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电气工程导论——专题三 电力电子技术 一、什么是电力电子技术1、概念 信息电子技术：信息处理 电力电子技术：电力变换 电力电子技术是应用于电力领域的电子技术，也就是使用电力电子器件对电能进行变换和控制的技术。从转换的功率来讲，可在1W～1GW之间 电力变换的技术——变流技术 1）整流电路 出现最早的电力电子电路，将交流电变为直流电 2）逆变电路 输出线电压波形和负载性质有关，大体为正弦波，但叠加了一些脉冲（由于逆变器中的换流过程而产生） 3）直流－直流变流电路 将一个固定的直流电压变换为可变的直流电压，同时使上述控制获得加速平稳、快速响应的性能，并同时收到节约电能的效果。 广泛应用于无轨电车、地铁列车、电动车的无级变速和控制 用直流斩波器代替变阻器可节约电能(20~30)%。直流斩波器不仅能起调压的作用(开关电源)，同时还能起到有效地抑制电网侧谐波电流噪声的作用。  4）交流-交流变流电路 一种形式的交流变成另一种形式交流的电路 在进行交流—交流变速时，可改变相关的电压、电流、频率和相数等 2、两大分支 电力电子器件制造技术——电力电子技术的基础 变流技术（电力电子器件应用技术）——电力电子技术的核心 3、与其他学科的关系 1）与电子学的关系 2)与电力学的关系 3)与控制理论的关系 二、电力电子技术的发展历史 史前期 1904-1957 1904 电子管诞生 1947 晶体管出现 爱迪生效应 将金属带接入电池正极，电流表中会有电流通过。 金属带上的电压越高，电流越大 如果让金属带上的电压极性为负，就没有电流通过。 世界上第一只电子管——J.Fleming 1885年，30岁的英国电气工程师弗莱明试验发现，如果在真空灯泡里装上碳丝和铜板，分别充当阴极和屏极，则灯泡里的电子就能实现单向流动。 1904年，弗莱明研制出一种能够充当交流电整流和无线电检波的特殊灯泡——“热离子阀”，催生了世界上第一只电子管，也就是人们所说的真空二极管。 二极电子管 二极电子管分为整流二极管、阻尼二极管和充气二极管等，其内部由阴极K、屏极A和灯丝F等组成。 真空三极管发明的过程——D.Forest 直到真空三极管的发明后，电子管才成为实用的器件。 真空三极管的发明者是美国工程师德 · 福雷斯特。 1906年，德·福雷斯特为了提高真空二极管检波灵敏度，在弗莱明的玻璃管内添加了栅栏式的金属网，形成第三个极。这个“栅极”仿佛就像百叶窗那样，能控制阴极与屏极之间的电子流；只要栅极有微弱电流通过，就可在屏极上获得较大的电流，而且波形与栅极电流完全一致，标志着这是一种能够起放大作用的真空三极管 器件。 三极电子管简介 三个极： 阴极K，发射电子 阳极A，吸收阴极所发射的电子 栅极G，控制流到阳极的电子流量 三极管放大作用：由阴极发射出来的电子穿过栅极金属丝间的空隙而达到阳极，由于栅极比阳极离阴极近得多，因而改变栅极电位对阳极电流的影响比改变阳极电压时大得多。 四极电子管 束射四极管放大系数较三极管高，而且其阳极面积较大，允许通过较大的电流，因此现在的功放机常用到它作为功率放大。 电子管音箱 之胆色撩人 无间道 HiFi是英语High-Fidelity的缩写，“高保真”，与原来的声音高度相似的重放声音。 胆机：电子管功放或真空管功放的“昵称”。 电子管的今天 缺点：电子管体积大?功耗大?发热厉害?电源利用效率低?结构脆弱而且需要高压电源的? 电子管早期应用于电视机?收音机扩音机等电子产品中，近年来逐渐被晶体管和集成电路所取代，但目前在一些高保真音响器材中，仍然使用电子管作为音频功率放大器件? 晶体管时代 1957-1970 1957 晶闸管GTO问世 1970～全控型器件迅速发展 二、电力电子技术的发展历史 今天 变频器时代 80年代后 M0SFET的问世； 绝缘门极双极晶体管(IGBT)出现。 传统的电力电子向现代电力电子转化的标志。 场效应管 场效应管M0SFET(英缩写FET)是电压控制器件，它用输入电压来控制输出电流的变化?广泛应用于各种电子线路中? 场效应管的结构 绝缘门极双极晶体管(IGBT) IGBT代替GTR在电力电子领域巳成定论 IGBT有望用于直流电压1500V的高压变流系统中。 IEGT——电子注入增强栅晶体管 Injection Enhanced Gate Transistor：耐压达4KV以上的IGBT系列电力电子器件，通过采取增强注入的结构实现了低通态电压，使大容量电力电子器件取得了飞跃性的发展。 日本东芝开发的IECT，性能已经达到4.5KV/1500A的水平。 IPEM 集成电力电子 Intergrated Power Elactronics Mo