,电力电子技术 Power Electronics,上海拓普信息技术职业学院 电子与自动化学院,1. 电力电子技术的概念 2. 电力电子技术的发展 3. 现代电力电子技术的应用领域 4. 本课程的学习要求,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 地位和未来,1. 电力电子技术的概念,信息电子技术信息处理 电力电子技术电力变换 电子技术一般即指信息电子技术，广义而言，也包括电力电子技术。,电力电子技术 （Power Electronics）以电力为对象的电子技术，包括电力电子器件、变流电路和控制电路三部分，是电力、电子、控制三大电气工程技术领域之间的交叉学科 。 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，以及构成电力电子装置 和电力电子系统的技术。 电力电子技术的核心，理论基础是电路理论。,1.2 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,表1 电力变换的种类,进行电力变换的技术称为 变流技术。,1.2 两大分支,变流技术,电力电子学 (Power Electronics)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,1.3 与相关学科的关系,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,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跃的一个分支。,与电力学（电气工程）的关系,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,1.3 与相关学科的关系,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， 能源是人类社会的永恒话题，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发展。,1.4 地位和未来,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。,1904,1930,1947,1957,1970,1980,1990,2000,t(年),2.电力电子技术的发展 2.1 电力电子器件,2.电力电子技术的发展 2.1 电力电子器件,2. 电力电子技术的发展,2.2 电力电子技术的发展 2.2.1 整流器时代 用大功率硅整流器和晶闸管将工频交流电转换为直流电（20世纪6070年代）。 2.2.2 逆变器时代 将直流电逆变为0100Hz的交流电，主要用于变频调速（20世纪7080年代）。 2.2.3 变频器时代 采用新型电力电子器件（MOSFET、IGBT等）制作的高频变频调速器（80年代后）。,开关电源技术 高频开关电源（SMR），开关频率为50100KHz，小型、高效，容量较高，用于通信电源等。 直流/直流（DC/DC）变换器 用于电车无极调速，节能。 不间断电源（UPS） 用于计算机系统。 变频器电源 用于交流电机的变频调速 高频逆变式整流焊机电源 ACDCDCAC 大功率开关型高压直流电源 输出电压50KV，电流0.5A以上。 电力有源滤波器 抑制电网谐波。,3. 电力电子技术的应用领域,轧钢机,数控机床,冶金工业,电解铝,1）一般工业,3. 电力电子技术的应用领域,2）交通运输,3. 电力电子技术的应用领域,3）电力系统,SVC动态无功功率补偿装置,高压直流装置HVDC,柔性交流输电FACTS,3. 电力电子技术的应用领域,4）电子装置用电源,程控交换机,电子装置,微型计算机,3. 电力电子技术的应用领域,5）家用电器,3. 电力电子技术的应用领域,6）其他,大型计算机的UPS,航天技术,新型能源,3. 电力电子技术的应用领域,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。,3. 电力电子技术的应用领域,课程的性质、目的和任务,4. 本课程的学习要求,本课程的目的和任务是使学生熟悉各种电力电子器件的特性和使用方法；掌握各种电力电子电路的结构、工作原理、控制方法、设计计算方法及实验技能；熟悉各种电力电子装置的应用范围及技术经济指标。,本课程是机电一体化技术专业必修的技术基础课。,4. 学习本课程的要求,(3) 能正确选择电力电子器件的驱动电路；熟悉常用器件组成的变流电路所必要的保护设施的选取。,(1) 熟悉晶闸管SCR、电力MOSFET、IGBT等电力电子器件的基本结构，掌握其外部特性、主要参数以及器件的额定参数选择，能查阅器件手册选取所需的器件，会对器件进行简单测试 。,(2) 掌握各种基本的整流电路、直流斩波电路、交流交流电力变换电路和逆变电路的结构、工作原理、波形分析和控制方法。,(4) 了解电力电子技术的应用范围和发展动向。,(5) 掌握基本电力电子装置的实验和调试方法。,共51学时 考察课 考核：平时60% 期末40%,