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      電力電子技術

      時間:2019-08-16 09:32:10   作者:admin 點擊: 4 次
        電力電子技術是一門新興的應用于電力領域的電子技術,就是使用電子電力器件對電能進行變換和控制的技術。電力電子技術所變換的電力功率大到數百MW甚至GW,也可以小到數W甚至1W以下,和以信息處理為主的信息電子技術不同電力電子技術主要用于電力變換。電力電子技術分為電力電子器件制造技術和變流技術(整流,逆變,斬波,變頻,變相等)兩個分支。
       
        現已成為現代電氣工程與自動化專業不可缺少的一門專業基礎課,在培養該專業人才中占有重要地位。
       
        電力電子學(PowerElectronics)這一名稱是在上世紀60年代出現的。1974年,美國的W.Newell用一個倒三角形(如圖)對電力電子學進行了描述,認為它是由電力學、電子學和控制理論三個學科交叉而形成的。這一觀點被全世界普遍接受。“電力電子學”和“電力電子技術”是分別從學術和工程技術2個不同的角度來稱呼的。
       
        一般認為,電力電子技術的誕生是以1957年美國通用電氣公司研制出的第一個晶閘管為標志的,電力電子技術的概念和基礎就是由于晶閘管和晶閘管變流技術的發展而確立的。此前就已經有用于電力變換的電子技術,所以晶閘管出現前的時期可稱為電力電子技術的史前或黎明時期。70年代后期以門極可關斷晶閘管(GTO),電力雙極型晶體管(BJT),電力場效應管(Power-MOSFET)為代表的全控型器件全速發展(全控型器件的特點是通過對門極既柵極或基極的控制既可以使其開通又可以使其關斷)。使電力電子技術的面貌煥然一新進入了新的發展階段。80年代后期,以絕緣柵極雙極型晶體管(IGBT可看作MOSFET和BJT的復合)為代表的復合型器件集驅動功率小,開關速度快,通態壓降小,載流能力大于一身,性能優越使之成為現代電力電子技術的主導器件。為了使電力電子裝置的結構緊湊,體積減小,常常把若干個電力電子器件及必要的輔助器件做成模塊的形式,后來又把驅動,控制,保護電路和功率器件集成在一起,構成功率集成電路(PIC)。目前PIC的功率都還較小但這代表了電力電子技術發展的一個重要方向。
       
        利用電力電子器件實現工業規模電能變換的技術,有時也稱為功率電子技術。一般情況下,它是將一種形式的工業電能轉換成另一種形式的工業電能。例如,將交流電能變換成直流電能或將直流電能變換成交流電能;將工頻電源變換為設備所需頻率的電源;在正常交流電源中斷時,用逆變器(見電力變流器)將蓄電池的直流電能變換成工頻交流電能。應用電力電子技術還能實現非電能與電能之間的轉換。例如,利用太陽電池將太陽輻射能轉換成電能。與電子技術不同,電力電子技術變換的電能是作為能源而不是作為信息傳感的載體。因此人們關注的是所能轉換的電功率。
       
        電力電子技術是建立在電子學、電工原理和自動控制三大學科上的新興學科。因它本身是大功率的電技術,又大多是為應用強電的工業服務的,故常將它歸屬于電工類。電力電子技術的內容主要包括電力電子器件、電力電子電路和電力電子裝置及其系統。電力電子器件以半導體為基本材料,最常用的材料為單晶硅;它的理論基礎為半導體物理學;它的工藝技術為半導體器件工藝。近代新型電力電子器件中大量應用了微電子學的技術。電力電子電路吸收了電子學的理論基礎,根據器件的特點和電能轉換的要求,又開發出許多電能轉換電路。這些電路中還包括各種控制、觸發、保護、顯示、信息處理、繼電接觸等二次回路及外圍電路。利用這些電路,根據應用對象的不同,組成了各種用途的整機,稱為電力電子裝置。這些裝置常與負載、配套設備等組成一個系統。電子學、電工學、自動控制、信號檢測處理等技術常在這些裝置及其系統中大量應用。
       
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