电力电子技术01课件

电力电子技术电力电子技术Power ElectronicsPower ElectronicsE_mail:E_mail:l l学时学时学时学时/学分：学分：学分：学分：48/3(48/3(48/3(48/3(含实验含实验含实验含实验10101010学时学时学时学时)l l课程类别：课程类别：课程类别：课程类别：专业课程专业课程专业课程专业课程l l先修课程：先修课程：先修课程：先修课程：电路理论、模拟电子技术、高等数学电路理论、模拟电子技术、高等数学电路理论、模拟电子技术、高等数学电路理论、模拟电子技术、高等数学 、电机学电机学电机学电机学l l推荐教推荐教推荐教推荐教辅辅辅辅参考资源：参考资源：参考资源：参考资源：1 1 1 1【中国中国中国中国】张润和张润和张润和张润和.电力电子技术及应用电力电子技术及应用电力电子技术及应用电力电子技术及应用.北京大学出版北京大学出版北京大学出版北京大学出版社社社社.2008.2008.2008.2008 2.2.2.2.【中国中国中国中国】陈坚陈坚陈坚陈坚.电力电子学电力电子学电力电子学电力电子学.武汉武汉武汉武汉:华中科技大学出版华中科技大学出版华中科技大学出版华中科技大学出版社社社社,2003.,2003.,2003.,2003.3.3.3.3.【中国中国中国中国】石玉等编石玉等编石玉等编石玉等编.电力电子技术题例与电路设计指导电力电子技术题例与电路设计指导电力电子技术题例与电路设计指导电力电子技术题例与电路设计指导.机械工业出版社机械工业出版社机械工业出版社机械工业出版社.2006.2006.2006.20064.4.4.4.【中国中国中国中国】王兆安，黄俊王兆安，黄俊王兆安，黄俊王兆安，黄俊.电力电子变流技术（第电力电子变流技术（第电力电子变流技术（第电力电子变流技术（第4 4 4 4版）版）版）版）.北京北京北京北京:机械工业出版社机械工业出版社机械工业出版社机械工业出版社,2002.,2002.,2002.,2002.课程简介课程简介2l l推荐教学参考资源：推荐教学参考资源：推荐教学参考资源：推荐教学参考资源：5.5.5.5.【中国中国中国中国】颜世钢等颜世钢等颜世钢等颜世钢等.电力电子技术问答电力电子技术问答电力电子技术问答电力电子技术问答.北京北京北京北京:机械工业机械工业机械工业机械工业出版社出版社出版社出版社.2007.2007.2007.2007l l教材资源介绍教材资源介绍教材资源介绍教材资源介绍l l教学目标：教学目标：教学目标：教学目标：应用型人才培养应用型人才培养应用型人才培养应用型人才培养l l课程学习包括以下环节：课程学习包括以下环节：课程学习包括以下环节：课程学习包括以下环节：1 1 1 1、课堂教学；、课堂教学；、课堂教学；、课堂教学；2 2 2 2、实验教学；、实验教学；、实验教学；、实验教学；3 3 3 3、实践作业；、实践作业；、实践作业；、实践作业；4 4 4 4、课程设计、课程设计、课程设计、课程设计5 5 5 5、专业课程设计；、专业课程设计；、专业课程设计；、专业课程设计；6 6 6 6、毕业设计；、毕业设计；、毕业设计；、毕业设计；课程简介课程简介3教学要求：教学要求：1.1.明确什么是电力电子技术及所具有的特点；明确什么是电力电子技术及所具有的特点；2.2.了解电力电子技术所研究的内容、应用领域及了解电力电子技术所研究的内容、应用领域及 发展前景；发展前景；3.3.明确本课程学习的基本要求。明确本课程学习的基本要求。绪绪 论论1 什么是电力电子技术什么是电力电子技术2 电力电子技术的发展电力电子技术的发展3 电力电子技术的应用电力电子技术的应用4 教材内容简介教材内容简介绪绪 论论51.1 电力电子技术概念电力电子技术概念1.2 电力电子技术两个分支电力电子技术两个分支1.3 与其他学科的关系与其他学科的关系1.4 地位和未来地位和未来1 什么是电力电子技术什么是电力电子技术返回6信息电子技术信息电子技术信息电子技术信息电子技术用于信息处理用于信息处理电力电子技术电力电子技术电力电子技术电力电子技术用于电力变换用于电力变换电子技术一般指信息电子技术，广义而言，电子技术一般指信息电子技术，广义而言，也包括电力电子技术。也包括电力电子技术。模拟电子技模拟电子技 术术电子技术电子技术信息电子技术信息电子技术电力电子电力电子 技术技术数字电子数字电子 技术技术1.1 电力电子技术概念电力电子技术概念返回7电力电子技术电力电子技术电力电子技术电力电子技术有效的使用电力半导体器有效的使用电力半导体器件、应用电路和设计理论及分析开发工具，件、应用电路和设计理论及分析开发工具，实现对电能的高效变换和控制的一门技术。实现对电能的高效变换和控制的一门技术。它是应用于电力领域的电子技术它是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。电力半导体器件。电力电子技术变换的电力电子技术变换的“电力电力”，可大到数百，可大到数百MWMW甚至甚至GWGW，也可小到数也可小到数WW甚至甚至mWmW级。级。1.1 电力电子技术概念电力电子技术概念返回8 变流技术变流技术变流技术变流技术（即电力电子器件应用技术）（即电力电子器件应用技术）（即电力电子器件应用技术）（即电力电子器件应用技术）是是电电力力电电子子技技术术的的核核心心；其其理理论论基基础础是是电电路路理论；理论；包包括括用用电电力力电电子子器器件件构构成成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，以以及及其其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。1.2 电力电子技术两个分支电力电子技术两个分支 电力电子器件制造技术电力电子器件制造技术电力电子器件制造技术电力电子器件制造技术是电力电子技术的基础；是电力电子技术的基础；其理论基础是半导体物理。其理论基础是半导体物理。返回9 电力种类电力种类交流、直流两种交流、直流两种 电力变换（流）类型电力变换（流）类型 交流变直流、直流变交流、直流变直流、交流变交流 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。整流逆变直流斩波交流电力控制返回1.2 1.2 电力电子技术两个分支电力电子技术两个分支10电力电子学电力电子学电力电子学电力电子学 (Power(Power Electronics)Electronics)名称名称6060年代年代出现。出现。19741974年，美国的年，美国的W.W.NewellNewell用图用图1 1的倒三角形的倒三角形对电力电子学进行了描对电力电子学进行了描述，被全世界普遍接受。述，被全世界普遍接受。电力电力电子学电子学电子学电子学电力学电力学控制控制理论理论连续、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 与相关学科的关系与相关学科的关系返回11都分为都分为器件器件和和应用应用两大分支。两大分支。与电子学（信息电子学）的关系与电子学（信息电子学）的关系与电子学（信息电子学）的关系与电子学（信息电子学）的关系1.3 与相关学科的关系与相关学科的关系返回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。121.3 与相关学科的关系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 与电力学（电气工程）的关系与电力学（电气工程）的关系与电力学（电气工程）的关系与电力学（电气工程）的关系返回13控制理论广泛用于电力电子系统中。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 与相关学科的关系与相关学科的关系返回141.3 1.3 与相关学科的关系与相关学科的关系电力电子学新定义电力电子学新定义15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，2020世世纪纪后后半半叶叶诞诞生生和和发发展展的的一一门门崭崭新新的的技技术术，2121世世纪纪仍仍将将以迅猛的速度发展。以迅猛的速度发展。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。1.4 地位和未来地位和未来返回16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电子管问世全控型器件迅速发展时期史前期（黎明期）1904193019471957197019801990 2000t(年)晶体管诞生2 电力电子技术的发展史电力电子技术的发展史返回17电源电源 如逆变器、如逆变器、UPSUPS、开关电源、电解电镀电源开关电源、电解电镀电源调速传动（工艺、节能、牵引）调速传动（工艺、节能、牵引）如电梯、机车、家用电器电力系统电力系统 如高压直流输电、柔性交流输电、无功补偿交通运输交通运输新能源开发和利用新能源开发和利用 如风能、太阳能、潮汐能 3 电力电子技术的应用电力电子技术的应用返回18（电源转换器、电源转换器、Power InverterPower Inverter）是一种能够将）是一种能够将DC12VDC12V直流电转直流电转换为和市电相同的换为和市电相同的AC220VAC220V交流电交流电，供一般电器使用，是一种方，供一般电器使用，是一种方便的车用电源转换器。车载电源逆变器在国外市场受到普遍欢便的车用电源转换器。车载电源逆变器在国外市场受到普遍欢迎。在国外因汽车的普及率较高，外出工作或外出旅游即可用迎。在国外因汽车的普及率较高，外出工作或外出旅游即可用逆变器连接蓄电池带动电器及各种工具工作。中国进入逆变器连接蓄电池带动电器及各种工具工作。中国进入WTOWTO后，后，国内市场私人交通工具越来越多，因此，车载逆变器电源作为国内市场私人交通工具越来越多，因此，车载逆变器电源作为在移动中使用的直流变交流的转换器，会给你的生活带来很多在移动中使用的直流变交流的转换器，会给你的生活带来很多的方便，是一种常备的车用汽车电子装具用品。的方便，是一种常备的车用汽车电子装具用品。把家用电器连把家用电器连接到车载逆变器的输出端就能在汽车内使用各种电器象在家里接到车载逆变器的输出端就能在汽车内使用各种电器象在家里使用一样方便使用一样方便。可使用的电器有：手机、笔记本电脑、数码摄。可使用的电器有：手机、笔记本电脑、数码摄像机、照像机、照明灯、电动剃须刀、像机、照像机、照明灯、电动剃须刀、CDCD机、游戏机、掌上电机、游戏机、掌上电脑、脑、打印机、电动工具、车载冰箱等。打印机、电动工具、车载冰箱等。Example1:车载逆变器车载逆变器19l变频技术的核心部件是变频器，变频器全称交流变频调速器，变频技术的核心部件是变频器，变频器全称交流变频调速器，用于交流电机，在调整输出频率的同时按比例调整输出电压，用于交流电机，在调整输出频率的同时按比例调整输出电压，从而改变电机转速，以达到交流电机调速的目的。变频器是电从而改变电机转速，以达到交流电机调速的目的。变频器是电力电子技术、微电子技术、控制技术相结合的综合性高技术产力电子技术、微电子技术、控制技术相结合的综合性高技术产品，被称为品，被称为“现代工业维生素现代工业维生素”。Example2:变频器变频器（1）变频的认识：）变频的认识：20以空调为例，我国的电源电压为以空调为例，我国的电源电压为220伏、伏、50赫兹，在这种条件赫兹，在这种条件下工作的空调是定频空调。由于供电频率不能改变，定频空调的下工作的空调是定频空调。由于供电频率不能改变，定频空调的压缩机转速基本不变，所以它不能大幅度的调节制冷量，而是通压缩机转速基本不变，所以它不能大幅度的调节制冷量，而是通过频繁开启关闭压缩机的方式来调节房间温度高低。而与之相比，过频繁开启关闭压缩机的方式来调节房间温度高低。而与之相比，变频空调通过改变电机转速变频空调通过改变电机转速“按需供能按需供能”，这样它的压缩机就不会，这样它的压缩机就不会频繁开启，会使压缩机保持稳定的工作状态，可以使空调整体达频繁开启，会使压缩机保持稳定的工作状态，可以使空调整体达到节能到节能30%以上的效果，同时可以减少噪音以上的效果，同时可以减少噪音(就是所谓的静音化就是所谓的静音化)、延长空调使用寿命。延长空调使用寿命。变频的第一功效即是节能，电机系统在设计过程中都变频的第一功效即是节能，电机系统在设计过程中都留有一定的余量，变频器通过降低电机转速减少输出功留有一定的余量，变频器通过降低电机转速减少输出功耗，实现耗，实现“按需供能按需供能”。（2）变频的功效）变频的功效21安置了变频器的电梯，可以安置了变频器的电梯，可以根据不同的运载重量、不同的运载根据不同的运载重量、不同的运载里程来改变电机转速，从而达到节能和乘梯人舒适的效果里程来改变电机转速，从而达到节能和乘梯人舒适的效果。据专。据专家称，在电梯中采用变频器调速可以实现节能家称，在电梯中采用变频器调速可以实现节能40%40%以上。而据报道以上。而据报道称，我国使用的电梯中，只有称，我国使用的电梯中，只有1.92%1.92%的电梯采用了变频控制节能型的电梯采用了变频控制节能型电梯主机，而使用电梯主机，而使用1010年以上的电梯则均属于严重耗电型。年以上的电梯则均属于严重耗电型。如果对全国电动机如果对全国电动机总装机容量的总装机容量的10%进行调速改造进行调速改造，按年平，按年平均运行均运行4000小时、节电率小时、节电率20%至至25%计算，年节电潜力为计算，年节电潜力为320亿至亿至400亿千瓦时。加上因改善工艺而采用变频技术带来的节电潜力，亿千瓦时。加上因改善工艺而采用变频技术带来的节电潜力，总节电潜力约为总节电潜力约为500亿千瓦时，亿千瓦时，相当于每年为国家节省了相当于每年为国家节省了3个葛洲个葛洲坝水电站的发电量！坝水电站的发电量！（3）变频的重要意义）变频的重要意义22Example3:UPSUPS电路结构框图电路结构框图23Example4:开关电源开关电源开关电源结构框图开关电源结构框图24轧钢机数控机床冶金工业电解铝1 1）一般工业）一般工业3 电力电子技术的应用电力电子技术的应用252）交通运输交通运输3 电力电子技术的应用电力电子技术的应用263）电力系统电力系统SVCSVC高压直流装置HVDC柔性交流输电FACTS3 电力电子技术的应用电力电子技术的应用27柔性交流输电技术就是基于电力电子变流技术并直接作用柔性交流输电技术就是基于电力电子变流技术并直接作用柔性交流输电技术就是基于电力电子变流技术并直接作用柔性交流输电技术就是基于电力电子变流技术并直接作用于输电系统的一些快速控制设备的集合群。于输电系统的一些快速控制设备的集合群。于输电系统的一些快速控制设备的集合群。于输电系统的一些快速控制设备的集合群。柔性交流输电技术通过控制电力系统的基本参数来灵活控柔性交流输电技术通过控制电力系统的基本参数来灵活控柔性交流输电技术通过控制电力系统的基本参数来灵活控柔性交流输电技术通过控制电力系统的基本参数来灵活控制系统潮流，使电力传输容量更接近线路的热稳定极限。制系统潮流，使电力传输容量更接近线路的热稳定极限。制系统潮流，使电力传输容量更接近线路的热稳定极限。制系统潮流，使电力传输容量更接近线路的热稳定极限。从这一意义上讲，柔性交流输电技术是目前提高供电可靠从这一意义上讲，柔性交流输电技术是目前提高供电可靠从这一意义上讲，柔性交流输电技术是目前提高供电可靠从这一意义上讲，柔性交流输电技术是目前提高供电可靠性和提高输电系统传输容量的最有效的措施。性和提高输电系统传输容量的最有效的措施。性和提高输电系统传输容量的最有效的措施。性和提高输电系统传输容量的最有效的措施。柔性交流输电柔性交流输电FACTSSVCSVC是专门用来产生无功功率的电力电子装置，通过开是专门用来产生无功功率的电力电子装置，通过开关器件的调节，分别调节不同大小的容性或感性无功关器件的调节，分别调节不同大小的容性或感性无功功率。对电网的无功进行补偿，提高效率。功率。对电网的无功进行补偿，提高效率。静止无功补偿装置静止无功补偿装置SVC284）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3 电力电子技术的应用电力电子技术的应用295 5）家用电器）家用电器3 电力电子技术的应用电力电子技术的应用306 6）其他）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电力电子技术的应用31总之，电力电子技术的应用范围十分广泛，激发人总之，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。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此可以说，电力电子技术研究的也就是电源技术电源技术电源技术电源技术。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、水泵采用变频调速，在使用量十分庞大的照风机、水泵采用变频调速，在使用量十分庞大的照明电源等方面，因此它也被称为是明电源等方面，因此它也被称为是节能技术节能技术节能技术节能技术。3 电力电子技术的应用电力电子技术的应用32课程学习要求课程学习要求课程内容：课程内容：课程内容：课程内容：包括器件、电路和应用三大方面，其中包括器件、电路和应用三大方面，其中包括器件、电路和应用三大方面，其中包括器件、电路和应用三大方面，其中 应以电路为主。应以电路为主。应以电路为主。应以电路为主。学习要求：学习要求：学习要求：学习要求：（1 1 1 1）掌握电力电子技术的基础理论和基本变换电路。）掌握电力电子技术的基础理论和基本变换电路。）掌握电力电子技术的基础理论和基本变换电路。）掌握电力电子技术的基础理论和基本变换电路。（2 2 2 2）熟悉典型电力电子器件的工作原理、外部电气特）熟悉典型电力电子器件的工作原理、外部电气特）熟悉典型电力电子器件的工作原理、外部电气特）熟悉典型电力电子器件的工作原理、外部电气特性及参数，能够根据需要合理地选择和正确地使用性及参数，能够根据需要合理地选择和正确地使用性及参数，能够根据需要合理地选择和正确地使用性及参数，能够根据需要合理地选择和正确地使用电力电子器件。电力电子器件。电力电子器件。电力电子器件。（3 3 3 3）掌握功率变换主电路的的拓扑结构、工作原理、）掌握功率变换主电路的的拓扑结构、工作原理、）掌握功率变换主电路的的拓扑结构、工作原理、）掌握功率变换主电路的的拓扑结构、工作原理、分析方法和变换电路的初步设计和计算，不同性质分析方法和变换电路的初步设计和计算，不同性质分析方法和变换电路的初步设计和计算，不同性质分析方法和变换电路的初步设计和计算，不同性质的负载对电路工作特性的影响。的负载对电路工作特性的影响。的负载对电路工作特性的影响。的负载对电路工作特性的影响。（4 4 4 4）掌握如何为电力电子变换装置选择或设计合理的）掌握如何为电力电子变换装置选择或设计合理的）掌握如何为电力电子变换装置选择或设计合理的）掌握如何为电力电子变换装置选择或设计合理的控制、缓冲和保护电路。控制、缓冲和保护电路。控制、缓冲和保护电路。控制、缓冲和保护电路。33课程学习要求课程学习要求课程内容：课程内容：课程内容：课程内容：包括器件、电路和应用三大方面，其中包括器件、电路和应用三大方面，其中包括器件、电路和应用三大方面，其中包括器件、电路和应用三大方面，其中 应以电路为主。应以电路为主。应以电路为主。应以电路为主。学习要求：学习要求：学习要求：学习要求：（5 5 5 5）了解电力电子技术在工程领域中的应用。）了解电力电子技术在工程领域中的应用。）了解电力电子技术在工程领域中的应用。）了解电力电子技术在工程领域中的应用。（6 6 6 6）掌握基本的实验方法与技能。）掌握基本的实验方法与技能。）掌握基本的实验方法与技能。）掌握基本的实验方法与技能。着重物理概念、基本分析方法和工程应用。突出着重物理概念、基本分析方法和工程应用。突出着重物理概念、基本分析方法和工程应用。突出着重物理概念、基本分析方法和工程应用。突出“管为路用管为路用管为路用管为路用”的基本原则，要以电路为主线，重点的基本原则，要以电路为主线，重点的基本原则，要以电路为主线，重点的基本原则，要以电路为主线，重点放在电路上，正确处理好器件、电路、应用三者的放在电路上，正确处理好器件、电路、应用三者的放在电路上，正确处理好器件、电路、应用三者的放在电路上，正确处理好器件、电路、应用三者的关系。关系。关系。关系。34p经常不断地学习,你就什么都知道。你知道得越多,你就越有力量pStudyConstantly,AndYouWillKnowEverything.TheMoreYouKnow,TheMorePowerfulYouWillBe写在最后Thank You在别人的演说中思考，在自己的故事里成长Thinking In Other PeopleS Speeches，Growing Up In Your Own Story讲师：XXXXXX XX年XX月XX日