电力电子课程设计(3)

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1、 1 第 1 章 绪 论 1.1 电力电子技术的内容 电力电子学,又称功率电子学(Power Electronics)。它主要研究各种电力电 器件，以及由这些电力电子器件所构成的各式各样的电路或装置，以完成对电能 的变换和控制。 它既是电子学在强电(高电压、大电流)或电工领域的一个分支，又是电工学在弱 电(低电压、小电流)或电子领域的一个分支，或者说是强弱电相结合的新科学。 电力电子学是横跨“电子”、 “电力”和“控制”三个领域的一个新兴工程技术 学科。 电有直流(DC)和交流(AC)两大类。前者有电压幅值和极性的不同，后者除电 压幅值和极性外，还有频率和相位的差别。 实际应用中，常常需要在两

2、种电能之间，或对同种电能的一个或多个参数(如电 压，电流，频率和功率因数等)进行变 变换器共有四种类型： 交流-直流(AC-DC)变换：将交流电转换为直流电。 直流-交流(DC-AC)变换：将直流电转换为交流电。这是与整流相反的变换， 也称为逆变。当输出接电网时，称之为有源逆变；当输出接负载时，称之为无源 逆变。 交-交(AC-AC)变换，将交流电能的参数(幅值或频率)加以变换。其中：改变 交流电压有效值称为交流调压；将工频交流电直接转换成其他频率的交流电，称 为交-交变频。 直流-直流(DC-DC)变换，将恒定直流变成断续脉冲输出，以改变其平均值。 1.2 电力电子技术的发展 在有电力电子器

3、件以前，电能转换是依靠旋转机组来实现的。与这些旋转式 的交流机组比较,利用电力电子器件组成的静止的电能变换器,具有体积小、 重量 轻、无机械噪声和磨损、效率高、易于控制、响应快及使用方便等优点。 1957年第一只晶闸管也称可控硅(SCR)问世后， 因此,自20世纪60年代开始 2 进入了晶闸管时代。70年代以后，出现了通和断或开和关都能控制的全控型电力 电子器件(亦称自关断型器件)，如：门极可关断晶闸管(GTO)、双极型功率晶体 管(BJT/ GTR)、功率场效应晶体管(P-MOSFET)、绝缘栅双极型晶体管(IGBT)等。 控制电路经历了由分立元件到集成电路的发展阶段。 现在已有专为各种控制

4、 功能设计的专用集成电路，使变换器的控制电路大为简化。 微处理器和微型计算机的引入， 特别是它们的位数成倍增加， 运算速度不断提高， 功能不断完善，使控制技术发生了根本的变化，使控制不仅依赖硬件电路，而且 可利用软件编程，既方便又灵活。 各种新颖、复杂的控制策略和方案得到实现，并具有自诊断功能，并具有智 能化的功能。将新的控制理论和方法应用在变换器中。 综上所述可以看出，微电子技术、电力电子器件和控制理论则是现代电力电子技 术的发展动力。 1.3 电力电子技术的重要作用 (1) 优化电能使用。通过电力电子技术对电能的处理，使电能的使用达到合 理、高效和节约，实现了电能使用最佳化。例如，在节电方面，针对风机水泵、 电力牵引、轧机冶炼、轻工造纸、工业窑炉、感应加热、电焊、化工、电解等14 个方面的调查，潜在节电总量相当于1990年全国发电量的16%，所以推广应用电 力电子技术是节能的一项战略措施，一般节能效果可达10%-40%，我国已许多装 置列入节能的推广应用项目。 (2) 改造传统产业和发展机电一体化等新兴产业。据发达国家预测，今后将 有95%的电能要经电力电子技术处理后再使