电力电子技术绪论课件

电力电子技术电力电子技术电气与电子工程学院电气与电子工程学院电力电子技术电气与电子工程学院1与本课程相关的问题与本课程相关的问题v课程名称：课程名称：电力电子技术（电力电子技术（Power Electronic Technology）v 学学 时：时：50学时，其中包括实验学时，其中包括实验6学时学时v 学学 分：分：3学分学分v课程性质：课程性质：必修的专业基础课必修的专业基础课v与相关课程的关系：与相关课程的关系：先修课程：先修课程：高等数学、电路原理、模拟电子技术、数高等数学、电路原理、模拟电子技术、数字电子技术字电子技术后续课程：后续课程：直流调速、交流调速、毕业设计。直流调速、交流调速、毕业设计。与本课程相关的问题课程名称：电力电子技术（Power Ele2成绩考核：成绩考核：本课程为考试课，其成绩主要由以下几部分构成：本课程为考试课，其成绩主要由以下几部分构成：实实 验：验：占占10%10%（由实验室给出）（由实验室给出）平平时时成成绩绩：占占10%10%（主主要要指指听听课课的的纪纪律律、出出勤勤)作业作业（不得抄袭）（不得抄袭）期末考试：期末考试：占占80%80%（闭卷笔试闭卷笔试）成绩考核：3第第1章章 绪绪 论论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.本课程的学习方法和具体要求5.相关参考内容6.电力电子电路的计算机仿真软件第1章 绪 论 什么是电力电子技术41 什么是电力电子技术？什么是电力电子技术？（1）定义：有几种不同的说法）定义：有几种不同的说法 将电子技术和控制技术引入传统的电力技将电子技术和控制技术引入传统的电力技术领域，术领域，利用半导体电力开关器件组成各种利用半导体电力开关器件组成各种电力变换电路实现电能的变换和控制电力变换电路实现电能的变换和控制，构成，构成了一门完整的学科，被了一门完整的学科，被国际电工委员会国际电工委员会命名命名为电力电子学（为电力电子学（Power Electronics）或称为）或称为电力电子技术。电力电子技术。1 什么是电力电子技术？5 电力电子技术是应用于电力领域的电子技术，是一电力电子技术是应用于电力领域的电子技术，是一门利用电力电子器件、电路理论和控制技术对电能门利用电力电子器件、电路理论和控制技术对电能进行处理、控制和变换的学科，是现代电子学的一进行处理、控制和变换的学科，是现代电子学的一个重要分支，也是电工技术的分支之一。个重要分支，也是电工技术的分支之一。国际电气和电子工程师协会（国际电气和电子工程师协会（IEEE）的电力电子学会）的电力电子学会对电力电子技术的定义：对电力电子技术的定义：有效地使用电力半导体器件，应用电路和设计理论有效地使用电力半导体器件，应用电路和设计理论以及分析开发工具，以及分析开发工具，实现对电能的高效能变换和控实现对电能的高效能变换和控制的一门技术，它包括电压、电流、频率和波形等制的一门技术，它包括电压、电流、频率和波形等方面的变换。方面的变换。王兆安编著的教材的定义：王兆安编著的教材的定义：就是使用电力电子器件对就是使用电力电子器件对电能进行变换和控制的技术。电能进行变换和控制的技术。电力电子技术是应用于电力领域的电子技术，是一门利用6本教材的定义：本教材的定义：电力电子技术是与电能处理相关的技术学电力电子技术是与电能处理相关的技术学科。将电子技术与控制技术应用到电力领域，科。将电子技术与控制技术应用到电力领域，通过电力电子器件组成各种电力变换电路，实通过电力电子器件组成各种电力变换电路，实现电能的转换与控制，称为电力电子技术，或现电能的转换与控制，称为电力电子技术，或电力电子学。电力电子学。本教材的定义：7 从工程的对象和内容及手段几方面理解电力电子技术。v对象：能量中的电能 v内容：对电能的变换和控制 v手段：利用电力电子器件（半导体器件）从工程的对象和内容及手段几方面理解电力电子8（2）与其他学科之间的关系：）与其他学科之间的关系：电力电子技术是一门综合了电子技术、控制技术和电力技术的新兴电力电子技术是一门综合了电子技术、控制技术和电力技术的新兴交叉学科，交叉学科，包括电力电子器件、电力电子电路包括电力电子器件、电力电子电路(变流电路变流电路)和控制技术三和控制技术三个主要组成部分。个主要组成部分。可用下图形象地描述电力电子技术这一学科的构成及与其他学科的关可用下图形象地描述电力电子技术这一学科的构成及与其他学科的关系。系。电力电子学的名称是在上世电力电子学的名称是在上世纪纪60年代出现的，在年代出现的，在1974年，年，美国的美国的WNewell用这个倒三用这个倒三角形对电力电子学进行了描角形对电力电子学进行了描述，认为：电力电子学是由述，认为：电力电子学是由电力技术、电子技术和控制电力技术、电子技术和控制技术三个学科交叉而形成的。技术三个学科交叉而形成的。这一观点被全世界普遍接受这一观点被全世界普遍接受。（2）与其他学科之间的关系：电力电子学的名称是在上世纪609 与电子技术的关系：与电子技术的关系：模拟电子技术模拟电子技术 信息电子技术信息电子技术 电子技术电子技术 数字电子技术数字电子技术 电力电子技术电力电子技术 信息电子技术信息电子技术主要用于信息处理；主要用于信息处理；电力电子技术电力电子技术主要用于电力变换和控制。主要用于电力变换和控制。电子技术一般是指电子技术一般是指信息电子技术信息电子技术，广义而言，也包，广义而言，也包括括电力电子技术电力电子技术。这里指的就是信息电子技术。这里指的就是信息电子技术。电力电子技术与信息电子技术的关系：电力电子技术与信息电子技术的关系：与电子技术的关系：10 电力电子技术与信息电子技术的关系：电力电子技术与信息电子技术的关系：A 都分为器件和应用两大分支；都分为器件和应用两大分支；B 器件的材料、工艺基本相同，都采用微电子制器件的材料、工艺基本相同，都采用微电子制 造技术，二者同根同源；造技术，二者同根同源；C 应用的理论基础、分析方法、分析软件也基本相同；应用的理论基础、分析方法、分析软件也基本相同；工作状态不同：工作状态不同：信息电子电路的器件可工作在开关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；状态，也可工作在放大状态；电力电子电路的器件电力电子电路的器件 一般只工作在开关状态。一般只工作在开关状态。应用目的不同：应用目的不同：信息电子技术用于信息处理，信息电子技术用于信息处理，电力电力 电子技术用于电力变换和控制。电子技术用于电力变换和控制。电力电子技术与信息电子技术的关系：11 与电力技术（电气工程）的关系：与电力技术（电气工程）的关系：电力电子技术广泛用于电气工程中，如：电力电子技术广泛用于电气工程中，如：高高压压直直流流输输电电、静静止止无无功功补补偿偿、电电力力机机车车牵牵引引、交交直直流流电电力力传动、电解、电镀、电加热、高性能交直流电源等。传动、电解、电镀、电加热、高性能交直流电源等。国内外均把电力电子技术归为电气工程的一个分支；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。电力电子技术是电气工程学科中最为活跃的一个分支。与控制技术（自动化技术）的关系：与控制技术（自动化技术）的关系：控制技术广泛用于电力电子技术中；控制技术广泛用于电力电子技术中；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，控制技术是这种接口的强有力的纽带；口，控制技术是这种接口的强有力的纽带；电力电子装置是自动化技术的基础元件和重要支撑技术。电力电子装置是自动化技术的基础元件和重要支撑技术。结论：结论：电力电子技术包括电力电子器件、电力电子线路和控制电力电子技术包括电力电子器件、电力电子线路和控制技术三个部分技术三个部分。与电力技术（电气工程）的关系：12（）电力电子技术的研究任务：（）电力电子技术的研究任务：电力电子器件的应用；电力电子器件的应用；电力电子电路的电能变换原理；电力电子电路的电能变换原理；控制技术以及电力电子装置的开发与应用。控制技术以及电力电子装置的开发与应用。（）电力电子技术的地位和未来：（）电力电子技术的地位和未来：以以计计算算机机为为核核心心的的信信息息科科学学将将是是21世世纪纪起起主主导导作作用用的的科科学学技技术术之之一一，而而电电力力电电子子技技术术和和运运动动控控制制一一起起，将将和和计计算算机机技术共同成为未来科学技术的两大支柱。技术共同成为未来科学技术的两大支柱。电电力力电电子子技技术术是是电电能能变变换换技技术术，是是把把电电网网或或其其他他电电源源提提供供的的“粗粗电电”变变成成适适合合于于使使用用的的“精精电电”的的技技术术。而而能能源源是是人人类类社会的永恒话题，电能又是最优质的能源。社会的永恒话题，电能又是最优质的能源。因此，因此，电力电子技术将青春永驻电力电子技术将青春永驻。电力电子技术电力电子技术是是20世纪后半叶诞生和发展的一门崭新的世纪后半叶诞生和发展的一门崭新的技术，在技术，在21世纪仍将以迅猛的速度发展，并将起着十分重要世纪仍将以迅猛的速度发展，并将起着十分重要的作用，有着十分光明的未来。的作用，有着十分光明的未来。（）电力电子技术的研究任务：13 2电力电子技术的发展电力电子技术的发展电力电子技术的两大分支：电力电子技术的两大分支：电电力力电电子子器器件件制制造造技技术术：是是电电力力电电子子技技术术的的基基础础，也也是是电电力力电电子子技技术术发发展展的的动动力力，其其理理论论基基础础是是半半导导体物理。体物理。电力电子器件应用技术（也称变流技术）：电力电子器件应用技术（也称变流技术）：是是用用电电力力电电子子器器件件构构成成的的电电力力变变换换电电路路和和 对对其其进进行行控控制制的的技技术术，以以及及构构成成电电力力电电子子装装置置和和电电力电子系统的技术。力电子系统的技术。它是电力电子技术的核心，其理论基础是电路理它是电力电子技术的核心，其理论基础是电路理论。论。电电力力电电子子技技术术 2电力电子技术的发展电14 （1）电电力力电电子子器器件件的的发发展展：其其发发展展过过程程也也就就是是电电力力电电子子技技术术的发展过程。的发展过程。1904年年：电子管问世；之后出现了汞弧整流器。：电子管问世；之后出现了汞弧整流器。汞弧整流器汞弧整流器：把水银封于真空管内，利用对其蒸气的点弧：把水银封于真空管内，利用对其蒸气的点弧可对大电流进行控制，其性能和晶闸管很相似。可对大电流进行控制，其性能和晶闸管很相似。30年代年代50年代年代：是汞弧整流器发展迅速并大量应用的时：是汞弧整流器发展迅速并大量应用的时期。期。1947年年：美美国国著著名名的的贝贝尔尔实实验验室室发发明明了了晶晶体体管管，引引发发了了电电子技术的一场革命。子技术的一场革命。1956年年：美美国国研研制制出出了了最最先先用用于于电电力力领领域域的的半半导导体体器器件件硅硅整整流流二二极极管管（SR）。它它广广泛泛用用于于电电化化学学工工业业、电电气气铁铁道道直直流流变变电电所所、轧轧钢钢用用直直流流电电动动机机的的传传动动，甚甚至至用用于于直直流流输输电。电。1957年年：美美国国通通用用电电气气公公司司发发明明了了晶晶闸闸管管（SCR），（即即普通反向阻断型可控硅）。普通反向阻断型可控硅）。它标志着电力电子技术的诞生。它标志着电力电子技术的诞生。但但在在此此之之前前，用用于于电电力力变变换换的的电电子子技技术术就就已已经经存存在在了了，把把晶闸管出现前的时期称为史前期或黎明期。晶闸管出现前的时期称为史前期或黎明期。（1）电力电子器件的发展：其发展过程也就是电力电子技术15 到了到了70年代年代：晶闸管形成了从低压小电流到高压大：晶闸管形成了从低压小电流到高压大 电流的系列产品。电流的系列产品。从从70年代开始年代开始，在其后的，在其后的30年时间里，相继出现了一年时间里，相继出现了一系列晶闸管的派生器件：系列晶闸管的派生器件：不对称晶闸管（不对称晶闸管（ASCRASCR）逆导晶闸管（逆导晶闸管（RCTRCT）双向晶闸管（双向晶闸管（TRIACTRIAC）光控晶闸管（光控晶闸管（LASCRLASCR）晶闸管派生器件晶闸管派生器件 快速晶闸管（快速晶闸管（FSTFST）高频晶闸管高频晶闸管 可关断晶闸管（可关断晶闸管（GTOGTO）集成门极换流晶闸管（集成门极换流晶闸管（IGCTIGCT）MOS MOS栅控晶闸管（栅控晶闸管（MCTMCT）到了70年代：晶闸管形成了从低压小电流到高压大 16 在在晶晶体体管管问问世世20多多年年后后，用用于于电电力力变变换换的的功功率率晶晶体体管管（GTR）才才进进入入到到工工业业应应用用领领域域，到到了了80、90年年代代，GTR广广泛泛应用于小功率的电路中。应用于小功率的电路中。在在70年年代代后后期期，功功率率场场效效应应晶晶体体管管（MOSFET）开开始始进进入入实用阶段，实用阶段，80年代取得了很大的进展。年代取得了很大的进展。在在80年年代代后后期期，又又出出现现了了绝绝缘缘栅栅双双极极型型晶晶体体管管（IGBT），它它集集MOSFET、GTR、GTO（可可关关断断晶晶闸闸管管）的的优优点点于于一一身身，在大容量、高频率的电力电子电路中表现出非凡的性能。在大容量、高频率的电力电子电路中表现出非凡的性能。多多年年来来，为为了了提提高高电电力力电电子子装装置置的的功功率率密密度度以以减减小小体体积积，把把多多个个大大功功率率器器件件组组成成的的各各种种单单元元与与驱驱动动、保保护护电电路路集集成成一一体体，构成了功率集成电路（构成了功率集成电路（PIC）。）。随着微电子技术的发展，在随着微电子技术的发展，在80年代又诞生了智能功率模块年代又诞生了智能功率模块（IPM），它将具有驱动、保护、诊断功能的），它将具有驱动、保护、诊断功能的IC与电力半导体与电力半导体器件集成在一个模块中，并可用于器件集成在一个模块中，并可用于10100kW功率等级的电力功率等级的电力电子系统中。电子系统中。在晶体管问世20多年后，用于电力变换的功17晶闸管问世，(公元元年)IGBT出现 功率集成器件晶闸管时代水银（汞弧）整流器时代电子管问世全控型器件迅速发展史前期（黎明期）1904193019471957197019801990 2000t(年)晶体管诞生上述的发展过程可用下图来表示：上述的发展过程可用下图来表示：晶闸管问世，(公元元年)IGBT出现晶闸管时代水银（汞弧）18上述发展过程中的电力电子器件可分为三代：上述发展过程中的电力电子器件可分为三代：第一代电力电子器件第一代电力电子器件:硅整流管和晶闸管硅整流管和晶闸管(SCR)第二代电力电子器件第二代电力电子器件:电力晶体管电力晶体管(GTR)、可关断晶闸管、可关断晶闸管(GTO)、电力场控晶体管、电力场控晶体管(功率功率MOSFET)、静电感应晶体管静电感应晶体管(SIT)、MOS控制晶闸管控制晶闸管(MCT)、绝缘栅、绝缘栅双极晶体管双极晶体管(IGBT)等。等。第三代电力电子器件第三代电力电子器件：高频化、标准模块化、集成化和智：高频化、标准模块化、集成化和智能化能化。功率集成电路。功率集成电路(PIC)分为智能功率集成电路分为智能功率集成电路(SPIC)和和高压集成电路高压集成电路(HVIC)两类两类。上述发展过程中的电力电子器件可分为三代：19 由上可知：由上可知：电力电子技术的诞生是以电力电子技术的诞生是以1957年美国通用年美国通用电气公司研制出第一个晶闸管为标志的电气公司研制出第一个晶闸管为标志的，是从以低，是从以低频技术处理问题为主的传统电力电子技术，向以高频技术处理问题为主的传统电力电子技术，向以高频技术处理问题为主的现代电力电子技术方向发展。频技术处理问题为主的现代电力电子技术方向发展。所以电力电子技术的发展主要分为两个阶段：所以电力电子技术的发展主要分为两个阶段：1 1）传统电力电子技术：）传统电力电子技术：时时 间：间：19571957年年19801980年。年。典型产品：晶闸管及其派生器件。典型产品：晶闸管及其派生器件。两个分支：两个分支：微电子学微电子学以晶体管集成电路为核以晶体管集成电路为核 心形成的对信息的处理技术。心形成的对信息的处理技术。特点：特点：集成度越来越高，规模越来越集成度越来越高，规模越来越 大，功能越来越全。大，功能越来越全。由上可知：电力电子技术的诞生是以1957年美国通用电气公司20 电力电子技术电力电子技术以晶闸管为核心形成的对电力的以晶闸管为核心形成的对电力的处理技术。处理技术。特特点点：晶晶闸闸管管的的派派生生器器件件越越来来越越多多，功功率率越越来来越越大大，性能越来越好。性能越来越好。典型电路：典型电路：不可控整流电路、相控整流电路、逆变不可控整流电路、相控整流电路、逆变电路以及交流变换电路。电路以及交流变换电路。2 2）现代电力电子技术：）现代电力电子技术：时时 间：间：19801980年现在。年现在。典型产品：功率场效应管（典型产品：功率场效应管（MOSFETMOSFET）、绝缘栅双极）、绝缘栅双极 型晶体管（型晶体管（IGBTIGBT）等。）等。特特 点：集成化、高压、大电流；点：集成化、高压、大电流；电力电子技术以晶闸管为核心形成的对电力的处理技术。21 高频化：高频化：GTO（可关断晶闸管）（可关断晶闸管）12kHz，电力二极管电力二极管 2 5kHz，MOSFET 数百数百kHz。全控化：全控化：避免了传统器件关断时所需要的强避免了传统器件关断时所需要的强 迫换流电路。迫换流电路。电路弱电化，控制技术数字化。电路弱电化，控制技术数字化。多功能化：多功能化：传统的传统的，只有开关功能，多用于，只有开关功能，多用于 整流；整流；现代的现代的，不但有开关功能，还可以，不但有开关功能，还可以 放大、调制、振荡、逻辑运算等。放大、调制、振荡、逻辑运算等。高频化：GTO（可关断晶闸22 关于电力电子器件的分类：关于电力电子器件的分类：不可控器件不可控器件：硅整流管（：硅整流管（SR）半可控器件半可控器件：只能通过门极电压控制其：只能通过门极电压控制其 开通不能控制其关断。开通不能控制其关断。1）按控制特性分类）按控制特性分类 代表器件是晶闸管（代表器件是晶闸管（SCR）全控型器件全控型器件：通过对门极（基极或栅极）：通过对门极（基极或栅极）的控制既可使其开通又可使的控制既可使其开通又可使 其其 关关 断断。其其 代代 表表 器器 件件 是是 GTO（可关断晶闸管）和（可关断晶闸管）和IGBT（绝缘栅双极晶体管）（绝缘栅双极晶体管）2）按控制模式分类：）按控制模式分类：电流型控制模式器件电流型控制模式器件 电压型控制模式器件电压型控制模式器件。工频器件工频器件3）按工作频率分类）按工作频率分类 中频器件中频器件 高频器件高频器件 关于电力电子器件的分类：23 分立器件：分立器件：功率集成模块功率集成模块：由驱动、控制、：由驱动、控制、传感、保护、逻辑电路等集成在一传感、保护、逻辑电路等集成在一4）按器件结构分类）按器件结构分类 起构成的。起构成的。复杂模块复杂模块：将功率变换电路与触发控制：将功率变换电路与触发控制 电路、缓冲电路、检测电路等组合。电路、缓冲电路、检测电路等组合。24（2）电力电子电路及其控制技术的相关概念：）电力电子电路及其控制技术的相关概念：1）电力电子电路的概念：）电力电子电路的概念：电力电子电路的根本任务是实现电能变换和控制。电力电子电路的根本任务是实现电能变换和控制。能够完成电能变换和控制的电路称为电力电子电路。能够完成电能变换和控制的电路称为电力电子电路。2）电力电子电路的基本形式：有四种）电力电子电路的基本形式：有四种直直流流变变换换电电路路：将将直直流流电电能能转转换换为为另另一一固固定定电电压压或或可可调调电电压压的的直直流流电电能能的的电电路路。也也称称开开关关型型DC/DC变变换电路或称直流斩波器。换电路或称直流斩波器。逆变电路：将直流电能变换为交流电能的电路。逆变电路：将直流电能变换为交流电能的电路。也称为也称为DC/AC变换电路。变换电路。（2）电力电子电路及其控制技术的相关概念：25 逆变器逆变器：指完成逆变的电力电子装置。：指完成逆变的电力电子装置。有源逆变有源逆变：将逆变电路的交流侧接到交流电：将逆变电路的交流侧接到交流电 网上，把直流电逆变成同频率的网上，把直流电逆变成同频率的 交流电反送到电网中去。交流电反送到电网中去。无源逆变无源逆变：将逆变电路的交流侧直接接到负：将逆变电路的交流侧直接接到负 载上，把直流电逆变成某一频率载上，把直流电逆变成某一频率 或可变频率的交流电供给负载。或可变频率的交流电供给负载。整流电路：将交流电能转换为直流电能的电路。整流电路：将交流电能转换为直流电能的电路。也称也称AC/DC变换电路。变换电路。整流器整流器：完成整流任务的电力电子装置。：完成整流任务的电力电子装置。逆逆变变电电路路 逆变器：指完成逆变的电力电子装置。逆变电路26 交流变换电路：把交流电能的参数（幅值、频率）交流变换电路：把交流电能的参数（幅值、频率）加以转换的电路。加以转换的电路。也称为也称为AC/AC变换电路。变换电路。根据变换参数的不同，交流变换电路可分为：根据变换参数的不同，交流变换电路可分为：交流调压电路交流调压电路是维持频率不变，仅改变输出是维持频率不变，仅改变输出 电压的幅值。电压的幅值。交交交变频电路交变频电路也称直接变频电路（或周波也称直接变频电路（或周波 变流器），是不通过中间直变流器），是不通过中间直 流环节而把电网频率的交流流环节而把电网频率的交流 电直接变换成不同频率的交电直接变换成不同频率的交 流电的变换电路。流电的变换电路。交流变换电路：把交流电能的参数（幅值、频率）27上述四种变换可用下图表示：上述四种变换可用下图表示：将交流电能转换为直流电能的电将交流电能转换为直流电能的电路，称为路，称为整流电路整流电路。将直流电能。将直流电能转换为交流电能的电路，称为转换为交流电能的电路，称为逆逆变电路变电路。将一种直流电能转换成。将一种直流电能转换成另一固定电压或可调电压的直流另一固定电压或可调电压的直流电的电路，称为电的电路，称为斩波电路斩波电路。将固。将固定大小和频率的交流电能转换为定大小和频率的交流电能转换为大小和频率可调的交流电能的电大小和频率可调的交流电能的电路，称为路，称为调压电路或交流变换电调压电路或交流变换电路。路。上述四种变换可用下图表示：将交流电能转换为直流电能的电路，称28 3）电力电子电路的控制技术：）电力电子电路的控制技术：要要让让电电力力电电子子电电路路完完成成各各种种工工作作任任务务，必必须须为为功功率率变变换换主主电路配以提供门极驱动信号的控制电路。电路配以提供门极驱动信号的控制电路。提提供供门门极极驱驱动动信信号号控控制制电电路路的的方方法法就就称称为为电电力力电电子子电电路路的的控制技术。控制技术。电力电子电路的控制技术主要有：电力电子电路的控制技术主要有：相相控控方方式式：就就是是采采用用延延时时脉脉冲冲控控制制功功率率器器件件导导通通的的相相位位来来控制。控制。PWM技技术术：就就是是利利用用电电力力电电子子器器件件的的开开通通和和关关断断产产生生一一定定形形状状的的电电压压脉脉冲冲序序列列，经经过过低低通通滤滤波波器器后后实实现现电电能能变变换换，并有效地控制和消除谐波的一种技术。并有效地控制和消除谐波的一种技术。软软开开关关技技术术：如如果果开开关关器器件件在在开开通通过过程程中中端端电电压压很很小小，在在关关断断过过程程中中其其电电流流也也很很小小，这这种种开开关关过过程程的的功功率率损损耗耗不不大大，这种技术称为软开关技术。这种技术称为软开关技术。自自动动控控制制技技术术：主主要要用用于于动动态态性性能能和和稳稳态态精精度度要要求求较较高高的的场合。场合。主要有主要有PID控制方法、矢量控制方法。控制方法、矢量控制方法。3）电力电子电路的控制技术：29 3 电力电子技术的应用电力电子技术的应用 电电力力电电子子技技术术在在一一般般工工业业、交交通通运运输输、电电力力系系统统、通通信信系系统统、计计算算机机系系统统、新新能能源源系系统统以以及及日日常常生生活活中得到了广泛的应用，具体如下：中得到了广泛的应用，具体如下：电源方面：电源方面：计算机高效绿色电源计算机高效绿色电源通信用高频开关电源通信用高频开关电源斩波器斩波器(DC-DC变换器变换器)不间断电源不间断电源(UPS)高频逆变式整流焊机电源高频逆变式整流焊机电源大功率开关型高压直流电源大功率开关型高压直流电源分布式开关电源供电系统分布式开关电源供电系统 3 电力电子技术的应用电源方面：30电气传动方面：电气传动方面：电力电子技术是电动机控制技术发展的最重要的物电力电子技术是电动机控制技术发展的最重要的物质基础，电力电子技术的迅猛发展促使电动机控制技质基础，电力电子技术的迅猛发展促使电动机控制技术水平有了突破性的提高。术水平有了突破性的提高。利用整流器或斩波器获得可变的直流电源，对直流利用整流器或斩波器获得可变的直流电源，对直流电动机电枢或励磁绕组供电，控制直流电动机的转速电动机电枢或励磁绕组供电，控制直流电动机的转速和转矩，可以实现直流电动机变速传动控制。和转矩，可以实现直流电动机变速传动控制。利用逆变器或交交直接变频器对交流电动机供电，利用逆变器或交交直接变频器对交流电动机供电，改变逆变器或变频器输出的频率和电压、电流，即可改变逆变器或变频器输出的频率和电压、电流，即可经济、有效地控制交流电动机的转速和转矩，实现交经济、有效地控制交流电动机的转速和转矩，实现交流电动机的变速传动。流电动机的变速传动。电气传动方面：31电力系统方面：电力系统方面：随着电力电子技术的发展，电力电子设备已开始进随着电力电子技术的发展，电力电子设备已开始进入电力系统并为解决电能质量控制提供了技术手段。入电力系统并为解决电能质量控制提供了技术手段。灵活交流输电技术灵活交流输电技术(FACTS)定质电力技术定质电力技术 新型直流输电技术新型直流输电技术同步开关技术同步开关技术 电力有源滤波器电力有源滤波器是应用现代电力电子技术和控制技术是应用现代电力电子技术和控制技术为实现电能质量控制，为用户提供特为实现电能质量控制，为用户提供特定要求的电力供应的技术。定要求的电力供应的技术。是在电压或电流的指定相位完成电路是在电压或电流的指定相位完成电路的断开或闭合。目的在于用电子开关的断开或闭合。目的在于用电子开关取代机械开关。取代机械开关。电力系统方面：是应用现代电力电子技术和控制技术为实现电能质量32 一般工业：一般工业：交直流电机、电化学工业、冶金工业交直流电机、电化学工业、冶金工业交通运输：交通运输：电气化铁道、电动汽车、航空、航海电气化铁道、电动汽车、航空、航海电力系统：电力系统：高压直流输电、柔性交流输电、无功补偿高压直流输电、柔性交流输电、无功补偿电子装置电源：电子装置电源：为信息电子装置提供动力为信息电子装置提供动力家用电器：家用电器：“节能灯节能灯”、变频空调、变频空调、其他：其他：UPS UPS、航天飞行器、新能源、发电装置航天飞行器、新能源、发电装置 一般工业：331）一般工业）一般工业轧钢机轧钢机数控机床冶金工业1）一般工业轧钢机数控机床冶金工业342）交通运输交通运输2）交通运输353）电力系统电力系统SVCSVC高压直流装置HVDC柔性交流输电FACTS3）电力系统SVC高压直流装置HVDC柔性交流输电FACTS364）电子装置用电源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4）电子装置用电源程控交换机电子装置微型计算机375 5）家用电器）家用电器5）家用电器386 6）其他）其他大型计算机的UPS航天技术航天技术新型能源6）其他大型计算机的UPS航天技术新型能源39 现代电力电子技术能有效地解决以下问题：现代电力电子技术能有效地解决以下问题：）改善电网侧功率因数，达到接近于改善电网侧功率因数，达到接近于1的理想目标。的理想目标。）有效地改善了电网侧和输出侧的谐波污染。有效地改善了电网侧和输出侧的谐波污染。）进一步提高了系统的效率，实现了大幅度节能。进一步提高了系统的效率，实现了大幅度节能。）加快系统的动态响应速度。加快系统的动态响应速度。）有效地控制环境噪声污染。有效地控制环境噪声污染。总之，现代电力电子技术和装置已成为新世纪总之，现代电力电子技术和装置已成为新世纪电能控制和变换的主导技术和主流产品。电能控制和变换的主导技术和主流产品。现代电力电子技术能有效地解决以下问题：40 电电力力电电子子装装置置提提供供给给负负载载的的是是各各种种不不同同的的直直流流电电源源、恒恒频频交交流流电电源源和和变变频频交交流流电电源源，因因此此也也可可以以说说，电力电子技术研究的也就是电力电子技术研究的也就是电源技术电源技术。电电力力电电子子技技术术对对节节能能有有着着十十分分重重要要的的意意义义，特特别别在在大大型型风风机机、水水泵泵采采用用变变频频调调速速方方面面，在在使使用用量量十十分分庞庞大大的的照照明明电电源源方方面面，电电力力电电子子技技术术的的节节能能效效果果十分显著，因此它也被称为十分显著，因此它也被称为节能技术节能技术。随着科学技术的发展，新型功率器件将会不断随着科学技术的发展，新型功率器件将会不断涌现，电力电子装置及电力电子技术将朝着智能化、涌现，电力电子装置及电力电子技术将朝着智能化、模块化、小型化、大容量、高效率、高频化、高可模块化、小型化、大容量、高效率、高频化、高可靠性和绿色化的方向发展。靠性和绿色化的方向发展。电力电子装置提供给负载的是各种不同的直流414 本课程的学习方法和具体要求本课程的学习方法和具体要求v开课目的与任务：开课目的与任务：（1 1）熟熟悉悉各各种种电电力力电电子子器器件件的的特特性性和和使使用用方方法法，掌掌握握电电力力电电子技术的基本知识和技能。子技术的基本知识和技能。（2）掌掌握握各各种种电电力力电电子子电电路路的的结结构构、工工作作原原理理、控控制制方方法法、设设计计计计算算方方法法及及实实验验技技能能，使使学学生生具具有有初初步步分分析析和和解解决决电电力力电子技术方面相关问题的能力。电子技术方面相关问题的能力。（3）为后续专业课程的学习和毕业设计打下坚实的基础。为后续专业课程的学习和毕业设计打下坚实的基础。v课程重点、难点、教学方法：课程重点、难点、教学方法：重重 点点：电电力力电电子子器器件件的的基基本本原原理理、电电力力电电子子线线路路的的组组成成和和工作原理。工作原理。难难 点点：对对各各种种电电力力电电子子线线路路的的波波形形分分析析、参参数数计计算算和和工工程程设计方法。设计方法。教学方法：教学方法：以课堂教学为主，通过一定数量的习题、实验、以课堂教学为主，通过一定数量的习题、实验、考试和课程设计，深入掌握本课程的基本概念、考试和课程设计，深入掌握本课程的基本概念、基本理论和基本方法。基本理论和基本方法。4 本课程的学习方法和具体要求42 本课程的内容可分为三大部分：本课程的内容可分为三大部分：第第一一部部分分：电电力力电电子子器器件件（第第2、4章章，全全书书的的基础）基础）主主要要介介绍绍各各种种电电力力电电子子器器件件的的基基本本结结构构、工工作作原原理理、主主要要参参数数、应应用用特特性性，以以及及驱驱动动、缓缓冲冲、保保护护、串串并联等器件应用的共性问题和基础性问题。并联等器件应用的共性问题和基础性问题。第第二二部部分分：各各种种电电力力电电子子电电路路（第第3、5、6、7章章，全全书书的的主主体体），主主要要介介绍绍各各种种电电路路的的构构成和工作原理。成和工作原理。第三部分第三部分：软开关技术（第：软开关技术（第8章）章）本课程的内容可分为三大部分：43 学习方法：学习方法：）要要着着重重物物理理概概念念与与基基本本分分析析方方法法的的学学习习，理理论论要要结结合合实实际际，尽尽量量做做到到器器件件、电电路路、系系统统（包包括括控制技术）应用三者结合。控制技术）应用三者结合。）要要注注意意电电路路的的波波形形和和相相位位分分析析，抓抓住住电电力力电电子子器器件件在在电电路路中中导导通通与与截截止止的的变变化化过过程程，从从波波形形分分析中进一步理解电路的工作情况。析中进一步理解电路的工作情况。3 3）要要注注意意培培养养读读图图与与分分析析、器器件件参参数数计计算算、电电路参数测量、调整以及故障分析等方面的实践能力。路参数测量、调整以及故障分析等方面的实践能力。学习方法：44 具体要求：具体要求：）掌掌握握晶晶闸闸管管、电电力力MOSFET、IGBT等等电电力力电电子器件的结构、工作原理、特性和使用方法。子器件的结构、工作原理、特性和使用方法。）掌掌握握各各种种基基本本的的直直流流变变换换电电路路、逆逆变变电电路路、整整流流电电路路和和交交流流变变换换电电路路的的结结构构、工工作作原原理理、波波形形分分析和控制方法。析和控制方法。）掌掌握握PWM技技术术的的工工作作原原理理和和控控制制特特性性，了了解解软开关技术的基本原理。软开关技术的基本原理。）了了解解电电力力电电子子技技术术的的应应用用范范围围和和发发展展方方向向。掌掌握基本电力电子装置的实验和调试方法。握基本电力电子装置的实验和调试方法。具体要求：45 5 相关参考资料相关参考资料参考书：参考书：1 1电力电子技术，苏玉刚、陈渝光主编，重庆大学出版社，电力电子技术，苏玉刚、陈渝光主编，重庆大学出版社，20032003年年4 4月月2 2电力电子技术，浣喜明、姚为正编著，高等教育出版社，电力电子技术，浣喜明、姚为正编著，高等教育出版社，20042004年年8 8月月3 3现代电力电子学与交流传动，（美）现代电力电子学与交流传动，（美）Bimal K.BoseBimal K.Bose著，机械工业出版著，机械工业出版社，社，20052005年年5 5月月4电电力力电电子子技技术术实实践践教教程程，潘潘孟孟春春、胡胡媛媛媛媛主主编编，国国防防科科技技大大学学出出版版社社，2005年年1月月 5 5电力电子技术，林辉，王辉，武汉理工大学出版社，电力电子技术，林辉，王辉，武汉理工大学出版社，20022002年年3 3月；月；6 6现代电力电子技术，张立、赵永健，科学出版社，现代电力电子技术，张立、赵永健，科学出版社，19921992年年9 9月；月；7 7电力电子技术，郭世明，黄念慈，西南交通大学出版社，电力电子技术，郭世明，黄念慈，西南交通大学出版社，20022002年年6 6月；月；8电力电子技术，王兆安，黄俊，机械工业出版社，电力电子技术，王兆安，黄俊，机械工业出版社，20062006年年2 2月。月。9 Agrawal9 Agrawal，Power Electronic Systems-Theory and designPower Electronic Systems-Theory and design，2nd,ed.2nd,ed.Prentice Hall,2001(Prentice Hall,2001(电力电子系统电力电子系统理论和设计，清华大学出版社理论和设计，清华大学出版社引进）引进）5 相关参考资料46 相关学术组织及期刊网站：相关学术组织及期刊网站：1）IEEE-电气与电子工程师协会（美国）电气与电子工程师协会（美国）期刊：期刊：IEEE学报学报网站：网站：http:/www.ieee.org2）IEE-电气工程师协会（英国）电气工程师协会（英国）期刊：期刊：IEE电力应用学报电力应用学报网站：网站：http:/www.iee.org.uk3）J.IEE-日本电气学会日本电气学会4）中国电工技术学会）中国电工技术学会5）中国电机工程学会）中国电机工程学会6）中国电源学会）中国电源学会7）电气自动化、电气传动自动化、电工电能新技术）电气自动化、电气传动自动化、电工电能新技术 相关学术组织及期刊网站：476.电力电子电路的计算机仿真软件6.电力电子电路的计算机仿真软件48建议安全建议安全7.0版本的版本的MATLAB软件。软件。建议安全7.0版本的MATLAB软件。49