3-VD5-VDl，自然换流点为图3-5中的d、e 、f等点；共阳极组换流顺序为VD2、VD4、VD6，自然换流点为 图3-5中的g、h、i等点。
2021
u2
O
t
ud
O id
i VT
O
1,4
i VT
O
2,3
O i2
O u VT 1,4
O
Id Id
Id Id
t Id
t
t t t
t
b)
图3-10 单相桥式相控整流电路 带电感性负载原理图及工作波形
数量关系
直流输出电压平均值
a a U d 1 a a2 U 2 sitd n (t) 22 U 2 co 0 s .9 U 2 cos
2021
2) 主要数量关系
直流输出电压平均值
a 1
1 c o s
U d 2a2 U 2 s intd (t) 0 .4 5 U 2 2
电力电子技术PPT课件第7章
电力电子技术的展望
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WATCHING
分布式发电系统中的电力电子装置
分布式发电系统中的电力电子装置主要包括逆变器和分布式电源控制器，用于实现分布式电源的并网运行和功率控制。
分布式发电系统的优势与挑战
分布式发电系统能够提高供电可靠性和能源利用效率，但同时也面临着并网技术、运行控制和能源管理等方面的挑战。
分布式发电系统中的电力电子装置
05
交流调压电路的分类
可控硅调压电路、晶体管调压电路等。
交流调压电路的工作原理
通过快速开关晶体管或可控硅等器件，实现交流电压的快速调节。
交流调压电路的应用
灯光调节、电机调速、加热控制等。
交流调压电路
04
电力电子系统
电力系统运行
电力系统的运行需要保持稳定、安全、经济和可靠，通过调度和控制手段实现电力供需平衡和系统安全。
双极晶体管
场效应晶体管
晶体管的放大作用
通过电场效应控制导电沟道的开启和关闭，分为N沟道和P沟道两种类型。
通过控制基极电流，实现对集电极或发射极电流的放大，从而实现信号的放大。
03
02
01
晶体管
可控硅整流器是一种大功率开关器件，通过控制其导通角来控制输出电压和电流的大小。
工作原理
可控硅整流器需要一个触发信号才能导通，可以通过控制触发信号的相位和占空比来调节输出。
02
电力电子器件
半导体器件基础
半导体材料
硅和锗是最常用的半导体材料，它们具有特殊的电学性质，是制造电子器件的基础。
载流子
半导体中的主要载流子有电子和空穴，它们在电场的作用下可以移动，从而形成电流。
(2024年)电力电子技术第5版王兆安课件
调制法
该方式通过调制信号（如正弦波）与高频载波（如三角波）进行比较生成PWM脉冲。优 点是生成的PWM脉冲频率高、波形好且易于实现实时控制。缺点是对于非线性负载的适 应性较差。
32
07
电力电子系统的设计与应用
2024/3/26
33
电力电子系统的设计原则与方法
2024/3/26
设计原则
确保系统稳定性、高效性、可靠性和 安全性；满足特定应用需求；优化成 本和性能。
2024/3/26
6
02
电力电子器件
2024/3/26
7
不可控器件
电力二极管（Power Diode）
结构和工作原理
伏安特性
2024/3/26
8
不可控器件
主要参数
晶闸管（Thyristor）
结构和工作原理
2024/3/26
9
不可控器件
伏安特性和主要参数
派生器件
2024/3/26
10
半控型器件
2024/3/26
36
感谢您的观看
THANKS
2024/3/26
37
26
电压型和电流型逆变电路
电压型逆变电路
电压型逆变电路的输出电压波形为矩 形波或正弦波，其特点是输出电压幅 值和频率可调，适用于对输出电压要 求较高的场合。
电流型逆变电路
电流型逆变电路的输出电流波形为矩 形波或正弦波，其特点是输出电流幅 值和频率可调，适用于对输出电流要 求较高的场合。
2024/3/26
工业自动化
应用于电机驱动、电源供 应、过程控制等领域，提 高生产效率和能源利用率 。
35
电力电子系统的发展趋势与挑战
发展趋势
该方式通过调制信号（如正弦波）与高频载波（如三角波）进行比较生成PWM脉冲。优 点是生成的PWM脉冲频率高、波形好且易于实现实时控制。缺点是对于非线性负载的适 应性较差。
32
07
电力电子系统的设计与应用
2024/3/26
33
电力电子系统的设计原则与方法
2024/3/26
设计原则
确保系统稳定性、高效性、可靠性和 安全性；满足特定应用需求；优化成 本和性能。
2024/3/26
6
02
电力电子器件
2024/3/26
7
不可控器件
电力二极管（Power Diode）
结构和工作原理
伏安特性
2024/3/26
8
不可控器件
主要参数
晶闸管（Thyristor）
结构和工作原理
2024/3/26
9
不可控器件
伏安特性和主要参数
派生器件
2024/3/26
10
半控型器件
2024/3/26
36
感谢您的观看
THANKS
2024/3/26
37
26
电压型和电流型逆变电路
电压型逆变电路
电压型逆变电路的输出电压波形为矩 形波或正弦波，其特点是输出电压幅 值和频率可调，适用于对输出电压要 求较高的场合。
电流型逆变电路
电流型逆变电路的输出电流波形为矩 形波或正弦波，其特点是输出电流幅 值和频率可调，适用于对输出电流要 求较高的场合。
2024/3/26
工业自动化
应用于电机驱动、电源供 应、过程控制等领域，提 高生产效率和能源利用率 。
35
电力电子系统的发展趋势与挑战
发展趋势
《电力电子技术》课件
➢ 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。
——电力电子技术的基础
第5页
变流技术
➢电力——交流和直流两种
从公用电网直接得到的是交流，从蓄电池和干电池得 到的是直流
➢电力变换四大基本类型
交流变直流、直流变交流、直流变直流和交流变交流
➢进行电力变换的技术称为变流技术
输入 输出
交流
直流
直流
整流
直流斩波
第6页
交流
交流电力控制 变频、变相
逆变
描述电力电子学的倒三角形
➢ uCE 的 下 降 过 程 分 为 tfv1 和 tfv2 两 段 。 tfv1——IGBT 中 MOSFET 单 独 工 作 的 电 压 下 降 过 程 ； tfv2—— MOSFET 和 PNP 晶 体 管 同 时 工 作 的 电 压 下 降 过 程 。
第26页 （开关过程图）
➢ IGBT的关断过程（开关过程图）
—— 与MOSFET的相似，因为开通过程中IGBT在大部 分时间作为MOSFET运行。 ➢ 开通延迟时间td(on) ——从uGE上升至其幅值10%的时
刻，到iC上升至10% ICM² 。 ➢ 电流上升时间tr ——iC从10%ICM上升至90%ICM所需时
间。
➢ 开通时间ton——开通延迟时间与电流上升时间之和 。
➢ 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。
——电力电子技术的基础
第5页
变流技术
➢电力——交流和直流两种
从公用电网直接得到的是交流，从蓄电池和干电池得 到的是直流
➢电力变换四大基本类型
交流变直流、直流变交流、直流变直流和交流变交流
➢进行电力变换的技术称为变流技术
输入 输出
交流
直流
直流
整流
直流斩波
第6页
交流
交流电力控制 变频、变相
逆变
描述电力电子学的倒三角形
➢ uCE 的 下 降 过 程 分 为 tfv1 和 tfv2 两 段 。 tfv1——IGBT 中 MOSFET 单 独 工 作 的 电 压 下 降 过 程 ； tfv2—— MOSFET 和 PNP 晶 体 管 同 时 工 作 的 电 压 下 降 过 程 。
第26页 （开关过程图）
➢ IGBT的关断过程（开关过程图）
—— 与MOSFET的相似，因为开通过程中IGBT在大部 分时间作为MOSFET运行。 ➢ 开通延迟时间td(on) ——从uGE上升至其幅值10%的时
刻，到iC上升至10% ICM² 。 ➢ 电流上升时间tr ——iC从10%ICM上升至90%ICM所需时
间。
➢ 开通时间ton——开通延迟时间与电流上升时间之和 。
《电力电子技术》PPT第2章
《电力电子技术》PPT第2章2.4电力电子器件的模块化模块是在单个元件基础上发展起来的新器件，它是有若干个半导体芯片按不同的用途和目的进行接线后，封装成一个块状整体。
90年代已经开始普及，除少数超大功率器件外，一般中小功率器件均模块化。
其优点是外部接线简单，抗干扰能力增强。
2.5 智能电力电子模块（IPM）IPM（IntelligentPowerModule）智能电力电子模块是功率集成电路PIC（PowerIntegratedCircuits）的一种。
一类称为高压集成电路，简称HVIC，它是横向高耐压电力半导体器件与控制电路的单片集成；另一类即IPM，它是纵向电力半导体器件与控制电路保护电路以及传感器电路等多功能集成。
由于高度集成化使模块结构十分紧凑，避免了由于分布参数、保护延迟等带来的一系列技术难题，使变频器的可靠性得到进一步提高。
IPM的智能化表现为可以实现控制、保护、接口三大功能，构成混合式电力集成电路。
2.6全控型电力电子器件的比较1电压、电流的比较图2-45电压、电流的比较2性能的比较200200200200125150最高工作结温（℃）中等高高高低中等di/dt高高高高低中等du/dt中等低低很低中等高门栅极驱动功耗100200×10320×103501050最大开关速度（kHz）10倍额定值5倍额定值5倍额定值5倍额定值10倍额定值3倍额定值浪涌电流耐压量100～500306604030正向导通电流密度（A/cm2）220200100～12400～1003500400正向电流范围（A）500～450050～150050～1000200～2500500～9000100～1400正向阻断电压范围（V）500～450000200～2500500～6500<50反向电压阻断能力（V）导通/关断导通/关断阻断阻断阻断阻断常态电压电压电压电压电流电流控制方式S.ITHS.ITVDMOSIGBTGTOBJT器件名称2.7电力电子器件的相关技术1串并联技术图2-47直流输电用晶闸管变换装置的一个模块（桥式电路的一个臂）该模块均衡电路由以下几部分构成。
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➢ 控制方式: PWM控制技术成为主导
■
绪论第15页
复合型器件和功率集成电路
➢ 80年代后期开始
复合型器件：以绝缘栅极双极型晶体管(IGBT)
为代表
➢IGBT是MOSFET和BJT的复合
它集MOSFET的驱动功率小、开关速度快的 优点和BJT通态压降小、载流能力大的优点于 一身，性能十分优越，使之成为现代电力电 子技术的主导器件
绪论第10页
2. 电力电子技术的发展史
1958年美通用电气公司制造的第一只晶闸管 标志电力电子器件和技术的诞生。
电力电子器件的发展对电力电子技术的发展起着决 定性的作用，因此，电力电子技术的发展史就是电 力电子器件的发展史。
■
绪论第11页
2. 电力电子技术的发展史
〔四个阶段〕
➢ 史前期（1957年以前）： 使用水银整流器（汞整流器），其性能和晶闸管类似。 这段时间，各种整流、逆变、周波变流的电路和理论已经成熟并广泛应用。
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、 水泵采用变频调速方面，在使用量十分庞大的照明电源 等方面，电力电子技术的节能效果十分显著，因此它也
被称为是节能技术。
■
绪论第23页
4. 本课程的内容简介
分为三大部分
➢ 第一部分：电力电子器件
主要介绍各种电力电子器件的基本结构、工作原理、主要 参数、应用特性，以及驱动、缓冲、保护、串并 联等器 件应用的共性问题和基础性问题
1.什么是电力电子技术
➢ 定义:
电力电子技术（power electronics）： 是电子技术的分支
电子技术: 信息电子技术 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
主要用于信息处理
电力电子技术——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
主要用于电力变换
■
绪论第1页
整体概述
概况一
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概况二
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概况三
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绪论第2页
为什么要对电能进行变换？
电能以直流电或交流电的形式存在
电网或电站往往仅能提供一种形式的电能 从公用电网直接得到的是交流电； 从蓄电池和干电池得到的是直流电
用户往往需要多种形式的电能 电能形式变 换 — 进行电力变换的技术称为变流技术
■
绪论第3页
变流技术
➢电力变换四大类
交流变直流、直流变交流、直流变直流和交流变交流
(AC-DC、DC-AC、DC-DC、AC-AC)
表0-1 电力变换的种类
输入 输出
交流
直流
直流 交流
整流
交流电力控制 （调压、调功）、
绪论第7页
绪论第8页
电力电子技术两个分支
➢ 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
➢ 电力电子器件应用技术（变流技术）
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，及构成电力电子装置和电力电子系统 的技术
电力电子技术的核心，理论基础是电路理论
■
绪论第9页
电力电子技术和其它学科的关系
■
绪论第16页
复合型器件和功率集成电路
➢ 模块：为了使电力电子装置的结构紧凑、体积减小，
常常把若干个电力电子器件及必要的辅助元件 做成模 块的形式，这给应用带来了很大的方便
➢ 功率集成电路：把驱动、控制、保护电路和功率器
件集成在一起，构成功率集成电路（PIC）。
电力电子器件的发展趋势：
全控型、大功率、高频化、集成化、智能化
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，因而属于半控型器件 对晶闸管电路的控制方式主要是相位控制方式
■
绪论第14页
全控型器件
➢ 70年代后期，以门极可关断晶闸管(GTO)、电力双极 型晶体管(BJT)和电力场效应管(Power-MOSFET) 为 代 表的全控型器件迅速发展。 ➢ 全控型器件的特点： 通过门极的控制可使其开通又可使其关断
变频、变相
■
直流斩波 逆变
绪论第4页
电力变换举例(AC/DC)
AC-DC(传统):
AC
M~
G Ud DC
If
变流机组用于电力变换：交流电动机-直流发电机
绪论第5页
电力变换举例(AC/DC)
电力电子器件用于电力变换：
AC
AC
DC
DC
不可控整流
调压控制
可控整流
绪论第6页
电力变换举例(AC/DC/AC)
电力电子技术实际上是一门交叉学科。 Power Electronics名称60年代出现。 1974年，美国的W. Newell用图0-1的倒三角形对电力电子
学进行了描述，被全世界普遍接受。
静止器、旋转电机
图0-1 描述电力电子学的倒三角形
■
电路、器件
电子学
电力学
电力 电子技术
连续、离散
控制 理论
3）电力系统
➢ 高压直流长距离输电
交流输电架线复杂、损耗大、电磁波污染环境等
➢ 无功补偿和谐波抑制
电网
负载
■
绪论第21页
3. 电力电子技术的应用
4）新能源的开发和利用
太阳能发电、风力发电、燃料电池等新型能 源
超导储能、飞轮储能等削峰平谷的节能装置
■
绪论第22页
3. 电力电子技术的应用
➢ 电力电子装置提供给负载的是各种不同的直流电源、恒 频交流电源和变频交流电源，因此也可以说，电力电子
■
绪论第19页
3. 电力电子技术的应用
2）静止电源
➢ 照明用电：电子镇流器 — 提高发光效率、改善光源质量 ➢高频开关电源：减小重量体积，扩大输入电压范围，抗波动
逆变 CVCF 负载
蓄电池 不间断电源（ UPS ）
■
绪论第20页
3. 电力电子技术的应用
➢ 晶闸管时代（1958～70年代）： ➢ 全控型器件时代（70年代后期）： ➢ 复合器件时代（80年代后期）：
■
绪论第12页
晶闸管（1957年开始）
➢ 晶闸管出现后，因电气性能和控制性能优越，很快取 代了水银整流器，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
■
绪论第17页
功率器件示例
Discrete
Standard Module
Application Specific Power Module
绪论第18页
3. 电力电子技术的应用
1）电机的调速: 直流调速、交流调速
逆变
电 网
整流 DC M
电 CVCF
网
VVVF
M~
AC
➢生产机械的拖动：水泵、风机、起重机等 ➢民用：变频空调、电梯、电动车等
■
绪论第15页
复合型器件和功率集成电路
➢ 80年代后期开始
复合型器件：以绝缘栅极双极型晶体管(IGBT)
为代表
➢IGBT是MOSFET和BJT的复合
它集MOSFET的驱动功率小、开关速度快的 优点和BJT通态压降小、载流能力大的优点于 一身，性能十分优越，使之成为现代电力电 子技术的主导器件
绪论第10页
2. 电力电子技术的发展史
1958年美通用电气公司制造的第一只晶闸管 标志电力电子器件和技术的诞生。
电力电子器件的发展对电力电子技术的发展起着决 定性的作用，因此，电力电子技术的发展史就是电 力电子器件的发展史。
■
绪论第11页
2. 电力电子技术的发展史
〔四个阶段〕
➢ 史前期（1957年以前）： 使用水银整流器（汞整流器），其性能和晶闸管类似。 这段时间，各种整流、逆变、周波变流的电路和理论已经成熟并广泛应用。
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、 水泵采用变频调速方面，在使用量十分庞大的照明电源 等方面，电力电子技术的节能效果十分显著，因此它也
被称为是节能技术。
■
绪论第23页
4. 本课程的内容简介
分为三大部分
➢ 第一部分：电力电子器件
主要介绍各种电力电子器件的基本结构、工作原理、主要 参数、应用特性，以及驱动、缓冲、保护、串并 联等器 件应用的共性问题和基础性问题
1.什么是电力电子技术
➢ 定义:
电力电子技术（power electronics）： 是电子技术的分支
电子技术: 信息电子技术 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
主要用于信息处理
电力电子技术——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
主要用于电力变换
■
绪论第1页
整体概述
概况一
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概况二
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概况三
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绪论第2页
为什么要对电能进行变换？
电能以直流电或交流电的形式存在
电网或电站往往仅能提供一种形式的电能 从公用电网直接得到的是交流电； 从蓄电池和干电池得到的是直流电
用户往往需要多种形式的电能 电能形式变 换 — 进行电力变换的技术称为变流技术
■
绪论第3页
变流技术
➢电力变换四大类
交流变直流、直流变交流、直流变直流和交流变交流
(AC-DC、DC-AC、DC-DC、AC-AC)
表0-1 电力变换的种类
输入 输出
交流
直流
直流 交流
整流
交流电力控制 （调压、调功）、
绪论第7页
绪论第8页
电力电子技术两个分支
➢ 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
➢ 电力电子器件应用技术（变流技术）
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，及构成电力电子装置和电力电子系统 的技术
电力电子技术的核心，理论基础是电路理论
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绪论第9页
电力电子技术和其它学科的关系
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绪论第16页
复合型器件和功率集成电路
➢ 模块：为了使电力电子装置的结构紧凑、体积减小，
常常把若干个电力电子器件及必要的辅助元件 做成模 块的形式，这给应用带来了很大的方便
➢ 功率集成电路：把驱动、控制、保护电路和功率器
件集成在一起，构成功率集成电路（PIC）。
电力电子器件的发展趋势：
全控型、大功率、高频化、集成化、智能化
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，因而属于半控型器件 对晶闸管电路的控制方式主要是相位控制方式
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全控型器件
➢ 70年代后期，以门极可关断晶闸管(GTO)、电力双极 型晶体管(BJT)和电力场效应管(Power-MOSFET) 为 代 表的全控型器件迅速发展。 ➢ 全控型器件的特点： 通过门极的控制可使其开通又可使其关断
变频、变相
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直流斩波 逆变
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电力变换举例(AC/DC)
AC-DC(传统):
AC
M~
G Ud DC
If
变流机组用于电力变换：交流电动机-直流发电机
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电力变换举例(AC/DC)
电力电子器件用于电力变换：
AC
AC
DC
DC
不可控整流
调压控制
可控整流
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电力变换举例(AC/DC/AC)
电力电子技术实际上是一门交叉学科。 Power Electronics名称60年代出现。 1974年，美国的W. Newell用图0-1的倒三角形对电力电子
学进行了描述，被全世界普遍接受。
静止器、旋转电机
图0-1 描述电力电子学的倒三角形
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电路、器件
电子学
电力学
电力 电子技术
连续、离散
控制 理论
3）电力系统
➢ 高压直流长距离输电
交流输电架线复杂、损耗大、电磁波污染环境等
➢ 无功补偿和谐波抑制
电网
负载
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3. 电力电子技术的应用
4）新能源的开发和利用
太阳能发电、风力发电、燃料电池等新型能 源
超导储能、飞轮储能等削峰平谷的节能装置
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3. 电力电子技术的应用
➢ 电力电子装置提供给负载的是各种不同的直流电源、恒 频交流电源和变频交流电源，因此也可以说，电力电子
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3. 电力电子技术的应用
2）静止电源
➢ 照明用电：电子镇流器 — 提高发光效率、改善光源质量 ➢高频开关电源：减小重量体积，扩大输入电压范围，抗波动
逆变 CVCF 负载
蓄电池 不间断电源（ UPS ）
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3. 电力电子技术的应用
➢ 晶闸管时代（1958～70年代）： ➢ 全控型器件时代（70年代后期）： ➢ 复合器件时代（80年代后期）：
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晶闸管（1957年开始）
➢ 晶闸管出现后，因电气性能和控制性能优越，很快取 代了水银整流器，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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功率器件示例
Discrete
Standard Module
Application Specific Power Module
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3. 电力电子技术的应用
1）电机的调速: 直流调速、交流调速
逆变
电 网
整流 DC M
电 CVCF
网
VVVF
M~
AC
➢生产机械的拖动：水泵、风机、起重机等 ➢民用：变频空调、电梯、电动车等