电力电子知识入门完整版本

1,电力电子知识入门（一）什么是电力电子,2011.09.15,2,目录,什么是电力电子技术电力变换的种类电力电子技术的应用电力电子技术发展趋势,电力电子技术定义与电子技术的关系电力电子技术的两大分支相关技术领域与相关学科的关系电力电子技术的特点,3,电力电子技术定义1：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。电力电子技术定义2：有效地使用电子器件，应用电路和设计理论以及分析开发工具，实现对电能的高效率变换和控制的一门技术。,（一）电力电子技术定义,一什么是电力电子技术,4,电力电子学中，电力电子器件总是工作在开关状态。,器件的工作状态开、关,一什么是电力电子技术,5,（二）与电子技术的关系,同处理信息的电子器件相比的一般特征：能处理电功率的能力，一般远大于处理信息的电子器件。电力电子器件一般都工作在开关状态。电力电子器件往往需要由信息电子电路来控制。电力电子器件自身的功率损耗远大于信息电子器件，一般都要安装散热器。,一什么是电力电子技术,6,（三）电力电子技术的两大分支,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）电力电子技术的核心、理论基础是电路理论。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。,一什么是电力电子技术,7,模拟电路设计功率器件控制系统电力系统磁性元器件电机（及其控制器）数字控制（DSP、FPGA应用）计算机仿真（仿真软件）热设计机械结构设计,（四）相关技术领域,一什么是电力电子技术,8,电力电子学(PowerElectronics)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。,图1描述电力电子学的倒三角形,一什么是电力电子技术,（五）与相关学科的关系,9,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。,与电子学（信息电子学）的关系,一什么是电力电子技术,（五）与相关学科的关系,10,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。,与电力学（电气工程）的关系,一什么是电力电子技术,（五）与相关学科的关系,11,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。,与控制理论（自动化技术）的关系,一什么是电力电子技术,（五）与相关学科的关系,12,一什么是电力电子技术,（六）电力电子技术的特点,电力电子技术的发展受功率半导体器件的限制，例如，由于缺乏高压大功率器件阻碍了高电压大功率变换器(例如GW级)容量的扩大；电力电子不被重视的原因之一是成本太高，费用高阻碍了电力电子的推广应用；电力电子是一门实验技术，产品进入市场前需要做大量实验。一般需要几年时间才能使电力电子的某种应用成为主导技术，使产品占市场90%以上；电力电子技术迫切需要有效的理论指导，要开发综合性的分析设计方法，以求成本最小、可靠性最高。,WilliamE.Newell，IEEE电力电子专家会议(PESC73,Pasadena,California)，1973年6月,13,电力交流和直流两种,二电力变换的种类,电力变换四大类交流变直流、直流变交流、直流变直流、交流变交流,电力变换的种类,进行电力变换的技术称为变流技术,14,二电力变换的种类,15,二电力变换的种类,16,三电力电子技术的应用,电解电镀电源计算机开关电源网络交换机电源打印机、MP4等电源不间断电源（UPS）感应加热：加热、熔炼、淬火电子镇流器电热控制电源蓄电池充电电源（储能变流器）磁悬浮运输系统,太阳能发电风力发电分布式发电、微电网航空航天电源通讯系统电源高压直流输电（HVDC）柔性交流输电（FACTS）定制电力技术（CP）伺服驱动电气牵引。,17,三电力电子技术的应用,18,轧钢机,数控机床,冶金工业,电解铝,一般工业,三电力电子技术的应用,19,三电力电子技术的应用,感应加热电源,20,交通运输,三电力电子技术的应用,21,电力系统,SVC,高压直流装置HVDC,柔性交流输电FACTS,三电力电子技术的应用,22,家用电器,三电力电子技术的应用,23,其他,大型计算机的UPS,航天技术,新型能源,三电力电子技术的应用,24,四电力电子技术发展趋势,21世纪电力电子产业或电源产业的发展趋势可归纳如下几点：进一步提高电能变换效率，降低待机损耗；避免电力公害，尽量减少网侧电流谐波，并使网侧功率因数接近；提高电源装置和系统的电磁兼容性（EMC）；高性能：随各种用电器而不同，如带非线性负载能力、无线均流、直流侧谐波抑制、智能化以及各种性能高指标等。上述要求表明，国际上电力电子技术和产业的这种发展趋势：用于电力系统的电能变换设备、服务于环保和人类