電力電子技術(shù)有什么作用

　　電力電子技術(shù)是一門新興的應(yīng)用于電力領(lǐng)域的電子技術(shù)，就是使用電力電子器件(如晶閘管，GTO，IGBT等)對(duì)電能進(jìn)行變換和控制的技術(shù)。下面，小編為大家分享電力電子技術(shù)有什么作用，希望對(duì)大家有所幫助!

　　電力電子技術(shù)的作用

　　(1) 優(yōu)化電能使用。通過(guò)電力電子技術(shù)對(duì)電能的處理，使電能的使用達(dá)到合理、高效和節(jié)約，實(shí)現(xiàn)了電能使用最佳化。例如，在節(jié)電方面，針對(duì)風(fēng)機(jī)水泵、電力牽引、軋機(jī)冶煉、輕工造紙、工業(yè)窯爐、感應(yīng)加熱、電焊、化工、電解等14個(gè)方面的調(diào)查，潛在節(jié)電總量相當(dāng)于1990年全國(guó)發(fā)電量的16%，所以推廣應(yīng)用電力電子技術(shù)是節(jié)能的一項(xiàng)戰(zhàn)略措施，一般節(jié)能效果可達(dá)10%-40%，我國(guó)已將許多裝置列入節(jié)能的推廣應(yīng)用項(xiàng)目。

　　(2) 改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)和發(fā)展機(jī)電一體化等新興產(chǎn)業(yè)。據(jù)發(fā)達(dá)國(guó)家預(yù)測(cè)，今后將有95%的電能要經(jīng)電力電子技術(shù)處理后再使用，即工業(yè)和民用的各種機(jī)電設(shè)備中，有95%與電力電子產(chǎn)業(yè)有關(guān)，特別是，電力電子技術(shù)是弱電控制強(qiáng)電的媒體，是機(jī)電設(shè)備與計(jì)算機(jī)之間的重要接口，它為傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)和新興產(chǎn)業(yè)采用微電子技術(shù)創(chuàng)造了條件，成為發(fā)揮計(jì)算機(jī)作用的保證和基礎(chǔ)。

　　(3) 電力電子技術(shù)高頻化和變頻技術(shù)的發(fā)展，將使機(jī)電設(shè)備突破工頻傳統(tǒng)，向高頻化方向發(fā)展。實(shí)現(xiàn)最佳工作效率，將使機(jī)電設(shè)備的體積減小幾倍、幾十倍，響應(yīng)速度達(dá)到高速化，并能適應(yīng)任何基準(zhǔn)信號(hào)，實(shí)現(xiàn)無(wú)噪音且具有全新的功能和用途。

　　(4) 電力電子智能化的進(jìn)展，在一定程度上將信息處理與功率處理合一，使微電子技術(shù)與電力電子技術(shù)一體化，其發(fā)展有可能引起電子技術(shù)的重大改革。有人甚至提出，電子學(xué)的下一項(xiàng)革命將發(fā)生在以工業(yè)設(shè)備和電網(wǎng)為對(duì)象的電子技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域，電力電子技術(shù)將把人們帶到第二次電子革命的邊緣。

　　電力電子技術(shù)的應(yīng)用

　　一般工業(yè)：

　　交直流電機(jī)、電化學(xué)工業(yè)、冶金工業(yè)

　　交通運(yùn)輸：

　　電氣化鐵道、電動(dòng)汽車、航空、航天、航海

　　電力系統(tǒng)：

　　高壓直流輸電、柔性交流輸電、無(wú)功補(bǔ)償

　　電子裝置電源：

　　為信息電子裝置提供動(dòng)力

　　家用電器：

　　“節(jié)能燈”、變頻空調(diào)

　　其他：

　　UPS、 航天飛行器、新能源、發(fā)電裝置

　　電力電子技術(shù)簡(jiǎn)介

　　電力電子技術(shù)分為電力電子器件制造技術(shù)和變流技術(shù)（整流，逆變，斬波，變頻，變相等）兩個(gè)分支。

　　現(xiàn)已成為現(xiàn)代電氣工程與自動(dòng)化專業(yè)不可缺少的一門專業(yè)基礎(chǔ)課，在培養(yǎng)該專業(yè)人才中占有重要地位。

　　電力電子學(xué)（Power Electronics）這一名稱是在上世紀(jì)60年代出現(xiàn)的。1974年，美國(guó)的W.Newell用一個(gè)倒三角形（如圖1所示）對(duì)電力電子學(xué)進(jìn)行了描述，認(rèn)為它是由電力學(xué)、電子學(xué)和控制理論三個(gè)學(xué)科交叉而形成的。這一觀點(diǎn)被全世界普遍接受�！半娏﹄娮訉W(xué)”和“電力電子技術(shù)”是分別從學(xué)術(shù)和工程技術(shù)2個(gè)不同的角度來(lái)稱呼的。

　　一般認(rèn)為，電力電子技術(shù)的誕生是以1957年美國(guó)通用電氣公司研制出的第一個(gè)晶閘管為標(biāo)志的，電力電子技術(shù)的概念和基礎(chǔ)就是由于晶閘管和晶閘管變流技術(shù)的發(fā)展而確立的。此前就已經(jīng)有用于電力變換的電子技術(shù)，所以晶閘管出現(xiàn)前的時(shí)期可稱為電力電子技術(shù)的史前或黎明時(shí)期。70年代后期以門極可關(guān)斷晶閘管（GTO），電力雙極型晶體管（BJT），電力場(chǎng)效應(yīng)管（Power-MOSFET）為代表的全控型器件全速發(fā)展（全控型器件的特點(diǎn)是通過(guò)對(duì)門極既柵極或基極的控制既可以使其開通又可以使其關(guān)斷）。使電力電子技術(shù)的面貌煥然一新進(jìn)入了新的發(fā)展階段。80年代后期，以絕緣柵極雙極型晶體管（IGBT可看作MOSFET和BJT的復(fù)合）為代表的復(fù)合型器件集驅(qū)動(dòng)功率小，開關(guān)速度快，通態(tài)壓降小，載流能力大于一身，性能優(yōu)越使之成為現(xiàn)代電力電子技術(shù)的主導(dǎo)器件。為了使電力電子裝置的結(jié)構(gòu)緊湊，體積減小，常常把若干個(gè)電力電子器件及必要的輔助器件做成模塊的形式，后來(lái)又把驅(qū)動(dòng)，控制，保護(hù)電路和功率器件集成在一起，構(gòu)成功率集成電路（PIC）。目前PIC的功率都還較小但這代表了電力電子技術(shù)發(fā)展的一個(gè)重要方向。

　　利用電力電子器件實(shí)現(xiàn)工業(yè)規(guī)模電能變換的技術(shù)，有時(shí)也稱為功率電子技術(shù)。一般情況下，它是將一種形式的工業(yè)電能轉(zhuǎn)換成另一種形式的工業(yè)電能。例如，將交流電能變換成直流電能或?qū)⒅绷麟娔茏儞Q成交流電能；將工頻電源變換為設(shè)備所需頻率的電源；在正常交流電源中斷時(shí)，用逆變器（見電力變流器）將蓄電池的直流電能變換成工頻交流電能。應(yīng)用電力電子技術(shù)還能實(shí)現(xiàn)非電能與電能之間的轉(zhuǎn)換。例如，利用太陽(yáng)電池將太陽(yáng)輻射能轉(zhuǎn)換成電能。與電子技術(shù)不同，電力電子技術(shù)變換的電能是作為能源而不是作為信息傳感的載體。因此人們關(guān)注的是所能轉(zhuǎn)換的電功率。

　　電力電子技術(shù)是建立在電子學(xué)、電工原理和自動(dòng)控制三大學(xué)科上的新興學(xué)科。因它本身是大功率的電技術(shù)，又大多是為應(yīng)用強(qiáng)電的工業(yè)服務(wù)的，故常將它歸屬于電工類。電力電子技術(shù)的內(nèi)容主要包括電力電子器件、電力電子電路和電力電子裝置及其系統(tǒng)。電力電子器件以半導(dǎo)體為基本材料，最常用的材料為單晶硅；它的理論基礎(chǔ)為半導(dǎo)體物理學(xué)；它的工藝技術(shù)為半導(dǎo)體器件工藝。近代新型電力電子器件中大量應(yīng)用了微電子學(xué)的技術(shù)。電力電子電路吸收了電子學(xué)的理論基礎(chǔ)，根據(jù)器件的特點(diǎn)和電能轉(zhuǎn)換的要求，又開發(fā)出許多電能轉(zhuǎn)換電路。這些電路中還包括各種控制、觸發(fā)、保護(hù)、顯示、信息處理、繼電接觸等二次回路及外圍電路。利用這些電路，根據(jù)應(yīng)用對(duì)象的不同，組成了各種用途的整機(jī)，稱為電力電子裝置。這些裝置常與負(fù)載、配套設(shè)備等組成一個(gè)系統(tǒng)。電子學(xué)、電工學(xué)、自動(dòng)控制、信號(hào)檢測(cè)處理等技術(shù)常在這些裝置及其系統(tǒng)中大量應(yīng)用。

　　電力電子技術(shù)進(jìn)展

　　從20世紀(jì)50年代中到70年代末，以大功率硅二極管、雙極型功率晶體管和晶閘管應(yīng)用為基礎(chǔ)（尤其是晶閘管）的電力電子技術(shù)發(fā)展比較成熟。70年代末以來(lái)，兩個(gè)方面的發(fā)展對(duì)電力電子技術(shù)引起了巨大的沖擊。其一為微機(jī)的發(fā)展對(duì)電力電子裝置的控制系統(tǒng)、故障檢測(cè)、信息處理等起了重大作用,今后還將繼續(xù)發(fā)展;其二為微電子技術(shù)、光纖技術(shù)等滲透到電力電子器件中，開發(fā)出更多的新一代電力電子器件。其中除普通晶閘管向更大容量（6500伏、3500安）發(fā)展外，門極可關(guān)斷晶閘管（GTO）電壓已達(dá)4500伏，電流已達(dá) 2500～3000安；雙極型晶體管也向著更大容量發(fā)展，80年代中后期其工業(yè)產(chǎn)品最高電壓達(dá)1400伏，最大電流達(dá)400安,工作頻率比晶閘管高得多,采用達(dá)林頓結(jié)構(gòu)時(shí)電流增益可達(dá)75～200。 隨著光纖技術(shù)的發(fā)展，美國(guó)和日本于1981～1982年間相繼研制成光控晶閘管并用于直流輸電系統(tǒng)。這種光控管與電觸發(fā)的晶閘管相比，簡(jiǎn)化了觸發(fā)電路，提高了絕緣水平和抗干擾能力，可使變流設(shè)備向小型、輕量方向發(fā)展，既降低了造價(jià)，又提高運(yùn)行的可靠性。同時(shí)，場(chǎng)控電力電子器件也得到發(fā)展，如功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管(power MOSFET)和功率靜電感應(yīng)晶體管(SIT)已達(dá)千伏級(jí)和數(shù)十至數(shù)百安級(jí)的電壓、電流等級(jí)，中小容量的工作頻率可達(dá)兆赫級(jí)。由場(chǎng)控和雙極型合成的新一代電力電子器件，如絕緣柵雙極型晶體管（IGT或IGBT）和MOS控制晶閘管（MCT）也正在興起,容量也已相當(dāng)大。這些新器件均具有門極關(guān)斷能力，且工作頻率可以大大提高，使電力電子電路更加簡(jiǎn)單，使電力電子裝置的體積、重量、效率、性能等各方面指標(biāo)不斷提高，它將使電力電子技術(shù)發(fā)展到一個(gè)更新的階段。與此同時(shí)，電力電子器件、電力電子電路和電力電子裝置的計(jì)算機(jī)模擬和仿真技術(shù)也在不斷發(fā)展。

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