电力电子技术的研究与应用

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电力电子技术的发展及应用探究　西北民族大学电气工程学院刘增金　【摘要】电力电子技术，也被称为功率电子技术，就是使用电力电子器件对电能进行变换和控制的技术，是一门新兴的应用于电力领域的电子技术。现代　电力电子技术是以高新技术知识为基础的一种知识密集型技术综合，是强弱电相结合的新学科，一方面它是电子学在高电压、大电流等强电或电工领域的一个分　支，另一方面它也是电工学在低电压、大电流等电流弱电或电子领域的一个分支。当前，电力电子技术与微电子技术的结合已成为当今技术发展的主流　电力电　子技术的应用，贯穿在电能的获取、传输、变换和利用的几乎每个环节，使用电效率、节能效益、供电质量大大提高。电力电子技术的应用电气自动化中发挥越　来越重要的作用，为电能的产生和利用搭起了桥梁，为电能的输出、应用提供了更好的方式和平台，从根本上提高了电能的应用效率。本文通过介绍电力电子技　术的发展及应用，阐述了电力电子技术在国民经济中的重要作用。　【关键词】电力电子技术；功率器件；逆变；能源　１．电力电子技术的发展　自上个世纪五十年代末第一只晶闸管　问世以来，电力电子技术开始登上现代电　气传动技术舞台。以晶闸管为基础开发的　可控硅整流装置，让电能的变换和控制从　旋转变流机组和静止离子变流器进入由电　力电子器件构成的变流器时代，是电气传　动史上的一次革命。随着电力电子技术理　论研究与制造工艺水平的不断提高，电力　电子器件的功能与应用迅速在得发展，先　后经历了整流器时代、逆变器时代和变频　器时代，随着电力电子技术在更多新领域　的应用与发展表明电力电子技术已经进入　现代电力电子时代。八十年代末期和九十　年代初期发展起来的、以功率ＭＯＳＦＥＴ和　ＩＧＢＴ为代表的、集高频、高压和大电流于　一身的功率半导体复合器件，表明传统电　力电子技术已经进入现代电力电子时代。　１．１晶闸管整流时代　大功率的工业用电由工频（５０Ｈｚ）　交流发电机来提供的，在应用过程中，大　约有２０％的电能是以直流形式消费的，譬　如电解（有色金属和化工原料需要直流电　解）、牵引（电气机车、电传动的内燃机　车、地铁机车、城市无轨电车等）、直流　传动（轧钢、造纸等）等几大领域。大功　率硅整流器能够高效率的把工频交流电转　变为直流电，在上世纪六十年代和七十年　代，大功率硅整流管和晶闸管的开发与应　用快速发展。国内曾经掀起了各地大办硅　整流器厂的热潮，当前我国大大小小的制　造硅整流器的半导体厂家大多是那个时代　建设的。这一时期称之为电力电子技术的　晶闸管时代。　１．２电力电子技术的逆变时代　上世纪７Ｏ年代后，随着自关断器件　的出现，电力电子技术进入了逆变时代。　当时的世界范围的能源危机，让交流电机　变频调速因节能效果显著而得到了迅猛发　展。变频调速的关键技术是将直流电逆变　为０　ｌＯＯＨｚ的交流电，大功率逆变用的晶　闸管以及巨型功率晶体管（ＧＴＲ）和门极　可关断晶闸管（ＧＴＯ）很快成为当时电力　电子器件的主要角色。虽然这时的电力电　子技术已经能够实现整流和逆变的功能，　但仅局限在中低频范围内，工作频率相对　较低。　１．３现代电力电子变频器时代　上世纪八十年代后，大规模和超大　规模集成电路技术得到了广泛的应用，为　电力电子技术的快速发展打下了良好的基　础。集成电路技术的精细加工技术和高压　大电流技术有机结合应用。以功率ＭＯＳＦＥＴ　和ＩＧＢＴ为代表的集高频、高压和大电流于　一身的功率半导体复合器件以及以低频技　术处理问题为主的传统电力电子学正在向　高频技术处理问题为主的现代电力电子学　转变。这种现象表明，传统电力电子技术　已经进入现代电力电子变频器时代。这一　时期，各种新型器件应用大规模集成电路　技术，向复合化、模块化的方向发展，让　电力电子器件结构紧凑、体积缩小，同时　能够综合不同器件的优点。这些新型器件　的发展，为交流电机变频调速提供了较高　的频率，使其性能更加完善可靠，同时使　现代电子技术不断向高频化发展，为用电　设备的高效节材节能、实现小型轻量化、机　电一体化和智能化打下了重要的技术基础。　２．电力电子的技术应用　当前，电力电子技术的应用越来越　广泛。世界上一些先进工业国家正处于由　“工业经济”模式向“信息经济”模式转　变的时期，而电力电子技术是改造传统产　业、支持高新技术发展的基础，是信息产　业与传统产业之间的桥梁纽带，近些年　来，随着新型器件的开发与性能的改善与　提高，更多高性能的电力变流装置已经被　广泛使用。这不仅促进了电力电子学自身　的发展，而且影响着半导体材料技术、大　规模集成电路技术、自动控制技术、信息　传递与处理技术及电路拓扑技术的进步。　因此，电力电子技术的应用已经成为一门　有着广阔应用前景，发展方兴未艾的技　术，在国民经济中的地位越来越重要。　２．１电力电子技术在再生能源发电中　的应用　当前世界的能源结构，仍是以资源有　限、污染严重的化石燃料为主要电力能源，　但清洁干净的可再生能源如太阳能、风　能、水能、海洋能、生物质能、地热能、　燃料电池等再生能源也开始进入快速发　展时期。这些新兴的绿色能源，以其永不　（下转第２５页）　／＇２０１１．０９／电．Ｉｔ盛鼻

电力电子技术的应用研究及发展趋势

电力电子技术是一种应用极广的技术，它涉及到包括电力系统、工业、交通、家电等领域的许多方面。随着社会经济的发展和科技不断进步，电力电子技术的应用越发普遍，其应用领域也在不断扩大。在这篇文章中，我将从电力电子技术的分类、应用研究和未来发展三个方面来谈谈电力电子技术的应用研究及发展趋势。

一、电力电子技术的分类

电力电子技术根据其不同的功率等级、用途和原理等因素，可以分为多种不同的类别。其中比较常见的主要有以下几种：

1、直流-直流变换器

直流-直流变换器可以将直流电压转换、升压或降压，常见的应用有开关电源、电动机驱动系统等。直流-直流变换器具有简单的控制、高效率和稳定性，目前在交通、能源、石化、冶金等领域中得到了广泛的应用。

2、交流-直流变流器

交流-直流变流器可以将交流电转换为直流电供电使用，常见的应用有风力发电、光伏发电等。这种变换器具有高效、可靠和可控的特点，是现代电力系统中最重要的组成部分之一。

3、交流-交流变换器

交流-交流变换器可以改变交流电的频率和电压等参数，常见的应用有电动机驱动系统、变频空调、UPS等。交流-交流变换器在工业、家电等领域中应用广泛，目前已经成为了工业发展的关键技术之一。

二、电力电子技术的应用研究 随着电力电子技术的不断发展和进步，其应用领域也在不断拓展。在应用研究方面，电力电子技术主要有以下几个方向：

1、高电压高功率应用

随着电力系统的发展和能源消费增长，电力电子技术在高电压高功率领域的应用范围也在不断扩大。高电压高功率应用主要包括超高压输电、逆变器、脉冲电源、高压直流输电等。电力电子技术在这些领域中的应用，可以提高电力系统的可靠性、效率和稳定性，同时也可以改善电力系统的质量和环境问题。

2、新能源发电系统

新能源发电系统是近年来最热门的电力电子技术应用之一。新能源发电系统包括太阳能发电、风力发电、潮汐能发电等。电力电子技术在新能源发电系统中的应用，可以将风、光等无法控制的能源转化为易于控制的电能，提高了整个发电系统的效率。

电力电子技术及其发展趋势

近年来，电力电子技术在能源领域发挥着越来越重要的作用。它是一门研究关于电能的控制、调节以及转换的学科，广泛应用于电力传输、电力变流与变频、能源储存等领域。本文将介绍电力电子技术的基本原理和常见应用，并展望其未来的发展趋势。

一、电力电子技术的基本原理

1.1 电力电子器件

电力电子器件是电力电子技术的重要基础，它被用于控制和调节电能流动。常见的电力电子器件包括二极管、晶体管、场效应管、开关管等。这些器件通过开关操作，可以实现对电能的高效控制和转换，使得电能能够适应不同的工作状态和负载需求。

1.2 开关电源技术

开关电源技术是电力电子技术中的一个重要方向，它能够将交流电能转换为直流电能，并通过开关器件进行高效控制。开关电源具有体积小、效率高、功率密度大等特点，广泛应用于各个领域，如军事、通信、工业等。而且，开关电源还可以实现电能的变压、变频和变流等功能，满足各种复杂的电能需求。

1.3 电力电子控制技术

电力电子控制技术是电力电子技术的核心内容，它通过对电力电子器件和开关电源的控制，实现对电能的精确调节和控制。电力电子控制技术可以使电能的传输和转换更加高效、可靠，同时也可以提高电能的质量和稳定性，确保电能系统的安全运行。

二、电力电子技术的应用领域

2.1 电力传输

电力传输是电力电子技术的主要应用领域之一。在长距离电力传输中，电力电子技术可以实现输电线路的无功补偿、无功控制、降低线路损耗等功能，提高电力传输效率。而在直流输电领域，电力电子技术可以实现高功率的直流变换和逆变，实现长距离、大容量的电能传输。

2.2 电力变流与变频

电力变流与变频是电力电子技术的另一个重要应用领域。通过电力电子器件和控制技术，可以实现交流电能向直流电能的转换，或者将一种频率的交流电能转换为另一种频率的交流电能。这对于电机调速、电力系统的稳定性等方面都具有重要意义。

2.3 能源储存

能源储存是近年来电力电子技术的研究热点之一。随着能源的不断消耗和环境的不断恶化，能源储存技术具有重要的意义。电力电子技术可以实现对电能的快速存储和释放，为能源储存和利用提供支持。尤其是在分布式能源、新能源车辆等领域，电力电子技术将起到越来越重要的作用。

电工与电子技术的应用与发展

电工与电子技术是进入电气化时代后，在电工方面所产生的一种技术，这种技术在电仪器设备，与电路以及电动装置有关的技术领域方面等都有着广泛的应用。其在很多高新技术领域、驱动领域、微型光芯片领域等都有着一定程度的发展。这些发展与应用都在一定程度上为我国人民的生产、生活提供了很多的便利。本文针对电工与电子技术的应用与发展做出以下探讨。

标签：电工与电子技术;应用;发展

电工与电子技术是在物理电学、磁学的理论指导下所产生的一种技术，它的发展与应用是在我国电力工程的实际发展需求下进行的。而实际上，随着科学技术日新月异式的发展，电工与电子技术又产生了一些新的发展与应用，这些发展与应用为我国的工业生产、人民的日常工作与生活都提供了极大的便利，也是我国电工电子技术发展迅速的一个标志。

1.电工与电子技术的概述

电工电子技术主要是一门研究简单电路、组合逻辑电路、数字及时序逻辑电路的一种技术，这一技术涉及到与电路学相关的知识、电路分析，电路规律等，还涉及到数学上的逻辑函数与代数等，此外，对物理学方面的晶体管与集成电路的相关知识等都有一些内容的涉及。总的来说，这项技术的发展得益于很多方面的，尤其是电子计算机技术的发展。目前，这项技术在工业、生产业等都有着广泛的应用，也拥有着相对广阔的发展前景。

2.电工与电子技术的应用发展现状

从国内的电工与电子技术的发展来看，其主要有两方面的偏向发展，一是偏向于弱电方向发展，这一发展主要在针对通信技术以及高频信号处理方面等的相关技术发展迅速，在实际的应用发展上，较为着重于芯片的精益化制造，譬如，在宽带光缆芯片的制造方面，实现了宽带光缆芯片的体积缩小化、功能更强大化的制造[1]。二是偏向于强电化方向发展，即在电动控制方面，变频调节技术方面，电能质量的改变方面以及超高压技术方面都有着较快速度的发展。

3.电工与电子技术的具体应用

3.1 在工业方面的具体应用

电工与电子技术在工业方面有着很多细分的应用，就石油加工工业而言，电工电子技术的应用就相对广泛。具体来说，这一技术在石油的整个产生、炼造方面都起着重要的作用，在石油的最初开采过程中，电工电子技术扮演着石油勘测的信号控制与处理的角色，通过电子技术的应用，使得石油的整体信号监测更加快捷、准确，提高了石油的开采效率;在石油正常开采过程中，电工与电子技术