电力电子第0章-绪论

电力电子技术PowerElectronics绪论什么是电力电子技术电力电子技术与其它学科的关系电力电子技术的发展和应用课程要求教材内容简介31.什么是电力电子技术IEEE(InstituteofElectricalandElectronicsEngineers)的电力电子学会对电力电子技术的定义：电力电子技术是一种电能处理技术(ElectricalEnergyProcessing)，即采用功率半导体器件（电力电子器件）和线路对电能进行转换(conversion)、控制(control)和高效利用(efficientuse)的一门技术。广泛应用于各种电源系统、电气传动自动化系统及电力系统等工业生产和民用部门。4500WDC-DC变换器方法1方法2方法3的原理图变换器的输出电压波形方法3具有低通滤波器变换器的原理图主要研究内容（PowerElectronicscontents)1)

电力电子器件

PowerSemiconductorDevices2)电力电子电路

PowerElectronicscircuits3)电力电子装置

PowerElectronicsEquipments电力电子器件不可控：

PowerDiodes半控型：

Thyristors(Silicon-ControlledRectifier)全控型：

PowerBipolarJunctionTransistors(BJT)GateTurnOffThyristors(GTO)Powermetal-Oxide-SemiconductorFieldEffectTransistors(MOSFET)InsulatedGateBipolarJunctionTransistors(IGBT)电力电子电路InputOutput名称ACDCRectifierDCACInverterACACACvoltagecontroller

(频率不变)ACACCycloconverter

(频率变化）DCDCDCchopper电力电子装置系统与应用功率输出2、与相关学科的关系电力电子学(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；电力电子学电子学电力学控制理论连续、离散

电路、器件静止器、旋转电机描述电力电子学的倒三角形81）RelationshipofPowerElectronics

toElectronics信息电子技术——信息处理电力电子技术——电力变换

模拟电子技术电子技术信息电子技术电力电子技术数字电子技术5两大分支电力电子器件电力电子技术的基础，理论基础是半导体物理电力电子电路（电力电子器件应用技术）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。电力电子技术的核心，理论基础是电路理论。62）RelationshipofPowerElectronicstoPower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10电力电子应用的转变近10年来，能源成为当今人类面临的重大问题，而信息技术发展最快，电力电子是能源变换与信息控制的结合，是现代能源变换的核心部件和关键技术，电力电子得到高度重视和发展。当前电力电子面临应用的重大转变从电气传动——拓展到能源各个领域（新能源、发电、输电、用电、节能等）3）RelationshipofPowerElectronicstoControl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,弱电和强电的接口。控制理论是这种接口的有力纽带113.电力电子技术的发展及应用

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晶闸管问世，(公元元年)

IGBT出现功率集成器件晶闸管时代水银（汞弧）整流器时代电子管问世全控型器件迅速发展史前期（黎明期）19041930194719571970198019902000t(年)晶体管诞生153.电力电子技术的发展及应用电力拖动系统中的应用直流电机调速、交流电机调速电源装置：电解、电热直流电源电机车牵引电源中频电源不间断电源UPS

开关电源电力系统：高压直流输电、柔性交流输电、谐波抑制与无功补偿、发电机励磁装置、新能源发电17电力电子能源变换——用电工业领域大功率电力电子变频调速已经广泛应用在冶金、煤炭、机械等工业领域的轧钢机、矿井提升机、机械加工等机械传动。电力电子能源变换——用电以燃机驱动的传统交通，汽车、轨道列车、舰船正在向以电力电子变频为核心的电力驱动迅速转变，形成新一代电动汽车、电气牵引列车、电力推进舰船。电力电子能源变换——新能源发电新能源——风力发电、太阳能光伏发电、生物质发电等成为当前国内外技术和产业的热点，电力电子变换器是新能源发电的关键设备。全国高校电力电子与电力传动学科95%以上都开始有关新能源发电中的电力电子技术的应用。风力发电风力发电是今年来世界新能源的热点。2010年全球风电装机达到194.4GW，年增长22.6%。2010年，我国新增风电装机18.9GW，总装机达到44.7GW，居全球第一。2020年将建成7个10GW级风电场。电力电子变换器是风力发电的关键环节，电能需要通过电力电子逆变器输送到电网。太阳能发电2009年全球新装置的太阳能发电容量为7.2GW，2009年中国光伏安装总量160MW，是上一年的4倍，比以往累计安装总量还要多。MW级光伏逆变器是研发热点。电力电子能源变换——电能输送国家已启动“十二五”特高压直流输电的建设，对±800kV直流特高压的投资达2357亿元，同时建设±660kV、±400kV、±500kV直流输电工程，投资规模达到3312亿元。到2020年，中国将建成15个特高压直流输电工程，成为世界拥有直流输电工程数量最多、输送线路最长、容量最大的国家。直流输电采用5-6英寸的大功率高压晶闸管阀组，变流器容量数千MW。电力电子变换——电能存储新能源的电能存储是重大的科研难题。各类电池（铅酸电池、锂电池、液流电池）充电和发电需要通过电力电子变换器实现。通过大型液流电池（10MW）对风、光电能的存储，解决新能源的连续供电。国家将在主要大中城市电动汽车充电桩等智能充换电网络。电力电子能源变换——配电电力电子在配电系统中大量应用，当前配电领域研究热点——电力电子变压器。“未来配电网”设想——直流供电网+电力电子变化器。电力电子能源变换——电能质量控制电能存在电能质量问题。电网无功冲击（电炉，轧机）谐波（电力电子应用的负面影响）采用电力电子变换技术解决电能质量控制。无功补偿——SVC（晶闸管阀组，10-500MVA）有源滤波——STATCOM（采用IGBT/IGCT）4、课程要求熟悉晶闸管和全控器件的工作特点，能够正确选择电力电子器件；熟悉和掌握可控整流电路、逆变电路的基本原理及参数计算；掌握变频电路、斩波电路、调压电路的工作原理，重点掌握全控型逆变电路的基本原理；掌握PWM控制技术；掌握电力电子电路的仿真方法。5、教材的内容简介和使用说明1）教材的内容简介2）教材的使用说明3）参考资料4）课程成绩分配1）教材的内容简介教材的内容可分为三大部分第一部分：电力半导体器件（第1章-----全书的基础)第二部分：各种电力电子电路（第2~5、8章-----全书的主体)第三部分：控制技术（第6、7章-----电力电子装置的控制方法）272）教材的使用说明课时分配：课内教学学时为42学时，实验6学时。和其他课程的关系：电路电子技术基础电力电子技术电力拖动自动控制系统283）参考资料王兆安，黄俊《电力电子技术》

机械工业出版社2003；刘志刚《电力电子技术》

清华大学出版社，2004；JaiP.Agrawal，Powerelectronicsystem:Theoryanddesign，

TsinghuaUniversityPresi，2001。3）参考资料JournalsandConferences:中国电机工程学报电工技术学报电力系统及其自动化电力电子技术IEEETransactionsonPowerElectronicsIEEETransactionsonIndustrialElectronicsIEEETransactionsonPowerDeliveryIEEETransactionsonIndustryApplicationAppliedPowerElectronicsConference(APEC)InternationalPowerElectronicsConference(IPEC)PowerElectronicsSpecialistConferece(PESC)4）课程成绩分配考试成绩：70%实验成绩：20%平时成绩：10%MATLAB在电力电子中的应用MATLAB/SIMULINK简介MATLAB是国际公认的优秀科技应用软件。1993年出现了SIMULINK,这是基于框图的仿真平台，SIMULINK挂接在MATLAB环境上，以MATLAB的强大计算功能为基础，以直观的模型框图进行仿真和计算。Simulink提供了各种仿真工具，尤其是它不断扩展的、内容丰富的模块库，为系统的仿真提供了极大的便利。在MATLAB的Simulink平台上，用户只要将所需的功能模块从工具箱中拖曳入工作窗口，连线及设置参数，就很容易构建出所需的模型，