電力電子技術(shù)論文范文
電力電子技術(shù)論文范文
電力電子技術(shù)是一門新興的應(yīng)用于電力領(lǐng)域的電子技術(shù)，就是使用電力電子器件(如晶閘管，GTO，IGBT等)對(duì)電能進(jìn)行變換和控制的技術(shù)。學(xué)習(xí)啦小編為大家整理的電力電子技術(shù)論文范文，希望你們喜歡。
電力電子技術(shù)論文范文篇一
淺議電力電子技術(shù)
摘要：電力電子技術(shù)是一門新興的應(yīng)用于電力領(lǐng)域的電子技術(shù)，就是使用電力電子器件(如晶閘管，GTO，IGBT等)對(duì)電能進(jìn)行變換和控制的技術(shù)。電力電子技術(shù)所變換的“電力”功率可大到數(shù)百M(fèi)W甚至GW，也可以小到數(shù)W甚至1W以下，和以信息處理為主的信息電子技術(shù)不同電力電子技術(shù)主要用于電力變換。
關(guān)鍵詞：電力;電子技術(shù);電力電子
電力電子技術(shù)分為電力電子器件制造技術(shù)和交流技術(shù)(整流，逆變，斬波，變頻，變相等)兩個(gè)分支?，F(xiàn)已成為現(xiàn)代電氣工程與自動(dòng)化專業(yè)不可缺少的一部分。
一、電力電子學(xué)
電力電子學(xué)(Power Electronics)這一名稱是在上世紀(jì)60年代出現(xiàn)的。1974年，美國(guó)的W.Newell用一個(gè)倒三角形(如圖)對(duì)電力電子學(xué)進(jìn)行了描述，認(rèn)為它是由電力學(xué)、電子學(xué)和控制理論三個(gè)學(xué)科交叉而形成的。這一觀點(diǎn)被全世界普遍接受。“電力電子學(xué)”和“電力電子技術(shù)”是分別從學(xué)術(shù)和工程技術(shù)2個(gè)不同的角度來(lái)稱呼的。
利用電力電子器件實(shí)現(xiàn)工業(yè)規(guī)模電能變換的技術(shù)，有時(shí)也稱為功率電子技術(shù)。一般情況下，它是將一種形式的工業(yè)電能轉(zhuǎn)換成另一種形式的工業(yè)電能。例如，將交流電能變換成直流電能或?qū)⒅绷麟娔茏儞Q成交流電能;將工頻電源變換為設(shè)備所需頻率的電源;在正常交流電源中斷時(shí)，用逆變器(見(jiàn)電力變流器)將蓄電池的直流電能變換成工頻交流電能。應(yīng)用電力電子技術(shù)還能實(shí)現(xiàn)非電能與電能之間的轉(zhuǎn)換。例如，利用太陽(yáng)電池將太陽(yáng)輻射能轉(zhuǎn)換成電能。與電子技術(shù)不同，電力電子技術(shù)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(guān)注的是所能轉(zhuǎn)換的電功率。
電力電子技術(shù)是大功率的電技術(shù)，又大多是為應(yīng)用強(qiáng)電的工業(yè)服務(wù)的，故常將它歸屬于電工類。電力電子技術(shù)的內(nèi)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(tǒng)。電力電子器件以半導(dǎo)體為基本材料，最常用的材料為單晶硅;它的理論基礎(chǔ)為半導(dǎo)體物理學(xué);它的工藝技術(shù)為半導(dǎo)體器件工藝。近代新型電力電子器件中大量應(yīng)用了微電子學(xué)的技術(shù)。電力電子電路吸收了電子學(xué)的理論基礎(chǔ)，根據(jù)器件的特點(diǎn)和電能轉(zhuǎn)換的要求，又開發(fā)出許多電能轉(zhuǎn)換電路。這些電路中還包括各種控制、觸發(fā)、保護(hù)、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(jù)應(yīng)用對(duì)象的不同，組成了各種用途的整機(jī)，稱為電力電子裝置。這些裝置常與負(fù)載、配套設(shè)備等組成一個(gè)系統(tǒng)。電子學(xué)、電工學(xué)、自動(dòng)控制、信號(hào)檢測(cè)處理等技術(shù)常在這些裝置及其系統(tǒng)中大量應(yīng)用。
二、電力電子技術(shù)的應(yīng)用作用
1、優(yōu)化電能使用。通過(guò)電力電子技術(shù)對(duì)電能的處理，使電能的使用達(dá)到合理、高效和節(jié)約，實(shí)現(xiàn)了電能使用最佳化。例如，在節(jié)電方面，針對(duì)風(fēng)機(jī)水泵、電力牽引、軋機(jī)冶煉、輕工造紙、工業(yè)窯爐、感應(yīng)加熱、電焊、化工、電解等14個(gè)方面的調(diào)查，潛在節(jié)電總量相當(dāng)于1990年全國(guó)發(fā)電量的16%，所以推廣應(yīng)用電力電子技術(shù)是節(jié)能的一項(xiàng)戰(zhàn)略措施，一般節(jié)能效果可達(dá)10%-40%，我國(guó)已將許多裝置列入節(jié)能的推廣應(yīng)用項(xiàng)目。
2、改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)和發(fā)展機(jī)電一體化等新興產(chǎn)業(yè)。據(jù)發(fā)達(dá)國(guó)家預(yù)測(cè)，今后將有95%的電能要經(jīng)電力電子技術(shù)處理后再使用，即工業(yè)和民用的各種機(jī)電設(shè)備中，有95%與電力電子產(chǎn)業(yè)有關(guān)，特別是，電力電子技術(shù)是弱電控制強(qiáng)電的媒體，是機(jī)電設(shè)備與計(jì)算機(jī)之間的重要接口，它為傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)和新興產(chǎn)業(yè)采用微電子技術(shù)創(chuàng)造了條件，成為發(fā)揮計(jì)算機(jī)作用的保證和基礎(chǔ)。
3、電力電子技術(shù)高頻化和變頻技術(shù)的發(fā)展，將使機(jī)電設(shè)備突破工頻傳統(tǒng)，向高頻化方向發(fā)展。實(shí)現(xiàn)最佳工作效率，將使機(jī)電設(shè)備的體積減小幾倍、幾十倍，響應(yīng)速度達(dá)到高速化，并能適應(yīng)任何基準(zhǔn)信號(hào)，實(shí)現(xiàn)無(wú)噪音且具有全新的功能和用途。
4、電力電子智能化的進(jìn)展，在一定程度上將信息處理與功率處理合一，使微電子技術(shù)與電力電子技術(shù)一體化，其發(fā)展有可能引起電子技術(shù)的重大改革。有人甚至提出，電子學(xué)的下一項(xiàng)革命將發(fā)生在以工業(yè)設(shè)備和電網(wǎng)為對(duì)象的電子技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域，電力電子技術(shù)將把人們帶到第二次電子革命的邊緣。
三、電力電子技術(shù)器件
02年出現(xiàn)了第一個(gè)玻璃的汞弧整流器。1910年出現(xiàn)了鐵殼汞弧整流器。用汞弧整流器代替機(jī)械式開關(guān)和換流器,這是電力電子技術(shù)的發(fā)端。1920年試制出氧化銅整流器，1923年出現(xiàn)了硒整流器。30年代，這些整流器開始大量用于電力整流裝置中。20世紀(jì)40年代末出現(xiàn)了晶體管。20世紀(jì)50年代初，晶體管向大功率化發(fā)展，同時(shí)用半導(dǎo)體單晶材料制成的大功率二極管也得到發(fā)展。1954年，瑞典通用電機(jī)公司(ASEA公司)首先將汞弧管用于高壓整流和逆變,并在±100千伏直流輸電線路上應(yīng)用，傳輸20兆瓦的電力。1956年，美國(guó)人J.莫爾制成晶閘管雛型。1957年，美國(guó)人R.A.約克制成實(shí)用的晶閘管。50年代末晶閘管被用于電力電子裝置，60年代以來(lái)得到迅速推廣,并開發(fā)出一系列派生器件,拓展了電力電子技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域。 電力電子電路 隨著晶閘管應(yīng)用的推廣，開發(fā)出許多電力電子電路。
四、電力電子電路器件類別
1、將交流電能轉(zhuǎn)換成直流電能的整流電路;
2、將直流電能轉(zhuǎn)換成交流電能的逆變電路;
3、將一種形式的交流電能轉(zhuǎn)換成另一種形式的交流電能的交流變換電路;
4、將一種形式的直流電能轉(zhuǎn)換成另一種形式的直流電能的直流變換電路。這些電路都包含晶閘管，而每個(gè)晶閘管都需要相應(yīng)的觸發(fā)器。于是配合這些電力電子電路出現(xiàn)了許多的觸發(fā)控制電路。
五、電子電路器件分類
1、控制電路主要由分立的電子元件(如晶體管、二極管)組成。直到80年代后期，還用得不少。
2、由集成電路組成。自從1958年美國(guó)出現(xiàn)了世界上第一個(gè)集成電路以來(lái)，發(fā)展異常迅速。它應(yīng)用到電力電子裝置的控制電路中,使其結(jié)構(gòu)緊湊,功能和可靠性得到提高。
3、由微機(jī)進(jìn)行控制。
70年代以來(lái)，由于微機(jī)的發(fā)展使電力電子裝置進(jìn)一步朝實(shí)現(xiàn)智能化的方向進(jìn)步。 電力電子裝置 隨著電力電子電路的發(fā)展和完善，由晶閘管組成的許多類型的電力電子裝置不斷出現(xiàn)。如大功率的電解電源、焊接電源、電鍍用的直流電源;直流和交流牽引、直流傳動(dòng)、交流串級(jí)調(diào)速、變頻調(diào)速等傳動(dòng)用電源;勵(lì)磁、無(wú)功靜止補(bǔ)償、諧波補(bǔ)償?shù)入娏ο到y(tǒng)用的電力電子裝置;低頻、中頻、高頻電源等各種非工頻電源，尤其是感應(yīng)加熱的中高頻電源;不停電電源、交流穩(wěn)壓電源等各種工業(yè)用電力電子電源;各種調(diào)壓器等等。這些電力電子裝置,與傳統(tǒng)的電動(dòng)機(jī)-發(fā)電機(jī)組比，有較高的電效率(以容量10千瓦至數(shù)百千瓦、頻率為1000赫的電動(dòng)機(jī)-發(fā)電機(jī)組為例,在額定負(fù)載下,效率η=80%，并隨負(fù)載減小而顯著降低,若用晶閘管電源,η≥92%,且隨負(fù)載變化不大)，因此，有明顯的節(jié)能效果。電力電子裝置是靜止式裝置，占地面積小，重量輕，安裝方便(以焊接電源為例,與旋轉(zhuǎn)焊機(jī)相比，重量減輕80%,節(jié)能15%)。同時(shí)，電力電子裝置往往對(duì)頻率、電壓等的調(diào)節(jié)比較容易，響應(yīng)快，功能多，自動(dòng)化程度高，因此用于工業(yè)上不但明顯節(jié)能，還往往能提高生產(chǎn)率和產(chǎn)品質(zhì)量，節(jié)省原材料，并常能改善工作環(huán)境。但電力電子裝置大多為電子開關(guān)式裝置，它往往對(duì)電網(wǎng)和負(fù)載產(chǎn)生諧波干擾，有時(shí)還對(duì)周圍環(huán)境引起一定的高頻干擾，這是在設(shè)計(jì)這些裝置和系統(tǒng)時(shí)必須妥善解決的。
電力電子技術(shù)論文范文篇二
電力電子技術(shù)的應(yīng)用
【摘 要】本文簡(jiǎn)單闡述了電力電子技術(shù)的發(fā)展，主要介紹了電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)、汽車工業(yè)、光伏發(fā)電領(lǐng)域等方面的應(yīng)用。
【關(guān)鍵詞】電力電子技術(shù);應(yīng)用
0.引言
電力電子技術(shù)是一個(gè)以功率半導(dǎo)體器件、電路技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、現(xiàn)代控制技術(shù)為支撐的技術(shù)平臺(tái)。經(jīng)過(guò)50年的發(fā)展歷程， 電力電子技術(shù)已迅速發(fā)展成為一門獨(dú)立的技術(shù)、學(xué)科領(lǐng)域。它的應(yīng)用領(lǐng)域幾乎涉及到國(guó)民經(jīng)濟(jì)的每個(gè)工業(yè)。尤其是進(jìn)入21世紀(jì)，隨著新的理論、器件、技術(shù)的不斷涌現(xiàn)，特別是與微電子技術(shù)的日益融合，電力電子技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域也必將不斷地得以拓展，它將成為新世紀(jì)的關(guān)鍵支撐技術(shù)之一。電力電子技術(shù)擁有許多微電子技術(shù)所具有的特征，比如發(fā)展迅速、滲透力強(qiáng)、生命力旺盛，并且能與其它學(xué)科相互融合和相互發(fā)展。
1.電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用
自20世紀(jì)80年代，柔性交流輸電(FACTS)概念被提出后，電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用研究得到了極大的關(guān)注，多種設(shè)備相繼出現(xiàn)。已有不少文獻(xiàn)介紹和總結(jié)了相關(guān)設(shè)備的基本原理和應(yīng)用現(xiàn)狀。以下按照電力系統(tǒng)的發(fā)電、輸電和配電以及節(jié)電環(huán)節(jié)，列舉電力電子技術(shù)的應(yīng)用研究和現(xiàn)狀。
1.1在發(fā)電環(huán)節(jié)中的應(yīng)用
電力系統(tǒng)的發(fā)電環(huán)節(jié)涉及發(fā)電機(jī)組的多種設(shè)備，電力電子技術(shù)的應(yīng)用以改善這些設(shè)備的運(yùn)行特性為主要目的。
靜止勵(lì)磁采用晶閘管整流自并勵(lì)方式，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠性高及造價(jià)低等優(yōu)點(diǎn)，被世界各大電力系統(tǒng)廣泛采用。由于省去了勵(lì)磁機(jī)這個(gè)中間慣性環(huán)節(jié)，因而具有其特有的快速性調(diào)節(jié)，給先進(jìn)的控制規(guī)律提供了充分發(fā)揮作用并產(chǎn)生良好控制效果的有利條件。
變速恒頻勵(lì)磁廣泛應(yīng)用于水力、風(fēng)力發(fā)電機(jī)。在水力和風(fēng)力發(fā)電過(guò)程中，為了獲得最大有效功率，使水力和風(fēng)力發(fā)電機(jī)組變速運(yùn)行，主要通過(guò)調(diào)整轉(zhuǎn)子勵(lì)磁電流的頻率，使其與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速疊加后保持定子頻率即輸出頻率恒定。此項(xiàng)應(yīng)用的技術(shù)核心是變頻電源。
發(fā)電廠風(fēng)機(jī)水泵的變頻調(diào)速。風(fēng)機(jī)水泵耗電量約占火電設(shè)備總耗電量的65%，且運(yùn)行效率較低。使用低壓或高壓變頻器，實(shí)施風(fēng)機(jī)水泵的變頻調(diào)速，可以達(dá)到節(jié)能的目的。低壓變頻器技術(shù)已非常成熟，國(guó)內(nèi)外有許多的生產(chǎn)廠家，無(wú)完整的系列產(chǎn)品，但具備高壓大容量變頻器設(shè)計(jì)和生產(chǎn)能力的企業(yè)較少，目前，國(guó)內(nèi)不少院校和企業(yè)正在抓緊時(shí)間搞聯(lián)合研發(fā)。
1.2在輸電環(huán)節(jié)的應(yīng)用
電力電子元器件應(yīng)用于高壓輸電系統(tǒng)被稱為“硅片引起的第二次革命”，大幅度改善了電力網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行特性。在輸電環(huán)節(jié)中應(yīng)用的技術(shù)主要有直流輸電(HVDC)和輕犁直流輸電(HVDC Light)技術(shù)以及柔性交流輸電(FACTS)技術(shù)，其中柔性交流輸電技術(shù)應(yīng)用尤為重要。
FACTS技術(shù)的概念問(wèn)世于20世紀(jì)80年代，它是一項(xiàng)基于電力電子技術(shù)與現(xiàn)代控制技術(shù)對(duì)交流輸電系統(tǒng)的阻抗、電壓及相位實(shí)施靈活快速調(diào)節(jié)的輸電技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)交流輸電功率潮流的靈活控制，從而大幅度提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定水平。 近年來(lái)柔性交流輸電技術(shù)在世界上發(fā)展迅速，并將FACTS技術(shù)用于實(shí)際電力系統(tǒng)工程。
1.3在配電環(huán)節(jié)中的應(yīng)用
配電系統(tǒng)亟待需要解決的問(wèn)題是如何加強(qiáng)供電可靠性和提高電能質(zhì)量。電能質(zhì)量控制不僅要滿足對(duì)電壓、頻率、諧波和不對(duì)稱度的要求，還要抑制各種瞬態(tài)的波動(dòng)和干擾。電力電子技術(shù)和現(xiàn)代控制技術(shù)在配電系統(tǒng)中的應(yīng)用，即為用戶電力技術(shù)或稱DFACTS技術(shù)，是在FACTS各項(xiàng)成熟技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的電能質(zhì)量控制新技術(shù)?？梢詫FACTS設(shè)備理解為FACTS設(shè)備的壓縮版，其原理、結(jié)構(gòu)均相同，功能也相似。潛在需求量大，市場(chǎng)介入較容易，研發(fā)投入和生產(chǎn)成本較低，隨著電力電子元器件價(jià)格不斷降低，可預(yù)期DFACTS設(shè)備產(chǎn)品將進(jìn)入快速發(fā)展期。
1.4在節(jié)能環(huán)節(jié)的運(yùn)用
1.4.1變負(fù)荷電動(dòng)機(jī)調(diào)速運(yùn)行
要想使電動(dòng)機(jī)節(jié)電較完善，必須將本身挖掘節(jié)電潛力節(jié)電和通過(guò)變負(fù)荷電動(dòng)機(jī)的調(diào)速技術(shù)節(jié)電二者結(jié)合起來(lái)。目前，交流調(diào)速主要廣泛應(yīng)用于冶金、礦山等部門及社會(huì)生活中，如：風(fēng)機(jī)、泵類等變負(fù)荷機(jī)械中采用調(diào)速控制代替擋風(fēng)板或節(jié)流閥控制風(fēng)流量和水流量具有顯著的效果。國(guó)外變負(fù)荷的風(fēng)機(jī)、水泵大多采用了交流調(diào)速，我國(guó)正在推廣應(yīng)用中。
1.4.2減少無(wú)功損耗，提高功率因數(shù)
在電氣設(shè)備中，變壓器和交流異步電動(dòng)機(jī)等都屬于感性負(fù)載，這些設(shè)備在運(yùn)行時(shí)不僅消耗有功功率，而且還消耗無(wú)功功率。因此，無(wú)功電源與有功電源一樣，是保證電能質(zhì)量不可缺少的主要部分。在電力系統(tǒng)中應(yīng)保持無(wú)功平衡，否則，將會(huì)使系統(tǒng)電壓降低 ，設(shè)備損壞，功率因數(shù)減少，嚴(yán)重時(shí)將引起電壓崩潰，系統(tǒng)解裂，造成大面積停電事故。所以，當(dāng)電力網(wǎng)或電氣設(shè)備無(wú)功容量不足時(shí)，應(yīng)增加無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備，以提高設(shè)備功率因數(shù)。
2.電力電子技術(shù)在汽車工業(yè)中的應(yīng)用
作為汽車用電源，在原來(lái)14V、28V基礎(chǔ)上，現(xiàn)又增加了新的42V系列，且還出現(xiàn)了混合動(dòng)力源電動(dòng)車(HEV)等288V的驅(qū)動(dòng)電壓(典型值)，形成了多種電源并存的局面。使用這些電源來(lái)實(shí)現(xiàn)汽車的各種功能，就必須利用所謂的電力電子技術(shù)。如：回波(echo)技術(shù)，藉能量管理或功率管理的最佳化，高可靠性，利用線控(x-by-wire)裝置的電子控制系統(tǒng)等都是非常需要的。這些電力電子裝置與原來(lái)的裝置比較，由于電力電子技術(shù)導(dǎo)致了“響應(yīng)性好”、“軟控制的靈活性”、“小型輕量化的操控”、“高的效率”等一系列優(yōu)越的性能，尤其是從各類照明、指示燈、雨刷(刮水器)、電動(dòng)窗等1kW以下的輕負(fù)載到數(shù)十kW功率級(jí)的電力驅(qū)動(dòng)，功率都不斷增大。利用電動(dòng)機(jī)、逆變器或交流變換器等電力電子裝置的性能，大幅度提升了汽車的動(dòng)力性能。
在汽車工業(yè)的應(yīng)用主要有：利用電子開關(guān)替代傳統(tǒng)的機(jī)械開關(guān)以及繼電器;無(wú)觸點(diǎn)點(diǎn)火、燃油電子噴射;電子動(dòng)力轉(zhuǎn)向、電子自動(dòng)變速器;對(duì)原有的直流電源系統(tǒng)進(jìn)行改造;對(duì)水泵、動(dòng)力轉(zhuǎn)向、懸架等進(jìn)行電子監(jiān)控。
3.電力電子技術(shù)在光伏發(fā)電中的應(yīng)用
光伏發(fā)電技術(shù)是可再生的新能源重要組成部分，可以用于任何需要電源的場(chǎng)合，上至航天器，下至家用電器，大到兆瓦級(jí)電站，小到玩具。光伏電源無(wú)處不在。到2040年可再生能源將占光能耗得50%以上，太陽(yáng)能光伏發(fā)電將占總電力的20%以上。到21世紀(jì)末，可再生能源在能源結(jié)構(gòu)中將占80%以上，太陽(yáng)能發(fā)電將占到60%以上。這些數(shù)據(jù)說(shuō)明光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)的發(fā)展前景及其在能源領(lǐng)域的重要戰(zhàn)略地位。光伏發(fā)電系統(tǒng)是由太陽(yáng)能電池方陣，儲(chǔ)存電能的蓄電池，充放電控制器、逆變器、并網(wǎng)控制、無(wú)功補(bǔ)償，電控柜，太陽(yáng)跟蹤控制系統(tǒng)等設(shè)備組成。其中除了太陽(yáng)能電池，其它部分都需要電力電子技術(shù)支持。
4.結(jié)束語(yǔ)
總而言之，電力電子技術(shù)是智力、信息、知識(shí)密集型技術(shù)，也是我國(guó)經(jīng)濟(jì)與社會(huì)可持續(xù)發(fā)展項(xiàng)目之一，對(duì)促進(jìn)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展，特別是電子工業(yè)發(fā)展將具有一定價(jià)值。
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