电力电子技术发展的哲学思考

电力电子技术发展的哲学思考

摘要：电力电子技术是建立在电力学、电子学及控制学基础上的一门新型交叉学科。在过去的数十年间，伴随着新的材料和结构器件的出现，电力电子技术获得了飞速的发展，且在各行各业中得到了广泛的应用。其发展历程也揭示出大量新的现象和规律，尤其是非线性混沌现象的发现，促进了电力电子学科理论的发展，也丰富了人们的哲学认识。本文通过对电力电子技术发展过程的分析，揭示了电力电子学中的非线性现象所蕴含的若干哲学问题，论证了电力电子技术的发展过程反映了马克思主义的实践观和方法论。

关键词：电力电子技术；发展过程；哲学问题；马克思主义

0 引言

能源是人类社会赖以生存和发展的物质基础。随着经济的快速增长和社会的全面进步，能源的供应和环境污染问题越来越突出，开发和利用新的能源的需求更加迫切。近年来，有关新能源利用方面的技术得到比较好的发展。而其中电力电子技术和能源的发展息息相关，在用电方面通过运用电力电子技术到电力传动中，通过变频等技术，在用电端实现高效节能；在发电端，通过电力电子技术中的逆变技术，实现风力发电和光伏发电的并网，使得新能源得到更好地利用；电力传输方向上，通过电力电子技术的运用，使传统的工频交流输电向高压直流输电（HVDC）技术发展。因此，能源利用问题很大程度上就是电力电子技术发展问题。

电力电子技术是20世纪后半叶诞生和发展起来的一门崭新的技术。它是使用电力电子器件对电能进行变换和控制的技术，又称为电源技术。电力电子技术是电气工程、电子科学以及控制科学交叉产生的一门学科，是电气工程领域目前最具活力和最有发展前景的新型交叉学科，正处于蓬勃的发展时期。现代电力电子技术是21世纪各国竞相发展的强国兴邦技术之一，随着与微电子技术的不断融合，其应用范围日益广泛，并且有向各行业渗透的趋势，电力电子技术必将为现代信息化社会对高供电质量的需求和能源可持续发展战略做出巨大贡献。

电力电子技术与我们的生活息息相关。现代通信、交通运输、家用电器、计

算机技术、智能电网、空间技术等都要用到电力电子技术。电力电子技术对节省电能具有重要意义，特别在变频调速，绿色电力和照明电源方面节能效果十分显著。随着经济和社会的发展，电力电子技术必将为建设创新型、节约型社会发挥更大作用。总之，从人类对宇宙和大自然的探索，到国民经济的各个领域，再到我们的衣食住行，到处都能感受到电力电子技术的存在和巨大魅力[1]。

电力电子技术作为信息产业与传统产业之间的桥梁，将在非常宽广的领域内对传统产业的改造、高新技术的发展起到不可替代的巨大作用。因此，电力电子技术将在国民经济中扮演着越来越重要的角色。

同时，作为现代高科技领域的一门重要学科，电力电子技术在自身发展的同时也促进了相关学科的发展。电力电子技术的发展过程不但揭示了若干哲学问题，也反映了马克思主义的实践观和方法论。

1 电力电子技术发展概述

电力电子技术的诞生是以1957年美国通用电气公司研制出第一个晶闸管为标志的。电力电子技术的发展大致经历了晶闸管时代、逆变器时代和现代电力电子时代。电力电子技术是一门联系电力和电子的学科，电力电子技术为电能的产生和利用搭起了桥梁，为电能的输出、应用提供了更好的方式和平台，电力电子技术从根本上提高了电能的应用效率。

电力电子技术在上个世纪的七十年代时有了一个质的发展，晶闸管产品逐步完成了从低压小电流到高压大电流的过度，并在晶闸管的基础上开发了不能自关断的半控型器件，这就是第一代的电力电子器件，它是电力电子技术历史上的一座里程碑。

电力电子技术的研究水平不断进步，制造工艺水平也不断提高，电力电子器件也随之有了更大的发展，获得了又一次的飞跃。电力电子技术的进步代表是自关断全控型第二代电力电子器件。

电力电子技术在上个世纪的九十年代有了更进一步的发展，电力电子器件在大频率、低损耗、快响应方面有了更好表现，电力电子技术向着复合化、标准模块化、智能化、功率集成化方向发展，形成了电力电子的正式技术理论，形成了一个新的高科技领域。

变频调速的普遍应用，电动汽车、航空航天等一直是电力电子技术发展的推

动力。目前所有的能源中，电力方面的能源约占40%，而电力能源中有40%是经过电力电子设备的转换才到使用者手中。其中55%以上是在马达和马达控制方面，20%是照明方面。在这两个主要项目里，电力电子能产生很大的作用，如果用很好的电力电子技术去转换，人类最少可节省约1/3的能源。目前，这1/3的能源相当于840个发电厂发出的电能。由此可以看出，电力电子与环保密切相关，是环保的重点之一。预计十年后，电力能源中的80%要经过电力电子设备的转换，电力电子技术在二十一世纪将起到更大作用[2]。

电力电子技术的理论发展一直滞后于其实际应用。电力电子学科的理论来源于实践，来源于工业应用。由于电力电子系统是一类非线性系统，而非线性理论的发展滞后于线性理论，人们研究电力电子系统时总是试图将其线性化，然后用线性理论来解决，但这种线性化方法并非在任何时候都是有效的。电力电子系统实际工作中出现的一些奇异的噪声、振荡等复杂现象，当用已有的线性理论无法解释时，非线性理论就显得尤为重要。因此电力电子技术的发展过程推动了电力电子学科理论特别是非线性理论的发展。

2 电力电子系统中非线性现象的哲学思考

电力电子学科所研究的系统是一类确定的非线性系统，其中存在丰富的非线性现象。20世纪80年代中期开始，在电力电子系统中陆续发现了一系列非线性现象，如振荡、分岔、混沌等。在宏观动力学领域，人们一直认为确定性系统只能产生确定性运动。而混沌现象被发现之后，人们意识到：确定性系统也会产生不确定的行为，不确定系统也会产生有序行为。电力电子学科中非线性混沌现象的研究和发现，丰富了非线性科学的内涵，引起了许多值得关注的哲学问题，扩大了人们对规律性的认识，丰富和发展了辩证法思想。

2.1对拉普拉斯决定论的冲击

混沌学告诉我们，虽然牛顿力学系统是属于确定性的，但它却存在着内在随机性；动力学系统作有规律的运动只是极其个别的，而混沌倒是自然界的一种普遍运动形式。这就从根本上动摇了拉普拉斯自然观的自然科学基础。因此，混沌学家福特说：“相对论消除了关于绝对空间与时间的幻象；量子力学则消除了关于可控测量过程的牛顿式的梦；而混沌则消除了拉普拉斯关于决定论式可预测的幻想。”[3]