现代电力电子学gylk.docx

研究生学学位课程程现代电电力电子子学的的学习提提纲与要要求一本课课程的目目的与意意义目前电力力电子技技术已成成为国家家经济领领域中不不可缺少少的基础础技术和和重要手手段，大大至兆瓦瓦级的高高电压大大电流的的电气工工程直流流输电，小小至家用用的各种种电器，无无不渗透透电力电电子技术术。国际上公公认电力力电子技技术的诞诞生是以以19557年第第一个晶晶闸管问问世为标标志的。电电力电子子这一名名称迟至至60年年代才出出现19974年年，美国国W.EE.Neewelll用右右图的倒倒三角形形对电力力电子学学进行了了描述。认认为电力力电子学学是电力力学，电电子学和和控制理理论三个个学科交交叉结合合形成的的一门新新型学科科，随着着科学技技术的发发展电力力电子技技术又与与控制理理论、材材料科学学、图一一 描述述电力电电子学的的倒三角角电机工程程、微电电子技术术、计算算机技术术等许多多领域密切相关关。目前，电电力电子子技术逐逐步发展展成为一一门多学学科相互互渗透的的中和性性学科。可以将电电力电子子技术定定义为：以电力力为对象象，利用用电力电电子器件件对电能能进行控控制和转转换的学学科，若若认为微微电子技技术的信信息处理理技术，那那么电力力电子技技术就是是电力处处理技术术。电力力电子学学除涵括括技术和和应用外外，还有有电力电电子技术术和相关关学科的的理论问问题。目前，许许多高新新技术均均与电网网的电流流、电压压、频率率和相位位等基本本参数的的转换与与控制相相关。现现代电力力电子技技术能够够实现对对这些参参数的精精确控制制和高效效率的处处理。特特别是能能够实现现大功率率电能的的频率变变换，为为多项新新技术的的发展提提供了有有力的支支持。因因此，现现代电力力电子技技术不仅仅本身是是一项高高新技术术，而且且是其它它高新技技术的发发展基础础，电力力电子技技术可应应用到各各工业、电电力、交交通、冶冶金、化化工、电电信、国国防、家家电等各各个领域域，尤其其与微电电子、计计算机技技术、现现代控制制理论相相结合，其其应用面面越广，自自动化水水平，快快速性和和可靠性性发展越越来越快快，技术术水平越越来越高高，为现现代生产产和现代代生活带带来了深深远的影影响。简而言之之，电力力电子技技术应包包含电力力电子器器件，电电力电子子电路，电电力电子子装置及及其系统统三方面面的内容容，这三三者有着着密不可可分的关关系，随随着器件件的不断断发展，电电路和装装置乃至至系统，更更容易发发展。更更加现代代化。现现代电力力电子技技术有如如下特点点：1） 集成化，2）高频化，3）全控化，4）电路弱电化，5）控制制技术数数字化， 66）多功功能化。在本科学学习阶段段已对传传统的电电力电子子技术有有了基础础性的学学习，为为了更好好地掌握握电力电电子技术术。并能灵活活应用，本本门课程程的目的的就要进进一步加加强基础础，拓宽宽知识面面，提高高分析和和解决问问题的能能力，更更加系统统、深入入、全面面地掌握握电力电电子技术术的发展展和应用用。为其其它学科科的学习习和今后后的工作作、开发发、研究究打造坚坚实的基基础。二、电力力电子技技术的学学科地位位倒三角的的电力电电子学描描述已被被世界普普遍接受受，“电力电电子学”和“电力电电子技术术”是分别别从学术术和技术术两个不不同的角角度来称称呼的，电电力电子子学包括括理论和和学科的的内容。在电力电电子技术术属于电电工学科科还是属属于电子子学科这这个问题题上，我我国学术术界和教教育界有有不尽相相同看法法。19980年年我国成成立了中中国电力力电子学学会，当当时曾为为“Powwer Eleectrroniics”译为”功率电电子学还还是“电力电电子学”而争论论不休，后后来定名名为“电力电电子学”。19981年年中国电电工技术术学会成成立后,电力电电子学会会成为电电工技术术学会所所属的一一个专业业委员会会，这意意味着把把电力电电子技术术隶属于于电工学学科。119977年修订订研究生生专业目目录时，为为了拓宽宽专业面面将电力力电子技技术和电电力传动动自动化化合并为为“电力电电子与电电力传动动”专业，同同时也把把电工学学科更名名为电气气工程学学科。如前所述述，电力力电子技技术是由由电力学学、电子子学和控控制理论论交叉而而成，这这三者成成为电力力电子技技术的三三根支柱柱。控制制理论在在电力电电子装置置及系统统中有着着广泛应应用，这这与控制制理论在在其它领领域中应应用并无无本质差差别。电电力电子子装置广广泛地应应用于电电力系统统和电气气工程中中，这就就是电力力学和电电力电子子技术的的主要关关系。在在我国“电力学学”这个术术语已不不太称呼呼，而是是用“电工学学科”或“电气工工程”制造技技术，另另一个应应用电力力电子器器件组成成电路装装置及系系统的技技术。前前者是电电力电子子技术的的基础，后后者是核核心，是是具体的的应用。电电力电子子电路与与电子电电路的许许多分析析方法是是一致的的，共同同基础是是电路理理论，只只是应用用有所不不同，电电力电子子技术用用于功率率变换，电电子技术术用于休休息处理理，电力力电子技技术除应应用与电电气工程程外还广广泛用于于电子装装置中，例例如电源源、功率率放大、输输出等都都可以看看成是电电力电子子电路，因因此也可可以把电电力电子子技术看看成是电电子技术术后的一一个分支支。电子子技术可可分为信信息电子子技术和和电力电电子技术术两大分分支，信信息电子子技术包包含模拟拟电子技技术和数数字电子子技术两两部分，因因此，电电子技术术是由模模拟电子子、数字字电子、电电力电子子三个分分支组成成。电力电子子技术是是弱电与与强电之之间的结结合，是是弱电控控制强电电的技术术。是一一门实用用性很强强的学科科直接在在工业、交交通、能能源、信信息、军军事、管管理、家家庭等各各个领域域广泛应应用。三、电力力电子技技术的发发展与应应用现状状及前景景（一）电电力电子子技术的的发展历历史电力电子子器件的的发展对对电力电电子技术术的发展展起着决决定性的的作用，因因此，电电力电子子技术的的发展是是以电力力电子器器件的发发展为基基础的。电电力电子子技术的的发展史史，如图图二所示。图二 电力电子技术的发展史晶闸管问世，(“公元元年”)IGBT及功率集成器件出现和发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发展时期史前期（黎明期）19041930194719571970198019902000t(年)晶体管诞生一般认为为，电力力电子技技术的开开始是以以19557年第第一个晶晶闸管的的诞生为为标志的的。但在在晶闸管管出现之之前，电电力电子子技术就就已经用用于电力力变换了了。因此此，晶闸闸管出现现前的时时期称为为电力电电子技术术的史前前期。18766年出现现了硒整整流器。119044年出现现了电子子管，它它能在真真空中对对电子流流进行控控制，并并应用于于通信和和无线电电，从而而开创了了电子技技术之先先河。119111年出现现了金属属封装水水银整流流器，它它把水银银封于管管内，利利用对其其蒸气的的点弧可可对大电电流进行行有效控控制，其其性能与与晶闸管管类似。220世纪纪3050年年代，是是水银整整流器发发展迅速速并广泛泛应用时时期。它它广泛用用于电化化学工业业、电气气铁道直直流变电电所以及及轧钢用用直流电电动机的的传动。20世纪纪50年年代初，119533年出现现了锗功功率二极极管；119544年出现现了硅二二极管，普普通的半半导体整整流器开开始使用用；19957年年诞生了了晶闸管管，一方方面由于于其变换换能力的的突破，另另一方面面实现了了弱电对对以晶闸闸管为核核心的强强电变换换电路的的控制，使使之很快快取代了了水银整整流器和和旋转变变流机组组，进而而使电力力电子技技术步入入了功率率领域。变变流装置置由旋转转方式变变为静止止方式，具具有提高高效率、缩缩小体积积、减轻轻重量、延延长寿命命、消除除噪声、便便于维修修等优点点。因此此，其优优越的电电气性能能和控制制性能，在在工业上上引起一一场技术术革命。在以后的的20年年内，随随着晶闸闸管特性性不断提提高，晶晶闸管已已经形成成了从低低电压、小小电流到到高电压压、大电电流的系系列产品品。同时时研制出出一系列列晶闸管管的派生生器件，如如快速晶晶闸管（FFST）、逆逆导晶闸闸管（RRCT）、双双向晶闸闸管（TTRIAAC）、光光控晶闸闸管（LLTT）等等器件，大大大地推推动各种种电力变变换器在在冶金、电电化学、电电力工业业、交通通及矿山山等行业业中的应应用，促促进了工工业技术术的进步步，形成成了以晶晶闸管为为核心的的第一代代电力电电子器件件，也称称为传统统电力电电子技术术阶段。晶闸管通通过对门门极的控控制可以以使其导导通，而而不能使使其关断断，因此此属于半半控型器器件。对对晶闸管管电路的的控制方方式主要要是相位位控制方方式。即即使在电电流、电电压这22个方面面，晶闸闸管系列列器件仍仍然有一一定的发发展余地地，但因因下述原原因阻碍碍了它们们的继续续发展：由于它它是半控控器件，要要想关断断它必须须用强迫迫换相电电路，结结果使得得电路复复杂、体体积增大大、重量量增加、效效率较低低以及可可靠性下下降；由于器器件的开开关频率率难以提提高，一一般低于于4000Hz，大大大限制制了它的的应用范范围；由于相相位运行行方式使使电网及及负载上上产生严严重的谐谐波，不不但电路路功率因因数降低低，而且且对电网网产生“公公害”。随随着工业业生产的的发展，迫迫切要求求新的器器件和变变流技术术出现，以以便改进进或取代代传统的的电力电电子技术术。20世纪纪70年年代后期期，以门门极可关关断晶闸闸管（GGTO）、电电力双极极型晶体体管（GGTR）、电电力场效效应晶体体管（PPoweer MMOSFFET）为为代表的的第二代代自关断断全控型型器件迅迅速发展展。全控控型器件件的特点点是，通通过对门门极（基基极、栅栅极）的的控制既既可以使使其开通通，又可可以使其其关断。另另外，这这些器件件的开关关速度普普遍高于于晶闸管管，可以以用于开开关频率率较高的的电路。全全控器件件优越的的特性使使其逐渐渐取代了了变流装装置中的的晶闸管管，把电电力电子子技术推推进到一一个新的的发展阶阶段。和晶闸管管电路的的相位控控制方式式想对应应，采用用全控型型器件的的电路主主要控制制方式为为脉冲宽宽度调制制（PWWM）方方式。PPWM控控制技术术在电力力电子变变流技术术中占有有十分重重要的地地位。它它使电路路的控制制性能大大大改善善，使以以前难以以实现的的功能得得以实现现，对电电力电子子技术的的发展产产生了深深远的影影响。20世纪纪80年年代，出出现了以以绝缘栅栅双极型型晶体管管（IGGBT）为为代表的的第三队队复合型型场控半半导体器器件，另另外还有有静电感感应式晶晶体管（SSIT）、静静电感应应式晶闸闸管（SSITHH）、MMOS晶晶闸管（MMCT）等等。这些些器件不不仅有很很高的开开关频率率，一般般为几十十到几百百千赫兹兹，而且且有更高高的耐压压性，电电流容量量大，可可以构成成大功率率、高频频的电力力电子电电路。20世纪纪80年年代后期期，电力力半导体体器件的的发展趋趋势是模模块化、集集成化，按按照电力力电子电电路的各各种拓扑扑结构，将将多个相相同的电电力半导导体器件件或不同同的电力力半导体体器件封封装在一一个模块块中，这这样可以以缩小器器件体积积、降低低成本、提提高可靠靠性。现现在已经经出现了了第四代代电力电电子器件件集集成功率率半导体体器件（PPIC），它它将电力力电子器器件与驱驱动电路路、控制制电路及及保护电电路集成成在一块块芯片上上，开辟辟了电力力电子器器件智能能化的方方向，应应用前景景广阔。目目前经常常使用的的智能化化功率模模块（IIPM），除除了集成成功率器器件和驱驱动电路路以外，还还集成了了过压、过过流和过过热等故故障检测测电路，并并可将监监测信号号传送至至CPUU，以保保证IPPM自身身不受损损害。（二）现现代电力力电子技技术的主主要特点点全控化化全控化是是由半控控型普通通晶闸管管发展到到各类自自关断器器件，是是电力电电子器件件在功能能上的重重大突破破。自关关断器件件实现了了全控化化，取消消了传统统电力电电子器件件的复杂杂换相电电路，使使电路大大大简化化。集成化化集成化与与传统电电力电子子器件的的分立方方式完全全不同，所所有的全全控型器器件都是是由许多多单元器器件并联联在一起起，集成成在一个个基片上上。高频化化高频化是是指随着着器件集集成化的的实现，同同时也提提高了器器件的工工作速度度，例如如GTRR可工作作在100kHzz频率以以下，IIGBTT工作在在几十千千赫兹以以上，功功率MOOSFEET可达达数百千千赫兹以以上。高效率率化高效率化化体现在在器件和和变换技技术这22个方面面，由于于电力电电子器件件的导通通压降不不断减少少，降低低了导通通损耗；器件开开关的上上升和下下降过程程加快，也也降低了了开关损损耗；器器件处于于合理的的运行状状态，提提高了运运行效率率；变换换器中采采用的软软开关技技术，使使得运行行效率得得到进一一步提高高。变换器器小型化化变换器小小型化是是指随着着器件的的高频化化，控制制电路的的高度集集成化和和微型化化，使得得滤波电电路和控控制器的的体积大大大减小小。电力力电子器器件的多多单元集集成化，减减少了主主电路的的体积。控控制器和和功率半半导体器器件等，采采用微型型化的表表面贴技技术使得得变换器器的体积积得到了了进一步步减少，功功率为110kVV·A，体体积只有有信用卡卡那样大大。电源变变换绿色色化电力电子子技术中中广泛采采用PWWM脉宽宽调制技技术、SSPWMM正弦波波脉宽调调制和消消除特定定次谐波波技术，采采用多重重化技术术，使得得变换器器的谐波波大为降降低，同同时也使使变换器器的功率率因数得得到提高高，进而而使得变变换电源源绿色化化。改善和和提高供供电网的的供电质质量近年来出出现的静静止无功功发生器器（SVVG）、有有源电力力滤波器器等新型型电力电电子装置置，具有有优越的的无功功功率和谐谐波补偿偿的性能能，因此此大大提提高了电电网的供供电质量量。表1 电电力电子子器件现现有发展展水平器件名称称国外研制制水平国内研制制水平普通整流流管8kV/5kAA(f=4000Hz)6kV/3.55kA普通晶闸闸管(SSCR)12kVV/1kkA,88kV/6kAA5.5kkV/33kA快速晶闸闸管2.5kkV/11.6kkA(TTq=88500s)2kV/1.55kA(Tq=30s)光控晶闸闸管(LLASCCR)6kV/6kAA,8kkV/44kA4.5kkV/22kA可关断晶晶闸管(GTOO)9kV/2.55kA,6kVV/6kkA(ff=1kkHz)4.5kkV/22.5kkA集成门极极换流晶晶闸管(IGCCT)6kV/1.66kA无静电感应应晶闸管管(SIITH)4kV/2.55kA(f=1100kkHz)1kV/1500A电力晶体体管(GGTR)模块：11.8kkV/11kA(f=22kHzz)模块：11.2kkV/4400AA功率MOOSFEET60A/2000V(22MHzz),5500VV/500A(1100MMHz)1kV/35AA绝缘栅双双极晶体管IIGBTT单管：44.5kkV/11kA模模块：33.5kkV/11.2kkA(UF=1.552.2V,f=550kHHz)单管：11kV/50AA模块：11.2kkV/2200AA电子注入入增强栅栅极晶体体管IEEGT4.5kkV/11kA无MOS控控制晶闸闸管MCCT1kV/1000A(UUF =1.11V, Tq=1s)1kV/75AA智能功率率模块IIPM和和功率集集成电路路PICCIPM:1.88kV/1.22kA600VV/755A电力电电子器件件的容量量和性能能的优化化电力电子子器件的的现有发发展水平平，如表表1所示示。近年来，新新型半导导体材料料的研究究正在取取得不断断地突破破，碳化化硅（SSiC）、金金刚石等等新材料料用于电电力电子子器件，特特别是金金刚石器器件与硅硅器件相相比，功功率可提提高1006个数数量级，频频率可提提高500倍，导导通压降降降低一一个数量量级，最最高结温温可达6600。（三）电电力电子子技术的的应用电力电子子技术是是以功率率处理和和变换为为主要对对象的现现代工业业电子技技术，当当代工、农农业等各各领域都都离不开开电能，离离不开表表征电能能的电压压、电流流、频率率、波形形和相位位等基本本参数的的控制和和转换，而而电力电电子技术术可以对对这些参参数进行行精确的的控制与与高效的的处理，所所以电力力电子技技术是实实现电气气工程现现代化的的重要基基础。电力电子子技术应应用范围围十分广广泛，国国防军事事、工业业、能源源、交通通运输、电电力系统统、通信信系统、计计算机系系统、新新能源系系统以及及家用电电器等无无不渗透透着电力力电子技技术的新新成果。下下面是简简单的介介绍：1、  一般工工业电机机调速工业中大大量应用用各种交交、直流流电动机机。直流流电动机机具有良良好的调调速性能能，为其其供电的的可控整整流电源源或直流流斩波电电源都是是电力电电子装置置。近年年来，由由于电力力电子变变频技术术的迅速速发展，使使得交流流电动机机的调速速性能可可与直流流电动机机相媲美美，因此此，交流流调速技技术得到到了广泛泛应用，并并且占据据主导地地位。作为节能能控制主主要采用用交流电电动机的的变频调调速，它它带来了了巨大的的节能效效益。在在各行各各业中，风风机、水水泵多用用异步电电动机拖拖动，其其用电量量占我国国工业用用电的550%以以上，全全国用电电量的330%。控控制风量量或水流流量，过过去是靠靠控制风风门或节节流阀的的转用，而而电机的的转速不不变。由由于风门门或节流流阀转角角的减小小，却增增大了流流体的阻阻力，因因此功率率消耗变变化甚小小，结果果造成在在小风量量或小水水流时电电能的浪浪费。我我国的风风机、水水泵，全全面采用用变频调调速后，每每年节电电可达数数百亿度度。家用用电器的的空调，采采用变频频调速技技术，可可节电330%以以上。2、  交通运运输电气化铁铁道中私私广泛采采用电力力电子技技术，电电气机车车中的直直流机车车采用整整流装置置供电，交交流机车车采用变变频装置置供电。如如直流斩斩波器广广泛应用用于铁道道车辆，磁磁悬浮列列车中电电力电子子技术更更是一项项关键的的技术。新型环保保绿色电电动汽车车和混合合动力电电动汽车车（EVV/HEEV）正正在积极极发展中中。汽车车是靠汽汽油引擎擎运行而而发展起起来的机机械，它它排出大大量二氧氧化碳和和其他废废气，严严重的污污染了环环境。绿绿色电动动车的电电机是以以蓄电池池为能源源，靠电电力电子子装置进进行电力力变换和和驱动控控制，其其蓄电池池的充电电也离不不开电力力电子技技术。显显而易见见，未来来电动车车将取代代燃油汽汽车。飞机、船船舶需要要各种不不同要求求的电源源，因此此航空、航航海都离离不开电电力电子子技术。3、电力力系统发达国家家在用户户最终使使用的电电能中，有有60%以上的的电能至至少经过过一次以以上电力力电子装装置的处处理。电电力系统统在通向向现代化化的进程程中，是是离不开开电力电电子技术术的。高压直流流输电，其其送电端端的整流流和受电电端的逆逆变装置置都是采采用晶闸闸管变流流装置，它它从根本本上解决决了长距距离、大大容量输输电系统统无功损损耗问题题。柔性交流流输电系系统（FFACTTS），其其作用是是对发电电-输电电系统的的电压和和相位进进行控制制。其技技术实质质类似于于弹性补补偿技术术。FAACTSS技术是是利用现现代电力力电子技技术改造造传统交交流电力力系统的的一项重重大措施施，已成成为当今今发达国国家电力力界研究究的热点点。FAACTSS技术（包包括系统统应用技技术及控控制器技技术）已已被国内内外的一一些权威威性的输输电技术术专家、学学者称为为未来输输电系统统新时代代的3项项支撑技技术（FFACTTS技术术、先进进的控制制中心和和综合自自动化技技术）之之一，或或是“现现代电力力系统中中的3项项（如新新时代技技术、智智能控制制、基于于全球卫卫星定位位系统）具具有变革革性影响响的前沿沿性课题题之一”。无功补偿偿和谐波波抑制对对电力系系统有重重要意义义。晶闸闸管控制制电抗器器（TCCR）、晶晶闸管投投切电容容量（TTSC）都都是重要要的无功功补偿装装置。静静止无功功发生器器（SVVG）、有有源电力力滤波器器（APPF）等等新型电电力电子子装置具具有更优优越的无无功和谐谐波补偿偿的性能能，减少少或消除除由于传传统变流流装置对对电网产产生的公公害，大大大地改改善了供供电质量量，使得得电源电电网得到到净化。4、电源源电力电子子技术的的另一应应用领域域是在各各种各样样的电源源中。电电器电源源需求是是千变万万化的，因因而电源源的需求求和种类类非常多多。下面面介绍几几种特种种电源。近近年来，国国内外在在高频逆逆变整流流焊机的的研究方方面，取取得了实实质性进进展。由由于采用用高频逆逆变，体体积和重重量都有有明显减减少，既既节能，又又便于使使用。通信的电电源是一一种DCC/DCC高频开开关电源源，也适适用于其其他领域域。通信信事业的的发展大大大推动动了通信信用电源源的发展展。19992年年，全国国邮电部部门全年年用电达达到255亿度。由由于交换换机总量量的增加加，用电电量也大大幅度增增加，可可见邮电电部门年年耗电量量是非常常可观的的。高频频开关电电源的使使用，大大大减小小了电源源体积和和开关损损耗。不间断电电源（UUPS）在在现代社社会中的的作用越越来越重重要，用用量也越越来越大大。目前前，UPPS在电电力电子子产品应应用中已已占有相相当大的的数额。小型化开开关电源源，在办办公自动动化设备备、计算算机设备备、电子子产品、工工业测控控、电子子仪器和和仪表中中被广泛泛采用。由由于运用用了高频频技术，实实现了开开关电源源的小型型化。在军事应应用中主主要是雷雷达脉冲冲电源、声声纳及声声发射系系统、武武器系统统及电子子对抗等等系统电电源。航天、航航海、矿矿山及科科学研究究等各个个领域为为了人的的生存和和工作，都都离不开开各种能能源，所所以这些些都离不不开电力力电子技技术。5、 照照明在各个国国家，照照明用电电占发电电量的数数量也是是比较大大的，其其中美国国占244%，中中国占112%。白白炽灯发发光效率率低、热热损耗大大，故现现在广泛泛使用日日光灯。但但日光灯灯必须有有镇流器器启辉，全全部电流流都要流流过镇流流器的线线圈，因因而无功功电流较较大，不不能节能能。电子子镇流器器的出现现，较好好的解决决了这个个问题。电电子镇流流器就是是一个AAC-DDC-AAC变换换器。在在相同功功率的情情况下，电电子镇流流器比普普通镇流流器的体体积小，可可减少无无功和有有功损耗耗。另外外，采用用电力电电子技术术可实现现照明的的电子调调光，也也可节约约能源，因因此被称称为节能能灯。6、 新新能源开开发和利利用传统的发发电方式式是火力力、水利利以及后后来兴起起的核能能发电。能能源危机机后，各各种新能能源、可可再生能能源及新新型发电电方式越越来越受受到重视视。其中中太阳能能发电、风风能发电电的发展展较快，燃燃料电池池更受关关注。太太阳能、风风能发电电受环境境条件的的制约，发发出的电电能质量量较差。利利用电力力电子技技术可以以进行能能量储存存和缓冲冲，改善善电能质质量。同同时，采采用变速速恒频发发电技术术，可以以将新能能源发电电与电力力系统联联网。太阳能、风风能、生生物质能能、海洋洋潮汐能能及超导导储能等等可再生生能源，已已形成一一个新兴兴产业。与与其他发发电方式式比较，可可再生能能源发电电不排放放任何有有害特质质，也不不存在居居民迁移移问题。因因此，发发展和利利用绿色色能源是是洁净生生态环境境，改善善电力结结构的重重要措施施，未来来的结构构应该是是一个持持久的、可可再生的的、干净净的体系系。新能能源是近近期能源源的补充充，也是是未来能能源的基基础。7、 环环境保护护随着工业业、农业业迅速发发展，特特别是火火力发电电和水泥泥业的发发展对自自然环境境的污染染越来越越严重。为为了净化化环境，提提高人们们的生活活质量，在在某些行行业采用用高压静静电除尘尘措施是是十分有有效的，其其关键也也是微机机和电力力电子技技术。总之，电电力电子子技术的的应用范范围十分分广泛。从从人类对对宇宙和和大自然然的探索索到国防防，从军军事到国国民经济济的各个个领域，再再到人们们的衣食食住行，无无处不应应用电力力电子技技术。这这就是激激发一代代又一代代专家、学学者和工工程技术术人员学学习、研研究电力力电子技技术的巨巨大魅力力之处。（四）电电力电子子技术的的未来发发展方向向和前景景电力电子子技术已已进入各各个领域域，未来来的广阔阔前景和和发展方方向，主主要体现现在下面面几个方方面：（1） 新材料料的进一一步研究究和应用用，扩大大了器件件的频率率、功率率等级、使使用温度度范围，减减少器件件的体积积和降低低价格。因因此，可可以大大大改进系系统性能能和降低低成本，使使它的应应用范围围越来越越广。（2） 改进器器件和装装置封装装形式，实实现系统统集成，以以获得更更高的集集成化和和可靠性性。（3） 使用无无需吸收收电路并并且关断断延时小小的集成成门极换换流晶闸闸管（IIGCTT），使使得在大大功率应应用场合合的器件件选择越越来越容容易。（4） 多电平平逆变器器大功率率逆变器器中的应应用。（5） 体积小小、重量量轻、损损耗小、无无无功率率的全半半导体变变流系统统的设计计。（6） 采用神神经网络络和模糊糊控制逻逻辑芯片片的无速速度传感感器控制制的传动动系统。（7） 采用专专家系统统获得优优化的实实时性和和系统容容错控制制。（8） 自主学学习与自自适应调调节控制制器在传传动系统统中的应应用。（9） 改善动动力系统统供电质质量，柔柔性交流流输电技技术将得得到越来来越广泛泛运用。（10）    高高效、轻轻便、绿绿色的电电动车供供不应求求。（11）    发发展更高高效的家家用电器器产品。电力电子子技术是是目前发发展较为为迅速的的一门学学科，是是高新技技术产业业发展的的主要基基础技术术之一，是是传统产产业改造造的重要要手段。可可以预言言，随着着各学科科新理论论、新技技术的发发展，电电力电子子技术的的应用具具有十分分广泛的的前景。四、课程程的主要要内容（一）复复习与巩巩固部分分.电力力电子器器件.整流流电路1.各种种二级管管 1.二二级管整整流电路路2.半控控型器件件,晶闸闸管2.单相与与三相整整流电路路3典型型全控器器件:GGTO、BBJT、电电力3.六相、十十二相整整流电路路MOSFFET、IIGBTT 4.大功率率整流电电路 4、MMCT、SSIT、SSITHH等其它它电力电电子器件件5、功能能模块和和功率集集成电路路6、电力力电子器器件的串串并联7、电力力电子器器件的保保护8、电力力电子器器件的驱驱动和同同步电路路.直流流斩波电电路 .交流流电力控控制电路路 1升升压斩波波电路 1.单单相相控控式交流流调压电电路 2降降低站波波电路 2.三三相相控控式交流流调压电电路 3升升降压斩斩波电路路 33.交流流调节电电路 4复复合斩波波电路 4.交交流电子子开头.逆变变电路 .交一一交变频频电路1换相相方式 11.单相相、三相相输出交交一交变变频电路路2电压压型和电电流型逆逆变电路路2.矩矩阵式变变频电路路3负载载换相逆逆变电路路 3.交一交交变频的的应用4电容容换相逆逆变电路路.脉冲冲调制（PPWM）技术1.PWWM调制制的基本本原理2.PWWM逆变变电路的的控制方方式3.PWWM波形形的生成成方式4.PWWM整流流电路（二）提提高和加加深部分分.电路路部分1跟踪踪型PWWM逆变变电路2SPPWM的的控制模模式3优化化PWMM设计4交一一交变频频的高次次谐波问问题5谐振振式变换换器的控控制方式式6有源源滤波的的原理与与电路7功率率MOSSFEEET的驱驱动电路路8电力力电子器器件的缓缓冲电路路9组合合变频电电路.装置置及系统统1.开关关电源的的设计2.变频频调速装装置3.有源源滤波装装置4.快速速开关装装置用于于无功补补偿及变变压器有有载调压压5.大功功率直流流稳压调调压电源源装置（三）设设计与开开发部分分1智能能化的变变频调速速系统2微机机控制的的可控励励磁调节节系统3智能能式无极极大功率率快速开开关4电力力网有源源滤波器器5电力力系统潮潮流控制制装置6智能能式电力力网谐波波抑制装装置7电力力电子装装置系统统的可靠靠性设计计五、课程程的要求求（一）熟熟练掌握握本课程程的基本本要求，（除除听课外外一定要要加强自自习、完完成练习习作业和和实验。考考试时间间第144周，考考试方式式：笔试试）包括：11.不同同时期的的电力电电子器件件的工作作特性和和主要参参数 22.基本本的电力力电子电电路 33.典型型的电力力电子装装置的基基本构成成和原理理 44.电力力电子技技术的主主要应用用与发展展（二）掌掌握本课课程的提提高和加加深的内内容（考考试时间间第144周，考考试方式式：笔试试）包括：11.传统统电力电电子技术术与现代代电力电电子技术术的区别别 22.电力力电子装装置的发发展趋势势 33.提高高和加深深部分的的电力电电子电路路的计算算与分析析 44.电力力电子装装置及其其系统的的设计（三）应应完成本本课程的的归纳、总总结和优优化（220周交交读书报报告）包括：11.本课课程的学学习心得得与体会会 22.电力力电子技技术与其其他学科科和技术术之间的的关系 33.电力力电子技技术的发发展规律律 44.本课课程学习习的重点点与难点点 55.提出出一个具具有智能能式的电电力电子子装置或或系统的的研制方方案及实实施步骤骤（四）实实践环节节要求（第第13周周实验电电路方案案及实验验结果报报告）1.完成成如下实实验（实实验室：34002） aa.相控控整流电电路 bb.斩波波电路 cc.变频频电路 dd.开关关电路 ee.上机机仿真2.完成成一个典典型的电电力电子子技术应应用的装装置（220周交交英文总总结报告告）包括：本装置置的用途途方案及及设计思思路和参参数指标标；由CAAD等软软件工具具、完成成的电路路原理图图和安装装图；装置的的实现装置的的实验结结果；由英文文完成总总结报告告。六、考试试方式及及要求1.因本本课程是是本专业业的一门门必修的的学位课课程，因因此必须须按“四.本本课程的的要求”来完成成。2.考试试共分五五个部分分即：(1)笔笔试：基本内内容部分分；提高和和加深部部分。时时间安排排在第114周(2)撰撰写叁份份报告：读书学学习报告告（200周交）(含关键键词、摘摘要报告告)。实验报报告（119周交交）。由英文文完成装装置的总总结报告告。（220周交交）。七、参考考书与文文献1王兆兆安主编编，电力力电子变变流技术术，北京京机械出出版社，220000年。2贺益益康，潘潘再平编编，电力力电子技技术基础础，浙江江大学出出版社，119944年。3陈坚坚，电力力电子学学，高等等教育出出版社，220011年。4张立立，现代代电力电电子技术术，北京京：科学学出版社社。5电电力电子子技术994年-03年年，西安安电力电电子技术术研究所所。6电电网技术术，994年-03年年，北京京：电力力部电力力科学研研究院。7电电力系统统自动化化，992年-至今年年，南京京：电力力自动化化研究所所。8IEEEE Traans.PAAA.888年至今年年。9IEEEE Traans.PWRRD.990年至今年年。10IIEEEE Trranss.Onn poowerr Deelivveryy 911年至今年年。八、习题题（要求求认真完完成作业业习题）1-1总结且且叙述各各类电力力电子器器件的基基本特征征和各适适用于什什么场合合？2-1作用于于RLCC串联电电路的电电压为，且且基本波波频率的的输入阻阻抗 ，求求电流2-2施加于于两端网网络的电电压，流流入a端端电流求求：的有效效值为若若干？的有效效值为若若干？平均功功率为若若干？3-1画出单单相半波波可控整整流电路路，在aa=时，如如下五种种情况的的和的波形形。电阻性性负载。大电感感负载不不接续流流二极管。大电感感负载接接续流二二极管。反电动动势不串串入平波波电抗器器。反电动动势负载载串入平平波电抗抗器，又又接续流流二极管，但但负载电电流仍然然无法连连续。3-2三相半半波可控控整流电电路，负负载为电电动机，串串入足够够大的平平波电抗抗器，再再与续流流二极管管并联，UU=2220V，电电动机负负载为440A，电电枢回路路总电阻阻为，求求：当aa=时，流流过晶闸闸管与续续流管的的电流平平均值、有有效值以以及电动动机反电电动势各各为多少少？并画画出电压压、电流流波形。3-3三相全全控桥整整流电路路，触发发方式采采用“单宽脉脉冲”或“双窄脉脉冲”触发，这这是为什什么？“单宽脉脉冲”的宽度度应为多多少？触触发脉冲冲如何排排列？3-4三相半半控桥整整流电路路大电感感负载，为为了防止止失控，并并接了续续流二极极管，求a=时输出出电压、电电流平均均值，流流过晶闸闸管与续续流管的的电流平平均值、有有效值，并并画出电电压电流流波形。3-5某车刀刀床架采采用小惯惯量G Z 1180型型直流电电动机，其其额定功功率为55.5KKW，额额定电压压为2220V，额额定电流流28AA，电枢枢电阻为为，由三三相半波波可控整整流电路路经过星星形接线线，二次次相电压压为2220V的的变压器器供电，整整流变压压器每相相绕组漏漏抗和电电阻（已已折算）分分别为和和，系统统控制电电机起动动电流不不超过660A，并并当负载载电流降降至3AA时，电电流仍要要连续。试试求：整流变变压器容容量和晶晶闸管的的型号。平波电电抗器的的电感量量（不计计变压器器