電力電子技術(shù)分為電力電子器件制造技術(shù)和變流技術(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)不可缺少的一門專業(yè)基礎(chǔ)課,在培養(yǎng)該專業(yè)人才中占有重要地位。
電力電子技術(shù)是建立在電子學(xué)、電工原理和自動控制三大學(xué)科上的新興學(xué)科。因它本身是大功率的電技術(shù),又大多是為應(yīng)用強電的工業(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(yīng)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(shè)備等組成一個系統(tǒng)。電子學(xué)、電工學(xué)、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(yīng)用。
進展:從20世紀(jì)50年代中到70年代末,以大功率硅二極管、雙極型功率晶體管和晶閘管應(yīng)用為基礎(chǔ)(尤其是晶閘管)的電力電子技術(shù)發(fā)展比較成熟。70年代末以來,兩個方面的發(fā)展對電力電子技術(shù)引起了巨大的沖擊。其一為微機的發(fā)展對電力電子裝置的控制系統(tǒng)、故障檢測、信息處理等起了重大作用,今后還將繼續(xù)發(fā)展;其二為微電子技術(shù)、光纖技術(shù)等滲透到電力電子器件中,開發(fā)出更多的新一代電力電子器件。其中除普通晶閘管向更大容量(6500伏、3500安)發(fā)展外,門極可關(guān)斷晶閘管(gto)電壓已達4500伏,電流已達 2500~3000安;雙極型晶體管也向著更大容量發(fā)展,80年代中后期其工業(yè)產(chǎn)品最高電壓達1400伏,最大電流達400安,工作頻率比晶閘管高得多,采用達林頓結(jié)構(gòu)時電流增益可達75~200。 隨著光纖技術(shù)的發(fā)展,美國和日本于1981~1982年間相繼研制成光控晶閘管并用于直流輸電系統(tǒng)。這種光控管與電觸發(fā)的晶閘管相比,簡化了觸發(fā)電路,提高了絕緣水平和抗干擾能力,可使變流設(shè)備向小型、輕量方向發(fā)展,既降低了造價,又提高運行的可靠性。同時,場控電力電子器件也得到發(fā)展,如功率場效應(yīng)晶體管(power mosfet)和功率靜電感應(yīng)晶體管(sit)已達千伏級和數(shù)十至數(shù)百安級的電壓、電流等級,中小容量的工作頻率可達兆赫級。由場控和雙極型合成的新一代電力電子器件,如絕緣柵雙極型晶體管(igt或igbt)和mos控制晶閘管(mct)也正在興起,容量也已相當(dāng)大。這些新器件均具有門極關(guān)斷能力,且工作頻率可以大大提高,使電力電子電路更加簡單,使電力電子裝置的體積、重量、效率、性能等各方面指標(biāo)不斷提高,它將使電力電子技術(shù)發(fā)展到一個更新的階段。與此同時,電力電子器件、電力電子電路和電力電子裝置的計算機模擬和仿真技術(shù)也在不斷發(fā)展。
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。
(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)。
(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(shè)備突破工頻傳統(tǒng),向高頻化方向發(fā)展。
(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。
應(yīng)用:一般工業(yè):交直流電機、電化學(xué)工業(yè)、冶金工業(yè)
交通運輸:電氣化鐵道、電動汽車、航空、航天、航海
電力系統(tǒng):高壓直流輸電、柔性交流輸電、無功補償
電子裝置電源:為信息電子裝置提供動力
家用電器:“節(jié)能燈”、變頻空調(diào)
其他:ups、 航天飛行器、新能源、發(fā)電裝置。