電力電子技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用分析

竇富城

摘要：現(xiàn)代電力電子技術(shù)是一項(xiàng)融合了電路技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和現(xiàn)代控制技術(shù)等多種技術(shù)的新型產(chǎn)業(yè)平臺(tái)，主要借助電力電子器件來實(shí)現(xiàn)行電能的控制和轉(zhuǎn)換。其至今已經(jīng)有數(shù)十年的歷史，主要發(fā)展歷程從最初的整流器時(shí)代，到后來的逆變器時(shí)代，最后發(fā)展到變頻器時(shí)代，且仍然處于持續(xù)發(fā)展?fàn)顟B(tài)。這項(xiàng)技術(shù)被各個(gè)領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，對(duì)國民生活產(chǎn)生了巨大的影響，因此，現(xiàn)代電力電子技術(shù)的發(fā)展前景也十分值得期待。

關(guān)鍵詞：電力技術(shù);電子技術(shù);應(yīng)用

電力電子技術(shù)作為電力領(lǐng)域內(nèi)的新興技術(shù)，服務(wù)于實(shí)用性非常強(qiáng)的服務(wù)行業(yè)。在當(dāng)今這個(gè)科技產(chǎn)品大行其道的社會(huì)，電力電子技術(shù)的發(fā)展也從專業(yè)性非常強(qiáng)的工業(yè)領(lǐng)域發(fā)展到我們的日常生活的方方面面中來。同時(shí)該技術(shù)在使用的過程中也在不斷地完善自身，使其性能更加匹配人們逐漸擴(kuò)大的需求。

1 電力電子技術(shù)的重要性

電力電子技術(shù)雖然是在電子學(xué)、電工學(xué)和自動(dòng)控制這三門學(xué)科的基礎(chǔ)上創(chuàng)辦的新興學(xué)科，但是由于其實(shí)用性非常強(qiáng)，使其能夠迅速從眾多新興學(xué)科中脫穎而出，成為一門獨(dú)立的熱門課程。但同時(shí)由于其所涵蓋的知識(shí)范圍非常廣，知識(shí)的交叉性也決定了學(xué)習(xí)的深度和難度，這就導(dǎo)致我國對(duì)電力電子科技人才的需求非常大。

電力電子技術(shù)不僅能夠?qū)ΜF(xiàn)有用電設(shè)備進(jìn)行使用效率的優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)電能的合理使用和適度節(jié)約，成為推廣電力節(jié)能的主要替代方式。其次，經(jīng)電力電子技術(shù)處理過的各種機(jī)電設(shè)備，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)我國傳統(tǒng)設(shè)備的創(chuàng)新的同時(shí)再提高利用率，同時(shí)穩(wěn)定性可以得到保障 [1] 。除此之外，隨著電力電子的智能化進(jìn)程的加快，信息的處理速度更是不可同日而語，信息化與電力電子技術(shù)的結(jié)合能夠創(chuàng)造出 1+1 大于 2 的效果。甚至有很多專家認(rèn)為，電力電子技術(shù)即將導(dǎo)致下一次電子學(xué)的革命，對(duì)電子技術(shù)領(lǐng)域造成強(qiáng)烈的沖擊和改變，人類社會(huì)將會(huì)很快步入更加便捷高效的新時(shí)代。

2現(xiàn)代電力電子技術(shù)的發(fā)展

分析現(xiàn)代電力電子技術(shù)的發(fā)展動(dòng)態(tài)可以得知，其目前主要是基于以低頻模式解決問題為核心的舊式電力電子學(xué)，逐漸朝著以 高頻模式解決問題為核心的現(xiàn)代化電力電子學(xué)的目標(biāo)演變。在上世紀(jì)六十年代初期，電力電子技術(shù)被研發(fā)應(yīng)用，其后在不斷地發(fā)展完善中相繼步入整流器、逆變器、變頻器三大時(shí)代，在不同的時(shí)代電力電子技術(shù)獲得了不同的發(fā)展，并且也逐漸 得到了廣泛的應(yīng)用。

2.1 第一個(gè)階段——整流器時(shí)代

此時(shí)代范圍為20世紀(jì)60年代-70年代。大約在上世紀(jì)40年代晚期普通晶體管的研發(fā)成為電子工業(yè)革命的誘因，這些晶體管之后被廣泛用于計(jì)算機(jī)和通信領(lǐng)域內(nèi)的信息處理之中，此時(shí)的應(yīng)用環(huán)境為小功率。直至1957年，美國人R.A.約克制成實(shí)用的晶閘管，擴(kuò)展了半導(dǎo)體器件的功率控制范圍，50年代末被用于電力電子裝置，60年代以來得到迅速推廣， 主要應(yīng)用于大功率的硅整流管和晶閘管。而功率較大的工業(yè)用電普遍為工頻交流發(fā)電機(jī)生成，但是，其中有高達(dá)五分之一的電力是以直流的形式消耗使用的。而大功率硅整流器能夠?qū)⒐ゎl交流電轉(zhuǎn)換成直流電，因此，功率硅整流管和晶閘管的開發(fā)與應(yīng)用在上世紀(jì)六、七十年代得到了很大發(fā)展，這就是電力電子技術(shù)發(fā)展的第一個(gè)時(shí)代。

2.2 第二個(gè)階段——逆變器時(shí)代

20世紀(jì)70年到80年代期間是電力電子技術(shù)的第二個(gè)階段，又稱逆變器時(shí)代。在20世紀(jì)70年代出現(xiàn)了世界范圍的能源危機(jī)，為了節(jié)約能源，交流電機(jī)變頻調(diào)速迅速發(fā)展，電力電子技術(shù)逐漸能夠?qū)崿F(xiàn)逆變。隨著變頻調(diào)速裝置的普及與應(yīng)用，門極可關(guān)斷晶閘管（GTO）、大功率逆變用的晶閘管和巨型功率晶體管（GTR）逐漸成為主要的電力電子器件。上述電力電子器件也可稱作全控型器件，能夠用于高壓直流輸出、靜止式無功功率動(dòng)態(tài)補(bǔ)償?shù)龋軌蜃杂烧{(diào)節(jié)關(guān)斷狀態(tài)，此發(fā)展階段的電力電子技術(shù)已經(jīng)完成了整流和逆變，不過由于其工作頻率不高，所以只能在中低頻的范圍內(nèi)應(yīng)用。

2.3 第三個(gè)階段——變頻器時(shí)代

步入80年代，便開始了電力電子技術(shù)的第三個(gè)時(shí)代——變頻器時(shí)代。在20世紀(jì)80年代初期，大規(guī)模集成電路技術(shù)進(jìn)入高速發(fā)展時(shí)期，同時(shí)也使得電力電子技術(shù)逐漸發(fā)展至目前水平有了更為牢固的技術(shù)基礎(chǔ)。首先是功率MOSFET的出現(xiàn)，帶領(lǐng)中小型功率的電力電子應(yīng)用技術(shù)步入高頻化發(fā)展時(shí)代，而其后IGBT的研發(fā)，更加有力的推動(dòng)了大中型功率電力電子技術(shù)朝著高頻化發(fā)展，同時(shí)，這標(biāo)志著傳統(tǒng)的電力電子向現(xiàn)代電力電子的轉(zhuǎn)換。新型電力電子器件具有重量輕、體積小和高效節(jié)能等特點(diǎn)，不僅為交流電機(jī)變頻調(diào)速提供了較高的頻率，而且能夠使得用電設(shè)備在能源使用方面更加節(jié)約，為達(dá)成機(jī)電一體化、智能化等帶來技術(shù)支持，讓現(xiàn)代電力電子技術(shù)朝著全控化、集成化、高頻化、控制技術(shù)數(shù)字化和電路形式弱電化不斷發(fā)展。

3電力電子技術(shù)的應(yīng)用

3.1 在家用電器中的應(yīng)用

家用電器在人們的日常生活中起到了非常重要的作用，而現(xiàn)如今人們對(duì)家電的質(zhì)量要求也逐漸提高，自動(dòng)化家電成為人們的首選。而電力電子技術(shù)可以全方面的應(yīng)用到家用電器中去，它可以幫助家電簡(jiǎn)化各種運(yùn)行步驟，讓人們的使用更加方便，全自動(dòng)洗衣機(jī)、全自動(dòng)飲水機(jī)、全自動(dòng)榨汁機(jī)等家電的產(chǎn)生都離不開電力電子技術(shù)的控制。電力電子技術(shù)讓家用電器變得更加智能化和自動(dòng)化，從而減少了人們的使用負(fù)擔(dān)，為人們的生活提供了更多的時(shí)間和空間。

3.2 在電能輸送中的應(yīng)用

電力電子技術(shù)在電子控制中發(fā)揮著很大的作用，也為國民的生活工作帶來便捷。其中就包括了給居民的供電、送電過程，而在這一過程中，可以通過電力電子技術(shù)進(jìn)行電子控制，從而將發(fā)電工作能更加高效率的完成。電力電子技術(shù)還可以幫助工作人員控制電能傳輸?shù)墓ぷ髁浚瑥亩寕鬏敼ぷ鞲臃€(wěn)定，保證工作人員能對(duì)電力系統(tǒng)的參數(shù)進(jìn)行精密的調(diào)整，從而可以滿足各種輸送電流的大小，減少電力消耗。電力電子技術(shù)還可以幫助電子控制實(shí)現(xiàn)配點(diǎn)智能化，它可以高效率的解決各種配點(diǎn)問題，還可以對(duì)配點(diǎn)設(shè)置進(jìn)行監(jiān)測(cè)管理，從而對(duì)電力的質(zhì)量做出了保證。

3.3 在交通工具中的應(yīng)用

我國國民的私家車使用量不斷上升，這對(duì)電力電子技術(shù)來說是一種機(jī)遇，電力電子技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)國民對(duì)與交通工具安全性和便捷性的雙方面要求。現(xiàn)如今汽車所使用的核心制造理念就是將電力電子技術(shù)進(jìn)行合理的應(yīng)用，電力電子技術(shù)可以為汽車提供控制點(diǎn)火裝置，人們只需要通過鑰匙來控制汽車發(fā)動(dòng)開關(guān)即可啟動(dòng)點(diǎn)火裝置，減少了不必要的勞動(dòng)力，為人們的出行帶來了便捷，而且電力電子技術(shù)還可以高效率地控制油量的噴出情況，保證汽車的迅速行駛。而在安全方面，電力電子技術(shù)可以通過警示燈來提醒人們是否需要增加油量和水量，它還有自動(dòng)變速功能，有效的控制汽車在轉(zhuǎn)向過程中的速度，從而減少各種交通事故的發(fā)生，保證人們的生命安全。

結(jié)語

總而言之，電力電子技術(shù)身上蘊(yùn)藏的巨大能量、帶來的經(jīng)濟(jì)效益和生態(tài)效益，目前只向我們展示了冰山一角。面對(duì)這項(xiàng)發(fā)展?jié)撃苋匀痪薮蟮漠a(chǎn)業(yè)，我們應(yīng)該加快研發(fā)的步伐，不斷地通過理論和實(shí)踐的重重探索，在一次又一次實(shí)驗(yàn)中得到更加精準(zhǔn)的結(jié)論并應(yīng)用于實(shí)踐中來，而不能沉迷于眼前所取得的成功便停下前進(jìn)的步伐。相信在所有人的共同努力下，電力電子技術(shù)一定能為社會(huì)創(chuàng)造更大的價(jià)值。

參考文獻(xiàn)

[1]劉新竹.基于 MOOC 的電氣自動(dòng)化專業(yè)教學(xué)模式應(yīng)用研究—— —以《電力電子技術(shù)》為例[J].電腦知識(shí)與技術(shù)，2018（30）.

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