电力电子技术01.ppt

浙江大学徐德鸿教授，在电力电子技术前言中写道20世纪人类最伟大的20项科技成果是电气化、汽车、飞机、自来水供水系统、电子技术、无线电与电视、农业机械化、计算机、电话、空调与制冷、高速公路、航天、互联网、成像技术、家电、保健科技、石化、激光与光纤、核能利用、新材料.所有这些科技成果几乎都不同程度地应用了电力电子技术，电力电子技术在推动科学技术的发展中发挥了重要作用。电力电子技术广泛地应用于工业、交通、IT、通信、国防以及家电等领域，全球600亿美元的电力电子产品市场已经形成，支撑着5700亿美元的电器电子硬件产品。据美国国家电力科学研究院预测，到2010年，80％的电能将通过电力电子变流器来处理。引自徐德鸿，“电力电子技术”，科学出版社，2006年,,电力电子技术,主讲教师李久胜jiusheng,电气工程系专业平台课,,1绪论,学习目的了解电力电子技术的概貌了解电能变换器的种类了解电力电子器件的种类熟悉常用的数学工具了解电力电子电路的计算机仿真软件了解课程的主要内容和参考教材学时2,,1.1电力电子技术概述,使用电力电子器件对电能进行变换和控制的技术。,1.1.1电力电子技术（PowerElectronics的定义,从工程的对象和内容及手段几方面理解电力电子技术,对象能量中的电能内容对电能的变换和控制手段利用电力电子器件（半导体器件）,问题为什么要对电能进行变换和控制,,,1.1.2电力（电能）变换的目的和作用,电力系统的主体固定频率50或60Hz的交流电作为主体。,为什么采用三相交流电作为电力网的主体,使用电力时固定频率的交流电未必总是最佳选择,有利于大功率电能远距离传输,直接驱动交流感应电动机（工业传动的主要形式）,需要改变频率，如变频空调,将交流电变成直流电，如微机电源,电能变换举例电车控制、利用自然能发电,,,例1.1电车（地铁等）用设置在车底下的变流装置控制来自架空线的直流电流，对电动机进行调速。,图1.1电车的调速方式,,图1.3风能发电能量流程,图1.2太阳能发电能量流程,例1.2自然能发电（太阳能和风能）在采用自然能发电时，必须控制变化的发电功率。,,1.1.3电能变换的种类,逆变,直流斩波,交流电力控制变频、调功,整流,电能变换的含义在输入与输出之间，将电压、电流、频率（含直流）、相位、相数中的一项以上加以改变。,电力变换四大类型,问题如何实现电能变换,,1.1.4电能变换的基本原理,,变换类型1AC-DC利用S1～S4的导通与关断的组合，可由交流形成直流。同时，控制开关导通的时间，可控制直流电压大小。,电路结构,负载电压波形,在功率变换电路中，为了尽量提高电能变换的效率，应采用开关型变换器。因为器件只有工作在开关状态，才能降低变换过程中的电能损耗。,,,变换类型2DC-DC利用S的导通和关断，控制负载上的直流电压。,电路结构,负载电压波形,,,变换类型3DC-AC利用S1～S4的导通与关断的组合，将负载电压值控制在正负范围。同时，可控制负载上交流电压的频率。,电路结构,负载电压波形,,,变换类型4AC-AC控制S1,S2开关导通的时间，可控制交流电压大小。,电路结构,负载电压波形,问题开关型变换器中的开关器件应如何选取,将电能任意地、高效率地变换和控制，应采用开关型变换器。,,1.1.5.电能变换用的开关器件,理想开关应满足的条件（以斩波电路为例）,,电能变换电路中理想开关应满足的条件（1）开关处于关断状态时能承受高的端电压，并且漏泄电流为零（2）开关处于导通状态时能流过大电流，而且这时的端电压为零（3）导通、关断切换时所需开关时间为零（4）长期反复地开关也不损坏（寿命长）,开关损耗为零,,电能变换电路中开关的选择机械开关很好满足条件（1）和（2），但不满足（3）和（4）半导体开关较好满足（3）和（4），基本满足（1）和（2）,,结论使用功率半导体器件，即电力电子器件，作为电力变换电路中开关。,所以，电力电子技术定义为使用电力电子器件对电能进行变换和控制的技术,1.1.6电力电子器件的种类,按照其控制通断的能力分类不控型，半控型和全控型。,,课间,变流技术（电力电子器件应用技术）是电力电子技术的核心。包括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。,电力电子器件制造技术是电力电子技术的基础。,本课程的重点是变流技术。,（1）研究内容包括两大分支,1.1.7.电力电子技术的特点,,电力电子技术是应用在电力变换领域的电子技术。,（2）与电子技术的关系,,电力电子技术广泛应用于电气工程中，是电气工程这个学科中最活跃的一个分支。,（3）学科特点20世纪后半叶诞生和发展的一门崭新的边缘技术学科。,,SourcefromMohan.PowerElectronicsConverters,Application,andDesign,3rded.WILEY,2003,,对电力电子装置的需求迅速增长，使其应用领域不断扩大,,据统计70％的电能都是经过变换后才使用，随着科技的发展，电能变换的比例将会进一步提高。,电力电子技术将青春永驻,电力电子技术是电气工程领域的新学科和迅速发展的朝阳产业。,（4）应用领域和发展趋势,现代科技的发展和进步不断推动了电力电子技术的发展,电力电子器件（半导体）技术和微处理器技术的进步极大地推动了电力电子技术的发展。,,（引自西交大课件）,能源是人类永恒的话题，电能是最优质的能源。电力电子技术是电能变换的技术，是把粗电变精电的技术,