电力电子技术及其在国民经济建设中的地位.ppt

2021/3/2,第1页,自我介绍,苏玉刚博士/副教授四川省电工技术学会理事四川省电控系统与装置专委会常务委员兼秘书长重庆市信息化技术中心工业自动化专家组成员,2021/3/2,第2页,自我介绍,1999年到美国罗克韦尔自动化总部和密尔沃基工程学院参加GDP项目2008年到澳大利亚昆士兰大学访问学习一年主要研究方向电力电子装置及其控制技术无线电能传输技术计算机测控技术及系统集成,2021/3/2,第3页,自我介绍,联系方式EmailyugangsuTel.02365112750重庆大学主教楼1907,2021/3/2,第4页,授课内容,电力电子技术及其在国民经济建设中的地位2.电力电子器件及其应用3.AC/DC变换技术4.缓冲电路与软开关技术5.电力电子系统的建模与仿真技术6.无线电能传输技术,2021/3/2,第5页,电力电子技术及其在国民经济建设中的地位,2021/3/2,第6页,主要内容,1.1、电力电子技术的定义1.2、电力电子技术的主要研究内容1.3、电力电子技术的应用与展望1.4、电力电子与其它学科的关系1.5、电力电子技术的发展简介,2021/3/2,7,1.1、电力电子技术的定义,电力电子学PowerElectronics这一名称是在60年代出现的。,电力电子技术发展史上的一篇重要讲演,PowerElectronics--EmergingfromLimbo,2021/3/2,8,1.1、电力电子技术的定义,电力电子技术是一门利用电力电子器件、电路理论和控制技术对电能进行处理、控制和变换的学科，是现代电子学的一个重要分支，也是电工技术的分支之一。,,信息与能源,2021/3/2,9,1.2、主要研究内容,,,,变流技术,电力电子器件,控制技术,电力电子技术,,应用技术,2021/3/2,10,（一）电力电子器件是电力电子技术的基础,,1.2、主要研究内容,2021/3/2,11,电力电子变流技术，它包括用电力电子器件构成各种电力变换电路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。“变流”不只指交直流之间的变换，也包括直流变直流和交流变交流等变换。电力电子技术对电力的变换主要包括频率、电压、电流、相数和波形等。电力电子电路及装置通常被叫做变换器Converter。,（二）变流技术是电力电子技术的核心和主体,1.2、主要研究内容,2021/3/2,12,（二）变流技术是电力电子技术的核心和主体,1.2、主要研究内容,2021/3/2,13,（a）AC/DC变换器把交流电变换为固定的或可调的直流电，一般叫做整流器Rectifier,1.2、主要研究内容,2021/3/2,14,（b）DC/AC变换器把直流电变换为频率和电压为固定的或可调的交流电，一般叫做逆变器Inverter,1.2、主要研究内容,2021/3/2,15,（c）DC/DC变换器可改变电压幅值的大小，实现直流对直流的变换，一般叫做斩波器Chopper,1.2、主要研究内容,2021/3/2,16,（d）AC/AC变换器实现从交流到交流的变换，把交流电变换为频率和电压为固定的或可调的交流电。其包括交流调压器（ACVoltageController）和周波变换器Cycloconverter,1.2、主要研究内容,2021/3/2,17,（e）复合变换电路由这些变换器组合起来的电力电子变换器，构成复合变换电路。实际应用的电力电子装置，如不停电电源（UPS）、开关电源和通用型变频器等采用的都是复合变换电路。,,1.2、主要研究内容,2021/3/2,18,（1）电力电子控制技术包括电力电子器件的驱动电路、缓冲电路、保护电路和整个控制系统以及相关控制理论和控制技术，如PWM控制技术，软开关控制技术等。（2）电力电子控制技术是目前电力电子技术研究领域最活跃的内容。同一电力电子电路，由于控制水平的提高，可以使电路达到更为完善的水平。,（三）电力电子控制技术是控制理论、微电子技术和计算机技术与电力电子相结合的产物,,1.2、主要研究内容,2021/3/2,19,（1）电力电子装置的热设计（2）电力电子装置的EMC设计（3）电力电子装置的可靠性设计（4）开关电源设计，电机驱动装置设计，非接触电能传输系统设计等,（四）电力电子技术的应用技术,,1.2、主要研究内容,2021/3/2,20,1.3、电力电子技术的应用与展望,工业,2021/3/2,21,电源是所有电控装置、自动化系统、通信系统和计算机系统的心脏。如何提高电源的质量和可靠性，减小电源的体积，减轻电源的重量，一直是倍受人们重视的研究课题。目前控制系统使用的电源，如UPS电源、开关电源、变频电源、交流稳压电源等，大多数都采用了电力电子技术。可以说，电力电子技术主要研究的也就是电源技术。,（一）各类电源的应用领域,1.3、电力电子技术的应用与展望,2021/3/2,22,铁道中广泛采用电力电子技术。电气机车的直流机车中采用整流装置，交流机车采用变频装置。直流斩波器也广泛用于铁道车辆。在未来的磁悬浮列车中，电力电子技术更是一项关键技术。除牵引电动机传动外，车辆中的各种辅助电源也都离不开电力电子技术。,（二）交通运输领域,1.3、电力电子技术的应用与展望,2021/3/2,23,电动汽车的电机靠电力电子装置进行电力变换和驱动控制，其蓄电池的充电也离不开电力电子装置。一台高级汽车中需要许多控制电机，它们也要靠变频器和斩波器驱动并控制。飞机、船舶需要很多不同要求的电源，因此航空和航海都离不开电力电子技术。如果把电梯也算做交通运输工具，那么它也需要电力电子技术。以前的电梯大都采用直流调速系统，而近年来交流变频调速已成为主流。,（二）交通运输领域,1.3、电力电子技术的应用与展望,2021/3/2,24,①自动化装置，最有代表性的是同步发电机的励磁调节系统。②高压直流输电装置。③静止无功补偿装置。④新能源的开发和超导贮能装置。⑤固态断路器切换用的电力电子断路器。上述电力系统用的电力电子装置，除高压直流输电外，目前统称为柔性交流输电系统FACTSFlexibleACTransmissionSystem技术。,（三）电力系统的应用领域,1.3、电力电子技术的应用与展望,2021/3/2,25,工业中大量应用各种电动机，无论是调速还是软起动，都需要电力电子驱动装置。电化学工业大量使用直流电源，电解铝、电解食盐水等都需要大容量整流电源。电镀装置也需要整流电源。现代电焊机离不开电力电子技术。电力电子技术还大量用于冶金工业中的高频或中频感应加热电源、淬火电源及直流电弧炉电源等场合。,（四）工业自动化应用领域,1.3、电力电子技术的应用与展望,2021/3/2,26,传统的发电方式是火力发电、水力发电以及后来兴起的核能发电。能源危机后，各种新能源、可再生能源及新型发电方式越来越受到重视。其中太阳能发电、风力发电的发展较快。太阳能发电和风力发电受环境的制约，发出的电力质量较差，常需要储能装置缓冲，需要改善电能质量，这就需要电力电子技术。当需要和电力系统联网时，也离不开电力电子技术。,（五）新能源开发领域,1.3、电力电子技术的应用与展望,2021/3/2,27,家用电器的特点是电压比较低，功率一般都只有几十瓦到数百瓦，而又量大、面广。这刚好是电力电子器件最适应和最便宜的范围，因而促进了电力电子技术在这一应用领域的发展。从调光台灯到电子镇流器的节能灯，从变频空调到变频冰箱，无一不是用到电力电子技术。,（六）家用电器的应用领域,1.3、电力电子技术的应用与展望,2021/3/2,28,电力电子技术被誉为节能冠军，具体体现如下①降低器件通态压降和采用软开关技术，提高电力电子装置效率而节能。②调速节能。根据1983年国家经委组织的专家调查组的结论可知，节约电能约达30％左右。目前我国风机约700万台，泵约3000万台，大多数设备负荷率均低于60，如都采用调速电机，每年可节电约145亿kWh，节煤约570万吨。,（七）节约能源的应用领域,1.3、电力电子技术的应用与展望,2021/3/2,29,③照明节能。目前发达国家照明耗电约占总发电量的20～30，我国约占10～12。若推广使用采用了电力电子技术的节能灯，每年照明能耗可减少20以上，节能效果非常可观。,（七）节约能源的应用领域,1.3、电力电子技术的应用与展望,2021/3/2,30,总之，从人类对宇宙和大自然的探索，到国民经济的各个领域，再到我们的衣食住行，到处都能感受到电力电子技术的存在和巨大魅力。这也激发了一代又一代的学者和工程技术人员学习、研究电力电子技术并使其飞速发展。电力电子技术作为多学科交叉的边缘学科，具有很强的生命力。科学家预言21世纪的主导工业第一是信息产业，第二是计算机与电力电子。,1.3、电力电子技术的应用与展望,2021/3/2,31,科学家预言，电力电子技术和运动控制一起，将和计算机技术共同成为未来科学技术的两大支柱。已列入“十一五”国家科技支撑计划重点项目“电力电子关键器件及重大装备研制”,1.3、电力电子技术的应用与展望,2021/3/2,32,1.4、电力电子与其它学科的关系,都分为电子器件和电子电路两大分支，二者同根同源；两类器件制造技术的理论基础相同；制造工艺也基本相同。特别是现代电力电子器件的制造大都使用集成电路制造工艺，采用微电子制造技术;应用目的不同前者用于电力变换，后者用于信息处理。在微电子技术中，器件既可以处于放大状态，也可以处于开关状态；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。,（一）与微电子学的关系,2021/3/2,33,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。电力电子技术的不断进步给电气工程的现代化以巨大的推动力。,1.4、电力电子与其它学科的关系,（二）与电力学电气工程的关系,2021/3/2,34,1.4、电力电子与其它学科的关系,（三）与控制理论的关系,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，是弱电和强电的接口,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。,2021/3/2,35,1.4、电力电子与其它学科的关系,随着科学技术的发展，电力电子技术又与电磁学、固态物理学、材料科学、电机工程、现代控制理论、仿真与计算、信号处理和计算机科学等许多学科密切相关。目前电力电子技术已逐步发展成为一门多学科相互渗透的综合性技术学科。,（四）和其它学科的关系,2021/3/2,36,1.5、电力电子技术的发展简介,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。,2021/3/2,37,1.5、电力电子技术的发展简介,电力电子器件以半控型的晶闸管为主，变流电路以相控电路为主，控制电路以模拟电路为主。,一传统电力电子技术,2021/3/2,38,1.5、电力电子技术的发展简介,现代电力电子技术在器件、电路及其控制技术方面与传统电力电子技术相比主要有如下特点A、集成化B、高频化C、全控化D、控制电路弱电化控制技术数字化,二现代电力电子技术,