哈工大電氣工程復(fù)試課件電力電子技術(shù)

浙江大學徐德鴻教授，在《電力電子技術(shù)》前言中寫道：20世紀人類最偉大的20項科技成果是:電氣化、汽車、飛機、自來水供水系統(tǒng)、電子技術(shù)、無線電與電視、農(nóng)業(yè)機械化、計算機、電話、空調(diào)與制冷、高速公路、航天、互聯(lián)網(wǎng)、成像技術(shù)、家電、保健科技、石化、激光與光纖、核能利用、新材料.所有這些科技成果幾乎都不同程度地應(yīng)用了電力電子技術(shù)，電力電子技術(shù)在推動科學技術(shù)的發(fā)展中發(fā)揮了重要作用。電力電子技術(shù)廣泛地應(yīng)用于工業(yè)、交通、IT、通信、國防以及家電等領(lǐng)域，全球600億美元的電力電子產(chǎn)品市場已經(jīng)形成，支撐著5700億美元的電器電子硬件產(chǎn)品。據(jù)美國國家電力科學研究院預(yù)測，到2010年，80％的電能將通過電力電子變流器來處理。

引自：徐德鴻，“電力電子技術(shù)”，科學出版社，2006年電力電子技術(shù)主講教師：李久勝

電氣工程系專業(yè)平臺課1緒論學習目的：了解電力電子技術(shù)的概貌了解電能變換器的種類了解電力電子器件的種類熟悉常用的數(shù)學工具了解電力電子電路的計算機仿真軟件了解課程的主要內(nèi)容和參考教材學時：21.1

電力電子技術(shù)概述使用電力電子器件對電能進行變換和控制的技術(shù)。1.1.1電力電子技術(shù)（PowerElectronics)的定義從工程的對象和內(nèi)容及手段幾方面理解電力電子技術(shù)對象：能量中的電能內(nèi)容：對電能的變換和控制手段：利用電力電子器件（半導(dǎo)體器件）問題：為什么要對電能進行變換和控制？1.1.2電力（電能）變換的目的和作用電力系統(tǒng)的主體：固定頻率50或60Hz的交流電作為主體。為什么采用三相交流電作為電力網(wǎng)的主體？使用電力時固定頻率的交流電未必總是最佳選擇：有利于大功率電能遠距離傳輸直接驅(qū)動交流感應(yīng)電動機（工業(yè)傳動的主要形式）需要改變頻率，如變頻空調(diào)將交流電變成直流電，如微機電源電能變換舉例：電車控制、利用自然能發(fā)電例1.1：電車（地鐵等）用設(shè)置在車底下的變流裝置控制來自架空線的直流電流，對電動機進行調(diào)速。圖1.1電車的調(diào)速方式圖1.3風能發(fā)電能量流程圖1.2太陽能發(fā)電能量流程例1.2：自然能發(fā)電（太陽能和風能）

在采用自然能發(fā)電時，必須控制變化的發(fā)電功率。1.1.3

電能變換的種類逆變直流斬波交流電力控制變頻、調(diào)功整流直流交流交流直流輸出輸入電能變換的含義：在輸入與輸出之間，將電壓、電流、頻率（含直流）、相位、相數(shù)中的一項以上加以改變。電力變換四大類型問題：如何實現(xiàn)電能變換？1.1.4

電能變換的基本原理

變換類型1：AC-DC

利用S1～S4的導(dǎo)通與關(guān)斷的組合，可由交流形成直流。同時，控制開關(guān)導(dǎo)通的時間，可控制直流電壓大小。電路結(jié)構(gòu)負載電壓波形在功率變換電路中，為了盡量提高電能變換的效率，應(yīng)采用開關(guān)型變換器。因為器件只有工作在開關(guān)狀態(tài)，才能降低變換過程中的電能損耗。

變換類型2：DC-DC利用S的導(dǎo)通和關(guān)斷，控制負載上的直流電壓。電路結(jié)構(gòu)負載電壓波形

變換類型3：DC-AC利用S1～S4的導(dǎo)通與關(guān)斷的組合，將負載電壓值控制在正負范圍。同時，可控制負載上交流電壓的頻率。電路結(jié)構(gòu)負載電壓波形

變換類型4：AC-AC控制S1,S2開關(guān)導(dǎo)通的時間，可控制交流電壓大小。電路結(jié)構(gòu)負載電壓波形問題：開關(guān)型變換器中的開關(guān)器件應(yīng)如何選??？將電能任意地、高效率地變換和控制，應(yīng)采用開關(guān)型變換器。1.1.5.電能變換用的開關(guān)器件理想開關(guān)應(yīng)滿足的條件（以斬波電路為例）:電能變換電路中理想開關(guān)應(yīng)滿足的條件：（1）開關(guān)處于關(guān)斷狀態(tài)時能承受高的端電壓，并且漏泄電流為零

（2）開關(guān)處于導(dǎo)通狀態(tài)時能流過大電流，而且這時的端電壓為零

（3）導(dǎo)通、關(guān)斷切換時所需開關(guān)時間為零

（4）長期反復(fù)地開關(guān)也不損壞（壽命長）開關(guān)損耗為零電能變換電路中開關(guān)的選擇：機械開關(guān)：很好滿足條件（1）和（2），但不滿足（3）和（4）半導(dǎo)體開關(guān)：較好滿足（3）和（4），基本滿足（1）和（2）理想開關(guān)半導(dǎo)體開關(guān)結(jié)論：使用功率半導(dǎo)體器件，即電力電子器件，作為電力變換電路中開關(guān)。所以，電力電子技術(shù)定義為：使用電力電子器件對電能進行變換和控制的技術(shù)1.1.6電力電子器件的種類按照其控制通斷的能力分類:不控型，半控型和全控型。課間變流技術(shù)（電力電子器件應(yīng)用技術(shù)）是電力電子技術(shù)的核心。包括：用電力電子器件構(gòu)成電力變換電路和對其進行控制的技術(shù)，以及構(gòu)成電力電子裝置和電力電子系統(tǒng)的技術(shù)。電力電子器件制造技術(shù)是電力電子技術(shù)的基礎(chǔ)。本課程的重點是變流技術(shù)。（1）研究內(nèi)容包括兩大分支：1.1.7.電力電子技術(shù)的特點

電力電子技術(shù)是應(yīng)用在電力變換領(lǐng)域的電子技術(shù)。（2）與電子技術(shù)的關(guān)系

電力電子技術(shù)廣泛應(yīng)用于電氣工程中，

是電氣工程這個學科中最活躍的一個分支。（3）學科特點：20世紀后半葉誕生和發(fā)展的一門嶄新的邊緣技術(shù)學科。Sourcefrom：Mohan.PowerElectronics:Converters,Application,andDesign,3rded.WILEY,2003對電力電子裝置的需求迅速增長，使其應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴大

據(jù)統(tǒng)計70％的電能都是經(jīng)過變換后才使用，隨著科技的發(fā)展，電能變換的比例將會進一步提高。電力電子技術(shù)將青春永駐！電力電子技術(shù)是電氣工程領(lǐng)域的新學科和迅速發(fā)展的朝陽產(chǎn)業(yè)

。（4）應(yīng)用領(lǐng)域和發(fā)展趨勢現(xiàn)