電力電子技術及其在國民經(jīng)濟建設中的地位

1、2024/3/31,第1頁,自我介紹,蘇玉剛　博士/副教授　四川省電工技術學會理事四川省電控系統(tǒng)與裝置專委會常務委員兼秘書長重慶市信息化技術中心工業(yè)自動化專家組成員,2024/3/31,第2頁,自我介紹,1999年到美國羅克韋爾自動化總部和密爾沃基工程學院參加GDP項目2008年到澳大利亞昆士蘭大學訪問學習一年主要研究方向:電力電子裝置及其控制技術無線電能傳輸技術計算機測控技術及系統(tǒng)集成,2024/3/31,第3頁,自我

2、介紹,聯(lián)系方式：Email：yugangsu@gmail.comTel. 02365112750重慶大學主教樓1907,2024/3/31,第4頁,授課內容,電力電子技術及其在國民經(jīng)濟建 設中的地位2. 電力電子器件及其應用3. AC/DC變換技術4. 緩沖電路與軟開關技術5. 電力電子系統(tǒng)的建模與仿真技術6. 無線電能傳輸技術,2024/3/31,第5頁,電力電子技術 及其在國民經(jīng)濟建設中的地位,202

3、4/3/31,第6頁,主要內容：,1.1、電力電子技術的定義 1.2、電力電子技術的主要研究內容 1.3、電力電子技術的應用與展望1.4、電力電子與其它學科的關系1.5、電力電子技術的發(fā)展簡介,2024/3/31,7,1.1、 電力電子技術的定義,電力電子學(Power Electronics)這一名稱是在60年代出現(xiàn)的。,電力電子技術發(fā)展史上的一篇重要講演,Power Electronics--Emerging from Li

4、mbo,2024/3/31,8,1.1、電力電子技術的定義,電力電子技術是一門利用電力電子器件、電路理論和控制技術對電能進行處理、控制和變換的學科，是現(xiàn)代電子學的一個重要分支，也是電工技術的分支之一。,,信息與能源,2024/3/31,9,1.2 、主要研究內容,,,,變流技術,電力電子器件,控制技術,電力電子技術,,應用技術,2024/3/31,10,（一）電力電子器件是電力電子技術的基礎,,1.2 、主要研究內容,2024

5、/3/31,11,電力電子變流技術，它包括用電力電子器件構成各種電力變換電路以及由這些電路構成電力電子裝置和電力電子系統(tǒng)的技術?！白兞鳌辈恢恢附恢绷髦g的變換，也包括直流變直流和交流變交流等變換。電力電子技術對電力的變換主要包括頻率、電壓、電流、相數(shù)和波形等。電力電子電路及裝置通常被叫做變換器(Converter)。,（二）變流技術是電力電子技術的核心和主體,1.2 、主要研究內容,2024/3/31,12,（二）變流技術是電力電子

6、技術的核心和主體,1.2 、主要研究內容,2024/3/31,13,（a）AC/DC變換器：把交流電變換為固定的或可調的直流電，一般叫做整流器(Rectifier),1.2 、主要研究內容,2024/3/31,14,（b）DC/AC變換器：把直流電變換為頻率和電壓為固定的或可調的交流電，一般叫做逆變器(Inverter),1.2 、主要研究內容,2024/3/31,15,（c）DC/DC變換器：可改變電壓幅值的大小，實現(xiàn)直流對直流的變換

7、，一般叫做斬波器(Chopper),1.2 、主要研究內容,2024/3/31,16,（d）AC/AC變換器：實現(xiàn)從交流到交流的變換，把交流電變換為頻率和電壓為固定的或可調的交流電。其包括交流調壓器（AC Voltage Controller）和周波變換器(Cycloconverter),1.2 、主要研究內容,2024/3/31,17,（e）復合變換電路——由這些變換器組合起來的電力電子變換器，構成復合變換電路。實際應用的電力電子裝置

8、，如不停電電源（UPS）、開關電源和通用型變頻器等采用的都是復合變換電路。,,1.2 、主要研究內容,2024/3/31,18,（1）電力電子控制技術包括電力電子器件的驅動電路、緩沖電路、保護電路和整個控制系統(tǒng)以及相關控制理論和控制技術，如PWM控制技術，軟開關控制技術等。（2）電力電子控制技術是目前電力電子技術研究領域最活躍的內容。同一電力電子電路，由于控制水平的提高，可以使電路達到更為完善的水平。,（三）電力電子控制技術是控制理論

9、、微電子 技術和計算機技術與電力電子相結合的產(chǎn)物,,1.2 、主要研究內容,2024/3/31,19,（1）電力電子裝置的熱設計?。?）電力電子裝置的EMC設計（3）電力電子裝置的可靠性設計（4）開關電源設計，電機驅動裝置設計，　　　非接觸電能傳輸系統(tǒng)設計等,（四）電力電子技術的應用技術,,1.2 、主要研究內容,2024/3/31,20,1.3 、電力電子技術的應用與展望,工業(yè),2024/3/31,21,電源是所有電控裝

10、置、自動化系統(tǒng)、通信系統(tǒng)和計算機系統(tǒng)的心臟。如何提高電源的質量和可靠性，減小電源的體積，減輕電源的重量，一直是倍受人們重視的研究課題。目前控制系統(tǒng)使用的電源，如UPS電源、開關電源、變頻電源、交流穩(wěn)壓電源等，大多數(shù)都采用了電力電子技術?？梢哉f，電力電子技術主要研究的也就是電源技術。,（一）各類電源的應用領域,1.3 、電力電子技術的應用與展望,2024/3/31,22,鐵道中廣泛采用電力電子技術。電氣機車的直流機車中采用整流裝置，交流機

11、車采用變頻裝置。直流斬波器也廣泛用于鐵道車輛。在未來的磁懸浮列車中，電力電子技術更是一項關鍵技術。除牽引電動機傳動外，車輛中的各種輔助電源也都離不開電力電子技術。,（二）交通運輸領域,1.3 、電力電子技術的應用與展望,2024/3/31,23,電動汽車的電機靠電力電子裝置進行電力變換和驅動控制，其蓄電池的充電也離不開電力電子裝置。一臺高級汽車中需要許多控制電機，它們也要靠變頻器和斬波器驅動并控制。飛機、船舶需要很多不同要求的電源，因此

12、航空和航海都離不開電力電子技術。如果把電梯也算做交通運輸工具，那么它也需要電力電子技術。以前的電梯大都采用直流調速系統(tǒng)，而近年來交流變頻調速已成為主流。,（二）交通運輸領域,1.3 、電力電子技術的應用與展望,2024/3/31,24,① 自動化裝置，最有代表性的是同步發(fā)電機的勵 磁調節(jié)系統(tǒng)。② 高壓直流輸電裝置。③ 靜止無功補償裝置。④ 新能源的開發(fā)和超導貯能裝置。⑤ 固態(tài)斷路器 — 切換用的電力電子斷路器。

13、 上述電力系統(tǒng)用的電力電子裝置，除高壓直流輸電外，目前統(tǒng)稱為柔性交流輸電系統(tǒng)FACTS (Flexible AC Transmission System)技術。,（三）電力系統(tǒng)的應用領域,1.3 、電力電子技術的應用與展望,2024/3/31,25,工業(yè)中大量應用各種電動機，無論是調速還是軟起動，都需要電力電子驅動裝置。 電化學工業(yè)大量使用直流電源，電解鋁、電解食鹽水等都需要大容量整流電源。電鍍裝置也需要整流電源。現(xiàn)代

14、電焊機離不開電力電子技術。電力電子技術還大量用于冶金工業(yè)中的高頻或中頻感應加熱電源、淬火電源及直流電弧爐電源等場合。,（四）工業(yè)自動化應用領域,1.3 、電力電子技術的應用與展望,2024/3/31,26,傳統(tǒng)的發(fā)電方式是火力發(fā)電、水力發(fā)電以及后來興起的核能發(fā)電。能源危機后，各種新能源、可再生能源及新型發(fā)電方式越來越受到重視。其中太陽能發(fā)電、風力發(fā)電的發(fā)展較快。太陽能發(fā)電和風力發(fā)電受環(huán)境的制約，發(fā)出的電力質量較差，常需要儲能裝置緩沖，需

15、要改善電能質量，這就需要電力電子技術。當需要和電力系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)時，也離不開電力電子技術。,（五）新能源開發(fā)領域,1.3 、電力電子技術的應用與展望,2024/3/31,27,家用電器的特點是電壓比較低，功率一般都只有幾十瓦到數(shù)百瓦，而又量大、面廣。這剛好是電力電子器件最適應和最便宜的范圍，因而促進了電力電子技術在這一應用領域的發(fā)展。從調光臺燈到電子鎮(zhèn)流器的節(jié)能燈，從變頻空調到變頻冰箱，無一不是用到電力電子技術。,（六）家用電器的應用領域,1

16、.3 、電力電子技術的應用與展望,2024/3/31,28,電力電子技術被譽為節(jié)能冠軍，具體體現(xiàn)如下：① 降低器件通態(tài)壓降和采用軟開關技術，提高電力電子裝置效率而節(jié)能。 ② 調速節(jié)能。根據(jù)1983年國家經(jīng)委組織的專家調查組的結論可知，節(jié)約電能約達30％左右。目前我國風機約700萬臺，泵約3000萬臺，大多數(shù)設備負荷率均低于60%，如都采用調速電機，每年可節(jié)電約145億kWh，節(jié)煤約570萬噸。,（七）節(jié)約能源的應用領域,1.

17、3 、電力電子技術的應用與展望,2024/3/31,29,③ 照明節(jié)能。目前發(fā)達國家照明耗電約占總發(fā)電量的20～30%，我國約占10～12%。若推廣使用采用了電力電子技術的節(jié)能燈，每年照明能耗可減少20%以上，節(jié)能效果非常可觀。,（七）節(jié)約能源的應用領域,1.3 、電力電子技術的應用與展望,2024/3/31,30,總之，從人類對宇宙和大自然的探索，到國民經(jīng)濟的各個領域，再到我們的衣食住行，到處都能感受到電力電子技術的存在和巨大魅力。這

18、也激發(fā)了一代又一代的學者和工程技術人員學習、研究電力電子技術并使其飛速發(fā)展。電力電子技術作為多學科交叉的邊緣學科，具有很強的生命力?？茖W家預言21世紀的主導工業(yè)第一是信息產(chǎn)業(yè)，第二是計算機與電力電子。,1.3 、電力電子技術的應用與展望,2024/3/31,31,科學家預言，電力電子技術和運動控制一起，將和計算機技術共同成為未來科學技術的兩大支柱?！∫蚜腥搿笆晃濉眹铱萍贾斡媱澲攸c項目　　“電力電子關鍵器件及重大裝備研制”,1.

19、3 、電力電子技術的應用與展望,2024/3/31,32,1.4、電力電子與其它學科的關系,都分為電子器件和電子電路兩大分支，二者同根同源；兩類器件制造技術的理論基礎相同；制造工藝也基本相同。特別是現(xiàn)代電力電子器件的制造大都使用集成電路制造工藝，采用微電子制造技術;應用目的不同——前者用于電力變換，后者用于信息處理。在微電子技術中，器件既可以處于放大狀態(tài)，也可以處于開關狀態(tài)；而在電力電子技術中為避免功率損耗過大，電力電子器件總是

20、工作在開關狀態(tài)。,（一）與微電子學的關系,2024/3/31,33,電力電子技術廣泛用于電氣工程中 高壓直流輸電、靜止無功補償、電力機車牽引、交直流電力傳動、電解、電鍍、電加熱、高性能交直流電源。國內外均把電力電子技術歸為電氣工程的一個分支。電力電子技術是電氣工程學科中最為活躍的一個分支。電力電子技術的不斷進步給電氣工程的現(xiàn)代化以巨大的推動力。,1.4、電力電子與其它學科的關系,（二）與電力學(電氣工程)的關系,2

21、024/3/31,34,1.4、電力電子與其它學科的關系,（三）與控制理論的關系,控制理論廣泛用于電力電子系統(tǒng)中。 電力電子技術是弱電控制強電的技術，是弱電和強電的接口,控制理論是這種接口的有力紐帶。電力電子裝置是自動化技術的基礎元件和重要支撐技術。,2024/3/31,35,1.4、電力電子與其它學科的關系,隨著科學技術的發(fā)展，電力電子技術又與電磁學、固態(tài)物理學、材料科學、電機工程、現(xiàn)代控制理論、仿真與計算、信號處理和計算機科學等

22、許多學科密切相關。目前電力電子技術已逐步發(fā)展成為一門多學科相互滲透的綜合性技術學科。,（四）和其它學科的關系,2024/3/31,36,1.5、電力電子技術的發(fā)展簡介,電力電子技術的發(fā)展史是以電力電子器件的發(fā)展史為綱的。,2024/3/31,37,1.5、電力電子技術的發(fā)展簡介,電力電子器件以半控型的晶閘管為主，變流電路以相控電路為主，控制電路以模擬電路為主。,(一) 傳統(tǒng)電力電子技術,2024/3/31,38,1.5、電力電子技術的發(fā)