电力电子技术绪论0

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1、石油大学信控学院电力电子技术2001年10月电气工程系绪论1.什么是电力电子技术电子技术包括两大分支：信息电子技术和电力电子技术。信息电子技术：通常所说的模拟电子技术和数字电子技术都属于信息电子技术。信息电子技术主要用于信息处理。电力电子技术：即应用于电力领域的电子技术。主要用于电力变换。具体地说，就是使用电力电子器件对电能进行变换和控制的技术。目前所用的电力电子器件均用半导体制成，故也称电力半导体器件。电力电子技术所变换的“电力”，可以大到数百MW甚至GW，也可以小到数W甚至1W以下。电力电子技术的应用：通常所用的电力有交流和直流两种。从公用电网直接得到的电力是50H

2、z工频交流电，从蓄电池和干电池得到的电力是直流电。从这些电源得到的电力往往不能直接满足要求，尤其是随着时代的发展和技术的进步，各种各样的应用场合对供电电源的性能要求越来越高，所要求的种类花样也越来越多，比如，交流电力电源的频率和电压要求在宽范围内连续可调（用于交流电动机变频调速、变频空调、变频电梯等）；台灯调光及舞台灯光控制；直流电机调速传动；不间断电源（UPS）；脉冲电源要求输出的电压或电流为幅度、频率及脉宽连续可调或间歇式脉冲序列，广泛用于弧焊电源、数控机床伺服电机驱动、各种电化学电源（电解、电镀、防腐、污水处理等）以及雷达、超声、激光控制等等；还有的要求恒流输出（充

3、电机）或恒压输出（开关电源、通讯电源等）；航空航天、军事设施、船舶、电力机车、地铁、磁悬浮列车、石油石化、冶金、机器人、科学实验等等，从工业生产到社会生活，各行各业的电气自动化、机电一体化水平的不断提高，都需要各式各样的特种电源装置，需要运用电力电子技术进行多种电力变换与控制。电力电子技术的研究内容：通常把电力电子技术分为电力电子器件制造技术和变流技术两个分支。变流技术也称为电力电子器件的应用技术，它包括用电力电子器件构成各种电力变换电路拓扑和对这些电路进行控制的技术，以及由这些电路构成电力电子装置和电力电子系统的技术。电力变换通常可分为四大类：1）交流变直流（AC/DC

4、，整流）；2）直流变交流（DC/AC，逆变）；3）直流变直流（DC/DC，直流斩波），指一种直流电压（或电流）的变为另一种直流电压（或电流）；4）交流变交流（AC/AC，交流电力控制），可以是电压或电力的变换，称做交流电力控制，也可变换频率或相数。进行上述电力变换的技术称为变流技术。“变流”不只指交直流之间的变换，也包括上述的直流变直流和交流变交流的变换。如果没有晶闸管、电力晶体管等电力电子器件，也就没有电力电子技术，而电力电子技术主要用于电力变换。因此可以认为，电力电子器件的制造技术是电力电子技术的基础，而变流技术则是电力电子技术的核心。电力电子器件制造技术的理论基础

5、是半导体物理，而变流技术的理论基础是电路理论。电力电子技术的学科地位及特点：电力电子学(PowerElectronics，简称PE)，又称功率电子学，这一名称是在60年代出现的。1974年，美国的一位科学家提出了一种观点，认为电力电子学是由电力学、电子学和控制理论三个学科交叉而形成的。这一观点被全世界普遍接受。“电力电子学”和“电力电子技术”是分别从学术和工程技术两个不同的角度来称呼的，其实际内容并没有很大的不同。PE和电子学二者都分为器件制造和电子电路两大分支，同根同源。两类器件制造技术的理论基础是一样的，其大多数工艺也是相同的。特别是现代电力电子器件的制造大都使用集成

6、电路制造工艺，采用微电子制造技术。电力电子电路和电子电路的许多分析方法也是一致的，只是二者应用目的不同，前者用于电力变换和控制，后者用于信息处理。在信息电子技术中，半导体器件既可处于放大状态，也可处于开关状态；而在电力电子技术中为避免功率损耗过大，电力电子器件总是工作在开关状态，这是电力电子技术的一个重要特征。PE和电力学PE是弱电控制强电的技术，可以说是强弱电之间的接口。它所控制的对象往往都和电力有关，比如交、直流电机、伺服控制电机等电力传动或机电系统，电力系统的无功补偿、励磁、电加热等。电力电子技术是电气工程学科中的一个最为活跃的分支。本来电气工程（电力学）领域（包括

7、电力传动和电力系统）以及机械类学科领域发展的历史很长，传统的东西很多，也很成熟，然而单靠这些传统技术已经无法适应时代发展的要求，PE技术的不断迅速进步给电气工程、机械类学科的现代化以巨大的推动力，是保持电气工程、机电工程活力的重要源泉。PE与控制理论要使各种各样的设备和装置的性能满足人们日益增长的各种需要，离不开完善的自动控制技术。各种先进的控制方法、计算机控制技术（弱电系统）正是通过PE这一接口，与强电系统或机械系统（控制对象）融为一体，实现高性能的控制效果。只靠强电系统或机械系统本身实现复杂的自动控制是很困难的，而且体大笨