第0章_绪论 电力电子技术介绍
绪论电力电子技术
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February 14, 2000
绪论电力电子技术
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课程的教学基本要求
• 课堂讲授 • 作业 • 实验 • 考试
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绪论电力电子技术
本课程与其他课程的联系
• 本课程的先修课程为：电路分析、模拟电子技 术、数字电子技术、电机学。
• 想更加深入了解电力电子器件的半导体物理原 理的学生可选修电力电子器件。
–工业、能源、交通、国防、金融 –家用电器，等等
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绪论电力电子技术
学习、应用中应特别注意的问题
• 功率因数 • 谐波 • 效率 • 系统价格（成本）、性能、性能价格比 • 能量变换的基本观点
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绪论电力电子技术
考试方式与成绩评定
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参考书目
• 半导体变流技术 （第三版）
–黄 俊
机械工业出版社
• 电力电子技术
（第一版）
–周明宝
机械工业出版社
• 现代电力电子技术 （第一版）
–张 立
科学出版社
• 电力电子技术习题集（第一版）
–叶 斌
中国铁道出版社
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绪论电力电子技术
3rew
• 重点：交－交变频电路（周波变流器）的原理 及电路。
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绪论电力电子技术
第八章 电力电子器件的 门（栅）极控制电路
• 掌握晶闸管对触发电路的要求，了解单结晶体 管及普通晶体管移相触发电路及GTO、IGBT、 MOSFET等器件对触发电路的要求。
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。
电力电子技术绪论(ppt 49页)
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
3344-43
Power supplies for electronic equipment
(电子装置用电源)
➢（Uninterruptable Power System－UPS）在现代社会中的 作用越来越重要，用量也越来越大。目前，UPS在电力电子 产品中已占有相当大的份额。
电力电子技术 Power Electronics
By LI Wen-lei College of Information Science & Engineering,
Ningbo University
11-43
关于本课
22-43
电路 电子技术基础
电力电 子技术
电力拖动自动控 制系统/运动控制 系统
1996
—网络课程：/book-
show/flex/book.html?courseNumber=75193137
— 讲授
-42 学时
—实验 - 6 个, 17学时
44-43
成绩评定
—实验: 30%,平时 20%，期末 50%
注：1. 当次未交作业的需要在下一次交作业时 补交（重修、自学+辅导除外），平时成绩公示 后作业无特殊原因不能再补交和更改； 2.当次未作实验的如当周有另一组做实验的可以 补，下一周因器材换了不能补，
微型计算机
2222-43
3 .1电力电子技术的应用
5）家用电器
2233-43
3 .1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
2244-43
3.2 电力电子技术的应用示例
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。
电力电子技术---1绪论
◆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。
采用了变频装置，以达到节能的目的。
第二十八页，共49页。
☞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。
☞飞机、船舶和电梯都离不开电力电子技术。
第三十页，共49页。
电车调速方式的发展
切换电阻方式
斩波电路方式
逆变电阻方式
第三十一页，共49页。
◆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。
☞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
电力电子技术绪论
发展历史1904年，电子管出现，从而开创了电子技术之先河；1948年，晶体管发明，引发了电子技术的一场革命，真空电子管被晶体管所替代。
20世纪60年代以后，随着IC（集成电路）、LSI（大规模集成电路）等新器件的陆续开发，电子技术在处理小信号的通信、信息、测量、控制等领域取得了显著发展，信息电子技术的鼎盛时代从此开始，并延续至今日。
1957年，美国通用电气公司研制出第一个晶闸管（Thyristor）或Silicon Controlled Rectifier（SCR，可控硅），晶闸管因电气性能和控制性能优越，其应用范围迅速扩大。
随着电力半导体器件在大容量方面的发展，控制电力半导体器件的新技术也不断出现，电子技术逐渐向功率控制扩展，从而形成了电力电子学。
处理大功率的技术是采用什么器件呢？在真空电子管出现后不久，就发明了能够通过大电流的气体放电管（闸流管）。
20世纪30年代，采用闸流管进行电动机控制研究实用化。
在30年代到50年代，可处理数百千瓦以上功率的大容量水银整流器发展迅速并进入大量应用的时期，它广泛用于电化学工业、电气化铁路、轧钢用直流电动机的传动，甚至用于直流输电。
一般认为，电力电子学的诞生是以晶闸管的发明为标志。
20世纪60年代以后，以晶闸管为代表的各类高电压、大电流电力半导体开关器件相继研制成功并得到广泛应用，电力电子技术迅猛发展。
最近十几年，以微电子技术精细加工为基础的高频、高压、大电流、全控型电力半导体开关器件的研制工作发展迅速，电压电流额定值更高、性能更优良、开关速度更快的新器件有望得到广泛应用。
当前，电力电子技术所涉及的功率等级从几微瓦至几十亿瓦，而工作频率范围则从直流至几百万赫兹。
电力电子技术是弱电控制强电的技术信息控制—以弱电形式出现电网—提供生产机械的能源、以强电形式出现生产机械—负载电力电子技术—根据信息控制，执行对电网能量变换，使生产机械按信息控制要求工作。
或者说，电力电子技术通过电力电子器件进行电力变换和电力控制，向用户提供适合其负载的最佳电压和电流电力电子技术的发展趋势1.向容量更大和更小的两个方向发展2.向集成化方向发展高可靠性、高自动化、高性能、标准化的要求。
电力电子技术Power Electronics 22页PPT文档
1.1 电力电子与信息电子
电子技术
电力电子器件制造技术
信息电子技术
电力电子技术
目前电力电子器件均用半导体 制成，故也称电力半导体器件。
模拟电子技术 数字电子技术
变流技术 ！！！
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(定义)：使用电力
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。
微型计算机
3 电力电子技术的应用
5）家用电器
docin/sundae_meng
3 电力电子技术的应用
6）其他
大型计算机的UPS
新型能源
docin/sundae_meng
航天技术
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
docin/sundae_meng
4.1 教材的内容简介
电力电子技术 Power Electronics
docin/sundae_meng
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
docin/sundae_meng
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
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。
电力电子技术变换的“电力”， 可大到数百MW甚至GW，也 可小到数W甚至mW级。
docin/sundae_meng
1.2 两大分支
变流技术
电力电子器件 电力电子变流技术
《电力电子技术》PPT第1章
《电力电子技术》PPT第1章
☆1.1电力电子的构成☆1.2电力电子发展简史☆1.3电力电子的应用领域第1章
绪论1.1电力电子的构成电力电子的英文是PowerElectronics，它是由电力（旋转电机、静止变换装置）、电
子（含电子器件和电子电路）以及控制（连续和离散）三种技术来支撑的。
图1-1电力电子技术的构成1.2电力电子发展简史随着科学技术的发展，电力电子已从真空管发展到晶体管、IC和LSI。
电力电子技术应用的范围也在不断扩大，其发展历程为（如图1-2
所示）：（1）水银整流器（2）晶闸管（3）大功率晶体管（4）智能化的模块（5）超高频、超大容量的高功能元件图1-2电力电子发展简史1.3电力电子的应用领域由于功率整流器、功率晶体管、晶闸管、GTO、IGBT等功率器件取得很大进展，故电力变换和控制的领域不断地扩大。
下面将重点介绍电力电子器件在工业企业和日常生活的应用领域。
如图1-4和图1-5所示。
图1-4
电力电子技术的应用领域。
第一章电力电子技术绪论
前者trr为数百纳秒或更长，后者则在100ns以下，
甚至达到20~30ns。
电力二极管的主要类型
3. 肖特基二极管（以金属和半导体接触形成的）
肖特基二极管的弱点
反向耐压提高时正向压降会提高，多用于200V以下。 反向稳态损耗不能忽略，必须严格地限制其工作温度。
2、正向压降UF—指电力二极管 在正向电流导通时二极管上的 正向压降
3、反向重复峰值电压URRM—指 对电力二极管所能重复施加的 反向最高峰值电压
I IF
O UTO UF U 电力二极管的伏安特性
电力二极管的主要参数
I
4、最高工作结温TJM—在PN结 不受损坏的前提下，二极管所
能承受的最高平均温度。一般 在125-175℃范围内。
1.3.3 晶闸管的主要参数
IA 正向 导通
2）电流定额
- URSMURRM UA
IH
IG2 IG1 IG=0
O
UDRUMDSMUbo +UA
雪崩 击穿
通态平均电流 IT(AV）
——在环境温度为40C和规定的冷却状态下，稳定-IA结温不超过额定 结温时所允许流过的最大工频正弦半波电流的平均值。标称其额定
1930
1947 1957 1970 1980 1990 2000 t(年)
水银整流 器时代
晶闸管时代
IGBT及功率
集成器件出现 和发展时代
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。
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
IF O UTO UF U
电力电子技术 绪论
3. 电力电子技术的应用领域
开关电源技术 高频开关电源（SMR），开关频率为50～100KHz，小
型、高效，容量较高，用于通信电源等。 直流/直流（DC/DC）变换器
用于电车无极调速，节能。 不间断电源（UPS）
用于计算机系统。 变频器电源
用于交流电机的变频调速 高频逆变式整流焊机电源
AC－DC－DC－AC 大功率开关型高压直流电源
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。
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。
▪
人生得意须尽欢，莫使金樽空对月。14:46:2314:46:2314:4610/21/2020 2:46:23 PM
▪
安全象只弓，不拉它就松，要想保安 全，常 把弓弦 绷。20.10.2114:46:2314:46Oc t-2021- Oct-20
▪
加强交通建设管理，确保工程建设质 量。14:46:2314:46:2314:46Wednesday, October 21, 2020
电力电子技术 Power Electronics
上海拓普信息技术职业学院 电子与自动化学院
绪论
1. 电力电子技术的概念 2. 电力电子技术的发展 3. 现代电力电子技术的应用领域 4. 本课程的学习要求
1. 电力电子技术的概念
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