电力电子论文电力培训论文浅析电力电子技术的发展.doc

电力电子论文电力培训论文：浅析电力电子技术的发展摘要：本文简要回顾了电力电子技术发展史，简述了当代电力电子技术的应用，论述了电力电子技术的创新、应用，认为该技术将对我国经济发展起到推动作用。关键词：电力电子技术；应用领域；发展趋势1引言自上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控制技术舞台，标志着电力电子技术的诞生。究竟什么是电力电子技术呢？电力电子技术就是采用功率半导体器件对电能进行转换、控制和优化利用的技术，它广泛应用于电力、电气自动化及各种电源系统等工业生产和民用部门。它是介于电力、电子和控制三大领域之间的交叉学科。目前，电力电子技术的应用已遍及电力、汽车、现代通信、机械、石化、纺织、家用电器、灯光照明、冶金、铁路、医疗设备、航空、航海等领域。进入21世纪，随着新的理论、器件、技术的不断出现，特别是与微控制器技术的日益融合，电力电子技术的应用领域也必将不断地得以拓展，随之而来的必将是智能电力电子时代。2电力电子技术应用概况2.1用电领域中的电力电子技术（1）电动机的优化运行全世界的用电量中约有60左右是通过电动机来消耗的。采用计算机电力电子技术结合的智能变频控制技术，使电动机经常处于高效状态，可以节约大量电能，具有巨大的效益。（2）高能量密度的电源应用电化学电源广泛应用在作为国民经济的铜、铝、锌、镍等有色金属以及氯碱等电解产业中；体积小、重量轻、效率高的各种开关电源应用也是十分广泛；新世纪中，随着电力电子技术的发展，变频电源应用也日益广泛；另外还有不间断电源(UPS)、稳压稳流电源、高精度洁净电源等特种电源，采用电力电子技术后，各方面指标均大大改善。2.2信息领域中的电力电子技术电力电子技术为信息技术提供先进的电源和运动控制系统，日益成为信息产品中不可缺少的一部分。在信息产品的主电路中，正在用MOS场效应管取代双极晶体管来完成各种变换，其用量越来越多。FAX机、计算机、VCD、DVD等许多整机中都装备着多种电动机。尤其在各种打印机中，离开对电动机运动的高精度控制，其打印效果是不可想象的。信息产品和其他产品中用VDMOS、IGBT做无触点开关的市场更大，程控交换机的每条线都至少用1个VDMOS管。为此，我国目前每年要进口几千万只。2.3发电领域中的电力电子技术（1）发电机的直流励磁常规发电机中励磁的建立已经由传统的直流磁励机转变为由中频交流励磁机加电力电子整流的方法，并已取得良好的经济效益，可靠性较高。（2）水轮发电机的变频励磁发电频率取决于发电机的转速。采用了电力电子技术后，将水轮发电机直流励磁转变为低频交流变频励磁。当水流量减少时，提高励磁频率，可以把发电频率补偿到额定，延长水轮发电机的发电周期，解决了水力发电中发电机工作时间受季节性水流量影响而导致的频率无法调节、浪费较多水能的问题。这对大型水力发电设施来说，可带来巨大的经济效益。（3）环保型能源发电利用太阳能、风能、潮汐能、地热能等新能源发电，是解决一次能源危机（煤、石油、天然气等石化类能源日趋匮乏）的重要途径，它们是可再生的绿色能源。但是这些能源转换的电能，其电压、频率难免波动，无法并网应用。只有通过电力电子变换装置，才能使这些波动的电能以恒压恒频方式输出，实现这些新能源的实用化。2.4储能领域中的电力电子技术如果能把发电机夜间的多余电能储存起来，调度到白天再送到电网应用，其经济价值应该是相当可观的。（1）蓄电池与电容器组储能把夜间电网提供的多余交流电整流成直流电，储存在建筑物地下室内的“蓄电池电容器组”；白天，再把这些储存的电能逆变成交流电供给整个建筑物内的用电，已经成为某些地方的时尚。（2）抽水储能发电白天，水库泄水发电；晚间，利用多余的电网电能使发电机转变成电动机运行，驱动水泵把下游水库的水抽进上游水库，增加上游水库蓄水，使白天可以更多地发电。这种电能量变换过程效率较低。（3）超导线圈的磁场储能在超导体线圈中，数十万安培的直流电流在其中流动是不会损耗的，这种储能器体积小，转换效率高。但当前还没有妥善解决如何实现交流电能同该低电压超大电流的直流电能的互相转换的问题。2.5输电领域中的电力电子技术（1）动态无功功率补偿（SVC）技术电厂生产的电能，一部分可有效地做功，对应功率称为有功功率；另一部分称为无功功率。无功的存在使发电机功率因数降低，谐波污染电网，增山加发电机和其它电气设备发热，无功的波动使电网电压波动。因此，必须对无功功率进行补偿。采用电力电子技术的动态无功功率补偿装置起着重要作用。（2）高压直流输电（HVDCT）技术在远距离输电、跨海输电、非同期（非同步）的电力系统实现联网等方面，高压直流输电优于高压交流输电。发电机发出的交流电能经过变压器变换后，再整流为直流电能，跨过几百、上千公里后，再经逆变器变换为工频交流电能，供终端用户使用。必须采用几十、乃至数百万千伏安的超大功率电力电子装置才可以实现上述功能。（3）消除谐波改善电网供电品质相位控制型电力电子设备是一谐波发生器，其大量的采用严重污染了公用电网，导致电力品质下降，危及电网安全运行；它产生的电磁干扰(EMI)也危及通信、金融、航空、交通、医疗等行业的安全运行。采用电力电子技术，特别是有源滤波技术，抑制谐波发生，实现绿色电源，是21世纪必须要解决的问题。近年来，电力电子的环境及产业都有了很大的变化。整体而言，电力电子技术的发展在许多应用领域上获得了认同。总而言之，在各种与电相关的地方，凡是要求调节控制以实现自动化、智能化的场合，电力电子技术将同微电子、计算机控制技术相辅相成，发挥巨大作用。3电力电子器件发展趋势纵观几十年的发展历史，半导体器件起到了推动电子技术发展的作用。晶闸管等电力半导体器件扮演了电力电子发展中的主要角色。进入70年代，半控型晶闸管开始形成由低电压小电流到高电压大电流的系列产品，被称为第一代电力电子器件。随着电力电子技术理论研究和半导体制造工艺水平的不断提高，先后研制出GTR、GTO、功率MOSFET等自关断全控型第二代电力电子器件。近期研制的以绝缘栅双极晶体管(IGBT)为代表的第三代电力电子器件，开始向大容量高频率、响应快、低损耗方向发展，这又是一个飞跃。步入90年代后，电力电子器件正朝着复杂化、模块化、智能化、功率集成的方向发展，以此形成了电力电子技术的理论研究、器件开发研制、应用的高新技术领域等，在国际上形成了新的技术热门。目前世界上许多大公司已开发出IPM智能化功率模块，日本三菱、东芝及美国的国际整流器公司已有成熟的产品推出。例如，日本新电元公司的IPM智能化功率模块的主要特点是：内部集成功率芯片、检测电路及驱动电路，使主电路的结构为最简；其功率芯片采用的是开关速度高、驱动电流小的IGBT，且自带电流传感器，可以高效地检测出过电流和短路电流，给功率芯片以安全的保护；在内部配线上将电源电路和驱动电路的配线长度控制到最短，从而很好地解决了浪涌电压及噪声影响误动作等问题；自带可靠的安全保护措施，当故障发生时能及时关断功率器件并发出故障信号，对芯片实施双重保护，以保证其运行的可靠性。但是，国产电力半导体器件研发生产能力还落后于世界电力电子器件的发展水平。在新世纪国际电力电子崛起之时，中国电力半导体器件的落后状态将会影响中国经济的发展，因此，国产电力半导体器件产业任重而道远。4结论我国要发展和创新电力电子技术并形成产业化规模，就必须走创新之路，即牢牢坚持和掌握产、学、研相结合的方法，走共同发展之路。从跟踪借鉴国外先进技术，逐步走自主创新之路；从交叉学科的相互渗透中创新，从器件开发选择及电路结构变换上创新，这对电力技术创新是尤其实用的。也要从器件制造工艺技术引导创新，从新材料科学的应用上创新，以此推动电力电子器件制造工艺的技术创新，提高器件的可靠性，由此形成基础积累型的创新之路。要把技术创新与产品应用及市场推广有机结合，加快科技创新的自我强化的循环，促进和带动技术创新，以使我国电力电子技术及器件制造工艺技术得以长足的发展，并形成一个全新的产业，转化为巨大的生产力，推动我国工业领域由粗放型经营走向集约型，促进国民经济高速、高效、可持续发展。参考文献：1张为佐.电力电子技术的二十年及其未来思考走向信息时代的电力电子学J.电源技术应用，2001，4(1).2俞勇祥.电力电子技术的应用概况J.新技术新工艺，2000，(10).3万遇