淺析電力電子技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用

靳雅微

摘要：在我國經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展的過程中，電力電子技術(shù)起著十分重要的作用，涉及到工業(yè)、交通運(yùn)輸工具、信息電子等多個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用，因此，電力電子行業(yè)的發(fā)展空間是巨大的，政府應(yīng)該使用多種手段，促進(jìn)電力電子行業(yè)的快速發(fā)展。另外，隨著社會(huì)的不斷發(fā)展，人們對電力電子技術(shù)的要求會(huì)越來越高，所以還應(yīng)該對電力電子技術(shù)不斷地進(jìn)行完善和創(chuàng)新。本文對電力電子技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用進(jìn)行了探討。

關(guān)鍵詞：電力電子技術(shù)；發(fā)展；應(yīng)用

前言

在當(dāng)前經(jīng)濟(jì)顯著發(fā)展的形勢下，電力電子技術(shù)有著巨大的發(fā)展?jié)摿?。通過科學(xué)應(yīng)用電力電子技術(shù)，可有效提升我國的科學(xué)水平及經(jīng)濟(jì)建設(shè)的整體發(fā)展水平，并且在不斷的發(fā)展進(jìn)程中，還會(huì)促進(jìn)生產(chǎn)效率的提高以及電力能源的節(jié)約，進(jìn)而為現(xiàn)代化發(fā)展提供最大化的動(dòng)力支持。

1電力電子技術(shù)的重要作用

1.1提高和改善電能質(zhì)量

在現(xiàn)代文明社會(huì)中電力是主要的動(dòng)力源。由電廠發(fā)出送上電網(wǎng)的交流電（稱為市電）一般電壓和頻率穩(wěn)定波形為正弦，但用戶使用的設(shè)備常使電網(wǎng)無功損耗增加；加上一些自然和人為因素，常招致電壓跌落閃變、瞬時(shí)停電等，大量非線性故障負(fù)載的使用，使電網(wǎng)中出現(xiàn)各次有害的諧波波形，使電網(wǎng)發(fā)生嚴(yán)重畸變，已成為電網(wǎng)的一種公害，而采用由電力電子器件構(gòu)成的各種控制器和補(bǔ)償器則可有效地提高和改善電能質(zhì)量。近年致力研究的柔性交流輸電系統(tǒng)就是為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。至于建造經(jīng)濟(jì)性和技術(shù)性均優(yōu)越的直流輸電，將交流變?yōu)橹绷鬟h(yuǎn)距離輸送再變換為交流市電，更是離不開電力電子技術(shù)。

1.2優(yōu)化電能使用

優(yōu)化電能的處理裝置，力求電能的使用目標(biāo)達(dá)到合理、高效、節(jié)約，實(shí)現(xiàn)電能最佳化發(fā)展。例如，在節(jié)電節(jié)能方面，針對電力牽引、風(fēng)機(jī)水泵、軋機(jī)冶煉、工業(yè)窯爐、輕工造紙、感應(yīng)加熱、化工電焊等方面的調(diào)查，一般情況下節(jié)能效果可以達(dá)到10%～40%，國家已將許多節(jié)能節(jié)電的項(xiàng)目推廣試用。例如作為與物質(zhì)生產(chǎn)息息相關(guān)、以功率處理為對象的電力電子技術(shù)正成為緩解人類所面臨的能源危機(jī)、資源危機(jī)和環(huán)境危機(jī)威脅的重要技術(shù)手段之一。

1.3改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)和發(fā)展機(jī)電一體化等新興產(chǎn)業(yè)

特別是電力電子變頻技術(shù)及高頻化技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，使機(jī)電設(shè)備將傳統(tǒng)的工頻技術(shù)突破，轉(zhuǎn)向高頻化發(fā)展。使機(jī)電設(shè)備體積減小了幾倍甚至幾十倍，趨向高速化響應(yīng)速度，并實(shí)現(xiàn)無噪音方向發(fā)展，從而實(shí)現(xiàn)最佳工作效率，提高了全新的用途及功能。

2電力電子技術(shù)的發(fā)展

隨著上世紀(jì)五十年代末，世界上第一支晶閘管的問世以來，電力電氣技術(shù)就開始在世界的現(xiàn)代電氣傳輸技術(shù)上大放異彩。由于晶閘管的問世，使得可控流硅整裝置的開發(fā)提上了日程。隨著可控流硅整裝置的成功開發(fā)，電能的變換和控制從傳統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)變流機(jī)組和靜止離子變流器進(jìn)入了由電力電子器件控制的變流時(shí)代。所以總的來看電力電子技術(shù)的發(fā)展經(jīng)過了晶閘管整流時(shí)代、電力電子的逆變時(shí)代、現(xiàn)代電力電子變頻器時(shí)代這三個(gè)重要的階段。

（1）晶閘管整流時(shí)代。上世紀(jì)五十年代末以前，經(jīng)濟(jì)發(fā)展所需要使用的大功率用電主要是由工頻交流發(fā)電機(jī)來提供的。但是，由于當(dāng)時(shí)技術(shù)的不發(fā)達(dá)，所產(chǎn)生的交流電在使用的過程中總有大約20%的電能以直流的形式來進(jìn)行使用的。這20%的直流電使用的領(lǐng)域主要包括：電解、牽引、直流傳動(dòng)等領(lǐng)域。但是，隨著晶閘管的成功研制，以及可控流硅整裝置的成功開發(fā)，使得由工頻發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的交流電能夠被直接轉(zhuǎn)化為直流電。可控流硅整裝置的大規(guī)模使用極大的促進(jìn)了一些以使用直流電為基礎(chǔ)的產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展。

（2）電力電子技術(shù)的逆變時(shí)代。隨著自關(guān)斷器件在上世紀(jì)70年代末的成功研制以及大范圍的應(yīng)用，電力電子技術(shù)成功的從晶閘管整流時(shí)代進(jìn)入到了電力電子技術(shù)的逆變時(shí)代。由于上世紀(jì)70年代以后爆發(fā)世界范圍內(nèi)的能源危機(jī)，為了解決能源危機(jī)帶來的一些經(jīng)濟(jì)發(fā)展問題，交流電機(jī)變頻調(diào)速因節(jié)能效果顯著而被迅速的關(guān)注并得到了迅猛的發(fā)展。將直流電變成0～100Hz的交流電是整個(gè)變頻調(diào)速技術(shù)的關(guān)鍵技術(shù)所在。在大功率逆變過程中所使用的晶閘管以及巨型功率晶體管（GTR）和門極可關(guān)斷晶閘管（GT0）快速的成為當(dāng)時(shí)電力電子技術(shù)市場上的器件主要角色。雖然能夠?qū)崿F(xiàn)直流電和交流電的相互轉(zhuǎn)換，但是這種轉(zhuǎn)換依舊只是存在于低頻的工作范圍之內(nèi)，即所用的工作頻率較低。

（3）現(xiàn)代電力電子變頻器時(shí)代。隨著大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路的快速發(fā)展，為新的電力電子技術(shù)使用時(shí)代打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)?，F(xiàn)代電力電子變頻器主要是集成電路的精加工技術(shù)和高壓大電流技術(shù)的有機(jī)結(jié)合。以高頻、高電壓和大電流于一身的功率半導(dǎo)體復(fù)合器件以及以低頻技術(shù)處理問題為主的傳統(tǒng)電力電子學(xué)正在向著以高頻技術(shù)處理問題為主的現(xiàn)代電力電子學(xué)技術(shù)轉(zhuǎn)變。在這個(gè)時(shí)期內(nèi)，由于大規(guī)模集成電路的設(shè)計(jì)思想被應(yīng)用到各種新型器件的設(shè)計(jì)之中去，所以各種器件正在向著復(fù)合化、模塊化的方向發(fā)展。在電子器件結(jié)構(gòu)緊縮、體積變小的同時(shí)還能夠使其綜合各種不同部件的優(yōu)點(diǎn)。交流電機(jī)變頻調(diào)速能夠使用較高的頻率離不開這些新型器件的發(fā)展使用，并且在不斷的發(fā)展使用過程中，交流電機(jī)的變頻調(diào)速的性能已經(jīng)變得越發(fā)的成熟可靠。

3電力電子技術(shù)的應(yīng)用

3.1電力電子技術(shù)在工業(yè)中的應(yīng)用

電力電子技術(shù)在工業(yè)中的應(yīng)用主要表現(xiàn)在直流電動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)方面。目前，在變頻技術(shù)不斷發(fā)展的形勢下，交流電機(jī)也會(huì)具備良好的調(diào)試功能，因此，在工業(yè)中不管是軋鋼機(jī)還是數(shù)控機(jī)床都會(huì)選擇直流調(diào)速技術(shù)。變頻調(diào)速技術(shù)節(jié)能功效十分明顯，許多工業(yè)部門把鼓風(fēng)機(jī)也安裝了變頻設(shè)備，而且使用啟動(dòng)設(shè)備的許多電機(jī)，運(yùn)用電力電子設(shè)備的功能合理地避免了在啟動(dòng)的一剎那來自電流的強(qiáng)烈沖擊。另外，電力電子技術(shù)在人們?nèi)粘Ｊ褂玫碾娖髦幸脖淮罅康剡\(yùn)用，比如用于照明的節(jié)能燈管，具有體積小、效率高的特點(diǎn)，而且還能夠合理地節(jié)約電能。與此同時(shí)，日常使用的電器中電源部分也離不開電力電子技術(shù)，因此，電力電子技術(shù)和人們的生活密不可分。

3.2電力電子技術(shù)在交通運(yùn)輸工具中的應(yīng)用

據(jù)調(diào)查得知，我國電氣機(jī)車類型中直流機(jī)車所使用的是整流設(shè)備，交流機(jī)車所使用的也是變頻設(shè)備，直流斬波器也被大力地推薦到鐵道車輛的應(yīng)用中，電力電子技術(shù)是我國在以后實(shí)現(xiàn)磁懸浮列車的重要部分。電動(dòng)汽車的電機(jī)主要是運(yùn)用電力電子設(shè)備把電力進(jìn)行轉(zhuǎn)換和控制，而蓄電池作為電動(dòng)汽車的主要構(gòu)造部分也設(shè)計(jì)到電力電子技術(shù)的應(yīng)用。任何一輛高級汽車中都必須要具備各種用于控制的電機(jī)，也需要依靠變頻器技術(shù)和斬波器驅(qū)動(dòng)技術(shù)進(jìn)行合理的控制。飛機(jī)和輪船也需要具備各種相關(guān)要求的電源，所以，不管是用于航空還是航海，電力電子技術(shù)都是不可缺少的一部分。

3.3電力電子技術(shù)在信息電子中的應(yīng)用

各種各樣的電子設(shè)備通常都需要根據(jù)電壓等級的劃分來提供直流電源。在人們?nèi)粘Ｊ褂玫耐ㄐ旁O(shè)備中，遠(yuǎn)程控制交換機(jī)所使用的直流電源在以往都是選擇晶閘管整流電源。但是，隨著電力電子技術(shù)的不斷發(fā)展，現(xiàn)在已經(jīng)全部更換為全控型器件的高頻開關(guān)電源。在各種各樣的電子設(shè)備中，在以往都是選擇線性穩(wěn)壓電源提供用電，而現(xiàn)在高頻開關(guān)一些優(yōu)越的性能逐步代替了線性電源，如運(yùn)用穩(wěn)定且效率較高等。

結(jié)束語

總之，電力電子技術(shù)已經(jīng)有了很大的發(fā)展，并且給我們的生活、工作都帶來了不小的方便。相信隨著技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，電力電子技術(shù)比較有著更大的發(fā)展，并為各行各業(yè)的繁榮做出貢獻(xiàn)。

參考文獻(xiàn)

[1]于振江，彭龍生.電力系統(tǒng)中電氣自動(dòng)化技術(shù)的研究[J].價(jià)值工程.2017（32）

[2]萬延.論電力自動(dòng)化系統(tǒng)中電子信息技術(shù)應(yīng)用研究[J].電子測試.2017（21）

[3]王琦.試論現(xiàn)代電力電子技術(shù)的發(fā)展及其應(yīng)用[J].現(xiàn)代信息科技.2017（04）

[4]華愛琴.對現(xiàn)代電力電子技術(shù)應(yīng)用的幾點(diǎn)探討[J].數(shù)字通信世界.2017（07）

（作者單位：大連愛麗思生活用品有限公司）