電力電子技術(shù)應用、是培養電力電子專(zhuān)業(yè)人才

電力電子技術(shù)應用、是培養電力電子專(zhuān)業(yè)人才

創(chuàng )新與發(fā)展是當今時(shí)代的主題，電力電子技術(shù)正隨著(zhù)創(chuàng )新發(fā)展的潮流，在促進(jìn)我國經(jīng)濟體向綠色華、數字化轉變及改善人民生活質(zhì)量方面發(fā)揮著(zhù)獨特而重要的作用。本文按時(shí)間順序對電力電子技術(shù)的發(fā)展和應用做了淺析，并對電力電子技術(shù)的發(fā)展方向做了展望。正確認識當前我國電力電子技術(shù)的發(fā)展和應用現狀，對電力電子技術(shù)的發(fā)展具有重要意義。
電力電子技術(shù)；發(fā)展；應用；電力電子器件
電力電子技術(shù)是結合電子技術(shù)、電力技術(shù)和控制技術(shù)而衍生出來(lái)的。主要功能是利用電力電子器件完成電能變換和控制的技術(shù)，電力電子技術(shù)的實(shí)用性非常強，都可以完成小到1W以下，大到GW以上的電力轉換�，F在我們生活各個(gè)地方幾乎都有電力電子技術(shù)的身影，我國目前電能總量的30%是利用電力電子技術(shù)進(jìn)行控制和轉換的。
1.電子電力技術(shù)的發(fā)展
20世紀50年代末，硅整流器的誕生催發(fā)了電力電子技術(shù)的出現，電力電子技術(shù)從發(fā)展過(guò)程上看，由開(kāi)始的整流器時(shí)代，過(guò)渡到逆變器時(shí)代，一直到如今的變頻器時(shí)代已經(jīng)是電力電子技術(shù)經(jīng)歷的第三次變革。電力電子技術(shù)的發(fā)展趨勢也是逐步向高頻率、高電壓、大電流、高集成度發(fā)向發(fā)展。當今的電力電子技術(shù)已經(jīng)全面進(jìn)入到現代電力電子時(shí)代，可以說(shuō)電力電子技術(shù)的發(fā)展是我國科技發(fā)展的一個(gè)縮影。
1.1整流器時(shí)代。1957年，電力電子技術(shù)伴隨著(zhù)第一個(gè)工業(yè)用晶閘管的誕生，正式從技術(shù)層面被人類(lèi)發(fā)現。電子電力技術(shù)發(fā)展的初期，工業(yè)用電大多數是由發(fā)電廠(chǎng)50HZ的交流電提供的，但是其中的20%是以直流電形式消費出去的，主要用于化學(xué)電解、動(dòng)力牽引等。在當時(shí)，大功率硅整流管是實(shí)現這一切的基石。因為大功率硅整流管可以以很高的效率把50HZ的交流電轉化為直流電，這個(gè)用途使中國的大功率硅晶體管和晶閘管快速發(fā)展。
1.2逆變器時(shí)代。整流器在把交流電轉換成直流電方面做的很好，但是如果希望把直流電逆變成交流電，整流器就無(wú)能為力了。20世紀70年代的能源危機，加速了大功率逆變用的晶閘管、巨型功率晶體管、門(mén)極關(guān)斷晶閘管這三種電子電力器件的誕生。它們可以將直流電逆變?yōu)榈皖l的交流電（0～100HZ）。這時(shí)電子電力技術(shù)已經(jīng)可以很輕松的進(jìn)行整流和逆變了，但是也只限于頻率較低的交流電。
1.3變頻器時(shí)代在變頻器時(shí)代中首先出現的便是功率MOSFET了，它的出現成功地解決了中小功率電源向高頻方向的發(fā)展問(wèn)題。接著(zhù)出現的是絕緣柵雙晶體管（IGBT)，IGBT的出現讓大中功率電源有了向高頻方向發(fā)展的空間。功率MOSFET和IGBT的問(wèn)世標志人類(lèi)正式進(jìn)入現代電子電力。
2.電子電力技術(shù)的應用
電力電子技術(shù)因其在技術(shù)方面的獨特優(yōu)勢，在電源、智能電網(wǎng)、新能源發(fā)電等方面都有顯著(zhù)應用。
2.1在一般電源方面：不間斷電源做為一種高可靠性、高性能電源，現在已經(jīng)是是計算機、通訊系統以及要求提供不能中斷場(chǎng)合所必需配備的電源，有的已經(jīng)被寫(xiě)入到標準中強制執行�，F代不間斷電源因為采用了脈寬調制技術(shù)和現代電力電子器件（功率MOSFET、IGBT等），電池的噪音得到較大幅度的降低，而在效率和可靠性方面又有提升。
2.2在專(zhuān)用電源方面的應用主要有兩種：高頻逆變式整流焊接機電源及大功率開(kāi)關(guān)型高壓直流電源。
2.2.1逆變焊接機電源大都采用交流—直流—交流—直流變換的方法。但焊接機電源工作在頻繁短路、燃弧、開(kāi)路交替變化之中，工作環(huán)境惡劣，所以電源的可靠性不好控制。如果可以預知系統的工作狀態(tài)，提前對相關(guān)硬件及電路做調整和處理，可以大大提高大功率IGBT的可靠性。而采用微處理器作為脈沖寬度調制的控制器就可實(shí)現上訴效果。
2.2.2大功率開(kāi)關(guān)型高壓直流電源一般在大型設備中應用較廣，如醫用X光機、CT機、水質(zhì)改良機、靜電除塵設備等。
2.3智能電網(wǎng)正在成為我國電網(wǎng)的發(fā)展方向，大容量電力電子技術(shù)是智能電網(wǎng)的核心技術(shù)之一。在變換器設計和分析中采用大功率全控型電力電子器件為核心的技術(shù)及相關(guān)組合式電力電子技術(shù)都成為當今前沿技術(shù)。
2.4在新能源發(fā)電中采用電子電力技術(shù)的應用特點(diǎn)為：由于風(fēng)能、太陽(yáng)能都隨天氣情況有很大變化，在實(shí)地應用時(shí)一次能源供給隨機性較大；這就要求電網(wǎng)側輸出電能質(zhì)量高，同時(shí)具有低電壓穿越和孤島保護功能。并網(wǎng)發(fā)電要求高，電網(wǎng)側要求電能波動(dòng)小，諧波小等技術(shù)指標給電力電子技術(shù)也提出了更高的控制要求。
2.5電力電子技術(shù)在電力牽引中主要應用是基于大容量電力電子變換及其控制技術(shù)，目前在電力牽引中的電力電子變換器我國目前也正在逐步以國產(chǎn)代替進(jìn)口，電力牽引在去進(jìn)口化方面一直走在前沿。電子電力技術(shù)在電力牽引中，主要發(fā)展方向有：對設備實(shí)施精準控制、發(fā)展集成技術(shù)和冷卻技術(shù)、提高電子電力轉換器的效率和功率密度、保證設備的可靠運行。
2.6智能開(kāi)關(guān)技術(shù)主要是閉合或切斷指定位置的電流電壓，在智能電網(wǎng)中的應用就是有效的保護過(guò)流、預防漏電問(wèn)題，保證電力系統運行安全穩定。智能開(kāi)關(guān)技術(shù)還可以讓電氣設備等儀器不受?chē)乐負p耗，保護電器設備。
3.我國電力電子技術(shù)存在的不足
3.1我國電力電子產(chǎn)品目前主要以中低端產(chǎn)品為主，缺乏自主研發(fā)生產(chǎn)的高端產(chǎn)品。高端產(chǎn)品許多都關(guān)系到國民經(jīng)濟命脈和國家安全，正是在這些關(guān)鍵領(lǐng)域，國外均是對我國在技術(shù)和軟硬件控制方面實(shí)行技術(shù)封鎖。這也大大限制了我國高端電力電子產(chǎn)品的發(fā)展。
3.2我國電力電子產(chǎn)業(yè)鏈有待發(fā)展和完善，我國的一些電力企業(yè)雖然在一些發(fā)面取得了一些技術(shù)上的突破，但是因為整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展不夠完善，單一方面的技術(shù)突破無(wú)法凝聚成合力，也不能有效的把先進(jìn)技術(shù)轉變成行業(yè)競爭力。
3.3我國目前大功率變流器制造水平較低、缺乏重大工程經(jīng)驗的相關(guān)積累，目前幾乎全部高性能大功率變流裝置都要依靠進(jìn)口，我國的制造水平在一定程度上制約了電力電子技術(shù)在大功率方向的發(fā)展。
3.4電力電子應用基礎研究方面做的還不夠，我國的許多原本做基礎研究的機構由于經(jīng)費、轉制等方面的原因，把大部分的研究力量轉向為產(chǎn)品試制和開(kāi)發(fā)。在這個(gè)方面應加大投入力度，轉變觀(guān)念。
4.電力電子技術(shù)的發(fā)展方向
4.1模塊化。電力電子技術(shù)的模塊化包括功率器件的模塊化和電源單元的模塊化。
4.2高頻化。由電力電子技術(shù)的發(fā)展歷程中的逆變器時(shí)代和變頻器時(shí)代就可以看出電子電力技術(shù)在向著(zhù)高頻化的方向發(fā)展。逆變器時(shí)代只可以將直流電轉化為0～100HZ的交流電，變頻器時(shí)代就已經(jīng)向更高的頻率方向發(fā)展了。
4.3綠色化。綠色化也是全球經(jīng)濟發(fā)展的主題，而電力電子技術(shù)的綠色化主要包括：顯著(zhù)節電即發(fā)電容量的節約同時(shí)電力電子產(chǎn)品不能對電網(wǎng)產(chǎn)生污染。
4.4數字化。變流電路控制技術(shù)的發(fā)展方向是數字化，用數字控制代替傳統的模擬控制已經(jīng)成為必然的發(fā)展趨勢。結束語(yǔ)電力電子技術(shù)對我國的經(jīng)濟的發(fā)展和科技的進(jìn)步做出了獨特而重要的貢獻，我國電力電子技術(shù)雖然在一定層面還是處在落后階段，但發(fā)展的趨勢和潛力都十分巨大。隨著(zhù)科學(xué)的發(fā)展和進(jìn)步，電力電子技術(shù)會(huì )有更高更好的發(fā)展，更好地為我國現代化建設服務(wù)。
電力電子的發(fā)展
電力電子在各種高質(zhì)量、高效、高可靠性的電源中起關(guān)鍵作用。電力電子技術(shù)起始于五十年代末六十年代初的硅整流器件，其發(fā)展先后經(jīng)歷了整流器時(shí)代、逆變器時(shí)代和變頻器時(shí)代，并促進(jìn)了電力電子技術(shù)在許多新領(lǐng)域的應用。八十年代末期和九十年代初期發(fā)展起來(lái)的、以功率MOSFET和IGBT為代表的、集高頻、高壓和大電流于一身的功率半導體復合器件，表明傳統電力電子技術(shù)已經(jīng)進(jìn)入現代電力電子時(shí)代。
電源技術(shù)的發(fā)展
在應用電力電子半導體器件，綜合自動(dòng)控制、計算機（微處理器）技術(shù)和電磁技術(shù)的多學(xué)科邊緣交又技術(shù)。對于大型電解電鍍電源，傳統的電路非常龐大而笨重，如果采用高頓開(kāi)關(guān)電源技術(shù)，其體積和重量都會(huì )大幅度下降，而且可極大提高電源利用效率、節省材料、降低成本。在電動(dòng)汽車(chē)和變頻傳動(dòng)中，更是離不開(kāi)開(kāi)關(guān)電源技術(shù)，通過(guò)開(kāi)關(guān)電源改變用電頻率，從而達到近于理想的負載匹配和驅動(dòng)控制。高頻開(kāi)關(guān)電源技術(shù)，更是各種大功率開(kāi)關(guān)電源（逆變焊機、通訊電源、高頻加熱電源、激光器電源、電力操作電源等）的核心技術(shù)。
當前，電力電子作為節能、節才、自動(dòng)化、智能化、機電一體化的基礎，正朝著(zhù)應用技術(shù)高頻化、硬件結構模塊化、產(chǎn)品性能綠色化的方向發(fā)展。在不遠的將來(lái)，電力電子技術(shù)將使電源技術(shù)更加成熟、經(jīng)濟、實(shí)用，實(shí)現高效率和高品質(zhì)用電相結合。
現代電力電子技術(shù)是電源技術(shù)發(fā)展的基礎。隨著(zhù)新型電力電子器件和適于更高開(kāi)關(guān)頻率的電路拓撲的不斷出現，現代電源技術(shù)將在實(shí)際需要的推動(dòng)下快速發(fā)展。在傳統的應用技術(shù)下，由于功率器件性能的限制而使開(kāi)關(guān)電源的性能受到影響。為了極大發(fā)揮各種功率器件的特性，使器件性能對開(kāi)關(guān)電源性能的影響減至最小，新型的電源電路拓撲和新型的控制技術(shù)，可使功率開(kāi)關(guān)工作在零電壓或零電流狀態(tài)，從而可大大的提高工作頻率，提高開(kāi)關(guān)電源工作效率，設計出性能優(yōu)良的開(kāi)關(guān)電源。
總而言之，電力電子及開(kāi)關(guān)電源技術(shù)因應用需求不斷向前發(fā)展，新技術(shù)的出現又會(huì )使許多應用產(chǎn)品更新?lián)Q代，還會(huì )開(kāi)拓更多更新的應用領(lǐng)域。開(kāi)關(guān)電源高頻化、模塊化、數字化、綠色化等的實(shí)現，將標志著(zhù)這些技術(shù)的成熟，實(shí)現高效率用電和高品質(zhì)用電相結合。這幾年，隨著(zhù)通信行業(yè)的發(fā)展，以開(kāi)關(guān)電源技術(shù)為核心的通信用開(kāi)關(guān)電源，僅國內有20多億人民幣的市場(chǎng)需求，吸引了國內外一大批科技人員對其進(jìn)行開(kāi)發(fā)研究。開(kāi)關(guān)電源代替線(xiàn)性電源和相控電源是大勢所趨，因此，同樣具有幾十億產(chǎn)值需求的電力操作電源系統的國內市場(chǎng)正在啟動(dòng)，并將很快發(fā)展起來(lái)。還有其它許多以電源技術(shù)為核心的專(zhuān)用電源、工業(yè)電源正在等待著(zhù)人們去開(kāi)發(fā)。