电力电子学习论文

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电子电力技术是应用于电力领域、以电力为对象的电子的技术。

他横跨电力、电子和控制的边沿学科,是利用电力电子器件对电能进行交换和控制的一门技术。

它主要研究以普通晶闸管为代表的大功率半导体器件及由它们组成的可控整流、逆流、交流调压、直流斩波、变频器和无节点开关等内容,在实际生活中有着广泛的应用的前景。

(一)电力电子技术的发展回顾
传统的电力器件主要是晶闸管及由它派生的器件。

随着微电子技术的与电子电力技术的结合,又产生许多新型器件。

如:可关断晶闸管、电力晶体管、大功率场效应晶体管等。

总的发展趋势:大容量、高频化、模块化、功率集成化。

电力电子电路是以电力电子器件为核心,通过不同电路和各种控制实现对电能的转换和控制。

电子电力电路主要有;
(1)交流—直流变换电路:把交流电能转换为可调的直流电能的电路,又称可控整流电路。

(2)直流—交流变换电路:把直流电能转换为交流电能的电路,又称逆变电路。

(3)直流—直流变换电路:把固定的直流电能转换成可调的直流电能的电路,亦称直流斩波电路。

( 4 ) 交流—交流变换电路:把某一频率的交流电能转换成幅值、频率或相位可调的交流电能的电路。

(1)整流器时代
大功率的工业用电由工频交流发电机提供,但是大约20%的电能是以直流形式消费的,其中最典型的是电解、牵引和直流传动三大领域。

大功率硅整流器能够高效率地把工频交流电转变为直流电,因此在六十年代和七十年代,大功率硅整流管和晶闸管的开发与应用得以很大发展。

2. 逆变器时代
七十年代出现了世界范围的能源危机,交流电机变频调速因节能效果显著而迅速发展。

变频调速的关键技术是将直流电逆变为0~100Hz的交流电。

在七十年代到八十年代,随着变频调速装置的普及,大功率逆变用的晶闸管、巨型功率晶体管和门极可关断晶闸管成为当时电力电子器件的主角。

类似的应用还包括高压直流输出,静止式无功功率动态补偿等。

这时的电力电子技术已经能够实现整流和逆变,但工作频率较低,仅局限在中低频范围内。

3. 变频器时代
进入八十年代,大规模和超大规模集成电路技术的迅猛发展,为现代电力电子技术的发展奠定了基础。

将集成电路技术的精细加工技术和高压大电流技术有机结合,出现了一批全新的全控型功率器件、首先是功率M0SFET的问世,导致了中小功率电源向高频化发展,而后绝缘门极双极晶体管的出现,又为大中型功率电源向高频发展带来机遇。

MOSFET和IGBT的相继问世,是传
统的电力电子向现代电力电子转化的标志。

(二)电力电子技术发展趋势
可以肯定的说,在21世纪初国家发展中,技术创新变成了企业工作的主导内容,而发展与建立适合中国国情的电气工业的技术创新机制,通过电力电子技术长足进步推动新型电气工业不断升级和进步进而走向世界。

电力电子技术虽然具有微电子技术的许多共同特征,如发展变化都非常迅速,渗透力和创新表现十分突出,生命力格外旺盛,处于阳光产业地位,并与其它学科相互融合和发展产生新的机遇,而电力电子技术还有其自身一些独具特色的地方,如高电压、大容量及控制功率范围大,因此技术的创新难度在于必须跨越高电压大功率这一关卡,及其技术的综合难度,而电力电子器件工作的可靠性是其极其重要的一个技术指标。

为此电力电子技术的创新是与多种学科相互渗透并对各种工业领域有着极强的渗透性。

因此电力电子技术与国家的基础产业关系密切,并与国家发展的各项方针及产业政策相配合的要求在21世纪会显得越来越强烈。

电力电子技术的创新与电力电子器件制造工艺,已成为世界各国工业自动化控制和机电一体化领域竞争最激烈的阵地,各发达国家均在这一领域注入极大的人力,物力和财力,使之进入高科技行业,就电力电子技术的理论研究言,目前日本、美国及法国、荷兰、丹麦等西欧国家可以说是齐头并进,在这些国家各种先进的电力电子功率量不断开发完善,促进电力电子技术向着
高频化迈进,实现用电设备的高效节能,为真正实现工控设备的小型化,轻量化,智能化奠定了重要的技术基础,也为21世纪电力电子技术的不断拓展创新描绘了广阔的前景。

我国开发研制电力电子器件的综合技术能力与国外发达国家相比,仍有较大的差距,要发展和创新我国电力电子技术,并形成产业化规模,就必须走有中国特色的产学创新之路。

从跟从国外先进技术,逐步走上自主创新,从交叉学科的相互渗透中创新,从器件开发选择及电路结构变换上创新,这对电力技术创新是尤其实用的。

也要从器件制造工艺技术引导创新,从新材料科学的应用上创新,以此推动电力电子器制造工艺的技术创新,提高器件的可靠性。

由此形成基础积累型的创新之路。

(三)电力电子技术的最新发展及应用
现代电力电子技术的发展方向,是从以低频技术处理问题为主的传统电力电子学,向以高频技术处理问题为主的现代电力电子学方向转变。

电力电子技术作为一门高技术学科,由于其在节能、减小环境污染、改善工作条件等方面有着重要的作用,现在已广泛的应用于传统工业和高新技术产业。

下面着重讨论电力电子技术在电力系统中的一些应用:
1.在高压直流输电(HVDC)方面的应用
直流输电在技术方面有许多优点:(1)不存在系统稳定问题,可实现电网的非同期互联;(2)可以限制短路电流;(3)没有电容充电电流;(4)线路有功损耗小;(5)输送相同功率时,线路造价
低;(6)调节速度快,运行可靠;(7)适宜于海下输电。

随着大功率电子器件开断能力不断提高,新的大功率电力电子器件的出现和投入应用,高压直流输电设备的性能必将进一步得以改善,设备结构得以简化,从而减少换流站的占地面积、降低工程造价。

2.在柔性交流输电系统(FACTS)中的应用
近年来柔性交流输电技术在世界上发展迅速,已被国内外一些权威的输电工作者预测确定为“未来输电系统新时代的三项支持技术之一”。

现代电力电子技术、控制理论和通讯技术的发展为FACTS的发展提供了条件。

采用IGBT等可关断器件组成的FACTS元件可以快速、平滑地调节系统参数,从而灵活、迅速地改变系统的潮流分布。

3.在电力谐波治理方面的应用
有源滤波是治理日益严重的电力系统谐波的最理想方法之一。

有源滤波器的概念最早是在20世纪70年代初提出来的,即利用可控的功率半导体器件向电网注入与原有谐波电流幅值相等、相位相反的电流,使电源的总谐波电流为零,从而实现实时补偿谐波电流的目的。

随着中国电能质量治理工作的深入开展,使用以瞬时无功功率理论为理论基础的有源滤波器进行谐波治理将会有巨大的市场潜力。

4.在不间断电源(UPS)中的应用
UPS紧急供电系统是电力自动化系统安全可靠运行的根本保证,是计算机、通信系统以及要求提供不能中断场合所必须的一种高可靠、高性能的电源。

现代UPS普遍采用脉宽调制技术和功率M0SFET、IGBT等现代电力电子器件,降低了电源的噪声,提高了效率和可靠性。

电力电子技术已迅速发展成为一门独立的技术、学科领域。

它的应用领域几乎涉及到国民经济的各个工业部门。

毫无疑问,它将成为新世纪的关键支撑技术之一。

电力电子技术拥有许多微电子技术所具有的特征,比如发展迅速、渗透力强、生命力旺盛,并且能与其它学科相互融合和相互发展。

(注:可编辑下载,若有不当之处,请指正,谢谢!)。

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