1现代电力电子技术概况

1现代电力电子技术概况电力电子技术是综合了电子技术、控制技术和电力技术而发展起来的应用性很强的新兴学科。作为一门学科，其发展始于1956年贝尔实验室发明晶闸管，其后经历了上世纪六七十年代的整流器时代，七八十年代的以0~100Hz的GTR、GTO为主角的变频调速、高压直流输出、静止或无功补偿等中低频范围应用的逆变器、变频器时代，至八九十年代以功率MOSFET和IGBT为代表，集高频、高压和大电流于一身的功率半导体复合器件的出现，表明以低频技术处理问题为主的传统电力电子技术已进入以高频技术处理问题为主的现代电力电子时代。2现代电力电子技术的应用2.1电力电子技术新能源发电中的应用可再生能源是清洁的、能不断产生、永续利用的能源。为应对不可再生能源的枯竭和环境生态危机，发达国家制定并实施一系列宏大的可再生能源计划和工程，取得快速的发展。美国和欧盟国家2008年新增可再生能源电力已经超过新增的传统能源电力，全球可再生能源电力（含水电）达到11.4亿Kmh，在世界电力结构中键的作用。同发达国家相比，我国可再生能源的增长速度滞后，已经成为电力结构调整的突出问题。新能源发电在未来几十年，总量将增加几倍。随着太阳能、生物质能、风能发电成本的大幅度下降．将极大增强竞争力，太阳能发电解决发电时间的局限性和对电网的冲击，风力发电解决土地资源利用的矛盾，需要在技术上有新的发展和突破，电力电子技术扮演着重要的角色。可再生能源和新能源发电是新能源应用的一个主要方式，电力电子技术在新能源发电中发挥着关键技术作用。2.2在工业中广泛应用工业中大量应用各种交直流电动机。直流电动机有良好的凋速性能，给其供电的可控整流电源或直流斩波电源都是电力电子装置。近年来，由于电力电子变频技术的迅速发展。使得交流电机的调速性能可与直流电机相媲美，交流调速技术大量应用并占据主导地位。大至数千Kw的各种轧钢机，小到几百W的数控机床的伺服电机，以及矿山牵引等场合都广泛采用电力电子交直流调速技术。一些对调速性能要求不高的大型鼓风机等近年来也采用了变频装置，以达到节能的目的。还有些不调速的电机为了避免起动时的电流冲击而采用了软起动装置，这种软起动装置也是电力电子装置。电化学工业大量使用直流电源，电解铝、电解食盐水等都需要大容量整流电源。电镀装置也需要整流电源。电力电子技术还大量用于冶金工业中的高频、中频感应加热电源、淬火电源及直流电弧炉电源等场合。2.3在交通运输中的应用电气化铁道中广泛采用电力电子技术。电气机车中的直流机车中采用整流装置，交流机车采用变频装置。直流斩波器也广泛用于铁道车辆。在未来的磁悬浮列车中，电力电子技术更是一项关键技术。除牵引电机传动外，车辆中的各种辅助电源也都离不开电力电子技术。电动汽车的电机靠电力电子装置进行电力变换和驱动控制，其蓄电池的充电也离不开电力电子装置。一台高级汽车中需要许多控制电机，它们也要靠变频器和斩波器驱动并拧制。飞机、船舶需要很多不同要求的电源，因此航空和航海都离不开电力电子技术。如果把电梯也算做交通运输，那么它也需要电力电子技术。以前的电梯大都采用直流调速系统，而近年来交流变频调速已成为主流。2.4计算机高效率绿色电源高速发展的计算机技术带领人类进入了信息社会，同时也促进了电源技术的迅速发展。八十年代，计算机全面采用了开关电源，率先完成计算机电源换代。接着开关电源技术相继进入了电子、电器设备领域。随着计算机技术的发展，人们提出绿色电脑和绿色电源的概念。绿色电脑泛指对环境无害的个人电脑和相关产品，绿色电源系指与绿色电脑相关的高效省电电源，根据美国环境保护署1992年6月17日“能源之星”计划规定，桌上型个人电脑或相关的外围设备，在睡眠状态下的耗电量若小于30瓦，就符合绿色电脑的要求，提高电源效率是降低电源消耗的根本途径。就目前效率为75％的200瓦开关电源而言，电源自身要消耗50瓦的能源。3电力电子技术发展趋势及应用前景当前，电力电子技术已进入高频化、标准模块化、集成化和智能时代。理论和实验证明电气产品的体积与质量反比于供电频率的平方根，频率提高对其设备的制造省材，运行节能和系统性能改善（尤其对航天工业）意义十分深远。电力电子器件高频化是其创新的主导方向，硬件结构的标准模块是器件发展的必然趋势。目前先进模块已和包括开关元件和与其反向并联的续流二极管及驱动保护电路多个单元且均以器件标准化和产品系列化，其一致性与可靠性达到极高水平。现代电力电子技术是开关电源技术发展的基础。电力电子及开关电源技术因应用需求不断向前发展，新技术的出现又会使许多应用产品更新换代，还会开拓更多更新的应用领域。开关电源高频化、模块化、数字化、绿色化等的实现，将标志着这些技术的成熟，实现高效率用电和高品质用电相结合。开关电源代替线性电源和相控电源是大势所趋。4结语电力电子技术随着新元器件的研发及现代计算机、控制技术的迅速发展而应用领域更加广泛，应用性能更加完善可靠，并引起了电力系统的重大变革，新的大功率电力电子器件的研发和应用将成为21世纪电力研究的前沿，也必将为人类社会的发展与进步作出更大的贡献。