電力電子技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用探究

張國柱

【摘 要】本文筆者首先簡單介紹了電力電子技術(shù)的發(fā)展歷程，進(jìn)而分析了電力電子技術(shù)在各領(lǐng)域的具體應(yīng)用，在一定程度上體現(xiàn)了該技術(shù)在我國國民經(jīng)濟(jì)中所具有的重要作用。

【關(guān)鍵詞】電力電子技術(shù)；發(fā)展；應(yīng)用

0前言

電力電子技術(shù)指的是通過運(yùn)用電力電子器件進(jìn)行控制和轉(zhuǎn)換電能的一種技術(shù)，也被稱作為是功率電子技術(shù)，它是在電力領(lǐng)域應(yīng)用的一門新型的技術(shù)。而現(xiàn)代化的電力電子技術(shù)則是知識密集型的一種技術(shù)，它的理論基礎(chǔ)是高新技術(shù)知識。事實(shí)上，它是電子學(xué)在大電流、高電壓等電工或強(qiáng)電領(lǐng)域的分支，另外也是電工學(xué)在電子或電流弱點(diǎn)領(lǐng)域的分支。微電子技術(shù)與電力電子技術(shù)的結(jié)合已經(jīng)是現(xiàn)階段技術(shù)的發(fā)展主流。在電能的傳輸、獲取、利用、變換等各環(huán)節(jié)都會應(yīng)用到電力電子技術(shù)，它在很大程度上提高了節(jié)能效益、用電效率和供電質(zhì)量。在電氣自動(dòng)化領(lǐng)域中電力電子技術(shù)所發(fā)揮的作用越來越重要，它為電能的產(chǎn)生、輸出、利用提供了很好的平臺，從而從根本上使電能的利用效率得以提升[1]。

1電力電子技術(shù)的發(fā)展歷程

第一只晶閘管是上世紀(jì)50年代問世的，自此以后，電力電子技術(shù)開始應(yīng)用于現(xiàn)代電氣傳動(dòng)領(lǐng)域中。在晶閘管的基礎(chǔ)上又開發(fā)了包括可控硅整流裝置在內(nèi)的一系列設(shè)備，從而使電能的控制和轉(zhuǎn)換進(jìn)入了變流器時(shí)代。隨著電力電子技術(shù)的工藝制造水平的逐漸完善和提高，電力電子器件相關(guān)的功能和應(yīng)用也得到迅速的發(fā)展，前后共經(jīng)歷晶閘管整流時(shí)代、逆變時(shí)代、變頻器時(shí)代。在80年代末90年代初，正式步入了現(xiàn)代電力電子時(shí)代。

1.1電力電子技術(shù)的晶閘管整流時(shí)代

大功率工業(yè)用電的來源主要是工頻（50Hz）交流發(fā)電機(jī)，大約有五分之一的電能在實(shí)際的應(yīng)用過程中以直流的形式消耗了，諸如造紙和軋鋼等的直流傳動(dòng)、城市無軌電車以及電氣和地鐵機(jī)車等的牽引、化工原料和有色金屬等的直流電解這些領(lǐng)域。工頻交流電對直流電的高效率轉(zhuǎn)變是通過大功率硅整流器實(shí)現(xiàn)的。在上世紀(jì)六、七十年代晶閘管和大功率硅整流管的應(yīng)用和開發(fā)取得了高速的發(fā)展。曾經(jīng)有一段時(shí)間全國各地都進(jìn)入了創(chuàng)辦硅整流器廠的高潮，目前一些生產(chǎn)硅整流器半導(dǎo)體的廠家就是在那個(gè)時(shí)期成立的。人們也稱這個(gè)時(shí)期為晶閘管整流時(shí)期。

1.2電力電子技術(shù)的逆變時(shí)代

電力電子技術(shù)的逆變時(shí)代是在上個(gè)世紀(jì)七十年代之后產(chǎn)生的，自關(guān)斷器件就是在這個(gè)時(shí)代被制造出來的。當(dāng)時(shí)整個(gè)世界范圍都爆發(fā)了能源危機(jī)，而交流電機(jī)的變頻調(diào)速技術(shù)能夠在很大程度上節(jié)約能源，因?yàn)檫@樣的原因它得到了快速的發(fā)展。變頻調(diào)速這項(xiàng)技術(shù)能夠把直流電通過逆變成為范圍是0-100Hz的交流電。進(jìn)行大功率逆變所需要的門極可關(guān)斷晶閘管、巨型功率晶體管以及晶閘管等器件是當(dāng)時(shí)電力電子配套器件中非常重要的組成部分。盡管這個(gè)時(shí)期的電力電子技術(shù)在一定程度上可以進(jìn)行逆變和整流，但是受到中低頻范圍的限制，其工作的頻率比較低[2]。

1.3現(xiàn)代電力電子變頻器時(shí)代

集成電路技術(shù)在上個(gè)世紀(jì)80年代之后得到了非常廣泛的應(yīng)用，為后續(xù)電力電子技術(shù)能夠迅猛發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。將集成電路技術(shù)的高壓電流技術(shù)和精細(xì)加工技術(shù)進(jìn)行有機(jī)的結(jié)合，然后再投入使用。傳統(tǒng)電力電子學(xué)和半導(dǎo)體復(fù)合器件正在向現(xiàn)代電力電子學(xué)轉(zhuǎn)變。這代表著傳統(tǒng)的電力電子技術(shù)正式步入了現(xiàn)代電力電子變頻器時(shí)代。因?yàn)榇笠?guī)模集成電路技術(shù)的出現(xiàn)使得各種新型器件的發(fā)展方向轉(zhuǎn)變?yōu)槟K化、復(fù)合化，生產(chǎn)出具有體積小、結(jié)構(gòu)緊湊的電力電子器件，而且還將各種器件的優(yōu)點(diǎn)綜合到一起。這些器件的出現(xiàn)完善了變頻調(diào)速的性能，同時(shí)也為實(shí)現(xiàn)用電設(shè)備的節(jié)能、機(jī)電智能化和一體化、小型輕量化的進(jìn)一步發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

2電力電子技術(shù)的具體應(yīng)用

現(xiàn)階段，電力電子技術(shù)得到了越來越廣泛的應(yīng)用。好多先進(jìn)的國家正在由工業(yè)經(jīng)濟(jì)模式逐漸轉(zhuǎn)變成為信息經(jīng)濟(jì)模式。而電力電子技術(shù)是進(jìn)行傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)改造、發(fā)展高新技術(shù)的重要基礎(chǔ)，它在傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)和信息產(chǎn)業(yè)之間建立其了紐帶和橋梁。隨著近年來一些新型器件性能的逐漸提高和完善，許多高性能的變流裝置得到了廣泛的應(yīng)用。這不僅促使電力電子技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，而且對自動(dòng)控制技術(shù)、集成電路技術(shù)、半導(dǎo)體技術(shù)、電路拓?fù)浼夹g(shù)以及信息傳遞技術(shù)等的進(jìn)步也有重要的影響。由此可見，電力電子技術(shù)的應(yīng)用前景非常廣闊，在我國國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展中占有越來越重要的地位。

2.1在再生能源發(fā)電領(lǐng)域的應(yīng)用

現(xiàn)階段，電力能源主要是來源于污染嚴(yán)重、資源有限的化石燃料。但是，一些可再生能源諸如水能、風(fēng)能、太陽能、地?zé)崮?、生物質(zhì)能、海洋能以及燃料電池等步入了快速發(fā)展階段。這些可再生的綠色能源具有不受地域資源限制、無污染、永不枯竭等優(yōu)勢，因此在很多領(lǐng)域都得到非常廣泛的應(yīng)用。據(jù)預(yù)測，到2060年的時(shí)候世界上一半以上的電力能源消耗都將來源于可再生資源。

風(fēng)能是可再生資源里比較重要的部分，而風(fēng)能資源在全球范圍內(nèi)都比較豐富。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，風(fēng)能的潛能是全球用電量的五倍以上。此外，風(fēng)能發(fā)電還不會產(chǎn)生污染，還能使全球二氧化碳的排放量得以降低，而且風(fēng)能發(fā)電還具有投資靈活、周期短、占地少的優(yōu)勢，它能產(chǎn)生很好的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。在可再生資源中太陽能和水能也占有非常重要的位置。我國目前水電所蘊(yùn)藏的能量大約是6.67億千瓦，其中有3.78億千瓦能夠開發(fā)，具有很大的開發(fā)潛力。太陽能光伏發(fā)電是能源領(lǐng)域非常新鮮的力量，而且其資源也非常豐富。無論是太陽能發(fā)電還是水能發(fā)電都需要運(yùn)用現(xiàn)代電力電子技術(shù)[3]。

2.2在電力節(jié)能領(lǐng)域的應(yīng)用

現(xiàn)階段，電力與現(xiàn)代工業(yè)能源具有越來越密切的關(guān)系，電力因?yàn)榫哂欣寐矢?、使用范圍廣、穩(wěn)定、清潔等優(yōu)勢，因此廣泛的應(yīng)用于現(xiàn)代工業(yè)領(lǐng)域的方方面面，電能已經(jīng)成為現(xiàn)代工業(yè)領(lǐng)域的能量的源泉。據(jù)調(diào)查顯示，我國工業(yè)用電量的增長速度是每年15.9%。但是很多的發(fā)展中國家的工業(yè)用電還不是很合理，用電效率比較低，造成了對資源的浪費(fèi)。隨著世界上化石能源越來越枯竭，降低電能消耗具有非常重要的意義，而要想降低電源消耗、提高電源效率就必須運(yùn)用現(xiàn)代化的電力電子技術(shù)，從而達(dá)到節(jié)約原材料、優(yōu)化性能的目的。

2.3在改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用

電力電子技術(shù)是計(jì)算機(jī)與機(jī)電設(shè)備的重要媒介，也是連接弱電控制強(qiáng)電的紐帶，它為微電子技術(shù)應(yīng)用于新興產(chǎn)業(yè)和傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域提供了條件。在傳統(tǒng)工業(yè)領(lǐng)域中應(yīng)用電力電子技術(shù)，電能通過控制系統(tǒng)可以轉(zhuǎn)化成勞動(dòng)力，從而把工人們從環(huán)境惡劣、勞動(dòng)強(qiáng)度大的工作環(huán)境中解放出來，進(jìn)入現(xiàn)代化智能的工作環(huán)境中工作，這在很大程度上使勞動(dòng)生產(chǎn)力得到提高，從而使很多環(huán)境問題得到解決[4]。

3結(jié)語

綜上所述，電力電子技術(shù)是一各發(fā)展前景非常廣闊的產(chǎn)業(yè)，它是一門綜合信息、智力、知識的密集型技術(shù)，具有實(shí)用性高、應(yīng)用范圍廣、高效節(jié)能的優(yōu)勢，幾乎會涉及到用電方面的所有領(lǐng)域。通過對電力電子技術(shù)進(jìn)行科學(xué)的應(yīng)用，能夠在一定程度上有效的提升我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展水平，而且還會對節(jié)約電力能源和提高生產(chǎn)效率起到積極的促進(jìn)作用。因此，電力電子技術(shù)必然會成為我國國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中非常重要的產(chǎn)業(yè)。

參考文獻(xiàn)：

[1]熬揚(yáng)浩.電力電子技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用探究[J].電子測試，2016，06：127.

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[3]劉增金.電力電子技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用探究[J].電子世界，2011，09：19—25.

[4]張秀菊，張劍樞.電力電子技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用探究[J].山東工業(yè)技術(shù)，2015，21：179.