text: 电力电子技术是一门什么样的课程？
  [1]      电力电子技术是一种利用电力电子器件（如晶闸管，GTO，IGBT等）对电能进行控制、转换和传输的技术，它是一门电子学、电力学和控制理论相结合的边缘学科，随着电力电子技术的不断发展，它已成为一门涉及领域广阔的学科。  1958 年，第一只工业用普通晶闸管诞生，新型电力电子器件的不断涌现，使电子技术进入了强电领域。目前，现代控制技术和微电子技术，使电力半导体器件向高频、高效、小型和智能化方向发展，电力电子技术日趋成熟，逐渐形成一个完整的体系。电力电子技术所变换的“电力”功率可大到数百MW甚至GW，也可以小到数W甚至1W以下，和以信息处理为主的信息电子技术不同，电力电子技术主要用于电力变换。电力电子技术主要包括两个方面，即电力半导体器件制造技术和电力半导体变流技术。前者是电力电子技术的基础，后者是电力电子技术的核心。一般认为，电力电子技术的诞生是以1957年美国通用电气公司研制出的第一个晶闸管为标志的，电力电子技术的概念和基础就是由于晶闸管和晶闸管变流技术的发展而确立的。此前就已经有用于电力变换的电子技术，所以晶闸管出现前的时期可称为电力电子技术的史前或黎明时期。1902年出现了第一个玻璃的汞弧整流器。1910年出现了铁壳汞弧整流器。用汞弧整流器代替机械式开关和换流器,这是电力电子技术的发端。1920年试制出氧化铜整流器，1923年出现了硒整流器。30年代，这些整流器开始大量用于电力整流装置中。20世纪40年代末出现了晶体管。20世纪50年代初，晶体管向大功率化发展，同时用半导体单晶材料制成的大功率二极管也得到发展。1954年，瑞典通用电机公司（ASEA公司）首先将汞弧管用于高压整流和逆变,并在±100千伏直流输电线路上应用，传输20兆瓦的电力。1956年，美国人J.莫尔制成晶闸管雏型。1957年，美国人R.A.约克制成实用的晶闸管。50年代末晶闸管被用于电力电子装置，60年代以来得到迅速推广,并开发出一系列派生器件,拓展了电力电子技术的应用领域。 70年代后期以门极可关断晶闸管（GTO），电力双极型晶体管（BJT），电力场效应管（Power-MOSFET）为代表的全控型器件全速发展（全控型器件的特点是通过对门极既栅极或基极的控制既可以使其开通又可以使其关断）。使电力电子技术的面貌焕然一新进入了新的发展阶段。80年代后期，以绝缘栅极双极型晶体管（IGBT可看作MOSFET和BJT的复合）为代表的复合型器件集驱动功率小，开关速度快，通态压降小，载流能力大于一身，性能优越使之成为现代电力电子技术的主导器件。为了使电力电子装置的结构紧凑，体积减小，常常把若干个电力电子器件及必要的辅助器件做成模块的形式，后来又把驱动，控制，保护电路和功率器件集成在一起，构成功率集成电路（PIC）。目前PIC的功率都还较小但这代表了电力电子技术发展的一个重要方向。电力半导体器件是以美国 1956 年生产的硅整流管（SR）和 1958 年生产的晶闸管（SCR）为起始点逐渐发展起来的。具体可分为以下四个阶段。第一阶段是以整流管、晶闸管为代表的发展阶段。这一阶段的半导体器件在低频、大功率变流领域中的应用占有优势，很快便完全取代了汞弧整流器。第二阶段是以 GTO、GTR 等全控型器件为代表的发展阶段。这一阶段的半导体器件虽仍采用电流型控制模式，但其应用使得变流器的高频化得以实现。第三阶段是以功率 MOSFET、IGBT 等电压型全控器件为代表的发展阶段。此时半导体器件可直接用 IC（集成控制器）进行驱动，高频特性更好，可以说器件制造技术已进入了和微电子技术相结合的初级阶段。第四阶段是以 SPIC、HVIC 等功率集成电路为代表的发展阶段。在这一阶段中，电力电子技术与微电子技术更紧密地结合在一起，所使用的半导体器件是将全控型电力电子器件与驱动电路、控制电路、传感电路、保护电路、逻辑电路等集成在一起的高度智能化的功率集成电路，它实现了器件与电路的集成，强电与弱电、功率流与信息流的集成，成为机和电之间的智能化接口、机电一体化的基础单元。预计 PIC（功率集成电路）的应用将使电力电子技术实现第二次革命，进入全新的智能化时代。变流技术的发展大致经历了以下三个阶段。第一阶段是电子管、离子管（闸流管、汞弧整流器、高压汞弧阀）的发展与应用阶段。此时的变流技术属于整流变换，只是变流技术的一小部分。第二阶段是硅整流管、晶闸管的发展与应用阶段，主要指晶闸管的应用阶段。随着器件制造水平的不断提高，变流装置保护措施的不断完善，使得硅整流管、晶闸管在变流装置中的应用技术日趋成熟。这一阶段，随着整流管特别是晶闸管制造水平的不断提高，半导体变流技术所涉及的应用领域不断扩展。第三阶段是全控型电力半导体器件的发展与应用阶段，也是半导体电力变流器向高频化发展的阶段，同时还是变流装置的控制方式由移相控制（Phase Shift Control，PSC）向时间比率控制（Time Ratio Control，TRC）发展的阶段。第三阶段的发展是随着全控型器件的发展而逐渐展开的。时至今日，晶闸管应用领域的绝大部分已经或即将被功率集成器件所取代，只是在大功率、特大功率的电化、电子电源与电力系统有关的高压直流输电（HVDC）、静止式动态无功功率补偿装置（SVC）、串联可控电容补偿装置（SCC）等应用领域，晶闸管暂时还不能被取代。电力电子技术发展到今天，其应用范围大致可分为以下六个方面。（1）整流：实现 AC/DC 的转换。（2）逆变：实现 DC/AC 的转换。（3）变频：实现 AC/DC/AC（AC/AC）的转换。（4）交流调压：把不变的交流电压转换成电压有效值可调的交流电压。（5）斩波：实现 DC/DC（AC/DC/DC）的转换。（6）静止式固态断路器：实现无触点的开关、断路器的功能。电力电子电路按其主要功能可分为：①将交流电能转换成直流电能的整流电路；②将直流电能转换成交流电能的逆变电路；③将一种形式的交流电能转换成另一种形式的交流电能的交流变换电路；④将一种形式的直流电能转换成另一种形式的直流电能的直流变换电路。电力电子学（Power Electronics）这一名称是在上世纪60年代出现的。1974年，美国的W.Newell用一个倒三角形（如图1所示）对电力电子学进行了描述，认为它是由电力学、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。电力电子技术是建立在电子学、电工原理和自动控制三大学科上的新兴学科。因它本身是大功率的电技术，又大多是为应用强电的工业服务的，故常将它归属于电工类。电力电子技术课程是电气自动化专业的一门主干专业课程，涵盖电力电子器件、变流技术、控制技术。电力电子技术的内容主要包括电力电子器件、电力电子电路和电力电子装置及其系统。电力电子器件以半导体为基本材料；它的理论基础为半导体物理学；它的工艺技术为半导体器件工艺。近代新型电力电子器件中大量应用了微电子学的技术。电力电子电路方面，吸收了电子学的理论基础，根据器件的特点和电能转换的要求，又开发出许多电能转换电路。这些电路中还包括各种控制、触发、保护、显示、信息处理、继电接触等二次回路及外围电路。利用这些电路，根据应用对象的不同，组成了各种用途的整机，称为电力电子装置。这些装置常与负载、配套设备等组成一个系统。电子学、电工学、自动控制、信号检测处理等技术常在这些装置及其系统中大量应用。举例：学生通过理论学习与实践训练，应达到以下要求：（1）掌握电力电子技术中的基本概念和基本分析方法。（2）掌握常用电力电子器件的特性、主要参数、选用方法及应用范围。（3）理解基本电路的原理、结构和用途。（4）能独立完成教学基本要求中规定的实验与实训项目。（5）能正确使用常用电子仪器仪表。观察实验现象，记录有关数据，并能通过分析比较得出正确结论。（6）能阅读和分析常见的电力电子电路原理图及电力电子设备的电路方框图。（7）能够借助工具书和设备铭牌、产品说明书、产品目录（手册）等资料，查阅电子元器件及产品的有关数据、功能和使用方法。（8）能正确选用电力电子器件并组装常用电路。（9）能初步判断和分析以电力电子器件为主所构成的设备的一般故障，并能处理此类设备的简单故障。电力电子技术所涉及的知识面广、内容多，在学习中应注意复习电工基础、电子技术、电机与电气控制等课程的内容。在学习中要着重于物理概念及分析问题的方法，重视实验和读图等应用能力的培养。本课程将涉及高等数学、电路分析、电子技术、电动机拖动等学科知识，学习本课程时需要复习相关课程并综合运用所学知识。