电子电力与代生活

电力电子与现代生活
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电力电子与现代生活
一、什么是电力电子技术
电力电子技术是一门新兴的应用于电力领域的电子技术，就是使用电力电子器件（如晶闸管，GTO ，IGBT 等）对电能进行变换和控制的技术。

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。

同时，电力电子技术分为电力电子器件制造技术和变流技术（整流，逆变，斩波，变频，变相等）两个分支。

二、电力电子技术的简单发展历程
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。

70年代后期以门极可关断晶闸管，电力双极型晶体管，电力场效应管为代表的全控型器件全速发展为标志，使电力电子技术的面貌焕然一新。

80年代后期，以绝缘栅极双极型晶体管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，成为现代电力电子技术的主导器件。

目前电力电子技术的一个重要发展方向就是大功率的集成电路。

三、基本功率变换电路
对于电力电子技术而言，电力变换技术是它的核心技术。

电力变换技术也叫做变流技术，具体来说，电力变换包括以下四大类：
表1 电力变换的种类
（1）整流（AC →DC ）：将交流电转换为电压固定或可调的直流电，称为逆变 直流斩波 直流
交流电力控制、 变频、变相 整流 交流
交流 直流
整流，这种变换是正变换。

（2）逆变（DC→AC）：将直流电转换为频率和电压为固定或可调的交流电，是与整流过程相反的变换，故称为逆变。

（3）交流电力控制（AC→AC）：将交流电转换为频率和电压为固定或可调的交流电，称为交流电力控制。

（4）直流变换（DC→DC）：将直流电（幅值或极性）转换为另一固定电压或可调电压的直流电，称为直流变换。

四、电力电子技术的应用
电力电子技术作为一门对现代社会有着重要作用的科学，在节能领域，家用电器，交通运输，新能源方面有着广泛和不可替代的作用。

1、在节能领域中的作用
就目前来看，变频器、节能灯、逆变焊机、无功补偿装置、开关电源等电力电子产品，都应用到了电力电子技术，节能效果比较显著。

以变频器，节能灯和逆变焊机为例：
首先，变频器节能（变频器的主电路为交－直－交型）。

据统计，我国电机用电占总发电量60%以上。

若全国电机都用变频调速，可节电10%~40%，仅此一项，就可节约全国总发电量的10%至15%。

然后，节能灯的使用节能（应用的器件与电子镇流器类似，是一个由电力电子器件构成的AC/DC/AC变换器）。

我国主要照明灯具是白炽灯和日光灯，存在着耗电量大，效率低的问题。

目前正大力推广的电子节能灯和LED 节能灯，具有光效高、节能、寿命长、体积小巧，使用简便等优点。

发光效率是白炽灯的5-6倍。

预计在不久后的将来，照明领域就将掀起一场革命。

最后，逆变焊机在节能中的作用。

逆变焊机的主电路结构比较复杂：电源（工频交流）→整流滤波（直流）→逆变（中频交流）→中频变压器（降压）→整流滤波（直流）→电弧。

逆变焊机因为变压器损耗小，功率因数高而具有良好的节能效果。

和传统焊机相比，功率因数大大提高。

有源功率因数校正技术的功率因数到甚至可以达到0.99。

2、在交通运输中的应用
随着现代科技的发展，动力装置逐渐由机械化向机电一体化、电气化、自动化方向发展，其中电力电子技术起着越来越重要的作用。

电力电子技术在交通运输中的应用主要涉及到以下领域：火车、磁悬浮列车、汽车和电动自行车。

目前，电力机车基本上都采用了交-直-交传动方式：使用交流电源供电，经降压整流变成直流，再将直流逆变成频率和电压可调的交流电，驱动交流牵引电动机。

电气化铁道中广泛采用电力电子技术。

直流机车中采用整流装置，交流机车采用变频装置。

相对于火车而言，磁悬浮列车的工作原理不同：它是利用电磁系统产生的吸引力或排斥力将车辆托起，使整个列车悬浮在导轨上，并利用电磁力进行导向、利用直线电机将电能直接转换成推进力来推动列车前进的。

磁悬浮列车，采用的是一种叫做直线电机的推进装置。

电力电子技术在磁悬浮列车的发展中起到了巨大的作用。

电力电子技术在汽车中的应用集中体现在电动汽车的研制和发展中。

电动汽车的基本工作原理是：蓄电池—电流—电力调节器—电动机—动力传动系统—驱动汽车行驶。

驱动系统是电动汽车的核心，电动汽车驱动系统，主要由电力驱动子系统、电源子系统和辅助子系统组成。

早期的电动汽车广泛采用直流电动机。

为了调速，在蓄电池组与电机之间须加入DC/DC变换器。

DC/DC变换器常用器件有晶闸管、功率晶体管和IGBT。

使用脉宽调制（PWM）调速驱动方式进行调速，功率较小、效率低，维护保养工作量大。

随着电动机控制技术的发展，交流电动机逐步取代了直流电动机。

直流电源经DC/AC变换为三相交流电源，它的优点是：具有效率高、体积小、质量轻，免维护、坚实可靠、易冷却、寿命长、能更有效地实现再生制动等。

电动汽车发展到今天，应用最广泛的电动机是无刷直流电动机。

而电力电子技术的进步将进一步地促进电动汽车的发展。

3、在家用电器中的应用
随着信息时代的到来，家用电器向着智能化、网络化、信息化方向发展，其中电力电子技术起着越来越重要的作用，应用极其广泛，像变频技术交流电力控制技术，开关电源等等。

本节主要探讨变频技术对于家电行业的作用。

变频技术主要应用于需要电动机驱动的这类家用电器，用来调节电动机的转速，以满足不同功能的需求，例如，变频空调、变频冰箱、变频洗衣机
等。

以空调为例：传统的定频空调，使用的是压缩机电动机——单相交流电动机，运行在工频状态，不能调速。

压缩机不断地开、停，维持室内温度在设定温度上、下波动，给人带来不适感。

而且，定频空调的开机电流数倍于额定电流(冲击电流)，易损坏电机，并且定速空调在运行中频繁开停机，很费电。

与定频空调相比，变频空调（工作流程：交流50Hz→直流→频率可调的交流）有以下优点：1）舒适——当室内温度与设定温度相差较大时，压缩机高速运行，使室内温度尽快下降，当室内温度接近设定温度时，压缩机运行速度逐渐下降，使室内温度保持恒定。

压缩机基本不停机；2）节能——和定速空调器相比较节电大约20％～30％；3）制冷、制热能力强——变频空调的制冷量或制热量，高速运行时，能大大高出额定值。

例如，某变频空调KFR-28GW/BP，其额定制冷量为2800 W，而制冷能力可在900 ~ 3200 W之间调整；其额定制热量为3700 W，而制热能力可在950～4800 W之间调整。

4、在新能源中的应用：
新能源中开发利用中，风力发电和光伏发电都用到了电力电子技术。

地球上的风能和光能资源非常丰富，而且具有可再生，可永久使用，不污染环境的特点。

具有其他能源所不具备的优越性。

以光伏发电为例，目前光伏发电主要应用在太阳能热水器，太阳能汽车，路灯中，移动设备等设备中。

太阳能发电分为光热发电和光伏发电。

光伏发电的基本原理是：在太阳光的照射下，将光伏电池组件产生的电能，通过控制器的控制，给蓄电池充电，或者在满足负载需求的情况下给直流负载供电；如果日照不足或者夜间，则在控制器的控制下由蓄电池给直流负载供电。

太阳能发电虽然目前在技术上还不是特别成熟，但是太阳能发电具有传统火力，水力发电所不具备的优点，发展前景广阔。

五、总结
总之，电力电子技术在现代生活中发挥着重要的，不可替代的作用。

离开了电力电子技术，我们的生活将无法想想。

电力电子技术在现代生活中的地位应该是基础性和先导性的结合。

一方面，这样一项技术已经渗透到了生活的每一个角落，所以具有基础性的地位。

另一方面，电力电子技术的创新和对某一项技术的改进，极有可能引发一项科技革命，从而引起人们生活方式的巨大的变化，所以具有先导性。

最后，电力电子技术的发展前景是光明的，社会的的发展进步将为电力电子的应用提供更加广阔的平台。