主頁（yè） > 技術文章 > 探索現代電力電子技術應用狀況（kuàng）2024-10-29

探索現代電力電子技術應用（yòng）狀（zhuàng）況

概述：電力（lì）電子技（jì）術是以培養"工程實施型人才"為目標,結合（hé）多年課程實踐教學的經（jīng）驗積累,對目前國內高校采用的《電力電子（zǐ）技術》教材進行了深入的研究,充分收集電力電子技術的前（qián）沿新技術內容（róng）,補充和（hé）完善以（yǐ）往教材的不足。該教材在保證知識先進性和係統性的同時,合理對理（lǐ）論教學內容進行弱化整定,增加實踐性的內容,著重培養和提高學生的（de）工程實踐能力和科學創新（xīn）素養。成為傳（chuán）統產業和高新技術（shù）領域不可缺少的關鍵技術，可以有效地節約能（néng）源。
一、電力電子技術的發展：
　　現代電力電子技術的發展方向,是從以（yǐ）低頻技術處理問題為主的傳統電力電子學,向以（yǐ）高頻技術處理問題為主的現代電力電子學（xué）方向轉變。電力電子技術起始於五（wǔ）十年代末六十年代初的（de）矽整流器（qì）件,其發展先後經曆了整流器時代、逆變器時代和變頻器（qì）時代,並促進了電力電子技術在許多新領域的應（yīng）用。八十年代末期和九十年代初期發展起來的（de）、以功（gōng）率MOSFET和（hé）IGBT為代表的、集高頻、高壓和大（dà）電流於一身的功率半導體複合器件,表明傳統電力電子技術已經進入現代電力電子時代。
　　 1、整流（liú）器時代：
　　大（dà）功率的工業（yè）用電由工頻(50Hz)交流發（fā）電機提供,但是大約20%的電能是以直流形式消費的,其中最典型的是電解(有（yǒu）色金屬和化工原料需要直流電解)、牽引(電氣機車、電傳動的內燃機車、地鐵機車、城市無軌電車（chē）等)和直流傳動(軋鋼、造紙等)三大領域。大功率矽整流器能夠高效率地把工頻交流電（diàn）轉變為直流電,因此在六十年代和七十年代,大功率矽整流管和晶閘管的開發與應用得以很大（dà）發展。當時國（guó）內（nèi）曾經掀起了-股（gǔ）各地大（dà）辦矽整流器廠的熱潮,目前全國大大小小的製造矽整流器的半導體廠家就是那時的產物（wù）。
　　 2、逆變（biàn）器時代：
　　七十年（nián）代出現了世界範圍的能源危機（jī）,交流電機變頻惆速因節能效果顯著而迅速發展。變（biàn）頻調速的關鍵技術是將直流電逆變（biàn）為0~100Hz的交流電（diàn）。在七十（shí）年代到八十年代,隨著變頻調速裝置的普及（jí）,大功率逆變用的晶閘管、巨型功（gōng）率（lǜ）晶（jīng）體管(GTR)和門極可關斷晶閘管(GT0)成為當時電力電子（zǐ）器件的主角。類似的應用還包（bāo）括高壓直流輸出,靜止式無功功率動態補償等。這時（shí）的電力電子技術已（yǐ）經能夠實現整流和逆變,但工作頻率（lǜ）較低,僅（jǐn）局限在中低頻範圍內。
　　 3、變頻器時（shí）代：
　　進入八十年代（dài）,大規模和超大規模集成電路技術的迅（xùn）猛發展,為現代電力電子技術（shù）的發展奠定了基礎（chǔ）。將（jiāng）集成電路技術的精細加（jiā）工技術和高壓大電流技術有機結合,出現了一批（pī）全新的全控型功率器件、首先是（shì）功率M0SFET的問世,導致了中小功（gōng）率電源向高頻化發展,而後絕緣門極雙極晶體管(IGBT)的出現,又為大中型功率（lǜ）電源向高頻發展帶來機遇。MOSFET和IGBT的相繼問世,是傳統的電力電子（zǐ）向現代電力電子轉化的標誌。
二、電力電子（zǐ）技術的應用：
　　 1、一般工業：
　　工業中大量應用各種交直流電動機。直流電動機有良好的調速性能，給其（qí）供電的可控整流電源（yuán）或（huò）直流斬波電源都是電力電子裝置。近年來，由於電力（lì）電子變頻技術的迅速發展，使得交流電機的調速性能可與直流電機相媲美，交流調速技術大量應用並占據主導地位。大至數千kW的各（gè）種軋鋼機，小到幾百W的數控機床的伺服電機，以及礦山牽引（yǐn）等場合都（dōu）廣泛采用（yòng）電力電子交（jiāo）直流調速技術。一些對調速性能要求（qiú）不高的大型鼓風機（jī）等近年來也采用了變頻裝置，以達到（dào）節能（néng）的目的。還有（yǒu）些不調速的電機為了避免起動時的電（diàn）流衝擊而采（cǎi）用了軟起動（dòng）裝置，這種軟起動裝置也是電力電子裝置。電化學工業大量使用直流電源，電解鋁、電解食鹽水等都需要（yào）大容量整流電源（yuán）。電鍍（dù）裝置也（yě）需要整流電源。電力電子技術還大量用於冶金工業中的高頻、中頻感應加熱電源、淬火電源及直流電弧爐電源等場合。
　　 2、交通運輸：
　　電氣化鐵道中廣泛采用電力電子技術（shù）。電（diàn）氣機車中的直流機車中采用整流裝置，交流機車采用變頻（pín）裝置（zhì）。直流斬波器也廣泛用於鐵道車輛。在未來的（de）磁懸浮列車中，電力電子技術更是一項關鍵技術（shù）。除（chú）牽引電機傳動外，車輛（liàng）中的各種輔助電（diàn）源也都離不（bú）開電力電子技術（shù）。電動汽車的電機靠電力電子裝置（zhì）進行電力變換和驅動控製，其蓄（xù）電池的充電也（yě）離不開電力電子裝置。一台高級汽車中需要許多控製電機，它們也要靠（kào）變頻器和斬波器驅動並控製（zhì）。飛機、船舶需要很多不同要求的電（diàn）源，因（yīn）此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，那麽它也需要（yào）電力電子技術。以前的電梯大（dà）都采用直流調速係統，而近年來交（jiāo）流變頻調速已成（chéng）為主流。
　　 3、電力係統：
　　電力電子技術（shù）在電力係統中有著非常廣泛的應用。據估計，發達國家在用戶最（zuì）終使用的電能（néng）中，有60%以上的（de）電能至少經過一次以上電力電子變流裝置（zhì）的處理。電力係統在通向現代（dài）化的進程中，電力電子技術是（shì）關鍵技術之一。可以毫不誇張地說，如果離開電（diàn）力電子技術，電力係統的現代化（huà）就是不可想象（xiàng）的（de）。直流輸電在長距離、大容量輸（shū）電（diàn）時有很大的優勢，其送電端的整流閥和受電端的逆變（biàn）閥都采用晶閘管變流裝置。近年發展起來的柔性交（jiāo）流輸電（FACTS）也是依靠電力電子裝置才得以（yǐ）實現的。無功補償和諧波（bō）抑製對電力係統有重要的意義。晶閘管（guǎn）控製電抗器（TCR）、晶閘管投（tóu）切電容器（TSC）都是重要的無功補償裝置（zhì）。近年來出現的靜止無功發生（shēng）器（SVG）、有源電（diàn）力濾波器（APF）等新型電力電子裝置具有更（gèng）為（wéi）優越的無功功率和諧波補償的性能。在配電網係統（tǒng），電力電子裝置還可用於防止電網瞬時停電、瞬時電壓跌落、閃變等，以進行電能質量控製，改善供電質量。
　　在變（biàn）電所中，給操作係統提供可靠的（de）交直流操作電源，給（gěi）蓄電池充電等都需要電力電子裝置。
　　 4、電子裝（zhuāng）置用電源：
　　各（gè）種電子裝置一般都需要不同電壓等（děng）級的（de）直流電源供電。通信設備中的程控交換機所用的直流電源以前用晶閘管整流電源，現在已改為（wéi）采用全控型（xíng）器件的高頻開關電（diàn）源（yuán）。大型計算機所需的工作（zuò）電源、微型計算機內部的電源現（xiàn）在也都采用高（gāo）頻開關電源。在各種電子裝置中，以前大量采用線性穩壓電源供電，由於高頻開關電源體積小（xiǎo）、重量輕、效率高，現在已逐漸取代（dài）了線性電源（yuán）。因為各（gè）種信息（xī）技術裝置都需要電力電子裝置提供電源，所以可（kě）以說信息電子技術離不開電力電子（zǐ）技術。
　　 5、家用電器：
　　照明在家用電器中占有十分突出的地位。由於電力電（diàn）子（zǐ）照明電源體（tǐ）積小、發光效率高、可節（jiē）省大量能源，通常被稱為“節（jiē）能燈”，它正在逐步取代傳統的白熾（chì）燈和日光燈。變頻空調器是（shì）家用電器中應用電力電子技術（shù）的典型例子。電視（shì）機、音響設備、家用計算機等電子（zǐ）設備的電源部分也（yě）都需要電力電子技術。此外（wài），有些洗衣機、電冰（bīng）箱、微波爐等電器也應用了電力電子技術。電力電子技術廣泛用於家用電器使得（dé）它和我們的生活變得十（shí）分貼近。
　　 6、其他：
　　不間斷電源（UPS）在現代社會中的作用（yòng）越來越重要，用量也越來（lái）越大，在電力電子（zǐ）產品中已占有相當大的份額。航天飛行器中的各種電子（zǐ）儀器需要（yào）電（diàn）源，載人航天器中為了人（rén）的生存和工作，也離（lí）不（bú）開（kāi）各種電源，這些都必需采用電力電子技術。傳統的發電方式是火（huǒ）力發電、水力發電以及後來興起的核能發電。能源危機後，各種新能源、可再生能源及新型（xíng）發電方式越來越受到重視。其中太陽能發電、風（fēng）力發電的發展較（jiào）快，燃料（liào）電池更是備受關注（zhù）。太陽能發電和風力發電受環境的製約，發出的電力質量較差，常需要儲能裝置緩衝，需要改善電能（néng）質量，這就需要電力電子技（jì）術。當需要和電力係統聯網時，也（yě）離不開電力電子技術。為了合理（lǐ）地利用（yòng）水力發電資源，近年來抽水儲能發電站受（shòu）到重視。其（qí）中的大（dà）型電動機的起動和調速都需要電力電子技術（shù）。超導（dǎo）儲能是未來的一種儲能方式（shì），它需要強（qiáng）大的直（zhí）流電源供電，這（zhè）也離不開電力電子技術。核聚變反應堆（duī）在產生強大磁場和注入能量時，需要大容量的（de）脈衝電源，這種電源就是電力電子裝置。科學實驗或某些特殊場合，常常需要（yào）一些特種電源，這也是電力電子技術的用（yòng）武之地。以前（qián）電力（lì）電子技術的應（yīng）用偏重於（yú）中、大（dà）功（gōng）率。現在，在（zài）1kW以下，甚至（zhì）幾十W以下的功率範圍內，電力電子技術的應用也越來（lái）越廣，其地位也越來（lái）越重要。這已成為一個重要的（de）發（fā）展趨勢，值（zhí）得引起人們的注意。
　　總之，電力電子技術的（de）應（yīng）用範圍十分廣泛。從人（rén）類對宇宙和大（dà）自（zì）然的探索，到國民經濟的各個領域，再到我們（men）的衣（yī）食住行，到處都能感受到電力（lì）電子技（jì）術的存在和巨大魅力。這也激發了一（yī）代又一（yī）代的學者和工（gōng）程技術人員學習、研究電力電子技（jì）術並使其飛速發展。電力電子裝置提供給負載的（de）是各種不同的直流電源（yuán）、恒頻交流電源和變頻交流電源，因此也（yě）可以（yǐ）說，電力電子技術（shù）研（yán）究的（de）也（yě）就是電源技術。電力電子技術對節省電能有重（chóng）要意義（yì）。特別在大型風機、水泵采用變頻調速方麵，在使用量十分龐大的照明電源等方麵，電力電（diàn）子技術的節能效果十分顯著，因此它也被稱（chēng）為是節（jiē）能（néng）技術。

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