第1章 概论 华南理工张波.pptxVIP

第1章概述主讲人

1.11.21.3电力电子学基本范畴电力电子学发展历史电力电子技术应用及未来发展1.4本书的内容安排和特点第1章概述

1.1电力电子学基本范畴什么是电力电子学3电力电子学工业生产新能源发电现代化交通航空航天信息系统

1.1电力电子学基本范畴什么是电力电子学4电力电子学电力电子器件变换器拓扑变换器特性分析变换器调制机理变换器控制理论

1.1电力电子学基本范畴电力电子学的产生5从电网直接得到的交流电和从蓄电池或干电池直接得到的直流电往往不能满足负载的要求，需要进行电能变换。对于电能变换的需求，催生了电力电子学。电网蓄电池交流电直流电电能变换各种负载

1.1电力电子学基本范畴学科领域6电力电子学是电气工程三大学科：电子学、电力学和控制理论的交叉学科。描述电力电子学的倒三角DrWilliamE.Newell

1.1电力电子学基本范畴电力电子学的内容7电力电子学是一门有效地使用半导体器件，应用电路理论以及设计、分析方法，实现对电能高效变换和控制的学科，它可以分为以下几个部分：电力电子学电力电子器件电力电子变换器电力电子系统动力学电力电子可靠性分析

1.1电力电子学基本范畴电力电子学的内容8电力电子学电力电子器件电力电子变换器电力电子系统动力学电力电子可靠性分析均为半导体器件，是电力电子学发展的基础。也称“变流技术”，包含各种电力电子电路，是电力电子学的基础。对电力电子变换器构成装置或系统进行分析和控制。实际应用中需要关注的重要问题。

1.1电力电子学基本范畴电力电子变换器9根据输入输出电能类型的不同，电力电子变换器主要包括整流器、逆变器、直流变换器和交交变换器四种。整流器和逆变器的功能是改变电能类型，将交流变成直流或将直流变成交流整流器逆变器输入交流输出直流输入直流输出交流

1.1电力电子学基本范畴电力电子变换器10直流变换器和交交变换器不改变电能的类型直流变换器交交变换器一种直流另一种直流一种交流另一种交流幅值幅值、频率、相数

1.1电力电子学基本范畴变换器的控制11器件工作于饱和区域：器件导通、电阻很小、相当于短路；器件工作于截止区域：器件关断、电阻很大、相当于断路。电力电子变换器是通过控制电力电子器件的导通或关断实现电能变换。衡量器件特性的指标开关频率开关损耗电压应力电流应力

1.1电力电子学基本范畴变换器的控制12电力电子变换器控制包括调制和反馈控制。双极性脉冲宽度调制控制闭环反馈控制

1.1电力电子学基本范畴亟待解决的问题131.从材料学发展新型的电力电子器件；2.从开关拓扑理论研究电力电子变换器的构造机理；3.从非线性理论研究电力电子系统动力学特性；4.从器件、电路、装置和系统层面提高电力电子系统的可靠性。

1.2电力电子学发展历史电力电子学发展过程14电力电子学的发展历史，就是使用不同的电力电子器件进行电能变换的历史。

电力电子学发展历史电子管15世界上第一个二极管世界上第一个三极管1904年，英国科学家弗莱明发明了世界上第一支电子管，也称作“真空二极管”。但直到真空三极管发明后，电子管才成为实用的器件。1906年，李·德福雷斯特在弗莱明电子管的基础上加入了栅极元件，发明了三极管。最早的电能变换使用的是变/直流电机组，由于使用了旋转电机，存在效率低、结构复杂、维护成本高、和不易控制的缺点。

电力电子学发展历史水银整流器16水银整流器水银整流器是电子管的一种，通过在真空的玻璃管中充入水银，获得了比其它电子管更大的电流控制能力。在20世纪30年代到50年代期间，水银整流器广泛地应用于电化学工业、冶金工业、电力机车牵引甚至高压直流输电中。同一时期相位控制及相控型电路快速发展并趋于成熟。

1.2电力电子学发展历史晶闸管171957年，美国通用电气公司开发出世界上第一只晶闸管产品，这是电能变换领域的第二个大突破。晶体闸流管通常简称为晶闸管或可控硅（Thyristor或SCR）。晶闸管晶闸管相较于水银整流器具有以下的优点：不含有毒的水银蒸气功率损耗更小开关速度更快具有更优秀的电气性能和控制性能因此晶闸管迅速取代水银整流器，在工业上大量应用。

1.2电力电子学发展历史晶闸管18一般认为电力电子学诞生的标志是晶闸管的出现，1957年也被称为电力电子元年。由于晶闸管能承受的电压和电流容量仍然是目前电力电子器件中最高的，而且工作可靠，因此在大容量的应用场合仍然具有比较重要的地位。螺栓型晶闸管光控晶闸管反并联型晶闸管模块

1.2电力电子学发展历史直流斩波电路191961年，晶闸管出现后不久，直流变换器及斩控调制原理开始出现。由于此时所使用的晶闸管为半控型器件，因此需要使用强制换流电路以实现器件关断。晶闸管