淺談現(xiàn)代電力電子技術(shù)的應(yīng)用

【摘 要】隨著現(xiàn)代通訊技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)的進(jìn)步，科學(xué)技術(shù)得到迅速發(fā)展，而電力電子在這其中發(fā)揮了不可估量的作用。電子技術(shù)最早用于通訊、廣播，而如今已滲透到新型武器、電子醫(yī)療器械、電氣化設(shè)備、人造地球衛(wèi)星和宇宙飛船等領(lǐng)域，給各個(gè)領(lǐng)域都帶來(lái)了巨大的影響，沒(méi)有電子技術(shù)這個(gè)極富生命力的領(lǐng)域的迅猛發(fā)展，就沒(méi)有當(dāng)代高速發(fā)展的物質(zhì)文明和精神文明。

【關(guān)鍵詞】電力系統(tǒng) 開關(guān)電源 不間斷電源

一、電力電子技術(shù)的發(fā)展

1957年美國(guó)通用電氣公司研制出了第一個(gè)晶閘管，標(biāo)志著電力電子技術(shù)的誕生。而1958年以集成電路的誕生為標(biāo)志的微電子技術(shù)帶動(dòng)了一系列高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，標(biāo)志著第一次電子技術(shù)革命的開始?，F(xiàn)代電力電子技術(shù)的發(fā)展方向，是從以低頻技術(shù)處理問(wèn)題為主的傳統(tǒng)電力電子學(xué)，向以高頻技術(shù)處理問(wèn)題為主的現(xiàn)代電力電子學(xué)方向轉(zhuǎn)變。電力電子器件按照能被控制電路信號(hào)所控制的程度分為不可控器件、半控型器件和全控型器件。不可控器件主要指電力二極管、該二極管雖不可控，可因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便成本低，仍被廣泛應(yīng)用。半控型器件主要指晶閘管，由它所組成的電路靈活成熟、開關(guān)損耗小、開關(guān)時(shí)間短，在電源、通用逆變器、電機(jī)控制等電路中應(yīng)用廣泛。但驅(qū)動(dòng)電流大、耐浪涌電流能力差、容易受二次擊穿。以電子技術(shù)和微電子技術(shù)的發(fā)展為背景，全控型器件是在八十年代末期和九十年代初期發(fā)展起來(lái)了，主要有電力晶體管（GTR）、電力場(chǎng)效應(yīng)晶體管（電力MOSFET）、絕緣柵雙極晶體管（IGBT）。其特點(diǎn)是集高頻、高壓和大電流于一身，是大型的功率半導(dǎo)體復(fù)合器件，全控型器件的誕生表明傳統(tǒng)電力電子技術(shù)已經(jīng)進(jìn)入現(xiàn)代電力電子時(shí)代。

二、現(xiàn)代電力電子的應(yīng)用領(lǐng)域

（一）電力系統(tǒng)及節(jié)能方面

電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)領(lǐng)域中的應(yīng)用著非常廣泛和重要，在發(fā)電通過(guò)改變?cè)O(shè)備的運(yùn)行特性為主要目的；而電子技術(shù)在高壓輸電領(lǐng)域的應(yīng)用，極大的提高了電網(wǎng)運(yùn)行的穩(wěn)定性，被稱為“硅片引起的第二次革命”；在配電領(lǐng)域，則通過(guò)電力電子裝置來(lái)防止電網(wǎng)瞬間停電、瞬間電壓跌落、閃變等，以進(jìn)行電能質(zhì)量控制，加強(qiáng)供電可靠性，改善供電質(zhì)量。同時(shí)還通過(guò)減少無(wú)功損耗，提高功率指數(shù)，來(lái)達(dá)到節(jié)能的目的。在發(fā)達(dá)國(guó)家有60%以上的電能至少經(jīng)過(guò)一次以上的電力電子變流裝置進(jìn)行處理。通過(guò)這種處理可以節(jié)約能源和提高用電設(shè)備的性能。直流輸電在長(zhǎng)距離、大容量輸電中有很大的優(yōu)勢(shì)，其送電端的整流閥和受電端的逆變閥都使用晶閘管變流裝置。

（二）交通運(yùn)輸

電子技術(shù)在鐵路運(yùn)輸、船舶、航天、電動(dòng)汽車等行業(yè)都有廣泛的應(yīng)用，稱為新興產(chǎn)業(yè)不可缺少的重要技術(shù)。新型環(huán)保綠色電動(dòng)汽車與混合動(dòng)力電動(dòng)汽車都正在積極的發(fā)展中。汽車是靠汽油引擎的運(yùn)行發(fā)展起來(lái)的一種機(jī)械，它排出大量的二氧化碳與其他廢氣，嚴(yán)重污染了環(huán)境。而綠色電動(dòng)汽車的電機(jī)用蓄電池為能源，靠電力電子裝置來(lái)進(jìn)行電力變換與驅(qū)動(dòng)控制，其蓄電池的充電也是離不開電力電子技術(shù)的。顯然，未來(lái)電動(dòng)汽車大有可能取代燃油汽車。。而在電氣機(jī)車中的直流機(jī)車就是采用整流裝置來(lái)供電的，而交流機(jī)車則采用變頻裝置來(lái)供電，都離不開電子技術(shù)的應(yīng)用，直流折波器和鐵道車輛、磁懸浮列車中的電力電子技術(shù)更是關(guān)鍵技術(shù)的應(yīng)用實(shí)例。船舶、飛機(jī)也需要各種不同要求的電源，所以航海、航空都離不開電力電子技術(shù)。

（三）開關(guān)電源

首先高速發(fā)展的計(jì)算機(jī)技術(shù)在帶領(lǐng)人類進(jìn)入了信息社會(huì)的同時(shí)，也促進(jìn)了電源技術(shù)的迅速發(fā)展。八十年代，計(jì)算機(jī)全面采用了開關(guān)電源，率先完成計(jì)算機(jī)電源換代。接著開關(guān)電源技術(shù)相繼進(jìn)入了電子、電器設(shè)備領(lǐng)域。開關(guān)電源和線性電源相比，二者的成本都隨著輸出功率的增加而增長(zhǎng)，但二者增長(zhǎng)速率各異。線性電源成本在某一輸出功率點(diǎn)上，反而高于開關(guān)電源。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展和創(chuàng)新，使得開關(guān)電源技術(shù)在不斷地創(chuàng)新，這一成本反轉(zhuǎn)點(diǎn)日益向低輸出電力端移動(dòng)，這為開關(guān)電源提供了廣泛的發(fā)展空間。高頻開關(guān)電源（也稱為開關(guān)型整流器SMR）通過(guò)MOSFET或IGBT的高頻工作，開關(guān)頻率一般控制在50-100kHz范圍內(nèi)，實(shí)現(xiàn)高效率和小型化。近幾年，開關(guān)整流器的功率容量不斷擴(kuò)大，單機(jī)容量己從48V/12.5A、48V/20A擴(kuò)大到48V/200A、48V/400A。開關(guān)電源的發(fā)展方向是高頻、高可靠、低耗、低噪聲、抗干擾和模塊化，關(guān)鍵技術(shù)是高頻化。由于開關(guān)電源輕、小、薄的特點(diǎn)，其應(yīng)用日益廣泛。現(xiàn)在開關(guān)電源產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)化控制、軍工設(shè)備、科研設(shè)備、LED照明、工控設(shè)備、通訊設(shè)備、電力設(shè)備、儀器儀表、醫(yī)療設(shè)備、半導(dǎo)體制冷制熱、空氣凈化器，電子冰箱，液晶顯示器，LED燈具，通訊設(shè)備，視聽產(chǎn)品，安防監(jiān)控，LED燈袋，電腦機(jī)箱，數(shù)碼產(chǎn)品和儀器類等領(lǐng)域。

（四）不間斷電源（UPS）

電子技術(shù)帶給計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的還有不間斷電源技術(shù)。所謂不間斷電源（UPS）是指計(jì)算機(jī)、通信系統(tǒng)以及要求提供不能中斷場(chǎng)合所必須的一種高可靠、高性能的電源。交流市電輸入經(jīng)整流器變成直流，一部分能量給蓄電池組充電，另一部分能量經(jīng)逆變器變成交流，經(jīng)轉(zhuǎn)換開關(guān)送到負(fù)載。為了在逆變器故障時(shí)仍能向負(fù)載提供能量，另一路備用電源通過(guò)電源轉(zhuǎn)換開關(guān)來(lái)實(shí)現(xiàn)。目前在線式UPS的最大容量已可作到600kVA。超小型UPS發(fā)展也很迅速，已經(jīng)有0.5kVA、lkVA、2kVA、3kVA等多種規(guī)格的產(chǎn)品。

三、總結(jié)

90年代以后，電子技術(shù)朝著大功率化、模塊化、變頻化和智能化發(fā)展。電化學(xué)專業(yè)、鐵道電氣車、鋼鐵工業(yè)、電力工業(yè)的迅速發(fā)展給電力電子器件提供了用武之地。通過(guò)電子技術(shù)和微電子技術(shù)的結(jié)合，促成了功率集成電路的誕生，最終促使了大量新結(jié)構(gòu)、新材料器件等電子器件的誕生和發(fā)展，給工業(yè)、航天等帶來(lái)了極大的幫助和便利，對(duì)節(jié)約能源、改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)、發(fā)展新型產(chǎn)業(yè)作出了巨大的貢獻(xiàn)?？偠灾娏﹄娮右驊?yīng)用需求不斷向前發(fā)展，新技術(shù)的出現(xiàn)又會(huì)使許多應(yīng)用產(chǎn)品更新?lián)Q代，還會(huì)開拓更多更新的應(yīng)用領(lǐng)域。

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作者簡(jiǎn)介：李玲慧，女，1989年——，籍貫：山東省德州禹城市，本科學(xué)歷，研究方向：電力電子。