电力电子技术备课本.1.doc

电力电子技术备课本2005,7,18~2005,8,19续论Chap.1 电力电子器件文 俊 30Main References:1. 西安交通大学王兆安、黄俊.电力电子技术（第4版）.北京：机械工业出版社.2000.5.¥20.00.TM7.2. 张一工、肖湘宁.现代电力电子技术原理与应用.北京：科学出版社,1999.3. ¥26.003. 陈坚. 电力电子学--电力电子变换和控制技术.北京：高教出版社，2002.8. ¥23.004. 吴小华、李玉忍等. 电力电子技术原典型题解析及自测试题（工科课程提高与应试丛书）.北京：西北工业大学出版社. 2002.3. ¥8.005. 石玉、粟书贤等. 电力电子技术题例与电路设计指导.北京：机械工业出版社. 2000.8. ¥24.006. 李辉、张国香. 电子电路问答（第2版）.北京：机械工业出版社. 2004.3. ¥20.007. 张涛. 电力电子技术—新编21世纪高等职业教育电子信息类规划教材·电气自动化专业技术专业.北京：电子工业出版社. 2003.9. ¥15.00目 录续论第1章 电力电子器件 §1.1 电力电子器件概述 §1.2 不可控器件---电力二极管 §1.3 半控器件---晶闸管 §1.4 典型全控型器件 §1.5 其他新型电力电子器件 §1.6 电力电子器件的驱动 §1.7 电力电子器件的保护 §1.8 电力电子器件的串联和并联使用第2章 整流电路 §2.1 单相可控整流电路 §2.2 三相可控整流电路 §2.3 变压器漏感对整流电路的影响 §2.4 电容滤波的不可控整流电路 §2.5 整流电路的谐波和功率因数 §2.6 大功率可控整流电路 §2.7 整流电路的有源逆变工作状态 §2.8 晶闸管直流电动机系统 §2.9 相控电路的驱动控制第3章 直流斩波电路 §3.1 基本斩波电路 §3.2 复合斩波电路和多相多重斩波电路第4章 交流电力控制电路和交交变频电路 §4.1 交流调压电路 §4.2 其他交流电力控制电路 §4.3 交交变频电路 §4.4 矩阵式变频电路第5章 逆变电路 §5.1 换流方式 §5.2 电压型逆变电路 §5.3 电流型逆变电路 §5.4 多重逆变电路和多电平逆变电路第6章 PWM控制技术 §6.1 PWM控制的基本原理 §6.2 PWM逆变电路及其控制方法 §6.3 PWM跟踪控制技术 §6.4 PWM整流电路及其控制方法第7章 软开关技术 §7.1 软开关的基本概念 §7.2 软开关电路的分类 §7.3 典型的软开关电路第8章 组合变流技术 §8.1 间接交流变流电路 §8.2 间接直流变流电路续 论1. 定义电力电子技术（学）（Power Electronics）/电力半导体器件：使用PED对电能进行变换和控制的技术，即应用于电力领域的电子技术。

目前均用半导体制成）（üPE变换的功率=mW、W~数百MW、GW）电子技术：与电子器件（电子管、晶体管、IC、MPU┄）、电子电路、电子设备和系统有关的科学技术一般指信息电子技术）（see 图0）（弱电）主要作用：电力电子技术~电力变换；信息电子技术~信息处理电力技术：涉及发、输、配、变、用电的科学技术强电）★1 电力电子技术分类：（1）电力电子器件制造技术：电力电子学电子学电力学控制原理连续、离散静止器,旋转电机 电路、器件图1 描述电力电子学的倒三角形（2）电力电子变换和控制技术/变流技术/器件应用技术：用PED构成电力电路并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图0 PE技术与信息电子技术电子技术信息电子技术电力电子技术模电技术数电技术PED制造技术PE变换与Con技术 ★2 PE与相关学科的关系：（PE名称出现于1960s；1974年USA W.Newell提出倒三角形图；交叉/边缘学科）表0-2 PE技术与相关学科的关系与电子学的关系与电力学的关系与控制理论/自动化技术的关系1. 均分为器件和应用2分支；2. PE器件工作在开关状态；电子学器件工作在开关、放大状态。

1． PE广泛应用于电力系统；2． PE是电气工程学科中最为活跃的一个分支1． 控制理论广泛用于PE系统中；2． PE技术是弱电控制强电的技术，是弱电和强电的接口控制理论是这种接口的有力纽带PE装置是自动化技术的基础元件和重要支撑技术 2. PE的意义和应用粗电 精电（1）PE变换和控制技术的意义：将电力系统单一频率、电压和波形的电能进行变换，以使用电设备获得最大的技术经济效益衡量国家技术进步的主要标志之一：将系统输出的电能经过PE变换（至少1次）处理后再供给用户使用的电能占全国总发电量之比eg. USA：2000末，>40%；2020~2030s,100%（《陈坚》p5）；发达国家：>60% p4）★1 (p1) PE技术分类：表0-1 PE技术分类表PE电力电子器件制造技术电力电子变换和控制技术1．理论基础半导体物理学电路理论2．研究领域器件装置（？）★2 (p1，PE与相关学科的关系) PED的发展：（from p2^6 on book）PE技术诞生的标志：1957，USA GE开发出第一只Thy产品（1958年商业化）；•1904年 电子管首次出现；•19 年 汞弧阀/水银R首次出现（可对大i实现控制）；•1947年USA Bell Lab发明晶体管；•1956年USA Bell Lab发明Thy；•1970s后期 出现全控器件：GTO、BJT、P-MOAFET•1980s后期 出现全控复合型器件：IGBT、MCT(MOS Con. THY)、IGCT(IG Converter Thy)、PIC(Power 软开关技术)（2）PE技术的应用：① 电力系统：HVDC、FACTS、SVC、TCSC、励磁调节；② 交通运输：电铁、电动汽车、航空、航海；③ 一般工业：交直流电机、电化学工业----电解、电镀（LV DC电源）；感应加热炉（中频 HZ电源）；、冶金工业；④ 家用电器：“节能灯”、变频空调；⑤ 其他：UPS、新能源、发电装置、航天飞行器、 3. PE变换的分类/基本变换：（1） AC-DC变换/整流：将AC电转变为DC电的变换。

2） DC-AC变换/逆变：将DC电转变为AC电的变换3） DC-DC变换/DC斩波器：改变DC电源数值的变换4） AC-AC变换/AC斩波器：改变AC电源数值的变换 / 变频器： 改变AC电源数值和频率的变换组合变换：AC-DC-AC、DC-AC-DC变换第1章 电力电子器件§1.1 PED概述1.1.1~1.1.2电力电子器件（Power Electronic Device）/功率半导体器件（Power Semiconductor Device）:可直接用于电能的变换或控制的电子器件一、PED的特征（与电子器件相比）：（1） 承受HV、大i、大P；（P=mW、W~数百MW、GW）（一般大P）；（2） 一般工作在开关状态[（通态：z≈0,VF≈0,I由外电路决定；断态：z≈∞,i≈0,v由外电路决定）；目的：减小ΔP(∵处理大P)]（3） 通常需要靠电子电路组成的驱动电路进行con.see 图1-1）主要损耗通态损耗：导通时器件上有一定的通态压降断态损耗：阻断时器件上有微小的断态漏电流过开关损耗：① 开通损耗：在器件开通的转换过程中产生的损耗。

② 关断损耗：在器件关断的转换过程中产生的损耗{（4）二、PED的损耗注：（1）通常通态损耗是器件功率损耗的主要成因（断态漏电流极小）；（2）器件开关频率较高时，开关损耗可能成为器件功率损耗的主要因素； （3） 对某些器件来讲，驱动电路向其注入的功率也是造成器件发热的原因之一三、电力电子系统：由控制电路、驱动电路和以PED为核心的主电路组成的系统检测电 路图1-1 PED在实际应用中的系统组成RL主电路V1V2控制电路驱动电 路控制电路：（按系统的工作要求）形成控制信号，通过驱动电路去控制主电路中PED的通或断，来完成整个系统的功能 检测电路：广义上往往将其和驱动电路等主电路之外的电路都归为控制电路，从而粗略地说PE系统是由主电路和控制电路组成的Ø 电气隔离的必要性： 主电路中的电压和电流一般较大，而控制电路的元器件只能承受较小的电压和电流，因此在主电路和控制电路连接的路径上（如驱动电路与主电路的连接处，或者驱动电路与控制信号的连接处，以及主电路与检测电路的连接处），一般需要进行电气隔离Ø 电气隔离的手段：光隔离（LIBy光耦合器）、磁隔离（MIBy脉冲T）see 图1-25 )Ø 保护电路的必要性：主电路中往往有电压和电流的过冲，而电力电子器件一般比主电路中普通的元器件要昂贵，但承受过电压和过电流的能力却要差一些，因此，在主电路和控制电路中附加一些保护电路，以保证电力电子器件和整个电力电子系统正常可靠运行。

1.1.3 PED的分类一、按照可控性/器件能够被控制电路信号所控制的程度分类：1． 不可控器件：不能用控制信号来控制其通断的PEDeg. Power Diode）2． 半控型器件：通过控制信号可以控制其导通而不能控制其关断的PEDeg. Thyristor）3． 全控型器件/自关断器件：通过控制信号可以控制其通、断的PEDeg. GTO、IGBT、P-MOSFET、IGCT等）二、按照驱动电路（加在器件控制端和公共端之间信号）的性质分类：1． 电压驱动型器件：通过（在控制端和公共端之间）施加一定的电压信号实现其通、断控制的器件eg. IGBT、MOSFET等）2． 电流驱动型器件：通过从控制端注入或者抽出电流实现其通、断控制的器件eg. Thy、BJT等）（PSD器件的外观：一般有三个端子（极或管脚），其中两个联结在主电路中，第三端被称为控制端（或控制极）器件通断是通过在其控制端和一个主电路端子之间加一定的信号来控制的，这个主电路端子是驱动电路和主电路的公共端，一般是主电路i流出器件的端子三、按照器件内部电子和空穴两种载流子(定义见下页)参与导电的情况分类：1． 单极型器件：由一种载流子参与导电的。