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)對電能進行變換和控制的技術(shù)。學習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)對電能進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MW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)兩個分支?，F(xiàn)已成為現(xiàn)代電氣工程與自動化專業(yè)不可缺少的一部分。
一、電力電子學
電力電子學(Power Electronics)這一名稱是在上世紀60年代出現(xiàn)的。1974年，美國的W.Newell用一個倒三角形(如圖)對電力電子學進行了描述，認為它是由電力學、電子學和控制理論三個學科交叉而形成的。這一觀點被全世界普遍接受。“電力電子學”和“電力電子技術(shù)”是分別從學術(shù)和工程技術(shù)2個不同的角度來稱呼的。
利用電力電子器件實現(xiàn)工業(yè)規(guī)模電能變換的技術(shù)，有時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備所需頻率的電源;在正常交流電源中斷時，用逆變器(見電力變流器)將蓄電池的直流電能變換成工頻交流電能。應用電力電子技術(shù)還能實現(xiàn)非電能與電能之間的轉(zhuǎn)換。例如，利用太陽電池將太陽輻射能轉(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)，又大多是為應用強電的工業(yè)服務的，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體為基本材料，最常用的材料為單晶硅;它的理論基礎為半導體物理學;它的工藝技術(shù)為半導體器件工藝。近代新型電力電子器件中大量應用了微電子學的技術(shù)。電力電子電路吸收了電子學的理論基礎，根據(jù)器件的特點和電能轉(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、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)應用對象的不同，組成了各種用途的整機，稱為電力電子裝置。這些裝置常與負載、配套設備等組成一個系統(tǒng)。電子學、電工學、自動控制、信號檢測處理等技術(shù)常在這些裝置及其系統(tǒng)中大量應用。
二、電力電子技術(shù)的應用作用
1、優(yōu)化電能使用。通過電力電子技術(shù)對電能的處理，使電能的使用達到合理、高效和節(jié)約，實現(xiàn)了電能使用最佳化。例如，在節(jié)電方面，針對風機水泵、電力牽引、軋機冶煉、輕工造紙、工業(yè)窯爐、感應加熱、電焊、化工、電解等14個方面的調(diào)查，潛在節(jié)電總量相當于1990年全國發(fā)電量的16%，所以推廣應用電力電子技術(shù)是節(jié)能的一項戰(zhàn)略措施，一般節(jié)能效果可達10%-40%，我國已將許多裝置列入節(jié)能的推廣應用項目。
2、改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)和發(fā)展機電一體化等新興產(chǎn)業(yè)。據(jù)發(fā)達國家預測，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)和民用的各種機電設備中，有95%與電力電子產(chǎn)業(yè)有關(guān)，特別是，電力電子技術(shù)是弱電控制強電的媒體，是機電設備與計算機之間的重要接口，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)揮計算機作用的保證和基礎。
3、電力電子技術(shù)高頻化和變頻技術(shù)的發(fā)展，將使機電設備突破工頻傳統(tǒng)，向高頻化方向發(fā)展。實現(xiàn)最佳工作效率，將使機電設備的體積減小幾倍、幾十倍，響應速度達到高速化，并能適應任何基準信號，實現(xiàn)無噪音且具有全新的功能和用途。
4、電力電子智能化的進展，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，電子學的下一項革命將發(fā)生在以工業(yè)設備和電網(wǎng)為對象的電子技術(shù)應用領(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40年代末出現(xiàn)了晶體管。20世紀50年代初，晶體管向大功率化發(fā)展，同時用半導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用，傳輸20兆瓦的電力。1956年，美國人J.莫爾制成晶閘管雛型。1957年，美國人R.A.約克制成實用的晶閘管。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)的應用領(lǐng)域。 電力電子電路 隨著晶閘管應用的推廣，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，而每個晶閘管都需要相應的觸發(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年美國出現(xiàn)了世界上第一個集成電路以來，發(fā)展異常迅速。它應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、由微機進行控制。
70年代以來，由于微機的發(fā)展使電力電子裝置進一步朝實現(xiàn)智能化的方向進步。 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、交流串級調(diào)速、變頻調(diào)速等傳動用電源;勵磁、無功靜止補償、諧波補償?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)的電動機-發(fā)電機組比，有較高的電效率(以容量10千瓦至數(shù)百千瓦、頻率為1000赫的電動機-發(fā)電機組為例,在額定負載下,效率η=80%，并隨負載減小而顯著降低,若用晶閘管電源,η≥92%,且隨負載變化不大)，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)焊機相比，重量減輕80%,節(jié)能15%)。同時，電力電子裝置往往對頻率、電壓等的調(diào)節(jié)比較容易，響應快，功能多，自動化程度高，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，它往往對電網(wǎng)和負載產(chǎn)生諧波干擾，有時還對周圍環(huán)境引起一定的高頻干擾，這是在設計這些裝置和系統(tǒng)時必須妥善解決的。
電力電子技術(shù)論文范文篇二
電力電子技術(shù)的應用
【摘 要】本文簡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)域等方面的應用。
【關(guān)鍵詞】電力電子技術(shù);應用
0.引言
電力電子技術(shù)是一個以功率半導體器件、電路技術(shù)、計算機技術(shù)、現(xiàn)代控制技術(shù)為支撐的技術(shù)平臺。經(jīng)過50年的發(fā)展歷程， 電力電子技術(shù)已迅速發(fā)展成為一門獨立的技術(shù)、學科領(lǐng)域。它的應用領(lǐng)域幾乎涉及到國民經(jīng)濟的每個工業(yè)。尤其是進入21世紀，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)的應用領(lǐng)域也必將不斷地得以拓展，它將成為新世紀的關(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、生命力旺盛，并且能與其它學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)中的應用
自20世紀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)中的應用研究得到了極大的關(guān)注，多種設備相繼出現(xiàn)。已有不少文獻介紹和總結(jié)了相關(guān)設備的基本原理和應用現(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)的應用研究和現(xiàn)狀。
1.1在發(fā)電環(huán)節(jié)中的應用
電力系統(tǒng)的發(fā)電環(huán)節(jié)涉及發(fā)電機組的多種設備，電力電子技術(shù)的應用以改善這些設備的運行特性為主要目的。
靜止勵磁采用晶閘管整流自并勵方式，具有結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高及造價低等優(yōu)點，被世界各大電力系統(tǒng)廣泛采用。由于省去了勵磁機這個中間慣性環(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。
變速恒頻勵磁廣泛應用于水力、風力發(fā)電機。在水力和風力發(fā)電過程中，為了獲得最大有效功率，使水力和風力發(fā)電機組變速運行，主要通過調(diào)整轉(zhuǎn)子勵磁電流的頻率，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。此項應用的技術(shù)核心是變頻電源。
發(fā)電廠風機水泵的變頻調(diào)速。風機水泵耗電量約占火電設備總耗電量的65%，且運行效率較低。使用低壓或高壓變頻器，實施風機水泵的變頻調(diào)速，可以達到節(jié)能的目的。低壓變頻器技術(shù)已非常成熟，國內(nèi)外有許多的生產(chǎn)廠家，無完整的系列產(chǎn)品，但具備高壓大容量變頻器設計和生產(chǎn)能力的企業(yè)較少，目前，國內(nèi)不少院校和企業(yè)正在抓緊時間搞聯(lián)合研發(fā)。
1.2在輸電環(huán)節(jié)的應用
電力電子元器件應用于高壓輸電系統(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)定運行特性。在輸電環(huán)節(jié)中應用的技術(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)應用尤為重要。
FACTS技術(shù)的概念問世于20世紀80年代，它是一項基于電力電子技術(shù)與現(xiàn)代控制技術(shù)對交流輸電系統(tǒng)的阻抗、電壓及相位實施靈活快速調(diào)節(jié)的輸電技術(shù)，可實現(xiàn)對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)用于實際電力系統(tǒng)工程。
1.3在配電環(huán)節(jié)中的應用
配電系統(tǒng)亟待需要解決的問題是如何加強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電壓、頻率、諧波和不對稱度的要求，還要抑制各種瞬態(tài)的波動和干擾。電力電子技術(shù)和現(xiàn)代控制技術(shù)在配電系統(tǒng)中的應用，即為用戶電力技術(shù)或稱DFACTS技術(shù)，是在FACTS各項成熟技術(shù)的基礎上發(fā)展起來的電能質(zhì)量控制新技術(shù)?？梢詫FACTS設備理解為FACTS設備的壓縮版，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格不斷降低，可預期DFACTS設備產(chǎn)品將進入快速發(fā)展期。
1.4在節(jié)能環(huán)節(jié)的運用
1.4.1變負荷電動機調(diào)速運行
要想使電動機節(jié)電較完善，必須將本身挖掘節(jié)電潛力節(jié)電和通過變負荷電動機的調(diào)速技術(shù)節(jié)電二者結(jié)合起來。目前，交流調(diào)速主要廣泛應用于冶金、礦山等部門及社會生活中，如：風機、泵類等變負荷機械中采用調(diào)速控制代替擋風板或節(jié)流閥控制風流量和水流量具有顯著的效果。國外變負荷的風機、水泵大多采用了交流調(diào)速，我國正在推廣應用中。
1.4.2減少無功損耗，提高功率因數(shù)
在電氣設備中，變壓器和交流異步電動機等都屬于感性負載，這些設備在運行時不僅消耗有功功率，而且還消耗無功功率。因此，無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)中應保持無功平衡，否則，將會使系統(tǒng)電壓降低 ，設備損壞，功率因數(shù)減少，嚴重時將引起電壓崩潰，系統(tǒng)解裂，造成大面積停電事故。所以，當電力網(wǎng)或電氣設備無功容量不足時，應增加無功補償設備，以提高設備功率因數(shù)。
2.電力電子技術(shù)在汽車工業(yè)中的應用
作為汽車用電源，在原來14V、28V基礎上，現(xiàn)又增加了新的42V系列，且還出現(xiàn)了混合動力源電動車(HEV)等288V的驅(qū)動電壓(典型值)，形成了多種電源并存的局面。使用這些電源來實現(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的裝置比較，由于電力電子技術(shù)導致了“響應性好”、“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)、電動窗等1kW以下的輕負載到數(shù)十kW功率級的電力驅(qū)動，功率都不斷增大。利用電動機、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力性能。
在汽車工業(yè)的應用主要有：利用電子開關(guān)替代傳統(tǒng)的機械開關(guān)以及繼電器;無觸點點火、燃油電子噴射;電子動力轉(zhuǎn)向、電子自動變速器;對原有的直流電源系統(tǒng)進行改造;對水泵、動力轉(zhuǎn)向、懸架等進行電子監(jiān)控。
3.電力電子技術(shù)在光伏發(fā)電中的應用
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合，上至航天器，下至家用電器，大到兆瓦級電站，小到玩具。光伏電源無處不在。到2040年可再生能源將占光能耗得50%以上，太陽能光伏發(fā)電將占總電力的20%以上。到21世紀末，可再生能源在能源結(jié)構(gòu)中將占80%以上，太陽能發(fā)電將占到60%以上。這些數(shù)據(jù)說明光伏發(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)是由太陽能電池方陣，儲存電能的蓄電池，充放電控制器、逆變器、并網(wǎng)控制、無功補償，電控柜，太陽跟蹤控制系統(tǒng)等設備組成。其中除了太陽能電池，其它部分都需要電力電子技術(shù)支持。
4.結(jié)束語
總而言之，電力電子技術(shù)是智力、信息、知識密集型技術(shù)，也是我國經(jīng)濟與社會可持續(xù)發(fā)展項目之一，對促進國民經(jīng)濟發(fā)展，特別是電子工業(yè)發(fā)展將具有一定價值。
【參考文獻】
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