电力电子技术简介

14电力电子技术也称为电力电子学。利用电力电子开关器件组成电力开关电路，利用集成电路和微处理器构成信号处理和控制系统，对电力开关电路进行实时、适式的控制，经济有效地实现开关模式的电力变换和电力控制，包括电压〔电流〕的大小、频率、相位和波形的变换和控制。是综合了电子技术、控制技术和电力技术的新兴交叉学科。5电力电子技术(PowerElectronics)1.电力技术2.电子技术3.控制技术6都分为器件和应用两大分支器件的材料、工艺根本相同，都采用微电子技术应用的理论根底、分析方法、分析软件也根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7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泼的一个分支与电力学〔电气工程〕的关系8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根底元件和重要支撑技术与控制理论〔自动化技术〕的关系9电力电子技术开展史电力电子技术的开展史以电力电子器件的开展史为纲19041930194719581970198019902010t(年)全控型器件迅速发展晶体管诞生晶闸管问世电子管问世史前期（黎明期）水银（汞弧）整流器时代晶闸管时代IGBT出现功率集成器件10晶闸管11智能功率模块〔PIC〕典型的电力电子系统框图1314公用电网的电能经过适当的变换和处理以后再供负载使用，可以获得更好的技术特性和更大的经济意义：节能风机、水泵的调速、照明〔取代普通镇流器〕省材设备体积、重量减小使铜、铁的使用量减少环保节能、省材是环保的具体表现提高产品质量和劳动生产率提高供电可靠性、高速高精度电气传动提高电力系统自身的运行质量和稳定性发电机励磁、柔性输电、谐波治理、无功补偿15经过变换处理后再供用户使用的电能，占全国发电总量的百分比的上下，已成为衡量一个国家技术进步的主要标志之一；预计到2023~2030年，美国发电站生产的全部电能都将经变换和处理后再供负载使用；美国制定了“国家电力传输路线图〞方案，电力电子被列为5大关键技术之一；电力电子技术还是近年来受到各国关注的智能电网的关键技术之一；风能、太阳能等新能源的利用几乎都离不开电力电子技术的支撑；17电源可分为两类：直流电〔DC〕，频率f=0交流电〔AC〕，频率f0电力变换按电压/电流的大小、波形及频率变换划分为四类根本变换及相应的四种电力变换电路或电力变换器。这四类根本变换可以组合成许多复合型电力变换器18传统电力技术如何将交流电变为直流电？19传统电力技术如何实现交流电频率的变换？20如何用电力电子开关器件实现电能的变换？图中的开关设为理想开关

vo=S×vi

S为开关函数

211.AC/DC根本整流电路工作方式：相控、斩波分析方法：傅立叶分解、积分考虑问题：开关时刻、滤波222.DC/AC根本逆变电路工作方式：方波、PWM波分析方法：傅立叶分解、积分考虑问题：开关时刻、滤波233.AC/AC直接变频、变压电路工作方式：周期控制分析方法：等效考虑问题：开关时刻RMuoLEVTtontofftiottuoiotuot4.DC/DC直接变换电路〔降压〕工作方式：PWM波分析方法：等效考虑问题：开关时间26开关型电力电子变换器的核心局部是一组开关电路在开关型电力电子变换电路的输入、输出端附加滤波电路〔通常为LC滤波器〕，以改善输出电压和输入电流的波形高频PWM控制是改善开关电路输入电流波形、输出电压最有效的技术措施〔频率的提高使滤波电路尺寸大幅度降低〕为使电力电子开关电路的输出电压接近理想的直流或正弦交流，一般应对称地安排一个周期中不同的开关状态及持续时间常用分析方法——状态空间平均法，积分，傅立叶变换28一般工业：交直流电机、电化学工业、冶金工业交通运输：