第0章_绪论 电力电子技术介绍

电力电子技术PowerElectronics绪论1.什么是电力电子技术2.电力电子技术与其它学科的关系3.电力电子技术的发展和应用4.课程要求5.教材内容简介和使用说明31.什么是电力电子技术IEEE(InstituteofElectricalandElectronicsEngineers)的电力电子学会对电力电子技术的定义：电力电子技术是一种电能处理技术(ElectricalEnergyProcessing)，即采用功率半导体器件（电力电子器件）和线路对电能进行转换(conversion)、控制(control)和高效利用(efficientuse)的一门技术。广泛应用于各种电源系统、电气传动自动化系统及电力系统等工业生产和民用部门。4500WDC-DC变换器方法1方法2方法3的原理图变换器的输出电压波形方法3具有低通滤波器变换器的原理图主要研究内容（PowerElectronicscontents)•1)电力电子器件PowerSemiconductorDevices•2)电力电子电路PowerElectronicscircuits•3)电力电子装置PowerElectronicsEquipments电力电子器件•不可控：PowerDiodes•半控型：Thyristors(Silicon-ControlledRectifier)•全控型：PowerBipolarJunctionTransistors(BJT)GateTurnOffThyristors(GTO)Powermetal-Oxide-SemiconductorFieldEffectTransistors(MOSFET)InsulatedGateBipolarJunctionTransistors(IGBT)电力电子电路InputOutput名称ACDCRectifierDCACInverterACACACvoltagecontroller(频率不变)ACACCycloconverter(频率变化）DCDCDCchopper电力电子装置给定环节反馈环节变流器触发器调节器执行环节功率输入放大校正环节+-功率输出2、与相关学科的关系电力电子学(PowerElectronics)名称60年代出现；1974年，美国的W.Newell用图1的倒三角形对电力电子学进行了描述，被全世界普遍接受；电力电子学电子学电力学控制理论连续、离散描述电力电子学的倒三角形81）RelationshipofPowerElectronicstoElectronics信息电子技术——信息处理电力电子技术——电力变换模拟电子技术电子技术信息电子技术电力电子技术数字电子技术5两大分支电力电子器件电力电子技术的基础，理论基础是半导体物理电力电子电路（电力电子器件应用技术）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。电力电子技术的核心，理论基础是电路理论。62）RelationshipofPowerElectronicstoPower•电力电子技术广泛用于电气工程中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、电镀、电加热、高性能交直流电源•国内外均把电力电子技术归为电气工程的一个分支•电力电子技术是电气工程学科中最为活跃的一个分支103）RelationshipofPowerElectronicstoControl•控制理论广泛用于电力电子系统中•电力电子技术是弱电控制强电的技术,弱电和强电的接口。控制理论是这种接口的有力纽带•电力电子装置是自动化技术的基础元件和重要支撑技术113.电力电子技术的发展及应用电力电子技术的发展史是以电力电子器件的发展史为纲的晶闸管问世，(公元元年)IGBT出现功率集成器件晶闸管时代水银（汞弧）整流器时代电子管问世全控型器件迅速发展史前期（黎明期）19041930194719571970198019902000t(年)晶体管诞生153.电力电子技术的发展及应用电力拖动系统中的应用直流电机调速、交流电机调速电力系统：高压直流输电、柔性交流输电、谐波抑制与无功补偿、发电机励磁装置、自然能源发电电源装置：电解、电热直流电源电机车牵引电源中频电源不间断电源UPS开关电源174、课程要求•熟悉和掌握可控整流电路、逆变电路的基本原理及参数计算；•掌握变频电路、斩波电路、调压电路的工作原理，重点掌握全控型逆变电路的基本原理；•熟悉常用触发电路的特点；•熟悉晶闸管和全控器件的工作特点，能够正确选择电力电子器件；•掌握电力电子电路的仿真方法。5、教材的内容简介和使用说明1）教材的内容简介2）教材的使用说明3）参考资料4）课程成绩分配1）教材的内容简介教材的内容可分为三大部分第一部分：电路分析及电力半导体器件（第1，2章-----全书的基础)第二部分：各种电力电子电路（第3~7章-----全书的主体)第三部分：工程设计和应用（第8章-----技术的应用）272）教材的使用说明每章的最后有习题，对全章的重点和难点进行针对性的应用课时分配：课内教学学时为42学时，实验6学时。和其他课程的关系：电路电子技术基础电力电子技术电力拖动自动控制系统283）参考资料王兆安，黄俊《电力电子技术》机械工业出版社2003；刘志刚《电力电子技术》清华大学出版社，2004；JaiP.Agrawal，Powerelectronicsystem:Theoryanddesign，TsinghuaUniversityPresi，2001。3）参考资料•JournalsandConferences:电力电子技术IEEETransactionsonPowerElectronicsIEEETransactionsonIndustrialElectronicsIEEETransactionsonPowerDeliveryIEEETransactionsonIndustryApplicationAppliedPowerElectronicsConference(APEC)InternationalPowerElectronicsConference(IPEC)PowerElectronicsSpecialistConferece(PESC)MATLAB在电力电子中的应用MATLAB/SIMULINK简介MATLAB是国际公认的优秀科技应用软件。1993年出现了SIMULINK,这是基于框图的仿真平台，SIMULINK挂接在MATLAB环境上，以MATLAB的强大计算功能为基础，以直观的模型框图进行仿真和计算。Simulink提供了各种仿真工具，尤其是它不断扩展的、内容丰富的模块库，为系统的仿真提供了极大的便利。在MATLAB的Simulink平台上，用户只要将所需的功能模块从工具箱中拖曳入工作窗口，连线及设置参数，就很容易构建出所需的模型，并对其进行分析。SIMULINK模块库•连续系统模块库•离散系统模块库•函数与表格模块库•数学运算模块库•非线性系统模型库•信号与系统模型库•仪器仪表模块库•信号源模块库•子系统模块库电力系统模型库Connectors:连接件模块库包括接地端，中性点，连接点等。电力系统工具箱包括：•连接件模块库•电源模块库•电器元件模块库•电机模块库•电力电子元件模块库•测量仪器模块库•其它电气模块库电力系统模型库ElectricalSource:电源模块库包含了电路和电力系统中使用的交流、直流电源。电力系统模型库Elements:电器元件模块库包含了各种常用的电器和电路元件的模型，如开关、变压器、电阻、电感、和电容等。其中电阻、电感和电容是以串联或并联的组合形式给出的。电力系统模型库Extralibrary:其它模块库控制模块库：内有6脉冲发生器，PWM发生器，时钟等。离散化的测量模块库：各种离散测量模块。离散化的控制模块库：离散PI,PID控制器，离散PWM发生器和二阶滤波器测量模块库：有交流调速中的abc到dqo的坐标变换等。三相模块库：包括三相串联，并联的RLC支路或负载，各种接法的三相变压器等。电力系统模型库直流电机模块库Machines:电机模块库包含了多种直流电机、交流异步电机和同步电机的模型。电机的参数单位有标么值单位和标准单位制两种。电力系统模型库Measurements:测量模块库包括电流、电压测量模块。电力系统模型库PowerElectronics:电力电子元件模块库包括二极管，晶闸管，GTO，IGBT等电力电子器件，还有通用桥，它可设定成不同电力电子器件的单臂，双臂和三臂桥。电力系统模型库Powergui:电力系统图形化用户接口Powergui模块可以显示系统稳定状态时的电流和电压及电路所有的状态变量值，并可以进行FFT分析。电力系统模型库