第4章电力电子技术.ppt
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1、第4章 电力电子技术,1、什么是电力电子技术,将电子技术和控制技术引入传统的电力技术领域,利用半导体电力开关器件组成各种电力变换电路实现电能的变换和控制,构成了一门完整的学科,被国际电工委员会命名为电力电子学(Power Electronics)或称为电力电子技术。,第一部分,2、与其他学科之间的关系,电力学,电子学,电力学,控制理论,电力电子技术,电路、器件,静止器、旋转电机,连续、离散,与电子学的关系,都分为器件与应用,器件的材料、制造工艺,应用的理论基础、分析方法、分析软件,信息电子技术中器件工作在放大状态或开关状态.而电力电子技术中器件只工作在开关状态.,电力电子学和电力学关系电力电子
2、技术广泛用于电气工程,与电力学的关系,电力电子技术,高压直流输电,静止无功补偿,交直流电力传动,电解,电镀,电加热,电力机车牵引,高性能交直流电源,与控制理论的关系,控制理论,电力电子技术,弱电和强电接口,弱电控制强电,基础元件,支撑技术,实现,广泛用于,电力电子装置是自动化的,3、学科的组成,变流技术,电力电子器件构成各种电力变换电路,对这些电路进行控制的技术,变流技术(电力电子器件应用技术)电力电子技术的核心,电力电子器件制造技术 电力电子技术的基础,直流,电力,交流,交流变交流,直流变直流,直流变交流,交流变直流,电力变换,4、研究任务,(1)电力电子器件的工作原理与应用(2)电力电子电
3、路的电能变换原理(3)控制技术以及电力电子装置的开发与应用。,转,转,转,轧钢机,数控机床,冶金工业,电解铝,5.电力电子技术的应用,(1)一般工业,电化学工业中整流变压器,冶金工业中高频感应加热电源设备,电化学整流电源设计,(2)交通运输,电力电子技术在汽车42V直流总线下,DJ型交流电力传动机车,磁悬浮列车,飞机,部分国内外知名公司的变频器,西门子(Siemens)公司,施奈德公司,富士公司,安圣(华为电气)变频器系列,ABB公司,SVC,HVDC,FACTS,(3)电力系统,程控交换机,电子装置,微型计算机,(4)电子装置用电源,5)家用电器,直流变频空调的电路原理图,变频空调控制器,交
4、流变频控制器的原理框图,(6)其它,大型计算机的UPS,航天技术,新型能源,总之,电力电子技术的应用范围十分广泛,激发人们学习、研究电力电子技术并使其飞速发展。电力电子装置提供给负载的是各种不同的电源,因此可以说,电力电子技术研究的也就是电源技术。电力电子技术对节省电能有重要意义。特别在大型风机、水泵采用变频调速,在使用量十分庞大的照明电源等方面,因此它也被称为是节能技术。,电力电子技术和运动控制一起,和计算机技术共同成 为未来科学技术的两大支柱。计算机 人脑 电力电子技术 消化系统和循环系统 电力电子运动控制 肌肉和四肢电力电子技术是电能变换技术,是把粗电变为精电的技术,能源是人类社会的永恒
5、话题,电能是最优质的能源,因此,电力电子技术将青春永驻。一门崭新的技术,21世纪仍将以迅猛的速度发展。,6、地位和未来,(1)电力电子器件的发展,半导体整流管(SR)晶闸管(SCR)及其派生器件 功率晶体管(GTR)功率场效应管(MOSFET)绝缘栅双极型晶体管(IGBT)功率集成电路(PIC)和智能功率模块(IPM),器件,电力电子技术的依赖于电力电子器件的发展,器件,理想开关,一、基本模型:,二、基本特性:(1)电力电子器件一般都工作在开关状态。(2)电力电子器件的开关状态由外电路(驱动电路)来控制。(3)在工作中器件的功率损耗(通态、断态、开关损耗)很大。为保证不至因损耗散发的热量导致器
6、件温度过高而损坏,在其工作时一般都要安装散热器。,器件,电力二极管,器件,电力二极管实物图,器件,晶闸管,器件,常用晶闸管的结构,螺栓型晶闸管,晶闸管模块,平板型晶闸管外形及结构,器件,晶闸管是大功率器件,工作时产生大量的热,因此必须安装散热器。螺旋式晶闸管紧栓在铝制散热器上,采用自然散热冷却方式,如图1.3.2(a)所示。平板式晶闸管由两个彼此绝缘的散热器紧夹在中间,散热方式可以采用风冷或水冷,以获得较好的散热效果,如图1.3.2(b)、(c)所示。,器件,晶闸管的派生器件,常规快速 晶闸管,高频 晶闸管,与普通晶闸管相比,快速 晶闸管关断时间为数十微秒,高频 晶闸管关断时间为10s左右电压
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