電力電子技術(shù)第一章

電力電子技術(shù)PowerElectronics主講人：董冀媛郵箱：dongdandan9@126手機(jī)：93631281辦公室：信息樓10211、什么是電力電子技術(shù)？2、電力電子技術(shù)有什么用？為什么要學(xué)？3、這門課程的主要內(nèi)容是什么？學(xué)習(xí)應(yīng)留意哪些問題？4、考核方法220V50Hz交流市電低壓直流電壓±5V±12V＋3.3V

低壓直流電壓＋95V---＋130V

整流(AC/DC)電力電子技術(shù)——對電能變換和控制的技術(shù)普通的白熾燈照明需求220v、50Hz的單相交流電;化學(xué)工業(yè)中的電解、電鍍由低壓直流電源供電；城市地鐵要求有可控的高壓直流電源對機(jī)車供電；通訊設(shè)備如程控交換機(jī)需求48v低壓直流電源；調(diào)速的直流電動(dòng)機(jī)那么需求由可變直流電壓源供電；緒－4用電設(shè)備對電能的電壓、頻率要求而機(jī)械工業(yè)中的感應(yīng)加熱設(shè)備必需由中頻(10kHz>f>50Hz)或高頻(300MHz>f>10kHz)交流電源供電；許多高技術(shù)設(shè)備要由恒頻、恒壓的正弦波交流不延續(xù)電源供電UPS設(shè)備〔UninterruptiblePowerSupply〕；如今已得到廣泛運(yùn)用的交流電機(jī)變頻調(diào)速那么要由三相交流變頻、變壓電源供電；有的設(shè)備要求電源是非常好的正弦波，而發(fā)射機(jī)、快速充電設(shè)備等那么要求有大功率脈沖電源。緒－5用電設(shè)備對電能的電壓、頻率要求1什么是電力電子技術(shù)2電力電子技術(shù)的開展史3電力電子技術(shù)的運(yùn)用4教材內(nèi)容簡介和運(yùn)用闡明緒論1.1電力電子與信息電子1.2兩大分支1.3與其他學(xué)科的關(guān)系1.4位置和未來1什么是電力電子技術(shù)信息電子技術(shù)——信息處置，電力電子技術(shù)——電力變換電子技術(shù)普通即指信息電子技術(shù)，廣義而言，也包括電力電子技術(shù)。模擬電子技術(shù)電子技術(shù)信息電子技術(shù)電力電子技術(shù)數(shù)字電子技術(shù)1.1電力電子與信息電子電力電子技術(shù)——運(yùn)用電力電子器件對電能進(jìn)展變換和控制的技術(shù)，即運(yùn)用于電力領(lǐng)域的電子技術(shù)。目前電力電子器件均用半導(dǎo)體制成，故也稱電力半導(dǎo)體器件。電力電子技術(shù)變換的“電力〞，可大到數(shù)百M(fèi)W甚至GW，也可小到數(shù)W甚至mW級(jí)。1.1電力電子與信息電子變流技術(shù)〔電力電子器件運(yùn)用技術(shù)〕用電力電子器件構(gòu)成電力變換電路和對其進(jìn)展控制的技術(shù)，以及構(gòu)成電力電子安裝和電力電子系統(tǒng)的技術(shù)。電力電子技術(shù)的中心，實(shí)際根底是電路實(shí)際。1.2兩大分支電力電子器件制造技術(shù)它是電力電子技術(shù)的根底，其實(shí)際根底是半導(dǎo)體物理。電力——交流和直流兩種從公用電網(wǎng)直接得到的是交流，從蓄電池和干電池得到的是直流。電力變換四大類交流變直流、直流變交流、直流變直流、交流變交流變流技術(shù)進(jìn)展電力變換的技術(shù)稱為變流技術(shù)。逆變直流斬波直流交流電力控制變頻、變相整流交流交流直流輸出輸入變流技術(shù)緒－14用電力電子學(xué)技術(shù)電力變換的實(shí)例：整流電力電子學(xué)電子學(xué)電力學(xué)控制實(shí)際延續(xù)、離散電路、器件靜止器、旋轉(zhuǎn)電機(jī)圖1描畫電力電子學(xué)的倒三角形1.3與相關(guān)學(xué)科的關(guān)系都分為器件和運(yùn)用兩大分支。器件的資料、工藝根本一樣，采用微電子技術(shù)。運(yùn)用的實(shí)際根底、分析方法、分析軟件也根本一樣。信息電子電路的器件可任務(wù)在開關(guān)形狀，也可任務(wù)在放大形狀；電力電子電路的器件普通只任務(wù)在開關(guān)形狀。二者同根同源。與電子學(xué)〔信息電子學(xué)〕的關(guān)系1.3與相關(guān)學(xué)科的關(guān)系1.3與相關(guān)學(xué)科的關(guān)系電力電子技術(shù)廣泛用于電氣工程中高壓直流輸電靜止無功補(bǔ)償電力機(jī)車牽引交直流電力傳動(dòng)電解、電鍍、電加熱、高性能交直流電源國內(nèi)外均把電力電子技術(shù)歸為電氣工程的一個(gè)分支。電力電子技術(shù)是電氣工程學(xué)科中最為活潑的一個(gè)分支。與電力學(xué)〔電氣工程〕的關(guān)系控制實(shí)際廣泛用于電力電子系統(tǒng)中。電力電子技術(shù)是弱電控制強(qiáng)電的技術(shù)，是弱電和強(qiáng)電的接口；控制實(shí)際是這種接口的有力紐帶。電力電子安裝是自動(dòng)化技術(shù)的根底元件和重要支撐技術(shù)。與控制實(shí)際〔自動(dòng)化技術(shù)〕的關(guān)系1.3與相關(guān)學(xué)科的關(guān)系電力電子技術(shù)和運(yùn)動(dòng)控制一同，和計(jì)算機(jī)技術(shù)共同成為未來科學(xué)技術(shù)的兩大支柱。計(jì)算機(jī)人腦電力電子技術(shù)消化系統(tǒng)和循環(huán)系統(tǒng)電力電子＋運(yùn)動(dòng)控制肌肉和四肢電力電子技術(shù)是電能變換技術(shù),是把粗電變?yōu)榫姷募夹g(shù)，能源是人類社會(huì)的永久話題，電能是最優(yōu)質(zhì)的能源，因此，電力電子技術(shù)將青春永駐。一門嶄新的技術(shù)，21世紀(jì)仍將以迅猛的速度開展。1.4位置和未來歷史是人類社會(huì)的一面鏡子分析過去、如今有助于把握未來科學(xué)史是科學(xué)家的一面鏡子了解一門學(xué)科的過去、如今有助于把握未來2電力電子技術(shù)的開展史電力電子技術(shù)的開展史是以電力電子器件的開展史為綱的。晶閘管問世，(“公元元年〞)IGBT及功率集成器件出現(xiàn)和開展時(shí)代晶閘管時(shí)代水銀〔汞弧〕整流器時(shí)代電子管問世全控型器件迅速開展時(shí)期史前期〔黎明期〕19041930194719571970198019902000t(年)晶體管誕生2電力電子技術(shù)的開展史普通工業(yè)：工業(yè)中大量運(yùn)用各種交直流電動(dòng)機(jī)，都是用電力電子安裝進(jìn)展調(diào)速的。一些對調(diào)速性能要求不高的大型鼓風(fēng)機(jī)等近年來也采用了變頻安裝，以到達(dá)節(jié)能的目的。有些并不特別要求調(diào)速的電機(jī)為了防止起動(dòng)時(shí)的電流沖擊而采用了軟起動(dòng)安裝，這種軟起動(dòng)安裝也是電力電子安裝。電化學(xué)工業(yè)大量運(yùn)用直流電源，電解鋁、電解食鹽水等都需求大容量整流電源。電鍍安裝也需求整流電源。電力電子技術(shù)還大量用于冶金工業(yè)中的高頻或中頻感應(yīng)加熱電源、淬火電源及直流電弧爐電源等場所。3電力電子技術(shù)的運(yùn)用緒－23軋鋼機(jī)數(shù)控機(jī)床冶金工業(yè)電解鋁1〕普通工業(yè)低壓直流電源供電2〕交通運(yùn)輸：電氣化鐵道中廣泛采用電力電子技術(shù)。電氣機(jī)車中的直流機(jī)車中采用整流安裝，交流機(jī)車采用變頻安裝。直流斬波器也廣泛用于鐵道車輛。在未來的磁懸浮列車中，電力電子技術(shù)更是一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。除牽引電機(jī)傳動(dòng)外，車輛中的各種輔助電源也都離不開電力電子技術(shù)。電動(dòng)汽車的電機(jī)依托電力電子安裝進(jìn)展電力變換和驅(qū)動(dòng)控制，其蓄電池的充電也離不開電力電子安裝。一臺(tái)高級(jí)汽車中需求許多控制電機(jī)，它們也要靠變頻器和斬波器驅(qū)動(dòng)并控制。飛機(jī)、船舶和電梯都離不開電力電子技術(shù)。3電力電子技術(shù)的運(yùn)用緒－252〕交通運(yùn)輸3電力電子技術(shù)的運(yùn)用可控的高壓直流電源對機(jī)車供電3〕電力系統(tǒng)：據(jù)估計(jì)，興隆國家在用戶最終運(yùn)用的電能中，有60%以上的電能至少經(jīng)過一次以上電力電子變流安裝的處置。直流輸電在長間隔、大容量輸電時(shí)有很大的優(yōu)勢，其送電端的整流閥和受電端的逆變閥都采用晶閘管變流安裝，而輕型直流輸電那么主要采用全控型的IGBT器件。近年開展起來的柔性交流輸電〔FACTS〕也是依托電力電子安裝才得以實(shí)現(xiàn)的。晶閘管控制電抗器〔TCR〕、晶閘管投切電容器〔TSC〕、靜止無功發(fā)生器〔SVG〕、有源電力濾波器〔APF〕等電力電子安裝大量用于電力系統(tǒng)的無功補(bǔ)償或諧波抑制。在配電網(wǎng)系統(tǒng)，電力電子安裝還可用于防止電網(wǎng)瞬時(shí)停電、瞬時(shí)電壓跌落、閃變等，以進(jìn)展電能質(zhì)量控制，改善供電質(zhì)量。在變電所中，給操作系統(tǒng)提供可靠的交直流操作電源，給蓄電池充電等都需求電力電子安裝。3電力電子技術(shù)的運(yùn)用緒－27為了提高輸電效率和確保系統(tǒng)穩(wěn)定性電力系統(tǒng)中的直流輸電緒－283〕電力系統(tǒng)SVC高壓直流安裝HVDC柔性交流輸電FACTS3電力電子技術(shù)的運(yùn)用4〕電子安裝電源：各種電子安裝普通都需求不同電壓等級(jí)的直流電源供電。通訊設(shè)備中的程控交換機(jī)所用的直流電源以前用晶閘管整流電源，如今已改為采用全控型器件的高頻開關(guān)電源。大型計(jì)算機(jī)所需的任務(wù)電源、微型計(jì)算機(jī)內(nèi)部的電源如今也都采用高頻開關(guān)電源。在大型計(jì)算機(jī)等場所，經(jīng)常需求不延續(xù)電源〔UninterruptiblePowerSupply__UPS〕供電，不延續(xù)電源實(shí)踐就是典型的電力電子安裝。3電力電子技術(shù)的運(yùn)用緒－304〕電子安裝用電源程控交換機(jī)電子安裝微型計(jì)算機(jī)3電力電子技術(shù)的運(yùn)用48V低壓直流電源緒－315〕家用電器緒－326〕其他大型計(jì)算機(jī)的UPS航天技術(shù)新型能源3電力電子技術(shù)的運(yùn)用提供恒頻、恒壓的正弦波交流電5〕家用電器：“節(jié)能燈〞、變頻空調(diào)6〕其他：航天飛行器、新能源、發(fā)電安裝新能源、可再生能源發(fā)電比如風(fēng)力發(fā)電、太陽能發(fā)電，需求用電力電子技術(shù)來緩沖能量和改善電能質(zhì)量。當(dāng)需求和電力系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)時(shí)，更離不開電力電子技術(shù)。核聚變反響堆在產(chǎn)生強(qiáng)大磁場和注入能量時(shí)，需求大容量的脈沖電源，這種電源就是電力電子安裝?？茖W(xué)實(shí)驗(yàn)或某些特殊場所，經(jīng)常需求一些特種電源，這也是電力電子技術(shù)的用武之地。3電力電子技術(shù)的運(yùn)用緒－34圖電力電子電路在不同頻率／功率下的運(yùn)用總之，電力電子技術(shù)的運(yùn)用范圍非常廣泛，激發(fā)人們學(xué)習(xí)、研討電力電子技術(shù)并使其飛速開展。電力電子安裝提供應(yīng)負(fù)載的是各種不同的電源，因此可以說，電力電子技術(shù)研討的也就是電源技術(shù)。電力電子技術(shù)對節(jié)省電能有重要意義。特別在大型風(fēng)機(jī)、水泵采用的變頻調(diào)速，在運(yùn)用量非常龐大的照明電源等方面，因此它也被稱為是節(jié)能技術(shù)。3電力電子技術(shù)的運(yùn)用緒－36日常照明——節(jié)能燈電廠發(fā)電總量的10%～15%耗費(fèi)在電氣照明上。普通白熾燈：電感啟輝，無功電流較大，不能到達(dá)有效節(jié)能；節(jié)能燈:電子鎮(zhèn)流器〔一個(gè)AC—DC—AC變換器〕啟輝，減少無功電流和有功損耗，燈管壽命延伸3～5倍、可節(jié)電50%，而且其分量僅為電感式鎮(zhèn)流器的10%。電子鎮(zhèn)流器的技術(shù)關(guān)鍵就是高頻電力電子變換器，假設(shè)獲得廣泛運(yùn)用，那么節(jié)能節(jié)電效益非常顯著。對白熾燈進(jìn)展高效節(jié)能改造，并假設(shè)推行運(yùn)用30%，所節(jié)省的電能相當(dāng)于三座大亞彎核電站的發(fā)電量(億度/年)緒－37幾乎一切的傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)與電力電子技術(shù)結(jié)合，都可以使傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)重新煥發(fā)青春全國各行業(yè)的風(fēng)機(jī)、水泵的總耗電量約占了全國發(fā)電量的30%，僅僅對風(fēng)機(jī)、水泵采用變頻調(diào)速等電子技術(shù)進(jìn)展改造，每年即可節(jié)電500億度以上，相當(dāng)于三個(gè)葛洲壩電站的發(fā)電量(157億度/年)電力電子技術(shù)對傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的改造4教材的內(nèi)容簡介每章的最后有小結(jié)，對全章的要點(diǎn)和重點(diǎn)進(jìn)展總結(jié)。課時(shí)分配：課內(nèi)教學(xué)學(xué)時(shí)為36學(xué)時(shí)實(shí)驗(yàn)單獨(dú)設(shè)課〔下學(xué)期上〕和其他課程的關(guān)系：電力電子技術(shù)電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)電路電子技術(shù)根底課程考核方法1、期末卷面考試成果80%。包括兩部分：1〕卷面考題成果70%。2〕最后一題是總結(jié)學(xué)過的內(nèi)容。占10%。2、平常作業(yè)10%，缺一次扣2分，扣完為止。作業(yè)要求：數(shù)學(xué)作業(yè)紙或A4紙，明晰工整。不符合要求扣一分，扣完為止。假設(shè)作業(yè)是查文獻(xiàn)寫論文，優(yōu)秀的要加分。3、平常上課表現(xiàn)10%。遲到扣1分，曠課扣3分，扣完為止。作業(yè)：查資料，任選一題查閱資料：寫成1000字左右的總結(jié)1、電力電子技術(shù)的開展2、電力電子技術(shù)的運(yùn)用3、電力電子器件的開展作業(yè)：查資料4、查閱有關(guān)柔性交流輸電FACTS的資料，寫成1000字左右的內(nèi)容引見。主要關(guān)注以下方面：根本概念國際開展概略國內(nèi)開展概略關(guān)鍵技術(shù)任選其一即可。5、查閱高壓直流安裝