電力電子技術(shù)論文發(fā)表
電力電子技術(shù)論文發(fā)表
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。 學(xué)習(xí)啦小編為大家整理的電力電子技術(shù)論文發(fā)表，希望你們喜歡。
電力電子技術(shù)論文發(fā)表篇一
電力電子技術(shù)基本研究
【摘要】在上世紀(jì)各項(xiàng)科學(xué)技術(shù)及社會(huì)需求的帶動(dòng)下，電力電子技術(shù)出現(xiàn)并得到了很大的發(fā)展。它主要是使用電力電子器件對(duì)電能進(jìn)行變換和控制的技術(shù)，即應(yīng)用于電力領(lǐng)域的電子技術(shù)。本文基于作者自身的工作經(jīng)驗(yàn)及相關(guān)知識(shí)了解，對(duì)電力電子技術(shù)進(jìn)行了部分基本分析，并就其在各領(lǐng)域當(dāng)中的應(yīng)用提出了部分探討性意見(jiàn)。
【關(guān)鍵詞】電力電子;器件;應(yīng)用
一、引言
在上世紀(jì)各項(xiàng)科學(xué)技術(shù)及社會(huì)需求的帶動(dòng)下，電力電子技術(shù)出現(xiàn)并得到了很大的發(fā)展，逐漸它在電控裝置、電氣自動(dòng)化系統(tǒng)當(dāng)中的應(yīng)用越來(lái)越廣。如今，各式各樣的自關(guān)斷器件大量的出現(xiàn)，使性能得到了很大程度的提高，同時(shí)容量方面也有很大的擴(kuò)展。以PWM控制為代表的、采用數(shù)字控制的電力電子裝置性能日趨完替。目前，電力電子技術(shù)已經(jīng)被應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域當(dāng)中，從電力到工業(yè)再到交通，無(wú)不有其身影，且目前開(kāi)始迅速想家電、通信以及節(jié)能方面開(kāi)始發(fā)展。
二、其他學(xué)科與電力電子技術(shù)之間的關(guān)系分析
(一)電子學(xué)與電力電子技術(shù)之間的關(guān)系
與傳統(tǒng)的電子器件制造工藝相比，電力電子器件的制造工藝、技術(shù)與其沒(méi)有太多的差別，兩者基本相同。如今的電力電子器件生產(chǎn)、制造一般都為集成電路，應(yīng)用了微電子制造相關(guān)方面的技術(shù)，許多設(shè)備都和微電子器件制造設(shè)備通用，說(shuō)明二者同根同源。
(二)電氣工程與電力電子技術(shù)之間的關(guān)系
電力電子技術(shù)廣泛用于電氣工程中的高壓直流輸電、靜止無(wú)功補(bǔ)償、電力機(jī)車牽引、交直流電力傳動(dòng)電解、電鍍、電加熱、高性能交直流電源等領(lǐng)域。通常把電力電子技術(shù)歸屬為電氣工程學(xué)科，并且電力電子技術(shù)是電氣工程學(xué)科中最為活躍的一個(gè)分支，其不斷進(jìn)步給電氣工程的現(xiàn)代化以巨大的推動(dòng)力。
(三)控制理論與電力電子技術(shù)之間的關(guān)系
控制理論廣泛用于電力電子系統(tǒng)中，使電力電子裝置和系統(tǒng)的性能滿足各種需求。電力電子技術(shù)可看成“弱電控制強(qiáng)電”的技術(shù)，是“弱電和強(qiáng)電的接口”，控制理論是實(shí)現(xiàn)該接口的強(qiáng)有力紐帶?？刂评碚摵妥詣?dòng)化技術(shù)密不可分，而電力電子裝置是自動(dòng)化技術(shù)的基礎(chǔ)元件和重要支撐技術(shù)。
三、電力電子技術(shù)主要器件分析
電力電子器件既是電力電子技術(shù)的基礎(chǔ)，也是電力電子技術(shù)發(fā)展的強(qiáng)大動(dòng)力。電力電子器件的發(fā)展對(duì)電力電子技術(shù)的發(fā)展起著決定性的作用，因此，電力電子技術(shù)的發(fā)展史是以電力電子器件的發(fā)展史為綱的。至今電力電子器件發(fā)展可分為三個(gè)階段，電力電子技術(shù)的發(fā)展也相應(yīng)地分成三大步。
(一)不可控器件
1955年美國(guó)通用電氣公司研發(fā)了第一個(gè)電力電子器件一一硅整流管(SR)。它的問(wèn)世使變流技術(shù)從機(jī)械整流、汞弧整流進(jìn)入電力半導(dǎo)體整流。1957年出現(xiàn)了硅晶閘管(SCR)，接著晶閘管的派生器件：逆導(dǎo)晶閘管(KN)、雙向晶閘管(KS)、快速晶閘管(KK)、門(mén)極輔助關(guān)斷晶閘管(GATT)、非對(duì)稱晶閘管(ASCR)等相繼問(wèn)世，從而使電力電子技術(shù)不僅具有整流功能(交流→直流)，而且具有逆變(直流→交流)、斬波(直流→直流)、變頻(交流→交流)等功能。在這一發(fā)展階段的電力電子器件，基本上都是分立器件或幾個(gè)分立器件的組合，它們能被控制導(dǎo)通，而不能被直接控制關(guān)斷，要靠“電流過(guò)零”或強(qiáng)迫換流才能關(guān)斷，這就形成了以晶閘管及其派生器件為代表的第一代電力電子器件。
(二)半可控器件
半可控器件的代表是晶閘管，它在1956年由貝爾實(shí)驗(yàn)室發(fā)明，并在1958年由GE公司組織生產(chǎn)，稱為硅可控整流器(Silicon-ControlledRectifie或SCR)，中文簡(jiǎn)稱晶閘管。晶閘管是一個(gè)四層三端結(jié)構(gòu)，三個(gè)端子分別為發(fā)射極、集電極和門(mén)極，它的導(dǎo)通條件除集電極與發(fā)射極問(wèn)加正向電壓外，還需在門(mén)極加正向脈沖，否則不能由斷態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橥☉B(tài)。另外，晶閘管開(kāi)通后沒(méi)有切斷電流的能力，要靠電流自行過(guò)零，才能恢復(fù)阻斷狀態(tài)。因而，這是半可控器件，即只能控制開(kāi)通而不能控制阻斷。
80年代發(fā)展起來(lái)的半可控電力電子器件，主要有巨型晶體管(GTR)、門(mén)極可關(guān)斷晶閘管(GTO)、絕緣柵雙極晶體管((IGBT)、單極場(chǎng)控晶體管(電力MOSFET)、靜電感應(yīng)晶體管(SIT)、靜電感應(yīng)晶閘管(SITH)和MOS控制晶閘管(MCT)等，形成了第二代電力電子器件。在結(jié)構(gòu)上，它們具有功率集成器件的特點(diǎn)，在功能上，它們具有通過(guò)電流信號(hào)(或電場(chǎng))控制器件導(dǎo)通或關(guān)斷的特點(diǎn)。
(三)全可控器件
全控型器件主要是功率晶體管GTR，功率場(chǎng)效應(yīng)管Power-MOSFET，門(mén)極可關(guān)斷晶閘管。GTR是一種NPN開(kāi)關(guān)器件，可用基極電流開(kāi)關(guān)集電極主電流，即具有自關(guān)斷能力，它還具有開(kāi)關(guān)時(shí)間短、通態(tài)電壓低、開(kāi)關(guān)損耗小、高頻性能好、驅(qū)動(dòng)簡(jiǎn)單、成本低廉等優(yōu)點(diǎn)。因此它正在中小功率交流調(diào)速、逆變及斬波等方面取代著晶閘管的地位。GT可工作在10kHz，廣泛應(yīng)用于500kW以下的感應(yīng)電機(jī)變頻調(diào)速、不間斷電源以及脈沖電源。
門(mén)極可關(guān)斷晶閘管GTO是一種既可在門(mén)極加正脈沖使之由斷態(tài)變?yōu)橥☉B(tài)，又可在門(mén)極加負(fù)脈沖使之由通態(tài)變?yōu)閿鄳B(tài)的器件，因此這種器件可控制電路的通斷。
四、電力電子技術(shù)在各領(lǐng)域當(dāng)中的應(yīng)用
目前，電力電子技術(shù)已經(jīng)被應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域當(dāng)中，從電力到工業(yè)再到交通，無(wú)不有其身影，且目前開(kāi)始迅速想家電、通信以及節(jié)能方面開(kāi)始發(fā)展。
(一)電力系統(tǒng)當(dāng)中對(duì)電力電子技術(shù)的應(yīng)用
將電力電子技術(shù)引入電力系統(tǒng)并獲得廣泛應(yīng)用的領(lǐng)域，首推應(yīng)是同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)，這種勵(lì)磁系統(tǒng)由于動(dòng)作迅速，容易設(shè)計(jì)出高頂值電壓，并且控制功率小，因而，作為電壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)具有優(yōu)越的性能;另一領(lǐng)域是交流電動(dòng)機(jī)的變頻調(diào)速，它的應(yīng)用，節(jié)約了可觀的電能。近年來(lái)，國(guó)外還研究將電力電子技術(shù)引入抽水蓄能電站，以提高水泵水輪機(jī)的效率，并已取得成果。
在電力系統(tǒng)的發(fā)電、輸電和配電環(huán)節(jié)中都離不開(kāi)電力電子器件和電力電子技術(shù)。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)用極大地改善這些設(shè)備的運(yùn)行特性。在輸電環(huán)節(jié)中，電力電子器件大量應(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。配電系統(tǒng)迫切需要解決的問(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)量控制既要滿足對(duì)電壓、頻率、諧波和小對(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，成功地解決了這些難題。
(二)一般工業(yè)中對(duì)電子電力技術(shù)的應(yīng)用
在工業(yè)中大量應(yīng)用交直流電動(dòng)機(jī)進(jìn)行電力拖動(dòng)，直流電動(dòng)機(jī)有良好的調(diào)速性能，給其供電的可控整流電源或直流斬波電源都是電力電子裝置。近年來(lái)電力電子變頻技術(shù)的迅速發(fā)展，使交流電機(jī)的調(diào)速性能可與直流電機(jī)媲美，交流調(diào)速技術(shù)大量應(yīng)用并占據(jù)主導(dǎo)地位。
電化學(xué)工業(yè)大量使用直流電源，電解鋁、電解食鹽水等都需要大容量整流電源。電力電子技術(shù)還大量用于冶金工業(yè)中的高頻或中頻感應(yīng)加熱電源、淬火電源及直流電弧爐電源等場(chǎng)合。
(三)家用電器中對(duì)電力電子技術(shù)的應(yīng)用
照明在家用電器中有十分突出的地位。由于電力電子照明電源體積小、發(fā)光效率高、可節(jié)省大量能源，通常被稱為“節(jié)能燈”，正逐步取代傳統(tǒng)的白熾燈和日光燈變頻空調(diào)器是家用電器中應(yīng)用電力電子技術(shù)的典型例子之一。電視機(jī)、音響設(shè)備、家用計(jì)算機(jī)等電子設(shè)備的電源部分也都需要電力電子技術(shù)。此外，有些洗衣機(jī)、電冰箱、微波爐等電器也應(yīng)用了電力電子技術(shù)。
五、結(jié)語(yǔ)
當(dāng)前，電力電子技術(shù)仍在不斷發(fā)展，新材料、新結(jié)構(gòu)器件的陸續(xù)誕生，計(jì)算機(jī)技術(shù)的進(jìn)步為現(xiàn)代控制技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用提供了有力的支持，在各行各業(yè)中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，從人類對(duì)宇宙和大自然的探索，到國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域，再到我們的衣食住行，到處都能感受到電力電子技術(shù)的存在和巨大魅力。
參考文獻(xiàn)
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電力電子技術(shù)論文發(fā)表篇二
電力電子技術(shù)的發(fā)展
[摘 要]本文回顧了電力電子技術(shù)的發(fā)展，闡述了電力電子技術(shù)發(fā)展的趨勢(shì)，論述了現(xiàn)代電力電子的應(yīng)用領(lǐng)域，并對(duì)電力電子技術(shù)的未來(lái)做出展望。
[關(guān)鍵詞]電力電子技術(shù)，發(fā)展趨勢(shì)，應(yīng)用
中圖分類號(hào)：TM1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-914X(2015)12-0328-01
引言
現(xiàn)代電力電子技術(shù)的發(fā)展方向，是從以低頻技術(shù)處理問(wèn)題為主的傳統(tǒng)電力電子學(xué)，向以高頻技術(shù)處理問(wèn)題為主的現(xiàn)代電力電子學(xué)方向轉(zhuǎn)變。電力電子技術(shù)起始于五十年代末六十年代初的硅整流器件，其發(fā)展先后經(jīng)歷了整流器時(shí)代、逆變器時(shí)代和變頻器時(shí)代，并促進(jìn)了電力電子技術(shù)在許多新領(lǐng)域的應(yīng)用。八十年代末期和九十年代初期發(fā)展起來(lái)的、以功率MOSFET和IGBT為代表的、集高頻、高壓和大電流于一身的功率半導(dǎo)體復(fù)合器件，表明傳統(tǒng)電力電子技術(shù)已經(jīng)進(jìn)入現(xiàn)代電力電子時(shí)代。
一、電力電子器發(fā)展回顧
整流管是電力電子器件中結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)單，應(yīng)用最廣泛的一種器件。電力整流管對(duì)改損耗和提高電流使用效率等方面都具有非常重要的作用。自1958年美國(guó)通用電氣GE公司研制出第一個(gè)工業(yè)用普通晶閘管開(kāi)始，其結(jié)構(gòu)的改進(jìn)和工藝的改革為新器件開(kāi)發(fā)研制奠定了基礎(chǔ)，在以后的十年間開(kāi)發(fā)研制出雙向，逆變、逆導(dǎo)、非對(duì)稱晶閘管，至今晶閘管系列產(chǎn)品仍有較為廣泛的市場(chǎng)。1964年在美國(guó)第一次試制成功了0.5kV/0.01kA的可關(guān)斷的GTO至今，目前以達(dá)到9kV/2.5kA/0.8kHZ及6kV/6kA/1kHZ的水平，在當(dāng)前各種自關(guān)斷器件中GTO容量最大，其在大功率電力牽引驅(qū)動(dòng)中有明顯的優(yōu)勢(shì)，因此，它在中壓、大容量領(lǐng)域中占有一席之地。70年代研制出GTR系列產(chǎn)品，其額定值已達(dá)1.8kV/0.8kA/2kHZ，0.6kV/0.003kA/100kHZ，它具有組成的電路靈活成熟，開(kāi)關(guān)損耗小、開(kāi)關(guān)時(shí)間短等特點(diǎn)，在中等容量、中等頻率的電路中應(yīng)用廣泛，而作為高性能，大容量的第三代絕緣柵型雙極性晶體管IGBT，因其具有電壓型控制，輸入阻抗大、驅(qū)動(dòng)功率小，開(kāi)關(guān)損耗低及工作頻率高等特點(diǎn)，其有著廣闊的發(fā)展前景。
二、電力電子器件發(fā)展趨勢(shì)
電力半導(dǎo)體器件是電力電子應(yīng)用技術(shù)的基礎(chǔ)，必須重視電力電子器件的發(fā)展。國(guó)際上電力半導(dǎo)體器件經(jīng)歷了晶閘管(SCR)、可關(guān)斷晶閘管(GTO)和場(chǎng)控器件(IGBT和功率MOSFET)三個(gè)階段。進(jìn)入90年代，電力電子器件的研究和開(kāi)發(fā)已進(jìn)入大功率化、高頻化、標(biāo)準(zhǔn)模塊化、集成化和智能化時(shí)代。我們將50Hz的標(biāo)準(zhǔn)工頻大幅的提高之后，使用這樣工頻的電氣設(shè)備的體積與重量就能大大縮小，使電氣設(shè)備制造節(jié)約材料，運(yùn)行時(shí)節(jié)電就更加明顯，設(shè)備的系統(tǒng)性能亦大為改善，尤其是對(duì)航天工業(yè)其意義十分深遠(yuǎn)的。故電力電子器件的高頻化是今后電力電子技術(shù)創(chuàng)新的主導(dǎo)方向。而硬件結(jié)構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)模塊化是器件發(fā)展的必然趨勢(shì)。
三、現(xiàn)代電力電子的應(yīng)用
1、計(jì)算機(jī)高效率綠色電源
高速發(fā)展的計(jì)算機(jī)技術(shù)帶領(lǐng)人類進(jìn)入了信息社會(huì)，同時(shí)也促進(jìn)了電源技術(shù)的迅速發(fā)展。八十年代，計(jì)算機(jī)全面采用了開(kāi)關(guān)電源，率先完成計(jì)算機(jī)電源換代。接著開(kāi)關(guān)電源技術(shù)相繼進(jìn)入了電子、電器設(shè)備領(lǐng)域。計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，提出綠色電腦和綠色電源。根據(jù)美國(guó)環(huán)境保護(hù)署l992年6月17日“能源之星"計(jì)劃規(guī)定，桌上型個(gè)人電腦或相關(guān)的外圍設(shè)備，在睡眠狀態(tài)下的耗電量若小于30瓦，就符合綠色電腦的要求，提高電源效率是降低電源消耗的根本途徑。
2、通信用高頻開(kāi)關(guān)電源
通信業(yè)的迅速發(fā)展極大的推動(dòng)了通信電源的發(fā)展，高頻小型化的開(kāi)關(guān)電源及其技術(shù)已成為現(xiàn)代通信供電系統(tǒng)的主流。目前，在程控交換機(jī)用的一次電源中，傳統(tǒng)的相控式穩(wěn)壓電源己被高頻開(kāi)關(guān)電源取代，高頻開(kāi)關(guān)電源(也稱為開(kāi)關(guān)型整流器SMR)通過(guò)MOSFET或IGBT的高頻工作，開(kāi)關(guān)頻率一般控制在50-100kHz范圍內(nèi)，實(shí)現(xiàn)高效率和小型化。
3、直流-直流(DC/DC)變換器
DC/DC變換器將一個(gè)固定的直流電壓變換為可變的直流電壓，這種技術(shù)被廣泛應(yīng)用于無(wú)軌電車、地鐵列車、電動(dòng)車的無(wú)級(jí)變速和控制，同時(shí)使上述控制獲得加速平穩(wěn)、快速響應(yīng)的性能，并同時(shí)收到節(jié)約電能的效果。用直流斬波器代替變阻器可節(jié)約電能(20～30)%。直流斬波器不僅能起調(diào)壓的作用(開(kāi)關(guān)電源)，同時(shí)還能起到有效地抑制電網(wǎng)側(cè)諧波電流噪聲的作用。隨著大規(guī)模集成電路的發(fā)展，要求電源模塊實(shí)現(xiàn)小型化，因此就要不斷提高開(kāi)關(guān)頻率和采用新的電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，目前已有一些公司研制生產(chǎn)了采用零電流開(kāi)關(guān)和零電壓開(kāi)關(guān)技術(shù)的二次電源模塊，功率密度有較大幅度的提高。
4、不間斷電源(UPS)
不間斷電源(UPS)是計(jì)算機(jī)、通信系統(tǒng)以及要求提供不能中斷場(chǎng)合所必須的一種高可靠、高性能的電源。交流市電輸入經(jīng)整流器變成直流，一部分能量給蓄電池組充電，另一部分能量經(jīng)逆變器變成交流，經(jīng)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)送到負(fù)載。為了在逆變器故障時(shí)仍能向負(fù)載提供能量，另一路備用電源通過(guò)電源轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)來(lái)實(shí)現(xiàn)。現(xiàn)代UPS普遍了采用脈寬調(diào)制技術(shù)和功率M0SFET、IGBT等現(xiàn)代電力電子器件，電源的噪聲得以降低，而效率和可靠性得以提高。
5、變頻器電源
變頻器電源主要用于交流電機(jī)的變頻調(diào)速，其在電氣傳動(dòng)系統(tǒng)中占據(jù)的地位日趨重要，已獲得巨大的節(jié)能效果。變頻器電源主電路均采用交流-直流-交流方案。工頻電源通過(guò)整流器變成固定的直流電壓，然后由大功率晶體管或IGBT組成的PWM高頻變換器，將直流電壓逆變成電壓、頻率可變的交流輸出，電源輸出波形近似于正弦波，用于驅(qū)動(dòng)交流異步電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速。
6、大功率開(kāi)關(guān)型高壓直流電源
大功率開(kāi)關(guān)型高壓直流電源廣泛應(yīng)用于靜電除塵、水質(zhì)改良、醫(yī)用X光機(jī)和CT機(jī)等大型設(shè)備。電壓高達(dá)50～l59kV，電流達(dá)到0.5A以上，功率可達(dá)100kW。自從70年代開(kāi)始，日本的一些公司開(kāi)始采用逆變技術(shù)，將市電整流后逆變?yōu)?kHz左右的中頻，然后升壓。進(jìn)入80年代，高頻開(kāi)關(guān)電源技術(shù)迅速發(fā)展。德國(guó)西門(mén)子公司采用功率晶體管做主開(kāi)關(guān)元件，將電源的開(kāi)關(guān)頻率提高到20kHz以上。并將干式變壓器技術(shù)成功的應(yīng)用于高頻高壓電源，取消了高壓變壓器油箱，使變壓器系統(tǒng)的體積進(jìn)一步減小。國(guó)內(nèi)對(duì)靜電除塵高壓直流電源進(jìn)行了研制，市電經(jīng)整流變?yōu)橹绷?，采用全橋零電流開(kāi)關(guān)串聯(lián)諧振逆變電路將直流電壓逆變?yōu)楦哳l電壓，然后由高頻變壓器升壓，最后整流為直流高壓。
四、結(jié)束語(yǔ)
總而言之，電力電子及開(kāi)關(guān)電源技術(shù)因應(yīng)用需求不斷向前發(fā)展，新技術(shù)的出現(xiàn)又會(huì)使許多應(yīng)用產(chǎn)品更新?lián)Q代，還會(huì)開(kāi)拓更多更新的應(yīng)用領(lǐng)域。開(kāi)關(guān)電源高頻化、模塊化、數(shù)字化、綠色化等的實(shí)現(xiàn)，將標(biāo)志著這些技術(shù)的成熟，實(shí)現(xiàn)高效率用電和高品質(zhì)用電相結(jié)合。這幾年，隨著通信行業(yè)的發(fā)展，以開(kāi)關(guān)電源技術(shù)為核心的通信用開(kāi)關(guān)電源，僅國(guó)內(nèi)有20多億人民幣的市場(chǎng)需求，吸引了國(guó)內(nèi)外一大批科技人員對(duì)其進(jìn)行開(kāi)發(fā)研究。開(kāi)關(guān)電源代替線性電源和相控電源是大勢(shì)所趨，因此，同樣具有幾十億產(chǎn)值需求的電力操作電源系統(tǒng)的國(guó)內(nèi)市場(chǎng)正在啟動(dòng)，并將很快發(fā)展起來(lái)。還有其它許多以開(kāi)關(guān)電源技術(shù)為核心的專用電源、工業(yè)電源正在等待著人們?nèi)ラ_(kāi)發(fā)。
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