电力电子技术第一章

电力电子技术PowerElectronics主讲人：董冀媛邮箱：dongdandan9@126手机：93631281办公室：信息楼10211、什么是电力电子技术？2、电力电子技术有什么用？为什么要学？3、这门课程的主要内容是什么？学习应留意哪些问题？4、考核方法220V50Hz交流市电低压直流电压±5V±12V＋3.3V

低压直流电压＋95V---＋130V

整流(AC/DC)电力电子技术——对电能变换和控制的技术普通的白炽灯照明需求220v、50Hz的单相交流电;化学工业中的电解、电镀由低压直流电源供电；城市地铁要求有可控的高压直流电源对机车供电；通讯设备如程控交换机需求48v低压直流电源；调速的直流电动机那么需求由可变直流电压源供电；绪－4用电设备对电能的电压、频率要求而机械工业中的感应加热设备必需由中频(10kHz>f>50Hz)或高频(300MHz>f>10kHz)交流电源供电；许多高技术设备要由恒频、恒压的正弦波交流不延续电源供电UPS设备〔UninterruptiblePowerSupply〕；如今已得到广泛运用的交流电机变频调速那么要由三相交流变频、变压电源供电；有的设备要求电源是非常好的正弦波，而发射机、快速充电设备等那么要求有大功率脉冲电源。绪－5用电设备对电能的电压、频率要求1什么是电力电子技术2电力电子技术的开展史3电力电子技术的运用4教材内容简介和运用阐明绪论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位置和未来1什么是电力电子技术信息电子技术——信息处置，电力电子技术——电力变换电子技术普通即指信息电子技术，广义而言，也包括电力电子技术。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1.1电力电子与信息电子电力电子技术——运用电力电子器件对电能进展变换和控制的技术，即运用于电力领域的电子技术。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。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。1.1电力电子与信息电子变流技术〔电力电子器件运用技术〕用电力电子器件构成电力变换电路和对其进展控制的技术，以及构成电力电子安装和电力电子系统的技术。电力电子技术的中心，实际根底是电路实际。1.2两大分支电力电子器件制造技术它是电力电子技术的根底，其实际根底是半导体物理。电力——交流和直流两种从公用电网直接得到的是交流，从蓄电池和干电池得到的是直流。电力变换四大类交流变直流、直流变交流、直流变直流、交流变交流变流技术进展电力变换的技术称为变流技术。逆变直流斩波直流交流电力控制变频、变相整流交流交流直流输出输入变流技术绪－14用电力电子学技术电力变换的实例：整流电力电子学电子学电力学控制实际延续、离散电路、器件静止器、旋转电机图1描画电力电子学的倒三角形1.3与相关学科的关系都分为器件和运用两大分支。器件的资料、工艺根本一样，采用微电子技术。运用的实际根底、分析方法、分析软件也根本一样。信息电子电路的器件可任务在开关形状，也可任务在放大形状；电力电子电路的器件普通只任务在开关形状。二者同根同源。与电子学〔信息电子学〕的关系1.3与相关学科的关系1.3与相关学科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泼的一个分支。与电力学〔电气工程〕的关系控制实际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；控制实际是这种接口的有力纽带。电力电子安装是自动化技术的根底元件和重要支撑技术。与控制实际〔自动化技术〕的关系1.3与相关学科的关系电力电子技术和运动控制一同，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，能源是人类社会的永久话题，电能是最优质的能源，因此，电力电子技术将青春永驻。一门崭新的技术，21世纪仍将以迅猛的速度开展。1.4位置和未来历史是人类社会的一面镜子分析过去、如今有助于把握未来科学史是科学家的一面镜子了解一门学科的过去、如今有助于把握未来2电力电子技术的开展史电力电子技术的开展史是以电力电子器件的开展史为纲的。晶闸管问世，(“公元元年〞)IGBT及功率集成器件出现和开展时代晶闸管时代水银〔汞弧〕整流器时代电子管问世全控型器件迅速开展时期史前期〔黎明期〕19041930194719571970198019902000t(年)晶体管诞生2电力电子技术的开展史普通工业：工业中大量运用各种交直流电动机，都是用电力电子安装进展调速的。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安装，以到达节能的目的。有些并不特别要求调速的电机为了防止起动时的电流冲击而采用了软起动安装，这种软起动安装也是电力电子安装。电化学工业大量运用直流电源，电解铝、电解食盐水等都需求大容量整流电源。电镀安装也需求整流电源。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所。3电力电子技术的运用绪－23轧钢机数控机床冶金工业电解铝1〕普通工业低压直流电源供电2〕交通运输：电气化铁道中广泛采用电力电子技术。电气机车中的直流机车中采用整流安装，交流机车采用变频安装。直流斩波器也广泛用于铁道车辆。在未来的磁悬浮列车中，电力电子技术更是一项关键技术。除牵引电机传动外，车辆中的各种辅助电源也都离不开电力电子技术。电动汽车的电机依托电力电子安装进展电力变换和驱动控制，其蓄电池的充电也离不开电力电子安装。一台高级汽车中需求许多控制电机，它们也要靠变频器和斩波器驱动并控制。飞机、船舶和电梯都离不开电力电子技术。3电力电子技术的运用绪－252〕交通运输3电力电子技术的运用可控的高压直流电源对机车供电3〕电力系统：据估计，兴隆国家在用户最终运用的电能中，有60%以上的电能至少经过一次以上电力电子变流安装的处置。直流输电在长间隔、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安装，而轻型直流输电那么主要采用全控型的IGBT器件。近年开展起来的柔性交流输电〔FACTS〕也是依托电力电子安装才得以实现的。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〕等电力电子安装大量用于电力系统的无功补偿或谐波抑制。在配电网系统，电力电子安装还可用于防止电网瞬时停电、瞬时电压跌落、闪变等，以进展电能质量控制，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求电力电子安装。3电力电子技术的运用绪－27为了提高输电效率和确保系统稳定性电力系统中的直流输电绪－283〕电力系统SVC高压直流安装HVDC柔性交流输电FACTS3电力电子技术的运用4〕电子安装电源：各种电子安装普通都需求不同电压等级的直流电源供电。通讯设备中的程控交换机所用的直流电源以前用晶闸管整流电源，如今已改为采用全控型器件的高频开关电源。大型计算机所需的任务电源、微型计算机内部的电源如今也都采用高频开关电源。在大型计算机等场所，经常需求不延续电源〔UninterruptiblePowerSupply__UPS〕供电，不延续电源实践就是典型的电力电子安装。3电力电子技术的运用绪－304〕电子安装用电源程控交换机电子安装微型计算机3电力电子技术的运用48V低压直流电源绪－315〕家用电器绪－326〕其他大型计算机的UPS航天技术新型能源3电力电子技术的运用提供恒频、恒压的正弦波交流电5〕家用电器：“节能灯〞、变频空调6〕其他：航天飞行器、新能源、发电安装新能源、可再生能源发电比如风力发电、太阳能发电，需求用电力电子技术来缓冲能量和改善电能质量。当需求和电力系统联网时，更离不开电力电子技术。核聚变反响堆在产生强大磁场和注入能量时，需求大容量的脉冲电源，这种电源就是电力电子安装。科学实验或某些特殊场所，经常需求一些特种电源，这也是电力电子技术的用武之地。3电力电子技术的运用绪－34图电力电子电路在不同频率／功率下的运用总之，电力电子技术的运用范围非常广泛，激发人们学习、研讨电力电子技术并使其飞速开展。电力电子安装提供应负载的是各种不同的电源，因此可以说，电力电子技术研讨的也就是电源技术。电力电子技术对节省电能有重要意义。特别在大型风机、水泵采用的变频调速，在运用量非常庞大的照明电源等方面，因此它也被称为是节能技术。3电力电子技术的运用绪－36日常照明——节能灯电厂发电总量的10%～15%耗费在电气照明上。普通白炽灯：电感启辉，无功电流较大，不能到达有效节能；节能灯:电子镇流器〔一个AC—DC—AC变换器〕启辉，减少无功电流和有功损耗，灯管寿命延伸3～5倍、可节电50%，而且其分量仅为电感式镇流器的10%。电子镇流器的技术关键就是高频电力电子变换器，假设获得广泛运用，那么节能节电效益非常显著。对白炽灯进展高效节能改造，并假设推行运用30%，所节省的电能相当于三座大亚弯核电站的发电量(亿度/年)绪－37几乎一切的传统产业与电力电子技术结合，都可以使传统产业重新焕发青春全国各行业的风机、水泵的总耗电量约占了全国发电量的30%，仅仅对风机、水泵采用变频调速等电子技术进展改造，每年即可节电500亿度以上，相当于三个葛洲坝电站的发电量(157亿度/年)电力电子技术对传统产业的改造4教材的内容简介每章的最后有小结，对全章的要点和重点进展总结。课时分配：课内教学学时为36学时实验单独设课〔下学期上〕和其他课程的关系：电力电子技术电力拖动自动控制系统电路电子技术根底课程考核方法1、期末卷面考试成果80%。包括两部分：1〕卷面考题成果70%。2〕最后一题是总结学过的内容。占10%。2、平常作业10%，缺一次扣2分，扣完为止。作业要求：数学作业纸或A4纸，明晰工整。不符合要求扣一分，扣完为止。假设作业是查文献写论文，优秀的要加分。3、平常上课表现10%。迟到扣1分，旷课扣3分，扣完为止。作业：查资料，任选一题查阅资料：写成1000字左右的总结1、电力电子技术的开展2、电力电子技术的运用3、电力电子器件的开展作业：查资料4、查阅有关柔性交流输电FACTS的资料，写成1000字左右的内容引见。主要关注以下方面：根本概念国际开展概略国内开展概略关键技术任选其一即可。5、查阅高压直流安装