电力电子技术第1章绪论
23页1、第1章 绪论,1.1 什么是电力电子技术1.2 电力电子技术的发展史1.3 电力电子技术的应用1.4 本教材的内容简介,2/23,1.1 什么是电力电子技术,电力电子技术的概念所谓电力电子技术就是应用于电力领域的电子技术。电子技术包括信息电子技术和电力电子技术两大分支。通常所说的模拟电子技术和数字电子技术都属于信息电子技术。信息电子技术主要用于信息处理。电力电子技术就是使用电力电子器件对电能进行变换和控制的技术。电力电子技术主要用于电力变换。,3/23,1.1 什么是电力电子技术,电力电子技术分为两个分支:1.电力电子器件制造技术2.变流技术。变流技术也称为电力电子器件的应用技术。它包括各种电力变换电路、控制技术,以及装置和系统集成技术。电力电子器件的制造技术是电力电子技术的基础。变流技术则是电力电子技术的核心。,4/23,1.1 什么是电力电子技术,电力电子器件制造技术的理论基础是半导体物理。变流技术的理论基础是电路理论。在信息电子技术中,半导体器件既可工作于放大状态,又可工作于开关状态;在电力电子技术中,电力电子器件总是工作在开关状态。,5/23,1.1 什么是电力电子技术,通常来
2、自公用电网的交流或直流电力不能与种类繁多的用电器直接连接,需要进行电力变换。,表1-1 电力变换的种类,6/23,1.1 什么是电力电子技术,电力电子学电力电子学是由电力学、电子学和控制理论三个学科交叉而形成的。,7/23,1.1 什么是电力电子技术,电力电子技术和电子学电力电子器件的制造技术和用于信息变换的电子 器件制造技术的理论基础(都是基于半导体理论) 是一样的,其大多数工艺也是相同的。电力电子电路和信息电子电路的许多分析方法也 是一致的。 电力电子技术和电力学电力电子技术广泛用于电气工程中,这是电力电 子学和电力学的主要关系。,8/23,1.1 什么是电力电子技术,各种电力电子装置广泛 应用于高压直流输电、静止 无功补偿、电力机车牵引、 交直流电力传动、电解、励 磁、电加热、高性能交直流 电源等之中,因此,无论是 国内国外,通常都把电力电 子技术归属于电气工程学科。在我国,电力电子与电 图1-2 电气工程的双三角形描述 力传动是电气工程的一个二级学科。 电气工程是一级学科,可用两个三角形对电气工程进行描述。其中大三角形描述了电气工程一级学科和其他学科的关系,小三角形则描述了电气
3、工程一级学科内各二级学科的关系。,9/23,1.1 什么是电力电子技术,电力电子技术和控制理论控制理论广泛用于电力电子技术中,它使电力电 子装置和系统的性能不断满足人们日益增长的各种 需求。电力电子技术可以看成是弱电控制强电的技 术,是弱电和强电之间的接口。而控制理论则是实 现这种接口的一条强有力的纽带。另外,控制理论是自动化技术的理论基础,二 者密不可分,而电力电子装置则是自动化技术的基 础元件和重要支撑技术。,10/23,1.2 电力电子技术的发展史,电力电子技术的发展史,图1-3 电力电子技术的发展史,一般认为,电力电子技术的诞生是以1957年美国通用电气公司研制出第一个晶闸管为标志的。,11/23,1.2 电力电子技术的发展史,晶闸管出现前的时期可称为电力电子技术的史前期或黎 明期。1904年出现了电子管,它能在真空中对电子流进行控 制,并应用于通信和无线电,从而开启了电子技术用于电 力领域的先河。20世纪30年代到50年代,水银整流器广泛用于电化学 工业、电气铁道直流变电所以及轧钢用直流电动机的传 动,甚至用于直流输电。这一时期,各种整流电路、逆变 电路、周波变流电路的理论已
4、经发展成熟并广为应用。在 这一时期,也应用直流发电机组来变流。 1947年美国著名的贝尔实验室发明了晶体管,引发了 电子技术的一场革命。,12/23,1.2 电力电子技术的发展史,晶闸管时代晶闸管由于其优越的电气性能和控制性能,使 之很快就取代了水银整流器和旋转变流机组,并且 其应用范围也迅速扩大。电力电子技术的概念和基 础就是由于晶闸管及晶闸管变流技术的发展而确立 的。晶闸管是通过对门极的控制能够使其导通而不 能使其关断的器件,属于半控型器件。对晶闸管电 路的控制方式主要是相位控制方式,简称相控方式。 晶闸管的关断通常依靠电网电压等外部条件来实 现。这就使得晶闸管的应用受到了很大的局限。,13/23,1.2 电力电子技术的发展史,全控型器件和电力电子集成电路(PIC)70年代后期,以门极可关断晶闸管(GTO)、电力双极型晶体管 (BJT)和电力场效应晶体管(Power-MOSFET)为代表的全控型器 件迅速发展。全控型器件的特点是,通过对门极(基极、栅极)的控 制,既可使其开通又可使其关断。采用全控型器件的电路的主要控制方式为脉冲宽度调制(PWM) 方式。相对于相位控制方式,可称之为
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