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文檔簡(jiǎn)介
1、<p><b> 電力電子技術(shù)</b></p><p> 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。</p><p>&
2、lt;b> 簡(jiǎn)介</b></p><p> 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。 </p><p> 現(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。 </p><p> 電力電子學(xué)(Power Electronics)這一名稱是在上世紀(jì)60年代
3、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)不同的角度來稱呼的。 </p><p> 一般認(rèn)為,電力電子技術(shù)的誕生是以1957年美國(guó)通用電氣公司研制出的第一個(gè)晶閘管為標(biāo)志的,電力電子技術(shù)的概念和基礎(chǔ)就是由于晶閘管和晶閘管變流技術(shù)的
4、發(fā)展而確立的。此前就已經(jīng)有用于電力變換的電子技術(shù),所以晶閘管出現(xiàn)前的時(shí)期可稱為電力電子技術(shù)的史前或黎明時(shí)期。70年代后期以門極可關(guān)斷晶閘管(GTO),電力雙極型晶體管(BJT),電力場(chǎng)效應(yīng)管(Power-MOSFET)為代表的全控型器件全速發(fā)展(全控型器件的特點(diǎn)是通過對(duì)門極既柵極或基極的控制既可以使其開通又可以使其關(guān)斷),使電力電子技術(shù)的面貌煥然一新進(jìn)入了新的發(fā)展階段。80年代后期,以絕緣柵極雙極型晶體管(IGBT 可看作MOSFET和
5、BJT的復(fù)合)為代表的復(fù)合型器件集驅(qū)動(dòng)功率小,開關(guān)速度快,通態(tài)壓降小,在流能力大于一身,性能優(yōu)越使之成為現(xiàn)代電力電子技術(shù)的主導(dǎo)器件。為了使電力電子裝置的結(jié)構(gòu)緊湊,體積減小,常常把若干個(gè)電力電子器件及必要的輔助器件做成模塊的形式,后來又把驅(qū)動(dòng),控制,保護(hù)電路和功率器件集成在一起,構(gòu)成功率集成電路(PIC)。目前PIC的功率都還較小但這代表了電力電子技術(shù)發(fā)展的一個(gè)重要方向。 </p><p> 利用電力電子器件實(shí)現(xiàn)
6、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
7、息傳感的載體。因此人們關(guān)注的是所能轉(zhuǎn)換的電功率。 </p><p> 電力電子技術(shù)是建立在電子學(xué)、電工原理和自動(dòng)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(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
8、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。</p><
9、;p><b> 作用</b></p><p> (1) 優(yōu)化電能使用。通過電力電子技術(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、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。 </p><p> (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)。 <
11、;/p><p> (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)無噪音且具有全新的功能和用途。 </p><p> (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
12、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。</p><p><b> 器件</b></p><p> 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
13、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
14、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(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,按其功能可分為: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</p><p>&
15、lt;b> 進(jìn)展</b></p><p> 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(gè)方面的發(fā)展對(duì)電力電子技術(shù)引起了巨大的沖擊。其一為微機(jī)的發(fā)展對(duì)電力電子裝置的控制系統(tǒng)、故障檢測(cè)、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
16、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(dá)4500伏,電流已達(dá) 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(dá)1400伏,最大電流達(dá)400安,工作頻率比晶閘管高得多,采用達(dá)林頓結(jié)構(gòu)時(shí)電流增益可達(dá)75~200。 隨著光纖技術(shù)的發(fā)展,美國(guó)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
17、管相比,簡(jiǎn)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(jià),又提高運(yùn)行的可靠性。同時(shí),場(chǎng)控電力電子器件也得到發(fā)展,如功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管(power MOSFET)和功率靜電</p><p><b> 電力電子技術(shù)創(chuàng)新</b></p><p> 98年末朱镕基總理明確指示,今后必須加快國(guó)家創(chuàng)新體系的建設(shè),因此可以肯定的說,在21
18、世紀(jì)初國(guó)家發(fā)展中,技術(shù)創(chuàng)新將要變成企業(yè)工作的主導(dǎo)內(nèi)容,而發(fā)展與建立適合中國(guó)國(guó)情的 電氣工業(yè)的技術(shù)創(chuàng)新機(jī)制,通過電力電子技術(shù)長(zhǎng)足進(jìn)步推動(dòng)新型電氣工業(yè)不斷升級(jí)和進(jìn)步進(jìn) 而走向世界。電力電子技術(shù)雖然它具有微電子技術(shù)的許多共同特征,如發(fā)展變化都非常迅速 ,滲透力和創(chuàng)新表現(xiàn)十分突出,生命力格外旺盛,處于陽光產(chǎn)業(yè)地位,并與其它學(xué)科相互融 合和發(fā)展產(chǎn)生新的機(jī)遇,而電力電子技術(shù)還有其自身一些獨(dú)具特色的地方,如高電壓、大容 量及控制功率范圍大,因此技術(shù)的
19、創(chuàng)新難度在于必須跨越高電壓大功率這一關(guān)卡,及其技術(shù) 的綜合難度,如材料工業(yè)和制造工藝,而電力電子器件工作的可靠性是其極其重要的一個(gè)技術(shù)指標(biāo)。為此電力電子技術(shù)的創(chuàng)新是與多種學(xué)科相互滲透并對(duì)各種工業(yè)領(lǐng)域有著極強(qiáng)的滲透性。因此電力電子技術(shù)與國(guó)家的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)關(guān)系密切,并與國(guó)家發(fā)展的各項(xiàng)方針及產(chǎn)業(yè)政策相 配臺(tái)的要求在21世紀(jì)會(huì)顯得越來越強(qiáng)烈。電力電子技術(shù)又稱為能流技術(shù),因此電力電子技術(shù) 的發(fā)展與創(chuàng)新是21世紀(jì)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略綱領(lǐng)的重要組成部分。在21
20、世紀(jì)初加快現(xiàn)代電力電子 化轉(zhuǎn)化的力度</p><p> 電力電子技術(shù)的創(chuàng)新與電力電子器件制造工藝,已成為世界各國(guó)工業(yè)自動(dòng)化控制和機(jī)電一體 化領(lǐng)域競(jìng)爭(zhēng)最激烈的陣地,各發(fā)達(dá)國(guó)家均在這一領(lǐng)域注入極大的人力,物力和財(cái)力,使之進(jìn) 入高科技行業(yè),就電力電子技術(shù)的理論研究言,目前日本、美國(guó)及法國(guó)、荷蘭、丹麥等西歐 國(guó)家可以說是齊頭并進(jìn),在這些國(guó)家各種先進(jìn)的電力電子功率量不斷開發(fā)完善,促進(jìn)電力電&
21、#160;子技術(shù)向著高頻化邁進(jìn),實(shí)現(xiàn)用電設(shè)備的高效節(jié)能,為真正實(shí)現(xiàn)工控設(shè)備的小型化,輕量化 ,智能化奠定了重要的技術(shù)基礎(chǔ),也為21世紀(jì)電力電子技術(shù)的不斷拓展創(chuàng)新描繪了廣闊的前景。我國(guó)開發(fā)研制電力電子器件的綜合技術(shù)能力與國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家相比,仍有較大的差距,要發(fā)展和創(chuàng)新我國(guó)電力電子技術(shù),并形成產(chǎn)業(yè)化規(guī)模,就必須走有中國(guó)特色的產(chǎn)學(xué)創(chuàng)新之路, 即牢牢堅(jiān)持和掌握產(chǎn)、學(xué)、研相結(jié)合的方法走共同發(fā)展之路。從跟蹤國(guó)外先進(jìn)技術(shù),逐步走
22、160;上自主創(chuàng)新,從交叉學(xué)科的相互滲透中創(chuàng)新,從器件開發(fā)選擇及電路結(jié)構(gòu)變換上創(chuàng)新,這對(duì) 電力技術(shù)創(chuàng)新是尤其實(shí)用的。也要從器件制造工藝技術(shù)引導(dǎo)創(chuàng)新,從新材料科學(xué)的應(yīng)用上創(chuàng)新,以此推動(dòng)電力電子器制造工藝的技術(shù)創(chuàng)新,提高器件的可靠性。由此形成基礎(chǔ)積累型的 創(chuàng)新之路。并要把技術(shù)</p><p> Power electronic technology</p><p> P
23、ower electronic technology is a new branch of applied to power field is to use the electronic technology, power electronics device (such as thyristor and GTO, IGBT etc.) to the electric power for transformation and contr
24、ol technology. Power electronic technology "power" which transform the power can be big to hundreds of MW GW even, also can small to several W even under and 1W leds, the information processing as information e
25、lectronic technology different power electronic technology is mainly </p><p> introduction</p><p> Power electronic technology into power electronics device manufacturing technology and commun
26、ication technology (rectifier, inverter, the chopper, frequency conversion, covert, etc.) two branches.</p><p> Has become a modern electrical engineering and automation major indispensable specialized fund
27、amental course, a door in cultivating the specialized talented person occupies an important position.</p><p> Electric Power Electronics (Power Electronics) this name is in the 1960s appear. In 1974, the Un
28、ited States with a fall W.N ewell (pictured) to power a triangle electronics are described, think it is by the power of science, electronics and control theory formed three course cross. This view is the world generally
29、accepted. "Power electronics" and "power electronic technology" are respectively from the academic and technical engineering 2 different Angle to call.</p><p> Generally, the birth of po
30、wer electronic technology in 1957, the American general electric company developed first thyristor for marks, the power electronic technology concepts and foundation was that the thyristor and brake canal converter techn
31、ology development and establish. It has been used in power transformation of electronic technology, so thyristor can be called the period before appearance of power electronic technology prehistoric or dawn period. In th
32、e late 1970s with the door very ca</p><p> Using power electronics device implements industrial scale power transformation technology, sometimes also called power electronic technology. Normally, it is a fo
33、rm of industrial electrical energy converted into another form of industrial electrical energy. For example, will exchange power transformation to dc can or can transform into exchanges will dc power; Will work needed to
34、 transform into frequency power frequency power equipment; In normal ac power disruptions, using inverter (see power </p><p> Power electronic technology is based on electronics, electrical principle and au
35、tomatic control three subjects emerging disciplines. Because it is itself high-power electric technology, and are mostly for the application of industrial services &high, reason often will it belongs to an electricia
36、n classes. The main content of power electronic technology including power electronic devices, power electronic circuits and power electronic devices and systems. Power electronics device for basic materi</p><
37、p><b> role</b></p><p> (1) optimizing electricity use. Through the power electronic technology for electric power, electricity use handle reasonably, efficient and save, realize the optimum
38、power use. For example, in electricity saving aspects, in view of fan water pump, electric traction, mill smelting, light industry papermaking, industrial furnace, induction heating, electric welding, chemical, electroly
39、tic 14 aspects of investigation, potential power saving equivalent of 1990 total capacity, so 16% of the applicat</p><p> (2) to transform traditional industries and development electromechanical integratio
40、n of new industries. According to developed countries, will have predicted by 95 percent of electricity to power electronic technology is used again, after processing all kinds of industrial and civil electromechanical e
41、quipment, 95% and power electronic industry, especially relevant, power electronic technology is elv control of the media, is specialized in electromechanical equipment and the important interface</p><p> (
42、3) power electronic technology high frequency, and the development of frequency conversion technology, will make electrical equipment breakthrough tradition, power frequency to high frequency change direction. To achieve
43、 the best work efficiency, and will make electrical and mechanical equipment reduced volume several times, a few times, response speed, and can adapt to any high benchmark signals, realize noiseless and has new functions
44、 and USES.</p><p> (4) power electronic intelligence progress in certain level admiral, information processing and power handling one, make microelectronics technology and power electronic technology integr
45、ation, its development is likely to cause significant reform of the electronic technology. Some even suggest, electronics the next item on the revolution will take place in industrial equipment and electric grid as objec
46、t of electronic technology application domain, power electronic technology will bring people </p><p><b> device</b></p><p> 2002 in the first glass mercury arc rectifier. In 1910 a
47、ppeared iron shell mercury arc rectifier. With mercury arc rectifier instead of mechanical switch and change flow sensor, this is power electronic technology originated. 1920 the copper oxide rectifier trial, 1923 appear
48、ed selenium rectifier. In the 1930s, these rectifier used in electric power rectifier devices started mass. At the end of 1940s appeared transistors. In the 1950s, transistors to power at the beginning of the development
49、, at</p><p><b> progress</b></p><p> Ranging from the 1950s to the 1970s, high-power silicon diode, in a bipolar power transistors and the brake canal application based (especially
50、 thyristor) of power electronic technology development more mature. Since the 1970s, two aspects of power electronic technology development of caused a huge impact. One for the development of microcomputer control system
51、 of the power electronic devices, fault detection, information processing, played a major role in the future will also continue to develo</p><p> Power electronic technology innovation</p><p>
52、 At the end of 1998 premier zhu rongji, future specific instructions to accelerate the construction of national innovation system, and therefore may be sure that at the beginning of the 21st century national development,
53、 technology innovation will become the leading enterprise to work with content, and establish the development suited to China's national conditions of the electrical industrial technology innovation mechanism, throug
54、h the power electronic technology rapid progress promoting new el</p><p> Power electronic technology innovation and power electronics device manufacturing process, has become the world industrial automatio
55、n control and electromechanical integrated the field, the most competitive positions each developed countries in this area are injected great human, material and financial resources, make into into a high-tech industry,
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