电力电子技术课件第一章.pptx

电力电子技术Power Electronics主讲人：董冀媛主讲人：董冀媛邮箱：邮箱：手机：手机：1369363128113693631281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？学习应注意哪些问题？4、考核办法220V 50Hz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要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；城市地铁要求有可控的高压直流电源对机车供电；通信设备如程控交换机需要48v低压直流电源；调速的直流电动机则需要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须由中频而机械工业中的感应加热设备必须由中频(10kHz(10kHz f50Hz)或高频(300MHzff10kHz)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间断许多高技术设备要由恒频、恒压的正弦波交流不间断电源供电电源供电UPSUPS设备（设备（Uninterruptible Power Uninterruptible Power SupplySupply）；）；现在已得到广泛应用的交流电机变频调速则要由三相交流变频、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、快速充电设备等则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 电力电子技术的发展史3 电力电子技术的应用4 教材内容简介和使用说明绪 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 地位和未来1 什么是电力电子技术信息电子技术 信息电子技术 信息处理，信息处理，电力电子技术 电力电子技术 电力变换 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 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。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使用电力电子器件对电能进行变换和控制的技术，即应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。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。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它它是是电电力力电电子子技技术术的的基基础础，其其理理论论基基础础是是半半导导体物理。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 进行电力变换的技术称为 进行电力变换的技术称为 变流技术。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 直流输出输出 输入输入 变流技术变流技术绪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 电力学控制理论连续、离散 电路、器件静止器、旋转电机图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都分为器件器件和应用两大分支。器件器件的材料、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。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。二者同根同源。与电子学（信息电子学）的关系与电子学（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 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 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国内外均把电力电子技术归为电气工程的一个分支。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 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 为未来科学技术的两大支柱 两大支柱。计算机 计算机 人脑 人脑 电力电子技术 电力电子技术 消化系统和循环系统 消化系统和循环系统 电力电子运动控制 电力电子运动控制 肌肉和四肢 肌肉和四肢电力电子技术是 电力电子技术是电能变换技术 电能变换技术,是把是把粗电 粗电变为 变为精电精电的技术，的技术，能源是人类社会的永恒话题，电能是最优质的能源，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。因此，电力电子技术将青春永驻。一门崭新的技术，一门崭新的技术，21 21世纪仍将以迅猛的速度发展。世纪仍将以迅猛的速度发展。1.4 地位和未来历史是人类社会的一面镜子分析过去、现在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、现在有助于把握未来2 电力电子技术的发展史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）1904 19301947 1957 19701980 19902000t(年)晶体管诞生2 电力电子技术的发展史一般工业：工业中大量应用各种交直流电动机，都是用电力电子装置进行调速的。一些对调速性能要求不高的大型鼓风机等近 年来也采用了变频装置，以达到节能的目的。有些并不特别要求调速的电机为了避免起动时的电流冲击而采用了软起动装置，这种软起动装置也是电力电子装置。电化学工业大量使用直流电源，电解铝、电解食盐水等都需要大容量整流电源。电镀装置也需要整流电源。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合。3 电力电子技术的应用绪23轧钢机数控机床冶金工业电解铝1）一般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装置，交流机车采用变频装置。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。电动汽车的电机依靠电力电子装置进行电力变换和驱动控制，其蓄电池的充电也离不开电力电子装置。一台高级汽车中需要许多控制电机，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 电力电子技术的应用绪252）交通运输3 电力电子技术的应用可控的高压直流电源对机车供电3）电力系统：据估计，发达国家在用户最终使用的电能中，有60%以上的电能至少经过一次以上电力电子变流装置的处理。直流输电在长距离、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装置，而轻型直流输电则主要采用全控型的IGBT器件。近年发展起来的柔性交流输电（FACTS）也是依靠电力电子装置才得以实现的。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）等电力电子装置大量用于电力系统的无功补偿或谐波抑制。在配电网系统，电力电子装置还可用于防止电网瞬时停电、瞬时电压跌落、闪变等，以进行电能质量控制，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要电力电子装置。3 电力电子技术的应用绪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电力系统中的直流输电绪283）电力系统SVC SVC高压直流装置HVDC柔性交流输电FACTS3 电力电子技术的应用4）电子装置电源：各种电子装置一般都需要不同电压等级的直流电源供电。通信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，现在已改为采用全控型器件的高频开关电源。大型计算机所需的工作电源、微型计算机内部的电源现在也都采用高频开关电源。在大型计算机等场合，常常需要不间断电源（Uninterruptible Power Supply_ UPS）供电，不间断电源实际就是典型的电力电子装置。3 电力电子技术的应用绪304）电子装置用电源程控交换机电子装置电子装置微型计算机3 电力电子技术的应用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 航天技术新型能源3 电力电子技术的应用提供恒频、恒压的正弦波交流电5）家用电器：“节能灯节能灯”、变频空调、变频空调6）其他：航天飞行器、新能源、发电装置新能源、可再生能源发电比如风力发电、太阳能发新能源、可再生能源发电比如风力发电、太阳能发电，需要用电力电子技术来缓冲能量和改善电能质电，需要用电力电子技术来缓冲能量和改善电能质量。当需要和电力系统联网时，更离不开电力电子量。当需要和电力系统联网时，更离不开电力电子技术。技术。核聚变反应堆在产生强大磁场和注入能量时，需要大容量的脉冲电源，这种电源就是电力电子装置。科学实验或某些特殊场合，常常需要一些特种电源，这也是电力电子技术的用武之地。3 电力电子技术的应用绪34图 电力电子电路在不同频率功率下的应用总之，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、水泵采用的变频调速，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绪36日常照明节能灯 电厂发电总量的10%15%消耗在电气照明上。普通白 炽 灯：电电感启感启辉辉，无功，无功电电流流较较大，不能达到有大，不能达到有效效节节能能；节能灯节能灯:电电子子镇镇流器流器（一个一个ACACDCDCACAC变换变换器器）启辉，减少无功 电 流和有功 损 耗，灯管寿命延 长3 5 倍、可 节电50%，而且其重量 仅为电 感式 镇 流器的10%。电电子子镇镇流器的技流器的技术术关关键键就是高就是高频电频电力力电电子子变换变换器，若器，若获获得广泛得广泛应应用，用，则节则节能能节电节电效益十分效益十分显显著。著。对白炽灯进行高效节能改造，并假设推广应用对白炽灯进行高效节能改造，并假设推广应用30%30%，所节省的电能相当于三座大亚弯核电站的发电量，所节省的电能相当于三座大亚弯核电站的发电量(139(139亿度亿度/年年)绪37 几乎所有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行改造，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行总结。课时分配：课内教学学时为3636学时实验单独设课（下学期上）实验单独设课（下学期上）和其他课程的关系：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基础课程考核办法1、期末卷面考试成绩80%。包括两部分：1）卷面考题成绩70%。2 2）最后一题是总结学过的内容。占）最后一题是总结学过的内容。占10%10%。22、平时作业、平时作业10%10%，缺一次扣，缺一次扣22分，扣完为止。分，扣完为止。作业要求：数学作业纸或A4纸，清晰工整。不符合要求扣一分，扣完为止。如果作业是查文献写论文，优秀的要加分。如果作业是查文献写论文，优秀的要加分。3、平时上课表现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、电力电子技术的发展 2、电力电子技术的应用 3、电力电子器件的发展作业：查资料 4、查阅有关柔性交流输电FACTS的资料，写成1000字左右的内容介绍。主要关注以下方面：基本概念 国际发展概况国内发展概况国内发展概况 关键技术 任选其一即可。5、查阅高压直流装置HVDC有关资料基本概念基本概念 关键技术目前成功应用的案例目前成功应用的案例国内外发展现状国内外发展现状 任选其一阐述1000字左右的介绍 6、查阅静止无功补偿的有关资料 基本概念国内外发展概况国内外发展概况 具体应用案例任选其一即可，任选其一即可，10001000字左右的介绍字左右的介绍 7、风力发电中有哪些关键技术和环节应用了电力电子技术 8、光伏技术有哪些关键技术应用了电力电子技术论文格式：论文格式：11、题目、题目22、作者、作者33、摘要、摘要44、关键词、关键词5、正文 1 1）引言）引言 2）问题的提出 3 3）理论分析）理论分析 4）实验设计及结果 5）结论66、参考文献、参考文献