电力电子技术（第2版） 第1章 绪论

课程学时：48学时电力电子技术目录第１章绪论第２章电力电子器件第３章直流—直流变换电路第４章逆变电路第５章整流电路第６章交流—交流变换电路第７章软开关技术第１章绪论

１.１电力电子技术概述１.2电力电子技术的发展概况及未来前景１.3电力电子技术的应用思考题与习题听说过电力电子的概念吗？什么是电力电子技术？你认为电力电子技术应该研究什么内容？１.１电力电子技术概述

１.１.１电力电子技术研究的内容

２０００年，ＩＥＥＥ终身会员、美国电力电子学会前主席将电力电子技术定义为：电力电子技术是通过静止的手段对电能进行有效的变换、控制和调节，从而把可利用的输入电能形式变成所希望的输出电能形式的技术。1.1.1电力电子技术研究的内容

2000年，IEEE终身会员、美国电力电子学会前主席将电力电子技术定义为：电力电子技术是通过静止的手段对电能进行有效的变换、控制和调节，从而把可利用的输入电能形式变成所希望的输出电能形式的技术。电力电子器件电力电子技术的核心电能主要分为——直流电和交流电两种。电力电子技术核心就是对电能进行变换和控制。因此电能变换四大类交流变直流（AC-DC）、直流变交流（DC—AC）、直流变直流（DC—DC）、交流变交流（AC—AC）

进行电能变换的技术称为变流技术。１.１.2电力电子变换的类型电力电子技术的变换不仅包括了电能种类的相互变换，还包括了对电压、电流、频率、波形和相数等的变换和控制。1.1.2电力电子变换类型逆变电路直流—直流变换电路（斩波电路）直流交流—交流变换电路（交流电力控制变频、变相）整流电路交流交流直流

输出输入电力电子技术也可以说是:利用电力电子器件为核心，构成相应的电路或装置，使得输入电能形式通过电力电子装置变成所希望的输出电能形式的技术。因此：1.1.3电力电子技术和其他学科的关系“电力电子技术是电子技术、电力技术和控制技术三大学科的交叉。”图１．１ＷｉｌｌｉａｍＥ．Ｎｅｗｅｌｌ提出的倒三角如图1.2所示，电子技术分为信息电子技术和电力电子技术两大分支。如图1.1倒三角所示，电子技术包括器件和电路两部分。电力电子器件和信息电子器件都是采用半导体材料制成，两者的大多数制造工艺也是一致的。1.1.3电力电子技术和其他学科的关系

与电子技术的关系电力电子电路和信息电子电路的分析方法、理论基础相同。电力电子电路用于电力变换和控制，其器件总是工作在开关状态（其处理的电能功率一般是“大功率”，但也可以处理“小功率”）。信息电子电路用于信息处理，其器件可以工作在开关状态，也可工作在放大状态（其处理的电能功率一般是“小功率”）。1.1.3电力电子技术和其他学科的关系

与电力技术（电气工程）的关系电力技术是一门涉及发电、输电、配电及电力应用的科学技术。1.1.3电力电子技术和其他学科的关系

与电力技术（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。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。

与控制技术的关系1.1.3电力电子技术和其他学科的关系控制理论广泛用于电力电子系统中。电力电子技术的发展取决于电力电子器件的发展和进步。GTO、GTR、电力场效应晶体管、IGBT等全控型器件晶闸管问世：标志着现代电力电子技术的诞生。水银（汞弧）整流器、闸流管电子管问世第一阶段：电子管、离子管（闸流管、汞弧整流器）的发展与应用阶段；1876194719571970198019902000t(年)晶体管诞生1904硒整流器第二阶段：晶闸管的发展与应用阶段第三阶段：全控型器件得到了广泛的应用、并发展迅速。第四阶段：电力电子器件进入高频化、标准模块化、集成化和智能化时代。功率集成电路（PIC）、电力电子积木（FEBB）（１）电力电子器件的发展概况1.3电力电子技术的发展概况及未来前景第一阶段：通常认为，1957年美国通用电气公司研制出第一个电力电子半导体器件晶闸管，标志着现代电力电子技术诞生。但在此之前电力电子技术的变换电路就已经初步形成，利用的是电子管、水银整流器、闸流管等“非半导体器件”构成电力电子变换电路。第二阶段：电力电子半导体器件晶闸管的发展与应用阶段。随着器件制造水平的不断提高，晶闸管在变流装置中的应用技术日趋成熟，变流技术所涉及的应用领域也在不断扩展。第三阶段：全控型半导体器件的发展与应用阶段。全控型器件的开关频率比晶闸管的开关频率高，全控型器件构成的变流电路向高频化发展。第四个阶段：复合/新型器件时代。从20世纪90年代开始，电力电子器件进入高频化、标准模块化、集成化和智能化时代。通常将电力电子器件、驱动、检测、控制、保护电路等集成在一起，构成功率集成电路（PowerIntegratedCircuit,PIC），它最大的优势是较少引线，提高可靠性，其经济效益也明显增加。1.3电力电子技术的发展概况及未来前景（２）电力电子电路及其控制技术的发展1.2.2电力电子技术的未来前景电力电子技术和运动控制一起，和计算机技术共同成为未来科学技术的两大支柱。计算机人脑电力电子技术消化系统和循环系统电力电子+运动控制肌肉和四肢电力电子技术是电能变换技术，是把粗电变为精电的技术，能源是人类永恒的话题，因此，电力电子技术的地位举足轻重。一门崭新的技术，21世纪仍将以迅猛的速度发展。

未来电力电子技术的发展趋势将朝着集成化、标准模块化、智能化、大容量、高频率、高效率、高可靠性和节能环保的方向发展。1.3电力电子技术的应用讨论：举例说明，你所知道的电力电子技术的应用？

1.3电力电子技术的应用（1）家用电器讨论：你所知道的电力电子技术在家用电器中的应用？镇流器，节能灯，LED照明灯的整流器、变频空调等电视机、个人计算机、手机等家用电器（２）电力系统电力电子技术应用于电力系统的发电、输电、变电、配电等各个环节1.3电力电子技术的应用（２）电力系统电力电子技术应用于电力系统的发电、输电、变电、配电等各个环节1.3电力电子技术的应用高压直流装置HVDC■高压直流输电（HighVoltageDCTransmission——HVDC）是电力电子技术在电力系统中最早开始的应用领域，20世纪50年代以来，当电力电子技术的发展带来了可靠的高压大功率交直流转换技术之后，高压直流输电越来越受到人们的关注。中国南方电网公司安顺换流站2023/2/122输电网中灵活交流输电技术(FACTS)1986年提出，应用电力电子最新发展成就及现代控制技术，实现对交流输电系统参数及网络结构的灵活快速控制，以实现输送功率的合理分配，降低功率损耗和发电成本，提高系统稳定性和安全性。

（２）电力系统柔性交流输电FACTS1.3电力电子技术的应用操作电源是供高压断路器控制回路、继电保护回路、信号回路、监测装置及自动化装置等二次回路所需的工作电源。（２）电力系统1.3电力电子技术的应用充电模块监控模块直流馈电柜交流配电单元电池室绝缘监测模块一种直流电源系统图静止无功补偿器（SVC）SVC具有响应速度快、平滑调节性能好、补偿效率高、维修方便及谐波、噪声、损耗均小等优点，因此应用越来越广泛。

静止型无功功率自动补偿装置由可控的可调电抗器与电容器并联组成，电容器可发出无功功率，可控电抗器可吸收无功功率。适用于冲击性负荷的无功补偿。（２）电力系统---无功补偿1.3电力电子技术的应用ＳＶＣ结构形式有多种，但其基本元件主要为晶闸管控制的电抗器（ＴＣＲ）和晶闸管投切的电容器（ＴＳＣ）。图10-35TSC基本原理图a)基本单元单相简图b)分组投切单相简图图10-38晶闸管控制电抗器(TCR)电路SVC25可再生能源发电和变换(3)新能源的开发和利用1.3电力电子技术的应用2023/2/126Trains&locomotives火车，机车

Subways地铁

Trolleybuses电车

Magneticlevitation磁悬浮列车

Electricvehicles电动车

Automotiveelectronics自动驱动

Shippowersystems船用电源

Aircraftpowersystems航空电源

（4）交通运输1.3电力电子技术的应用2023/2/127富士高速机车（4）交通运输1.3电力电子技术的应用（4）交通运输1.3电力电子技术的应用2023/2/129交直流电机电化学工业（电解，电镀等电化学工业用电源。）冶金工业（冶金工业用感应加热电源，淬火电源及直流电弧炉电源。）（5）工业生产1.3电力电子技术的应用30轧钢机数控机床电解铝冶金工业（5）工业生产1.3电力电子技术的应用31数码产品（6）其他1.3电力电子技术的应用除上述领域需要用到电力电子技术以外，其他领域几乎都离不开电力电子技术。大型计算机的UPS绪－32总之，电力电子技术的应用范围十分广泛，激发人们学习、研究电力电子技术并使其飞速发展。电力电子装置提供给负载的是各种不同的电源，因此可以说，电力电子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，在使用量十分庞大的照明电源等方面，因此它也被称为是节能技术。1.3电力电子技术的应用思考题与习题

1.1电力电子技术的