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開篇：寫作不僅是一種記錄，更是一種創造，它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感，將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的12篇現代電力電子技術，希望這些內容能成為您創作過程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進步。
【關鍵詞】電力系統 開關電源 不間斷電源
一、電力電子技術的發展
1957年美國通用電氣公司研制出了第一個晶閘管，標志著電力電子技術的誕生。而1958年以集成電路的誕生為標志的微電子技術帶動了一系列高新技術產業的發展，標志著第一次電子技術革命的開始。現代電力電子技術的發展方向，是從以低頻技術處理問題為主的傳統電力電子學，向以高頻技術處理問題為主的現代電力電子學方向轉變。電力電子器件按照能被控制電路信號所控制的程度分為不可控器件、半控型器件和全控型器件。不可控器件主要指電力二極管、該二極管雖不可控，可因為結構簡單，使用方便成本低，仍被廣泛應用。半控型器件主要指晶閘管，由它所組成的電路靈活成熟、開關損耗小、開關時間短，在電源、通用逆變器、電機控制等電路中應用廣泛。但驅動電流大、耐浪涌電流能力差、容易受二次擊穿。以電子技術和微電子技術的發展為背景，全控型器件是在八十年代末期和九十年代初期發展起來了，主要有電力晶體管（GTR）、電力場效應晶體管（電力MOSFET）、絕緣柵雙極晶體管（IGBT）。其特點是集高頻、高壓和大電流于一身，是大型的功率半導體復合器件，全控型器件的誕生表明傳統電力電子技術已經進入現代電力電子時代。
二、現代電力電子的應用領域
（一）電力系統及節能方面
電力電子技術在電力系統領域中的應用著非常廣泛和重要，在發電通過改變設備的運行特性為主要目的；而電子技術在高壓輸電領域的應用，極大的提高了電網運行的穩定性，被稱為“硅片引起的第”；在配電領域，則通過電力電子裝置來防止電網瞬間停電、瞬間電壓跌落、閃變等，以進行電能質量控制，加強供電可靠性，改善供電質量。同時還通過減少無功損耗，提高功率指數，來達到節能的目的。在發達國家有60%以上的電能至少經過一次以上的電力電子變流裝置進行處理。通過這種處理可以節約能源和提高用電設備的性能。直流輸電在長距離、大容量輸電中有很大的優勢，其送電端的整流閥和受電端的逆變閥都使用晶閘管變流裝置。
（二）交通運輸
電子技術在鐵路運輸、船舶、航天、電動汽車等行業都有廣泛的應用，稱為新興產業不可缺少的重要技術。新型環保綠色電動汽車與混合動力電動汽車都正在積極的發展中。汽車是靠汽油引擎的運行發展起來的一種機械，它排出大量的二氧化碳與其他廢氣，嚴重污染了環境。而綠色電動汽車的電機用蓄電池為能源，靠電力電子裝置來進行電力變換與驅動控制，其蓄電池的充電也是離不開電力電子技術的。顯然，未來電動汽車大有可能取代燃油汽車。。而在電氣機車中的直流機車就是采用整流裝置來供電的，而交流機車則采用變頻裝置來供電，都離不開電子技術的應用，直流折波器和鐵道車輛、磁懸浮列車中的電力電子技術更是關鍵技術的應用實例。船舶、飛機也需要各種不同要求的電源，所以航海、航空都離不開電力電子技術。
（三）開關電源
首先高速發展的計算機技術在帶領人類進入了信息社會的同時，也促進了電源技術的迅速發展。八十年代，計算機全面采用了開關電源，率先完成計算機電源換代。接著開關電源技術相繼進入了電子、電器設備領域。開關電源和線性電源相比，二者的成本都隨著輸出功率的增加而增長，但二者增長速率各異。線性電源成本在某一輸出功率點上，反而高于開關電源。隨著電力電子技術的發展和創新，使得開關電源技術在不斷地創新，這一成本反轉點日益向低輸出電力端移動，這為開關電源提供了廣泛的發展空間。高頻開關電源（也稱為開關型整流器SMR）通過MOSFET或IGBT的高頻工作，開關頻率一般控制在50-100kHz范圍內，實現高效率和小型化。近幾年，開關整流器的功率容量不斷擴大，單機容量己從48V/12.5A、48V/20A擴大到48V/200A、48V/400A。開關電源的發展方向是高頻、高可靠、低耗、低噪聲、抗干擾和模塊化，關鍵技術是高頻化。由于開關電源輕、小、薄的特點，其應用日益廣泛。現在開關電源產品廣泛應用于工業自動化控制、軍工設備、科研設備、LED照明、工控設備、通訊設備、電力設備、儀器儀表、醫療設備、半導體制冷制熱、空氣凈化器，電子冰箱，液晶顯示器，LED燈具，通訊設備，視聽產品，安防監控，LED燈袋，電腦機箱，數碼產品和儀器類等領域。
（四）不間斷電源（UPS）
電子技術帶給計算機領域的還有不間斷電源技術。所謂不間斷電源（UPS）是指計算機、通信系統以及要求提供不能中斷場合所必須的一種高可靠、高性能的電源。交流市電輸入經整流器變成直流，一部分能量給蓄電池組充電，另一部分能量經逆變器變成交流，經轉換開關送到負載。為了在逆變器故障時仍能向負載提供能量，另一路備用電源通過電源轉換開關來實現。目前在線式UPS的最大容量已可作到600kVA。超小型UPS發展也很迅速，已經有0.5kVA、lkVA、2kVA、3kVA等多種規格的產品。
三、總結
90年代以后，電子技術朝著大功率化、模塊化、變頻化和智能化發展。電化學專業、鐵道電氣車、鋼鐵工業、電力工業的迅速發展給電力電子器件提供了用武之地。通過電子技術和微電子技術的結合，促成了功率集成電路的誕生，最終促使了大量新結構、新材料器件等電子器件的誕生和發展，給工業、航天等帶來了極大的幫助和便利，對節約能源、改造傳統產業、發展新型產業作出了巨大的貢獻。總而言之，電力電子因應用需求不斷向前發展，新技術的出現又會使許多應用產品更新換代，還會開拓更多更新的應用領域。
參考文獻：
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[3]王正元.面向新世紀的電力電子技術電源技術應用，2001
【關鍵詞】電力電子；技術煤礦；節能
1.現代電力電子技術在煤礦電氣的應用
傳動系統中的應用國際上，技術先進的產煤國家，井下使用現代電力電子技術和裝備已相當廣泛。如調速變頻電牽引采煤機，風機、水泵、提升機等礦用設備調速系統；原不調速系統實現變頻調速；原直流調速系統正被交流變頻調速系統逐步代替。
1.1提高生產工藝流程自動化控制系統智能化水平
電氣傳動自動化技術是以生產機械的驅動裝置—電動機為自動控制對象、以微電子器件（包括微計算機系統）為核心、以電力電子裝置為執行機構，在自動控制理論指導下，按給定的規律控制電動機的轉速進行自動調節，以滿足生產工藝的最佳要求，達到提高效率、降低能耗、提高產品（或系統運行）質量、減少系統環節、降低勞動強度的優化效果。現代變頻裝置的智能化程度比較高，自身具有很強的保護功能，對于被驅動負載來說，它既是一個功能很強的控制環節，又是很準確的電動執行機構。作為電氣傳動自動化系統，可稱得上是控制和執行器的機電一體化環節。采用此項技術和設備，不但可容易地實現較高性能的單機自動化，而且實現礦井的順槽自動化控制要簡單和容易得多。
1.2提高電氣傳動系統的機電一體化水平，減小驅動設備占用空間
電氣傳動系統的機電一體化是現代礦井采、掘、運、提等大型生產裝備機電一體化的最重要組成部分，這不但可有效地提高生產工藝流程自動化控制系統智能化水平，而且可有效地減小設備占用空間。由于井下空間有限，限制了裝備的體積及使用范圍：縮小裝備的體積可以有效地減少恫室開挖量，節約投資。隨著現代電力電子技術的不斷發展和進步，發展無機械齒輪機，技術已日臻成熟，并且已進入實用階段。如：交流主軸驅動系統、滾筒內裝電動機式提升絞車等已投入使用，既減少了機械傳動環節系統體積，又有效地提高了整體的傳動效率，為礦井電氣傳動系統改造提供了誘人的新技術前景。
2.現代電力電子技術在電機調速及拖動中的應用
礦井中電機是耗能大戶，并且集中在提升機電機通風機電機、主排水泵電機、壓縮機電機以及采煤機電機等幾個大型電機上，耗能比較集中，因此為實現電力電子技術改造提供了方便。以TKD和JKMK系列提升機電控系統為主的交流提升電控系統在我國使用最為普遍，這些控制系統都是采用轉子附加電阻來調速的。由于交流提升機在減速段機械特性軟調速性能較差，后來又出現直流調速提升機，由于在開始發展直流控制系統時電力電子技術特別是大功率電力電子元件及控制模塊還不是很成熟，因此這種直流調速方案主要采用F—D系統（直流發電機拖動直流電動機）。這種系統中拖動發電機的電動機除了檢修以外，一般停機，因此電能浪費嚴重，以某礦副井提升機為例：該礦副井提升機采用的是直流F—D直流拖動系統，提升電機的功率是1250kw，為其提供直流電源的是功率為1450kw的直流發電機，拖動發電機的是功率為1600kw的交流同步電動機，在提升機進行電力電子技術改造前每個月的耗電量在40—45萬kw·h之間。除此之外，整個控制系統仍然采用傳統的繼電器控制，所有參數也是模擬量，因此控制復雜、故障率高、參數易變、維護量大，每年的維修費用15萬元左右，維修時間超過500h。該礦于2004年5月對電控系統進行改造，改造成電力電子整流直流調速系統，整套系統采用進口整流控制柜和PLC控制系統。改造后，每月電量消耗在20萬kw·h左右，節能非常明顯，兩年內節約的電費就收回了項目投資。同時控制系統數字化、模塊化，結構緊湊、集成度高、故障率低、維護方便，年維修費用2萬元以下，年維修時間200h左右。節能效果良好，經濟和社會效益明顯。
相對于直流調速系統，交流電機費用低、結構簡單、維護方便，因此受到用戶的青睞，特別是交流電機的變頻調速性能和直流調速基本相似，因此變頻調速的發展速度很快，并且有逐步取代直流調速的趨勢。交流電機采用變頻技術相對直流電機采用直流調速性能基本相似，但是變頻技術相對直流調速方案總體經濟效益較好，這一點在電梯調速方面的成功應用可以得到驗證。
煤炭企業大功率電機直接使用變頻調速的難度在于電機的額定電壓以6kv為主，應用高壓交流電機和高壓變頻調速的方案目前還沒有一個成功應用的例子。隨著變頻技術的進步，具有內置式PID以及張力卷取軟件、速度級鏈速度跟隨以及電流平衡等功能的大功率高壓變頻器技術的成熟。目前的礦用提升機交流電控系統除了調速性能不理想外其轉子串接的加速電阻也消耗部分電能，而且維修量大。
礦用刮板輸送機和帶式輸送機是煤礦生產的重要設備之一，這些設備啟動頻繁，負荷變化大，目前使用的啟動設備大多數采用普通磁力啟動器配液壓聯軸器，啟動效果不很理想，同時也無法達到節能效果。隨著隔爆型變頻器技術的成熟，礦用運輸設備采用變頻器是完全可行的，而且可以同時達到節能和軟啟動的目的。但是隔爆型變頻器造價高，推廣起來有一定的難度，不過現在國內有的企業通過和國外技術合作、引進或自制研制成功了隔爆型節能軟啟動開關，這種開關造價比變頻器低，還可以通過調整輸出電壓來達到節能的目的，在目前條件下，這種開關還是值得推廣的。
3.現代電力電子技術的其它應用
煤炭企業一般距離市區較遠，因此煤礦的工人村都有相對對立的物業管理體系，例如必須具備對立的供水系統。現在大多數礦山工人采用的都是定時供水制，只在規定的時間內供水，供水的時候，就是用水的高峰期，每個用戶還要用容器存一部分水備用，實際上并不一定能用完，長流水的地方也比較多，因此造成水資源和電能的浪費。另外，由于用水集中，為了保證有足夠的水壓，供水的水泵和電機都比較大，因此也造成了設備資源的浪費。全自動無塔變頻供水裝置這項技術在全國推廣使用已經好幾年了，這項技術投資少，自動化程度高，同時還可以達到節水節能的目的，但是在煤炭企業應用還不是太廣泛，還沒有認識到其優勢。某礦工人原來使用的也是定時供水制，自從改造成全動無塔變頻供水以后，節約水資源10%以上，節約電能15%以上，而且還可以保證全天候供水，方便了居民生活，經濟和社會都很好。
我國于1996年正式啟動綠色照明計劃，綠色照明計劃的關鍵就是利用電力電子技術開發節能光源和節能燈具。煤礦井下大量使用照明，目前礦井使用的照明設備以普通熒光燈白熾，因此大規模推廣使用節能燈具有著重要意義。以百萬噸礦井生產照明用電容量為50kw計算時，推行節能技術可以節約電量15%，全國年產原煤12億t，年節約電量近80GW時，細算起來是一個不小的數字。但是，我國在開發成本低、電磁污染低、可靠性高的性能先進的電子整流器方面，特別是能適應煤礦井下惡劣條件的先進節能燈具技術還不是很成熟。
當前,電力電子作為節能、節才、自動化、智能化、機電一體化的基礎,正朝著應用技術高頻化、硬件結構模塊化、產品性能綠色化的方向發展。在不遠的將來,電力電子技術將使電源技術更加成熟、經濟、實用,實現高效率和高品質用電相結合。
1.電力電子技術的發展
現代電力電子技術的發展方向,是從以低頻技術處理問題為主的傳統電力電子學,向以高頻技術處理問題為主的現代電力電子學方向轉變。電力電子技術起始于五十年代末六十年代初的硅整流器件,其發展先后經歷了整流器時代、逆變器時代和變頻器時代,并促進了電力電子技術在許多新領域的應用。八十年代末期和九十年代初期發展起來的、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體復合器件,表明傳統電力電子技術已經進入現代電力電子時代。
1.1整流器時代
大功率的工業用電由工頻(50Hz)交流發電機提供,但是大約20%的電能是以直流形式消費的,其中最典型的是電解(有色金屬和化工原料需要直流電解)、牽引(電氣機車、電傳動的內燃機車、地鐵機車、城市無軌電車等)和直流傳動(軋鋼、造紙等)三大領域。大功率硅整流器能夠高效率地把工頻交流電轉變為直流電,因此在六十年代和七十年代,大功率硅整流管和晶閘管的開發與應用得以很大發展。當時國內曾經掀起了-股各地大辦硅整流器廠的熱潮,目前全國大大小小的制造硅整流器的半導體廠家就是那時的產物。
1.2逆變器時代
七十年代出現了世界范圍的能源危機,交流電機變頻惆速因節能效果顯著而迅速發展。變頻調速的關鍵技術是將直流電逆變為0~100Hz的交流電。在七十年代到八十年代,隨著變頻調速裝置的普及,大功率逆變用的晶閘管、巨型功率晶體管(GTR)和門極可關斷晶閘管(GT0)成為當時電力電子器件的主角。類似的應用還包括高壓直流輸出,靜止式無功功率動態補償等。這時的電力電子技術已經能夠實現整流和逆變,但工作頻率較低,僅局限在中低頻范圍內。
1.3變頻器時代
進入八十年代,大規模和超大規模集成電路技術的迅猛發展,為現代電力電子技術的發展奠定了基礎。將集成電路技術的精細加工技術和高壓大電流技術有機結合,出現了一批全新的全控型功率器件、首先是功率M0SFET的問世,導致了中小功率電源向高頻化發展,而后絕緣門極雙極晶體管(IGBT)的出現,又為大中型功率電源向高頻發展帶來機遇。MOSFET和IGBT的相繼問世,是傳統的電力電子向現代電力電子轉化的標志。據統計,到1995年底,功率M0SFET和GTR在功率半導體器件市場上已達到平分秋色的地步,而用IGBT代替GTR在電力電子領域巳成定論。新型器件的發展不僅為交流電機變頻調速提供了較高的頻率,使其性能更加完善可靠,而且使現代電子技術不斷向高頻化發展,為用電設備的高效節材節能,實現小型輕量化,機電一體化和智能化提供了重要的技術基礎。
2.現代電力電子的應用領域
2.1計算機高效率綠色電源
隨著現代社會的不斷發展,現代電力系統技術也取得了不斷地突破與革新。其中電力電子技術發揮了重要的作用，也在電力系統中得到的更加深入而又廣泛的應用。通過將創新的電子技術、電子設備與研發的電子材料相結合，大大加快了現代電力建設事業的發展。本文主要針對電子技術子在現代電力系統中的應用與發展進行了相關探討，并對未來應用作出展望。
關鍵詞：
電子技術；電力系統；應用發展
1前言
隨著人們生活水平的不斷提高，整體經濟水平的不斷發展，電子設備與電力電子在現代電力系統中應用越來越廣泛。但是電力等能源需求也越來越大，隨著引起了能源危機與生活需求的矛盾。電力電子技術在整個能源開發中扮演著十分重要的角色，新型電力能源的研究與開發都離不開電力電子作為基礎。因此，電子技術于電力系統的相互結合，不僅關系到電力能源的革新發展，對于社會的長足未來也都起到了關鍵作用。國內對于電力系統網絡較早就展開了建設研究，至今也取得了斐然的成果與成熟的電力網絡構架。
2電子技術在現代電力系統中的應用
電力系統本身具有復雜性、專業性與各領域技術結合的綜合性。經過多年的發展與融合，電子技術在各行各業都得到了廣泛運用，也推動了電力能源的快速發展。對電力系統的性能與效率都起到了極大的促進作用。在電力系統中包含發電、配電、輸電等各個關鍵環節，電子技術的深度結合都必不可少。隨著電網的規模性能逐漸壯大高效，對電力電子技術也要求越來越高。通過優化完成電網變網的運行管理，在效率、精度、性能、質量等各方面指標都得到了更好的控制管理，對于電力系統的運營成本與難度都有效降低了。安全穩定的運行，使整個系統容錯性增加，運行更趨于完善。
2.1發電環節應用現代電力系統作為一個復雜的綜合系統，其發電環節技術成分含量較高，多個發電組與設備相結合，并且設備本身結構十分復雜。因此，相關的操作技術人員需要有過硬的專業技能知識，這樣才能更好的完成電力設備中相關設計管理，運行維護等系列工作。發電環節中與電子技術的相互結合，對于發電系統整體的效率都能有很大的提升。勵磁控制作為目前發電機控制的主流控制方法，主要通過品閘管整流電路完成設備的連接。具有較高的可靠性，并且系統整體控制結構簡單，性價比較高，造價與系統性能均較為合理。靜止勵磁控制在對原有勵磁機完成優化后，消除了慣性環節，系統穩定性與高效性能變得更為完備。對于系統的運行規律變換，一般結合電子變頻設備，控制調節發電中機組的運用速度。使得電力功效得到提高，自身變化率也完成自動化控制，結合勵磁控制，整體變得更加穩定高效，而且自身系統功率耗費也降低到了最低。其他電力領域也均有廣泛參考，如風力水力發展等。由于發電設備電量使用不可轉移改變，并耗電比較大，例如在風力發電中，為了消除不同風速變化導致的頻差，其功率消耗高達整個用電的65%，電子變頻器的出現很好的緩解了這一問題，通過有效地控制調節，能源消耗更低，大大降低了成本輸入。
2.2輸電環節應用電子電力技術的不斷發展與提高，在電力系統中應用越來越廣泛。電子元件的大量生產與應用，為現展提供更多的技術硬件支持與廣闊的平臺。在系統中的輸電環節，電子器件的結合運用，一方面電力電網運用的可靠性得到了保證，電網穩定性也得到了相應提高，安全可靠的發展都展現電子技術在電力系統中的關鍵作用。在當前輸電環節中,一般采用直流與輕型直流這兩種較為常見輸電模式,不僅能夠增加輸電的容量大小,并且能夠更加靈活方便的控制調整。整個輸出過程穩定可靠。這對于遠距離的傳輸電力實現了較好的支持供應。其中，直流輸電最大的優勢還在于能夠滿足不同的電力輸出要求，采取針對性的不同輸電方式。隨著技術的不斷發展，柔流輸電技術被研發并最近應用。這種融合了微電子、未處理、電力電子技術、自動化控制、通信交互等多種融合的技術平臺，能夠完成交流輸電的適時控制，使整個電網達到長時的穩定狀態，同時輸電環節的輸出成本也相應降低。柔流輸電技術為電力系統提供了無功功率和感應，提高了輸電質量與傳輸效率。
2.3配電環節應用在輸電環節中，保證電能質量有效控制調節十分重要。在配電過程中，對頻率、諧波、電壓等指標有效控制，以此到達電能質量的標準，并且還需要考慮到干擾與瞬態波動的影響。在目前的電子應用中，一般是基于DFACTS電能質量調節裝置進行控制。完成對電能質量的約束規范。由于柔流輸出系統日趨成熟。作為簡約版本的FACTS設備技術，DFACTS自身的工作原理、性能結構、功能指標均大同小異。由于電力電子期間的飛速發展，目前電氣設備出現了供過于求的市場狀態。DFACTS自身應用前景廣闊，市場需求大，并且自身技術并不復雜，造價成本較低，更加容易被市場所接納，整個設備產品將進入高速發展地勢態。目前一般采用電力通信技術為微波、無線擴頻、電力載波、光纖通信等。除了數據語音、電信業務、自動化控制等，還有相應的業務保護，安全控制數據等。而電力通信的自動化與電力系統自動化相照應。現在大多已經滿足了穩定、可靠、高效的優化通信。目前一般光纖采用OPGW與ADSS類型技術，能夠與電力系統本身的線路資源相結合，避免產生頻率資源、路由協調、兼容性之間的矛盾與沖突，自身具有較強的主動權，控制靈活。
3結束語
由于技術的不斷發展進步，對應的電子技術、電子設備、電子材料等，都在飛速發展。在電力系統建設中，作為主要組成的電力電子器件，也得到了相應的完善與優化。不斷滿足高要求的新型電子技術也不斷呈現研發。同時，現代電力系統構建態勢也呈現多元化，綜合性。可以預測，基于目前的發展，未來較長一段時間中，電子技術在電力系統中依然扮演著重要作用，滿足大規模電網改進建設。不斷研究新技術，并加以改進應用。完善促進現代電力系統的健康發展育穩定高效建設，爭取取得更大的科技進步。
參考文獻：
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自本世紀50年代末第一只晶閘管問世以來,電力電子技術開始登上現代電氣傳動的舞臺,以此為基礎開發的可控硅整流裝置,是電氣傳動領域的一次革命,使電能的變換和控制成為現實,這標志著電力電子的誕生。70年代出現了第一代電力電子器件,隨著電力電子技術理論研究和制造工藝水平的不斷提高,先后研制出GTR、GTO,功率MOSFET等自關斷全控型第二代電力電子器件,而以絕緣柵雙極晶體管(IGBT)為代表的第三代電力電子器件,開始向高電壓高頻率、響應快、低損耗方向發展。而進入90年代電力電子器件正朝著復合化、標準模塊化、智能化、功率集成的方向發展。各種電力電子新器件不斷涌現,為我們帶來了極大的便利。它的應用范圍已從傳統的工業、交通、電力等部門,擴大到信息通信、家用電器以至宇宙開發等領域。事實上,電力電子技術的發展已不局限于高電壓大電流的工業范疇,當你開車、乘電梯、使用計算機、打開空調、用微波爐、使用電冰箱、用手機、看電視、聽音樂時,都離不開電力電子技術,為適應21世紀科技發展對人才培養的要求,培養出“寬口徑、厚基礎、強能力、高素質”的人才,教學改革勢在必行。
二、教學內容與教學體系的改革
我院教學選用上海理工大學莫正康教授編著的《電力電子應用技術》,它包括電力電子器件制造技術與應用電力電子器件組成電路、裝置和系統的技術,是以功率半導體開關器件為基礎,對電能進行控制、變換與處理,成為弱電控制強電的紐帶,是電氣工程與自動化專業不可缺少的一門專業基礎課。參考教材采用西安交通大學王兆安和黃俊兩位教授主編的《電力電子技術》,結合教育技術發展的新形式與新要求,選用華中科技大學陳堅教授編著的《電力電子學———電力電子變換和控制技術》,上述三部著作的作者都是電力電子領域的知名學者和專家,在各自擅長的專業方向上有著深厚的知識積累,其著作各有所長,互有偏重。
1.教學內容的精選。本教材緊緊圍繞電力電子器件的工程應用,重點講授了IG-BT、電力MOSFET等全控型電力電子器件,AC/DC、DC/DC、DC/AC和AC/AC四大類基本變流電路,以及PWM控制技術,有利于學生把握學科概貌。參考教材在軟件開關技術的基本知識DC/AC變換器以及電力補償與控制等方面各有側重,有利于教師針對不同的專業方向組織教學內容,為學生打下寬厚的專業基礎。
2.基本設計方法與工程實際相結合。電力電子技術是一門實用性很強的技術。教材結合工程實際介紹了許多電力電子電路與電力電子裝置,在講解基本原理和設計方法時,反映出作者豐富的工程實踐經歷、科學研究水平和教學經驗。
3.加強對學生的自學和思維能力的培養。幾部教材都是電力電子領域的經典之作,教材中安排了許多具有工程背景的例題和習題,對學生今后的工作具有現實指導意義。在講授本教材的基礎上,指導學生閱讀和使用參考教材,對提高教學質量、增強學生主動學習性、培養學生思考問題和解決問題的能力有作積極作用。
三、教學方法的改革
《電力電子應用技術》涉及高等數學、電工基礎、電力技術、電力拖動等知識。它具有電路圖與電路分析多、波形圖與波形分析多的特點。是電氣工程專業中的主干教材。我們采用:
1.抓住教學重點、互動教學。傳統教學中教師的講課往往追求講得細,講得透,面面俱到,滴水不漏,可以說教師將幾乎所有問題都講到了,精講才是問題的關鍵。教師在講授典型電路時應抓住電力電子器件在電路中導通與截止的變化過程,從波形分析中讓學生理解電路的工作情況,同時應注意培養讀圖與分析問題的培養。要把學生作為教育的中心,使學生在學習的整個過程中保持主動性,啟發式教育的核心,就是要培養學生獨立思考和創新思維,因此除了精講以外,選則部分內容留給學生自學然后開展課堂討論,這種教學互動式的課堂討論教學方法是積極有效和切實可行的,它有利于幫助學生克服依賴性,培養和發展自學能力和思維能力,要給學生以恰到好處、畫龍點睛般的點撥和啟迪,這就要求教師必須具備淵博的知識,在深度和廣度上遠比課本多得多,才能讓學生接受到更多的新知識,才能不斷激發學生的學習興趣,從而提高教學質量。
2.采用多媒體技術實現教學現代化。傳統的教學是單一黑板、粉筆的課堂教學模式,畫電路圖、波形圖和書寫推導公式實在太浪費時間。隨著科學技術的發展,教學手段現代化是教育發展的必然結果。我院先后自行開發出可控整流電路工作原理與仿真CAI教學軟件,以及電力電子電路輔助教學課件。多媒體教學手段的應用,把教學內容直觀、形象、生動地呈現在學生面前,使得學生更易于理解、接受和掌握課程的重點內容,提高課堂教學效果,激發了學生學習的興趣,提高了學生分析問題與解決問題的能力。
【關鍵詞】 電力電子;應用;趨勢
一、電力電子技術應用概況
1.用電領域中的電力電子技術。(1)電動機的優化運行。全世界的用電量中約有60%左右是通過電動機來消耗的。采用計算機―電力電子技術結合的智能變頻控制技術,使電動機經常處于高效狀態,可以節約大量電能,具有巨大的效益。(2)高能量密度的電源應用。電化學電源廣泛應用在作為國民經濟的銅、鋁、鋅、鎳等有色金屬以及氯堿等電解產業中;體積小、重量輕、效率高的各種開關電源應用也是十分廣泛;新世紀中,隨著電力電子技術的發展,變頻電源應用也日益廣泛;還有不間斷電源(UPS)、穩壓穩流電源、高精度潔凈電源等特種電源,采用電力電子技術后,各方面指標均大大改善。
2.信息領域中的電力電子技術。電力電子技術為信息技術提供先進的電源和運動控制系統,日益成為信息產品中不可缺少的一部分。在信息產品的主電路中,正在用MOS場效應管取代雙極晶體管來完成各種變換,其用量越來越多。FAX機、計算機、VCD、DVD等許多整機中都裝備著多種電動機。尤其在各種打印機中,離開對電動機運動的高精度控制,其打印效果是不可想象。信息產品和其他產品中用VDMOS、IGBT做無觸點開關的市場更大,程控交換機的每條線都至少用1個VDMOS管。為此,我國目前每年要進口幾千萬只。
3.發電領域中的電力電子技術。(1)發電機的直流勵磁。常規發電機中勵磁的建立已經由傳統的直流磁勵機轉變為由中頻交流勵磁機加電力電子整流的方法,并已取得良好的經濟效益,可靠性較高。(2)水輪發電機的變頻勵磁。發電頻率取決于發電機的轉速,采用了電力電子技術后,將水輪發電機直流勵磁轉變為低頻交流變頻勵磁。當水流量減少時,提高勵磁頻率,可以把發電頻率補償到額定,延長水輪發電機的發電周期,解決了水力發電中發電機工作時間受季節性水流量影響而導致的頻率無法調節、浪費較多水能的問題。這對大型水力發電設施來說,可帶來巨大的經濟效益。(3)環保型能源發電。利用太陽能、風能、潮汐能、地熱能等新能源發電,是解決一次能源危機(煤、石油、天然氣等石化類能源日趨匱乏)的重要途徑,它們是可再生的綠色能源。這些能源轉換的電能,其電壓、頻率難免波動,無法并網應用,只有通過電力電子變換裝置,才能使這些波動的電能以恒壓恒頻方式輸出,實現這些新能源的實用化。
4.儲能領域中的電力電子技術。(1)蓄電池與電容器組儲能。把夜間電網提供的多余交流電整流成直流電,儲存在建筑物地下室內的“蓄電池―電容器組”;白天,再把這些儲存的電能逆變成交流電供給整個建筑物內的用電,已經成為某些地方的時尚。(2)抽水儲能發電。白天,水庫泄水發電;晚間,利用多余的電網電能使發電機轉變成電動機運行,驅動水泵把下游水庫的水抽進上游水庫,增加上游水庫蓄水,使白天可以更多地發電,這種電能量變換過程效率較低。(3)超導線圈的磁場儲能。在超導體線圈中,數十萬安培的直流電流在其中流動是不會損耗的,這種儲能器體積小,轉換效率高。當前還沒有妥善解決如何實現交流電能同該低電壓超大電流的直流電能的互相轉換的問題。
二、電力電子器件發展趨勢
縱觀幾十年的發展歷史,半導體器件起到了推動電子技術發展的作用,晶閘管等電力半導體器件扮演了電力電子發展中的主要角色。進入70年代,半控型晶閘管開始形成由低電壓小電流到高電壓大電流的系列產品,被稱為第一代電力電子器件,隨著電力電子技術理論研究和半導體制造工藝水平的不斷提高,先后研制出GTR、GTO、功率MOSFET等自關斷全控型第二代電力電子器件。近期研制的以絕緣柵雙極晶體管(IGBT)為代表的第三代電力電子器件,開始向大容量高頻率、響應快、低損耗方向發展,這又是一個飛躍。步入90年代后,電力電子器件正朝著復雜化、模塊化、智能化、功率集成的方向發展,以此形成了電力電子技術的理論研究、器件開發研制、應用的高新技術領域等,在國際上形成了新的技術熱門。目前世界上許多大公司已開發出IPM智能化功率模塊,日本三菱、東芝及美國的國際整流器公司已有成熟的產品推出。國產電力半導體器件研發生產能力還落后于世界電力電子器件的發展水平,在新世紀國際電力電子崛起之時,中國電力半導體器件的落后狀態將會影響中國經濟的發展,國產電力半導體器件產業任重而道遠。
電力電子技術是智力、信息、知識密集型技術,也是我國經濟與社會可持續發展項目之一,對促進國民經濟發展,特別是電子工業發展極具價值。從發展前景看,以電力半導體器件及“變頻技術”為核心的電力電子行業,在國家政策的強持下將會走向更加輝煌的明天。
參考文獻
20世紀80年代以來,微電子技術與電力電子技術在各自發展的基礎上相結合而產生了一代高頻化、全控型的電力集成器件,帶來了電力電子技術的新時代,實現了由傳統的電力電子技術向現代電力電子技術的轉變。
1現代電力電子器件
現代電力電子器件是指全控型的電力半導體器件,分為三大類[1]:雙極型器件、單極型器件和混合型器件。
1.1雙極型器件,是指在器件內部電子和空穴兩種載流子都參與導電過程的半導體器件這類器件具有通態壓降低、阻斷電壓高和電流容量大的特點。適合中大容量的變流裝置。其中,我們常見的交流裝備有:門極關斷(GTO)晶閘管、電力晶體管(GTR)、靜電感應晶閘管(SITH)。
1.2單極型器件,是指器件內只有一種載流子(多數載流子)參與導電過程的半導體器件具有代表性的產品有電力場控晶體管(電力MOSFET)和靜電感應晶體管(SIT)。單極型器件開關的時間較短,一般多在幾十納秒以下,這是因為大部分的載流子導電,無少子存儲效應。
1.3混合型器件,是指雙極型器件與單極型器件的集成混合其主導器件為GTR、GTO晶閘管和SCR,將MOSFET用來做控制器件混合集成之后產生的器件。這種器件不僅具有GTR、GTO晶閘管和SCR等雙極型器件電流密度高、導通壓降低的優點,又具備MOSFET等單極型器件輸入阻抗高、響應速度快的優點。因此,人們開始高度重視這種新型混合器件。IGBT被人們公認為最有發展潛力的復合器件之一。
2絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)
2.1IGBT的地位及作用
IGBT(InsulatedGateBipolarTransistor),中文我們稱之為“絕緣柵雙極晶體管”,是一種復合全控型電壓驅動式功率半導體器件。它是電力電子技術的核心技術,且是電機控制和功率變換器的首選器件。廣泛用于軌道交通、航空航天等戰略性行業,具有高頻率、高電壓、大電流,易于開關等優良性能,被業界譽為功率變流裝置的“CPU”。它是電力電子領域非常理想的開關器件,其頻率特性介于MOSFET和功率晶體管之間,可正常工作在幾十Hz的頻率范圍內,故在較高頻率的大、中頻率應用中占主要地位[2]。
2.2IGBT的工作原理(如圖1)IGBT和電力MOSFET有很大的淵源,可以說IGBT是根據電力MOSFET的原理發展出來的,在結構上面,兩者有很大的相似之處。但是,IGBT具有很強的電流控制能力。原因歸結于兩者間結果的不同之處,即:IGBT多一個P層發射級。在IGBT導通時,這個p層發射級可由P+注入區向N基區發射載流子(空穴),以調制漂移區的電導率。IGBT的開通和關斷是由門極電壓來控制的。門極是以正向柵極電壓時,MOSFET內形成溝道并未PNP晶體管提供基極電流,從而使IGBT導通。在門極施以負電壓時,MOSFET內的溝道消失,PNP晶體管的基極電流被切斷,IGBT關斷。
3IGBT的應用領域
IGBT作為電機控制和功率半導體器件首選器件,在軌道交通、航空航天、船舶驅動、新能源電動汽車、風力發電、太陽能發電、高壓變頻、工業傳動及電力傳輸等多個重要行業和領域廣泛運用。目前,在軌道交通高速動車組、大功率電力機車、城軌車輛幾乎普遍采用IGBT;在節能環保領域,IGBT成為節能設備最核心的部件;在電力傳輸領域,IGBT在柔性輸電等技術中發揮越來越大的作用。同時,大功率IGBT也是諧波治理中最理想的開關器件。因此,IGBT具有良好的市場前景。在未來很長一段時間內,為適應全球降低CO2排放的戰略需要,IGBT將更加廣泛地應用于可再生能源發電、智能配電與控制、分布式發電、電力牽引等領域,成為節能技術和低碳經濟的主要支撐。
4IGBT的發展現狀
IGBT是電力電子時代的新寵。它是一種很優秀的電力電子器件,已逐漸替代了晶閘管,成為電力電子技術平臺性的器件。雖然國外的IGBT產業取得了很大進展,但令人嘆惋的是,我們國家目前并未形成自己的IGBT產業,目前我們使用的IGBT管子全部是進口購買的。我國只能進口國外IGBT芯片,自己進行少量封裝。因此對于我們這樣一個擁有13億人口的大國,像IGBT這樣的基礎元件及其相關技術,必須擁有自己的IGBT產業。隨著國家對電力電子技術發展的重視,相信很快就會用上自己生產出的IGBT。
關鍵詞：電力電子技術應用發展前景
一、電力電子技術概述
1、電力電子技術的含義
電力電子技術是利用電力電子器件對電能進行變換和控制且應用于電力領域的電子技術，它是一門新興學科。電力電子技術功率強大、可供諸如電力系統那樣大的電流以及高電壓場合應用，它與傳統的電子技術相比，其特殊之處是因為它能夠通過大電流和承受高電壓，而且還有在大功率情況下，器件發熱、運行效率的問題。電力電子技術分為兩個分支：電力電子器件制造技術和交流技術。
2、電力電子技術的地位和作用
電力電子技術至今誕生近50年，特別是近年來更是取得了突飛猛進的發展，已經形成十分完整的科學體系和理論。信息技術的發展造就了信息時代“弱電控制強電”電力電子技術的實現是人類社會的第二次電子革命。由于將來工業高度自動化，計算技術、電力電子技術以及自動控制技術將會成為三種最重要的技術。
二、電力電子技術的發展
1、整流器時代
大功率的工業用電由工頻（50Hz）交流發電機提供，但是大約20%的電能是以直流形式消費的，其中最典型的是電解，牽引，和直流傳動三大領域。大功率硅整流器能夠高效率地把工頻交流電轉變為直流電。
2、逆變器時代
世界范圍的能源危機出現在七十年代，由于交流電機變頻調速節能效果顯著而迅速得到發展。將直流電逆變為0-100Hz的交流電是變頻調速的關鍵技術。隨著變頻調速裝置的普及，當時電力電子器件的主角是大功率逆變用的晶閘管、巨型功率晶體管和門極可關斷晶閘管，類似的應用還包括高壓直流輸出，靜止式無功功率動態補償等。
3、變頻器時代
進入八十年代，出現了一批全新的全控型功率器件、首先是功率MOSFET的問世，致使中小功率電源向高頻化發展，而后又出現了絕緣門極雙極晶體管，又為大中型功率電源向高頻發展提供了機遇。新型器件的發展不僅使交流電機變頻調速提高了頻率，使其性能更加完善可靠，而且也使現代電子技術不斷向高頻化發展，為用電設備提供了重要的技術基礎，那就是高效節材節能，實現小型輕量化，機電一體化和智能化。
三、電力電子技術的應用
1、電力拖動
隨著電力電子技術的發展，交流調速的水平已經取得了巨大的進步，在很多應用場合直流調速已經逐步被取代，尤其是在大功率應用場合更是顯示出其優勢。同時，根據不同的調速特性要求，開關磁阻調速，無換向器直流調速，內饋調速等，也有一些應用的場合。這種技術的產生為交流電機的調速運行奠定了技術基礎。
2、交流輸配電系統（FACTS）
目前，FACTS已經發展成為有十多類產品的大家族，主要分為兩大類，一類是針對電網的污染而設計的功率因數校正和諧波治理裝置，另一類是針對高壓直流輸電（HVDC）而設計的直流輸電裝置。濾波裝置的發展從最早用機械開關投切電感和電容來吸收或者發出無功，發展到基于現代電力電子技術為基礎的濾波裝置。
超導技術在近期不斷的發展，使得電力有源濾波裝置的發展又進入了一個新的階段。超導就是利用一定工藝制成的材料，在一定的外部條件作用下，使它的電阻值降得很低。因此，為了大大減少電路的損耗，可以利用超導儲能。超導儲能還具備響應快，聯系方便，可隨意控制有功和無功等優點。
對于大容量遠距離輸電來說HVDC技術具有很強的經濟性，并具備交流輸電所沒有的優越性。經過多年的改革及發展，雖然我國的電網建設已經比較成熟，但是類似三峽這樣一些大的發電站的建成并逐漸投產，對我國的電網輸電能力及輸電安全性還是新的挑戰，直流輸電以它優越的特性在三峽向華東電網輸電的任務中發揮了重大作用。
3、應用電源系統
應用電源系統主要指的是直流電源，電焊機，脈沖電源，UPS電源，穩壓電源等等。這些應用也是電力市場的主要用戶之一。開關電源技術隨著電力電子技術的發展也得到了促進和發展。其高頻化工作的特點也帶來了很多優點，如：隔離變壓器小型化，開關噪聲高頻化等，使得開關電源的體積，重量，噪聲等大大減少。同時，軟開關技術的發展，帶有源濾波整流器的發展，以及N+1冗余的設計思想，都使得應用電源的發展水平不斷提升。
4、分布電力能源
近年來，小水力，風力，太陽能等再生能源得到了越來越廣泛地開發和利用。然而，要能夠使這些分布散，功率小，電壓等級多樣的電站并網運行，就使得電力電子技術的并網研究就顯得十分重要。目前雖然國內外已經有很多學者在從事這方面的工作，但是發展的水平還相對比較低。
四、電力電子技術發展前景
1、標準化。根據情況，從業者在不斷完善行業標準，并且在產品研制過程中嚴格貫徹執行相關的標準。
2、大容量化。高壓和大電流的產品市場需求量比較大，但是由于電力電子器件發展水平的限制，這方面的進展還很不理想。
3、高性能化。電力電子技術的發展雖然比較迅速，并且在許多領域都開始大規模的應用和推廣，但是在控制性能的改善上還需要作大量的研究工作。
關鍵詞：電力電子技術；開關電源
現代電源技術是應用電力電子半導體器件,綜合自動控制、計算機(微處理器)技術和電磁技術的多學科邊緣交又技術。在各種高質量、高效、高可靠性的電源中起關鍵作用,是現代電力電子技術的具體應用。
當前,電力電子作為節能、節才、自動化、智能化、機電一體化的基礎,正朝著應用技術高頻化、硬件結構模塊化、產品性能綠色化的方向發展。在不遠的將來,電力電子技術將使電源技術更加成熟、經濟、實用,實現高效率和高品質用電相結合。
1.電力電子技術的發展
現代電力電子技術的發展方向,是從以低頻技術處理問題為主的傳統電力電子學,向以高頻技術處理問題為主的現代電力電子學方向轉變。電力電子技術起始于五十年代末六十年代初的硅整流器件,其發展先后經歷了整流器時代、逆變器時代和變頻器時代,并促進了電力電子技術在許多新領域的應用。八十年代末期和九十年代初期發展起來的、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體復合器件,表明傳統電力電子技術已經進入現代電力電子時代。
1.1整流器時代
大功率的工業用電由工頻(50Hz)交流發電機提供,但是大約20%的電能是以直流形式消費的,其中最典型的是電解(有色金屬和化工原料需要直流電解)、牽引(電氣機車、電傳動的內燃機車、地鐵機車、城市無軌電車等)和直流傳動(軋鋼、造紙等)三大領域。大功率硅整流器能夠高效率地把工頻交流電轉變為直流電,因此在六十年代和七十年代,大功率硅整流管和晶閘管的開發與應用得以很大發展。當時國內曾經掀起了-股各地大辦硅整流器廠的熱潮,目前全國大大小小的制造硅整流器的半導體廠家就是那時的產物。
1.2逆變器時代
七十年代出現了世界范圍的能源危機,交流電機變頻惆速因節能效果顯著而迅速發展。變頻調速的關鍵技術是將直流電逆變為0~100Hz的交流電。在七十年代到八十年代,隨著變頻調速裝置的普及,大功率逆變用的晶閘管、巨型功率晶體管(GTR)和門極可關斷晶閘管(GT0)成為當時電力電子器件的主角。類似的應用還包括高壓直流輸出,靜止式無功功率動態補償等。這時的電力電子技術已經能夠實現整流和逆變,但工作頻率較低,僅局限在中低頻范圍內。
1.3變頻器時代
進入八十年代,大規模和超大規模集成電路技術的迅猛發展,為現代電力電子技術的發展奠定了基礎。將集成電路技術的精細加工技術和高壓大電流技術有機結合,出現了一批全新的全控型功率器件、首先是功率M0SFET的問世,導致了中小功率電源向高頻化發展,而后絕緣門極雙極晶體管(IGBT)的出現,又為大中型功率電源向高頻發展帶來機遇。MOSFET和IGBT的相繼問世,是傳統的電力電子向現代電力電子轉化的標志。據統計,到1995年底,功率M0SFET和GTR在功率半導體器件市場上已達到平分秋色的地步,而用IGBT代替GTR在電力電子領域巳成定論。新型器件的發展不僅為交流電機變頻調速提供了較高的頻率,使其性能更加完善可靠,而且使現代電子技術不斷向高頻化發展,為用電設備的高效節材節能,實現小型輕量化,機電一體化和智能化提供了重要的技術基礎。
2.現代電力電子的應用領域
2.1計算機高效率綠色電源
高速發展的計算機技術帶領人類進入了信息社會,同時也促進了電源技術的迅速發展。八十年代,計算機全面采用了開關電源,率先完成計算機電源換代。接著開關電源技術相繼進人了電子、電器設備領域。
計算機技術的發展,提出綠色電腦和綠色電源。綠色電腦泛指對環境無害的個人電腦和相關產品，綠色電源系指與綠色電腦相關的高效省電電源,根據美國環境保護署l992年6月17日"能源之星"計劃規定,桌上型個人電腦或相關的設備,在睡眠狀態下的耗電量若小于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。就目前效率為75%的200瓦開關電源而言,電源自身要消耗50瓦的能源。
2.2通信用高頻開關電源
通信業的迅速發展極大的推動了通信電源的發展。高頻小型化的開關電源及其技術已成為現代通信供電系統的主流。在通信領域中,通常將整流器稱為一次電源,而將直流-直流(DC/DC)變換器稱為二次電源。一次電源的作用是將單相或三相交流電網變換成標稱值為48V的直流電源。目前在程控交換機用的一次電源中,傳統的相控式穩壓電源己被高頻開關電源取代,高頻開關電源(也稱為開關型整流器SMR)通過MOSFET或IGBT的高頻工作,開關頻率一般控制在50-100kHz范圍內,實現高效率和小型化。近幾年,開關整流器的功率容量不斷擴大,單機容量己從48V/12.5A、48V/20A擴大到48V/200A、48V/400A。
因通信設備中所用集成電路的種類繁多,其電源電壓也各不相同,在通信供電系統中采用高功率密度的高頻DC-DC隔離電源模塊,從中間母線電壓(一般為48V直流)變換成所需的各種直流電壓,這樣可大大減小損耗、方便維護,且安裝、增加非常方便。一般都可直接裝在標準控制板上,對二次電源的要求是高功率密度。因通信容量的不斷增加,通信電源容量也將不斷增加。
2.3直流-直流(DC/DC)變換器
DC/DC變換器將一個固定的直流電壓變換為可變的直流電壓,這種技術被廣泛應用于無軌電車、地鐵列車、電動車的無級變速和控制,同時使上述控制獲得加速平穩、快速響應的性能,并同時收到節約電能的效果。用直流斬波器代替變阻器可節約電能(20~30)%。直流斬波器不僅能起調壓的作用(開關電源),同時還能起到有效地抑制電網側諧波電流噪聲的作用。
通信電源的二次電源DC/DC變換器已商品化,模塊采用高頻PWM技術,開關頻率在500kHz左右,功率密度為5W~20W/in3。隨著大規模集成電路的發展,要求電源模塊實現小型化,因此就要不斷提高開關頻率和采用新的電路拓撲結構,目前已有一些公司研制生產了采用零電流開關和零電壓開關技術的二次電源模塊,功率密度有較大幅度的提高。
2.4不間斷電源(UPS)
不間斷電源(UPS)是計算機、通信系統以及要求提供不能中斷場合所必須的一種高可靠、高性能的電源。交流市電輸入經整流器變成直流,一部分能量給蓄電池組充電,另一部分能量經逆變器變成交流,經轉換開關送到負載。為了在逆變器故障時仍能向負載提供能量,另一路備用電源通過電源轉換開關來實現。
現代UPS普遍了采用脈寬調制技術和功率M0SFET、IGBT等現代電力電子器件,電源的噪聲得以降低,而效率和可靠性得以提高。微處理器軟硬件技術的引入,可以實現對UPS的智能化管理,進行遠程維護和遠程診斷。目前在線式UPS的最大容量已可作到600kVA。超小型UPS發展也很迅速,已經有0.5kVA、lkVA、2kVA、3kVA等多種規格的產品。
2.5變頻器電源
變頻器電源主要用于交流電機的變頻調速,其在電氣傳動系統中占據的地位日趨重要,已獲得巨大的節能效果。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,用于驅動交流異步電動機實現無級調速。
國際上400kVA以下的變頻器電源系列產品已經問世。八十年代初期,日本東芝公司最先將交流變頻調速技術應用于空調器中。至1997年,其占有率已達到日本家用空調的70%以上。變頻空調具有舒適、節能等優點。國內于90年代初期開始研究變頻空調,96年引進生產線生產變頻空調器,逐漸形成變頻空調開發生產熱點。預計到2000年左右將形成。變頻空調除了變頻電源外,還要求有適合于變頻調速的壓縮機電機。優化控制策略,精選功能組件,是空調變頻電源研制的進一步發展方向。
2.6高頻逆變式整流焊機電源
高頻逆變式整流焊機電源是一種高性能、高效、省材的新型焊機電源,代表了當今焊機電源的發展方向。由于IGBT大容量模塊的商用化,這種電源更有著廣闊的應用前景。
逆變焊機電源大都采用交流-直流-交流-直流(AC-DC-AC-DC)變換的方法。50Hz交流電經全橋整流變成直流,IGBT組成的PWM高頻變換部分將直流電逆變成20kHz的高頻矩形波,經高頻變壓器耦合,整流濾波后成為穩定的直流,供電弧使用。
由于焊機電源的工作條件惡劣,頻繁的處于短路、燃弧、開路交替變化之中,因此高頻逆變式整流焊機電源的工作可靠性問題成為最關鍵的問題,也是用戶最關心的問題。采用微處理器做為脈沖寬度調制(PWM)的相關控制器,通過對多參數、多信息的提取與分析,達到預知系統各種工作狀態的目的,進而提前對系統做出調整和處理,解決了目前大功率IGBT逆變電源可靠性。
國外逆變焊機已可做到額定焊接電流300A,負載持續率60%,全載電壓60~75V,電流調節范圍5~300A,重量29kg。
2.7大功率開關型高壓直流電源
大功率開關型高壓直流電源廣泛應用于靜電除塵、水質改良、醫用X光機和CT機等大型設備。電壓高達50~l59kV,電流達到0.5A以上,功率可達100kW。
自從70年代開始,日本的一些公司開始采用逆變技術,將市電整流后逆變為3kHz左右的中頻,然后升壓。進入80年代,高頻開關電源技術迅速發展。德國西門子公司采用功率晶體管做主開關元件,將電源的開關頻率提高到20kHz以上。并將干式變壓器技術成功的應用于高頻高壓電源,取消了高壓變壓器油箱,使變壓器系統的體積進一步減小。
國內對靜電除塵高壓直流電源進行了研制,市電經整流變為直流,采用全橋零電流開關串聯諧振逆變電路將直流電壓逆變為高頻電壓,然后由高頻變壓器升壓,最后整流為直流高壓。在電阻負載條件下,輸出直流電壓達到55kV,電流達到15mA,工作頻率為25.6kHz。
2.8電力有源濾波器
傳統的交流-直流(AC-DC)變換器在投運時,將向電網注入大量的諧波電流,引起諧波損耗和干擾,同時還出現裝置網側功率因數惡化的現象,即所謂"電力公害",例如,不可控整流加電容濾波時,網側三次諧波含量可達(70~80)%,網側功率因數僅有0.5~0.6。
電力有源濾波器是一種能夠動態抑制諧波的新型電力電子裝置,能克服傳統LC濾波器的不足,是一種很有發展前途的諧波抑制手段。濾波器由橋式開關功率變換器和具體控制電路構成。與傳統開關電源的區別是:(l)不僅反饋輸出電壓,還反饋輸入平均電流;(2)電流環基準信號為電壓環誤差信號與全波整流電壓取樣信號之乘積。
2.9分布式開關電源供電系統
分布式電源供電系統采用小功率模塊和大規模控制集成電路作基本部件,利用最新理論和技術成果,組成積木式、智能化的大功率供電電源,從而使強電與弱電緊密結合,降低大功率元器件、大功率裝置(集中式)的研制壓力,提高生產效率。
八十年代初期,對分布式高頻開關電源系統的研究基本集中在變換器并聯技術的研究上。八十年代中后期,隨著高頻功率變換技術的迅述發展，各種變換器拓撲結構相繼出現,結合大規模集成電路和功率元器件技術,使中小功率裝置的集成成為可能,從而迅速地推動了分布式高頻開關電源系統研究的展開。自八十年代后期開始,這一方向已成為國際電力電子學界的研究熱點,論文數量逐年增加，應用領域不斷擴大。
分布供電方式具有節能、可靠、高效、經濟和維護方便等優點。已被大型計算機、通信設備、航空航天、工業控制等系統逐漸采納,也是超高速型集成電路的低電壓電源(3.3V)的最為理想的供電方式。在大功率場合,如電鍍、電解電源、電力機車牽引電源、中頻感應加熱電源、電動機驅動電源等領域也有廣闊的應用前景。
3.高頻開關電源的發展趨勢
在電力電子技術的應用及各種電源系統中，開關電源技術均處于核心地位。對于大型電解電鍍電源,傳統的電路非常龐大而笨重,如果采用高頓開關電源技術,其體積和重量都會大幅度下降,而且可極大提高電源利用效率、節省材料、降低成本。在電動汽車和變頻傳動中,更是離不開開關電源技術，通過開關電源改變用電頻率,從而達到近于理想的負載匹配和驅動控制。高頻開關電源技術,更是各種大功率開關電源(逆變焊機、通訊電源、高頻加熱電源、激光器電源、電力操作電源等)的核心技術。
3.1高頻化
理論分析和實踐經驗表明,電氣產品的變壓器、電感和電容的體積重量與供電頻率的平方根成反比。所以當我們把頻率從工頻50Hz提高到20kHz,提高400倍的話,用電設備的體積重量大體下降至工頻設計的5~l0%。無論是逆變式整流焊機,還是通訊電源用的開關式整流器,都是基于這一原理。同樣,傳統"整流行業"的電鍍、電解、電加工、充電、浮充電、電力合閘用等各種直流電源也可以根據這一原理進行改造,成為"開關變換類電源",其主要材料可以節約90%或更高,還可節電30%或更多。由于功率電子器件工作頻率上限的逐步提高,促使許多原來采用電子管的傳統高頻設備固態化,帶來顯著節能、節水、節約材料的經濟效益,更可體現技術含量的價值。
3.2模塊化
模塊化有兩方面的含義,其一是指功率器件的模塊化,其二是指電源單元的模塊化。我們常見的器件模塊,含有一單元、兩單元、六單元直至七單元,包括開關器件和與之反并聯的續流二極管,實質上都屬于"標準"功率模塊(SPM)。近年,有些公司把開關器件的驅動保護電路也裝到功率模塊中去,構成了"智能化"功率模塊(IPM),不但縮小了整機的體積,更方便了整機的設計制造。實際上,由于頻率的不斷提高,致使引線寄生電感、寄生電容的影響愈加嚴重,對器件造成更大的電應力(表現為過電壓、過電流毛刺)。為了提高系統的可靠性,有些制造商開發了"用戶專用"功率模塊(ASPM),它把一臺整機的幾乎所有硬件都以芯片的形式安裝到一個模塊中,使元器件之間不再有傳統的引線連接,這樣的模塊經過嚴格、合理的熱、電、機械方面的設計,達到優化完美的境地。它類似于微電子中的用戶專用集成電路(ASIC)。只要把控制軟件寫入該模塊中的微處理器芯片,再把整個模塊固定在相應的散熱器上,就構成一臺新型的開關電源裝置。由此可見,模塊化的目的不僅在于使用方便,縮小整機體積,更重要的是取消傳統連線,把寄生參數降到最小,從而把器件承受的電應力降至最低,提高系統的可靠性。這樣,不但提高了功率容量,在有限的器件容量的情況下滿足了大電流輸出的要求,而且通過增加相對整個系統來說功率很小的冗余電源模塊,極大的提高系統可靠性,即使萬一出現單模塊故障,也不會影響系統的正常工作,而且為修復提供充分的時間。3.3數字化
在傳統功率電子技術中,控制部分是按模擬信號來設計和工作的。在六、七十年代,電力電子技術擬電路基礎上的。但是,現在數字式信號、數字電路顯得越來越重要,數字信號處理技術日趨完善成熟,顯示出越來越多的優點:便于計算機處理控制、避免模擬信號的畸變失真、減小雜散信號的干擾(提高抗干擾能力)、便于軟件包調試和遙感遙測遙調,也便于自診斷、容錯等技術的植入。所以,在八、九十年代,對于各類電路和系統的設計來說,模擬技術還是有用的,特別是:諸如印制版的布圖、電磁兼容(EMC)問題以及功率因數修正(PFC)等問題的解決,離不開模擬技術的知識,但是對于智能化的開關電源,需要用計算機控制時,數字化技術就離不開了。
3.4綠色化
電源系統的綠色化有兩層含義:首先是顯著節電,這意味著發電容量的節約,而發電是造成環境污染的重要原因,所以節電就可以減少對環境的污染;其次這些電源不能(或少)對電網產生污染,國際電工委員會(IEC)對此制定了一系列標準,如IEC555、IEC917、IECl000等。事實上,許多功率電子節電設備,往往會變成對電網的污染源:向電網注入嚴重的高次諧波電流,使總功率因數下降,使電網電壓耦合許多毛刺尖峰,甚至出現缺角和畸變。20世紀末,各種有源濾波器和有源補償器的方案誕生,有了多種修正功率因數的方法。
總而言之,電力電子及開關電源技術因應用需求不斷向前發展,新技術的出現又會使許多應用產品更新換代,還會開拓更多更新的應用領域。開關電源高頻化、模塊化、數字化、綠色化等的實現,將標志著這些技術的成熟,實現高效率用電和高品質用電相結合。這幾年,隨著通信行業的發展,以開關電源技術為核心的通信用開關電源,僅國內有20多億人民幣的市場需求,吸引了國內外一大批科技人員對其進行開發研究。開關電源代替線性電源和相控電源是大勢所趨,因此,同樣具有幾十億產值需求的電力操作電源系統的國內市場正在啟動,并將很快發展起來。還有其它許多以開關電源技術為核心的專用電源、工業電源正在等待著人們去開發。
參考文獻：
[1]林渭勛:淺談半導體高頻電力電子技術,電力電子技術選編,浙江大學,384-390,1992。
1.電力電子技術的發展
現代電力電子技術的發展方向,是從以低頻技術處理問題為主的傳統電力電子學,向以高頻技術處理問題為主的現代電力電子學方向轉變。電力電子技術起始于五十年代末六十年代初的硅整流器件,其發展先后經歷了整流器時代、逆變器時代和變頻器時代,并促進了電力電子技術在許多新領域的應用。八十年代末期和九十年代初期發展起來的、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體復合器件,表明傳統電力電子技術已經進入現代電力電子時代。
1.1整流器時代
大功率的工業用電由工頻(50Hz)交流發電機提供,但是大約20%的電能是以直流形式消費的,其中最典型的是電解(有色金屬和化工原料需要直流電解)、牽引(電氣機車、電傳動的內燃機車、地鐵機車、城市無軌電車等)和直流傳動(軋鋼、造紙等)三大領域。大功率硅整流器能夠高效率地把工頻交流電轉變為直流電,因此在六十年代和七十年代,大功率硅整流管和晶閘管的開發與應用得以很大發展。當時國內曾經掀起了-股各地大辦硅整流器廠的熱潮,目前全國大大小小的制造硅整流器的半導體廠家就是那時的產物。
1.2逆變器時代
七十年代出現了世界范圍的能源危機,交流電機變頻惆速因節能效果顯著而迅速發展。變頻調速的關鍵技術是將直流電逆變為0~100Hz的交流電。在七十年代到八十年代,隨著變頻調速裝置的普及,大功率逆變用的晶閘管、巨型功率晶體管(GTR)和門極可關斷晶閘管(GT0)成為當時電力電子器件的主角。類似的應用還包括高壓直流輸出,靜止式無功功率動態補償等。這時的電力電子技術已經能夠實現整流和逆變,但工作頻率較低,僅局限在中低頻范圍內。
1.3變頻器時代
進入八十年代,大規模和超大規模集成電路技術的迅猛發展,為現代電力電子技術的發展奠定了基礎。將集成電路技術的精細加工技術和高壓大電流技術有機結合,出現了一批全新的全控型功率器件、首先是功率M0SFET的問世,導致了中小功率電源向高頻化發展,而后絕緣門極雙極晶體管(IGBT)的出現,又為大中型功率電源向高頻發展帶來機遇。MOSFET和IGBT的相繼問世,是傳統的電力電子向現代電力電子轉化的標志。據統計,到1995年底,功率M0SFET和GTR在功率半導體器件市場上已達到平分秋色的地步,而用IGBT代替GTR在電力電子領域巳成定論。新型器件的發展不僅為交流電機變頻調速提供了較高的頻率,使其性能更加完善可靠,而且使現代電子技術不斷向高頻化發展,為用電設備的高效節材節能,實現小型輕量化,機電一體化和智能化提供了重要的技術基礎。
2.現代電力電子的應用領域
2.1計算機高效率綠色電源
高速發展的計算機技術帶領人類進入了信息社會,同時也促進了電源技術的迅速發展。八十年代,計算機全面采用了開關電源,率先完成計算機電源換代。接著開關電源技術相繼進人了電子、電器設備領域。
計算機技術的發展,提出綠色電腦和綠色電源。綠色電腦泛指對環境無害的個人電腦和相關產品，綠色電源系指與綠色電腦相關的高效省電電源,根據美國環境保護署l992年6月17日“能源之星"計劃規定,桌上型個人電腦或相關的設備,在睡眠狀態下的耗電量若小于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。就目前效率為75%的200瓦開關電源而言,電源自身要消耗50瓦的能源。
2.2通信用高頻開關電源
通信業的迅速發展極大的推動了通信電源的發展。高頻小型化的開關電源及其技術已成為現代通信供電系統的主流。在通信領域中,通常將整流器稱為一次電源,而將直流-直流(DC/DC)變換器稱為二次電源。一次電源的作用是將單相或三相交流電網變換成標稱值為48V的直流電源。目前在程控交換機用的一次電源中,傳統的相控式穩壓電源己被高頻開關電源取代,高頻開關電源(也稱為開關型整流器SMR)通過MOSFET或IGBT的高頻工作,開關頻率一般控制在50-100kHz范圍內,實現高效率和小型化。近幾年,開關整流器的功率容量不斷擴大,單機容量己從48V/12.5A、48V/20A擴大到48V/200A、48V/400A。
因通信設備中所用集成電路的種類繁多,其電源電壓也各不相同,在通信供電系統中采用高功率密度的高頻DC-DC隔離電源模塊,從中間母線電壓(一般為48V直流)變換成所需的各種直流電壓,這樣可大大減小損耗、方便維護,且安裝、增加非常方便。一般都可直接裝在標準控制板上,對二次電源的要求是高功率密度。因通信容量的不斷增加,通信電源容量也將不斷增加。
2.3直流-直流(DC/DC)變換器
DC/DC變換器將一個固定的直流電壓變換為可變的直流電壓,這種技術被廣泛應用于無軌電車、地鐵列車、電動車的無級變速和控制,同時使上述控制獲得加速平穩、快速響應的性能,并同時收到節約電能的效果。用直流斬波器代替變阻器可節約電能(20~30)%。直流斬波器不僅能起調壓的作用(開關電源),同時還能起到有效地抑制電網側諧波電流噪聲的作用。
通信電源的二次電源DC/DC變換器已商品化,模塊采用高頻PWM技術,開關頻率在500kHz左右,功率密度為5W~20W/in3。隨著大規模集成電路的發展,要求電源模塊實現小型化,因此就要不斷提高開關頻率和采用新的電路拓撲結構,目前已有一些公司研制生產了采用零電流開關和零電壓開關技術的二次電源模塊,功率密度有較大幅度的提高。
2.4不間斷電源(UPS)
不間斷電源(UPS)是計算機、通信系統以及要求提供不能中斷場合所必須的一種高可靠、高性能的電源。交流市電輸入經整流器變成直流,一部分能量給蓄電池組充電,另一部分能量經逆變器變成交流,經轉換開關送到負載。為了在逆變器故障時仍能向負載提供能量,另一路備用電源通過電源轉換開關來實現。
現代UPS普遍了采用脈寬調制技術和功率M0SFET、IGBT等現代電力電子器件,電源的噪聲得以降低,而效率和可靠性得以提高。微處理器軟硬件技術的引入,可以實現對UPS的智能化管理,進行遠程維護和遠程診斷。
目前在線式UPS的最大容量已可作到600kVA。超小型UPS發展也很迅速,已經有0.5kVA、lkVA、2kVA、3kVA等多種規格的產品。
2.5變頻器電源
變頻器電源主要用于交流電機的變頻調速,其在電氣傳動系統中占據的地位日趨重要,已獲得巨大的節能效果。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,用于驅動交流異步電動機實現無級調速。
國際上400kVA以下的變頻器電源系列產品已經問世。八十年代初期,日本東芝公司最先將交流變頻調速技術應用于空調器中。至1997年,其占有率已達到日本家用空調的70%以上。變頻空調具有舒適、節能等優點。國內于90年代初期開始研究變頻空調,96年引進生產線生產變頻空調器,逐漸形成變頻空調開發生產熱點。預計到2000年左右將形成。變頻空調除了變頻電源外,還要求有適合于變頻調速的壓縮機電機。優化控制策略,精選功能組件,是空調變頻電源研制的進一步發展方向。
2.6高頻逆變式整流焊機電源
高頻逆變式整流焊機電源是一種高性能、高效、省材的新型焊機電源,代表了當今焊機電源的發展方向。由于IGBT大容量模塊的商用化,這種電源更有著廣闊的應用前景。
逆變焊機電源大都采用交流-直流-交流-直流(AC-DC-AC-DC)變換的方法。50Hz交流電經全橋整流變成直流,IGBT組成的PWM高頻變換部分將直流電逆變成20kHz的高頻矩形波,經高頻變壓器耦合,整流濾波后成為穩定的直流,供電弧使用。
由于焊機電源的工作條件惡劣,頻繁的處于短路、燃弧、開路交替變化之中,因此高頻逆變式整流焊機電源的工作可靠性問題成為最關鍵的問題,也是用戶最關心的問題。采用微處理器做為脈沖寬度調制(PWM)的相關控制器,通過對多參數、多信息的提取與分析,達到預知系統各種工作狀態的目的,進而提前對系統做出調整和處理,解決了目前大功率IGBT逆變電源可靠性。
國外逆變焊機已可做到額定焊接電流300A,負載持續率60%,全載電壓60~75V,電流調節范圍5~300A,重量29kg。
2.7大功率開關型高壓直流電源
大功率開關型高壓直流電源廣泛應用于靜電除塵、水質改良、醫用X光機和CT機等大型設備。電壓高達50~l59kV,電流達到0.5A以上,功率可達100kW。
自從70年代開始,日本的一些公司開始采用逆變技術,將市電整流后逆變為3kHz左右的中頻,然后升壓。進入80年代,高頻開關電源技術迅速發展。德國西門子公司采用功率晶體管做主開關元件,將電源的開關頻率提高到20kHz以上。并將干式變壓器技術成功的應用于高頻高壓電源,取消了高壓變壓器油箱,使變壓器系統的體積進一步減小。
國內對靜電除塵高壓直流電源進行了研制,市電經整流變為直流,采用全橋零電流開關串聯諧振逆變電路將直流電壓逆變為高頻電壓,然后由高頻變壓器升壓,最后整流為直流高壓。在電阻負載條件下,輸出直流電壓達到55kV,電流達到15mA,工作頻率為25.6kHz。
2.8電力有源濾波器
傳統的交流-直流(AC-DC)變換器在投運時,將向電網注入大量的諧波電流,引起諧波損耗和干擾,同時還出現裝置網側功率因數惡化的現象,即所謂“電力公害”,例如,不可控整流加電容濾波時,網側三次諧波含量可達(70~80)%,網側功率因數僅有0.5~0.6。
電力有源濾波器是一種能夠動態抑制諧波的新型電力電子裝置,能克服傳統LC濾波器的不足,是一種很有發展前途的諧波抑制手段。濾波器由橋式開關功率變換器和具體控制電路構成。與傳統開關電源的區別是:(l)不僅反饋輸出電壓,還反饋輸入平均電流;(2)電流環基準信號為電壓環誤差信號與全波整流電壓取樣信號之乘積。
2.9分布式開關電源供電系統
分布式電源供電系統采用小功率模塊和大規模控制集成電路作基本部件,利用最新理論和技術成果,組成積木式、智能化的大功率供電電源,從而使強電與弱電緊密結合,降低大功率元器件、大功率裝置(集中式)的研制壓力,提高生產效率。
八十年代初期,對分布式高頻開關電源系統的研究基本集中在變換器并聯技術的研究上。八十年代中后期,隨著高頻功率變換技術的迅述發展，各種變換器拓撲結構相繼出現,結合大規模集成電路和功率元器件技術,使中小功率裝置的集成成為可能,從而迅速地推動了分布式高頻開關電源系統研究的展開。自八十年代后期開始,這一方向已成為國際電力電子學界的研究熱點,論文數量逐年增加，應用領域不斷擴大。
分布供電方式具有節能、可靠、高效、經濟和維護方便等優點。已被大型計算機、通信設備、航空航天、工業控制等系統逐漸采納,也是超高速型集成電路的低電壓電源(3.3V)的最為理想的供電方式。在大功率場合,如電鍍、電解電源、電力機車牽引電源、中頻感應加熱電源、電動機驅動電源等領域也有廣闊的應用前景。
3.高頻開關電源的發展趨勢
在電力電子技術的應用及各種電源系統中，開關電源技術均處于核心地位。對于大型電解電鍍電源,傳統的電路非常龐大而笨重,如果采用高頓開關電源技術,其體積和重量都會大幅度下降,而且可極大提高電源利用效率、節省材料、降低成本。在電動汽車和變頻傳動中,更是離不開開關電源技術，通過開關電源改變用電頻率,從而達到近于理想的負載匹配和驅動控制。高頻開關電源技術,更是各種大功率開關電源(逆變焊機、通訊電源、高頻加熱電源、激光器電源、電力操作電源等)的核心技術。
3.1高頻化
理論分析和實踐經驗表明,電氣產品的變壓器、電感和電容的體積重量與供電頻率的平方根成反比。所以當我們把頻率從工頻50Hz提高到20kHz,提高400倍的話,用電設備的體積重量大體下降至工頻設計的5~l0%。無論是逆變式整流焊機,還是通訊電源用的開關式整流器,都是基于這一原理。同樣,傳統“整流行業”的電鍍、電解、電加工、充電、浮充電、電力合閘用等各種直流電源也可以根據這一原理進行改造,成為“開關變換類電源”,其主要材料可以節約90%或更高,還可節電30%或更多。由于功率電子器件工作頻率上限的逐步提高,促使許多原來采用電子管的傳統高頻設備固態化,帶來顯著節能、節水、節約材料的經濟效益,更可體現技術含量的價值。
3.2模塊化
模塊化有兩方面的含義,其一是指功率器件的模塊化,其二是指電源單元的模塊化。我們常見的器件模塊,含有一單元、兩單元、六單元直至七單元,包括開關器件和與之反并聯的續流二極管,實質上都屬于“標準”功率模塊(SPM)。近年,有些公司把開關器件的驅動保護電路也裝到功率模塊中去,構成了“智能化”功率模塊(IPM),不但縮小了整機的體積,更方便了整機的設計制造。實際上,由于頻率的不斷提高,致使引線寄生電感、寄生電容的影響愈加嚴重,對器件造成更大的電應力(表現為過電壓、過電流毛刺)。為了提高系統的可靠性,有些制造商開發了“用戶專用”功率模塊(ASPM),它把一臺整機的幾乎所有硬件都以芯片的形式安裝到一個模塊中,使元器件之間不再有傳統的引線連接,這樣的模塊經過嚴格、合理的熱、電、機械方面的設計,達到優化完美的境地。它類似于微電子中的用戶專用集成電路(ASIC)。只要把控制軟件寫入該模塊中的微處理器芯片,再把整個模塊固定在相應的散熱器上,就構成一臺新型的開關電源裝置。由此可見,模塊化的目的不僅在于使用方便,縮小整機體積,更重要的是取消傳統連線,把寄生參數降到最小,從而把器件承受的電應力降至最低,提高系統的可靠性。另外,大功率的開關電源,由于器件容量的限制和增加冗余提高可靠性方面的考慮,一般采用多個獨立的模塊單元并聯工作,采用均流技術,所有模塊共同分擔負載電流,一旦其中某個模塊失效,其它模塊再平均分擔負載電流。這樣,不但提高了功率容量,在有限的器件容量的情況下滿足了大電流輸出的要求,而且通過增加相對整個系統來說功率很小的冗余電源模塊,極大的提高系統可靠性,即使萬一出現單模塊故障,也不會影響系統的正常工作,而且為修復提供充分的時間。
3.3數字化
在傳統功率電子技術中,控制部分是按模擬信號來設計和工作的。在
六、七十年代,電力電子技術完全是建立在模擬電路基礎上的。但是,現在數字式信號、數字電路顯得越來越重要,數字信號處理技術日趨完善成熟,顯示出越來越多的優點:便于計算機處理控制、避免模擬信號的畸變失真、減小雜散信號的干擾(提高抗干擾能力)、便于軟件包調試和遙感遙測遙調,也便于自診斷、容錯等技術的植入。所以,在
八、九十年代,對于各類電路和系統的設計來說,模擬技術還是有用的,特別是:諸如印制版的布圖、電磁兼容(EMC)問題以及功率因數修正(PFC)等問題的解決,離不開模擬技術的知識,但是對于智能化的開關電源,需要用計算機控制時,數字化技術就離不開了。
3.4綠色化
電源系統的綠色化有兩層含義:首先是顯著節電,這意味著發電容量的節約,而發電是造成環境污染的重要原因,所以節電就可以減少對環境的污染;其次這些電源不能(或少)對電網產生污染,國際電工委員會(IEC)對此制定了一系列標準,如IEC555、IEC917、IECl000等。事實上,許多功率電子節電設備,往往會變成對電網的污染源:向電網注入嚴重的高次諧波電流,使總功率因數下降,使電網電壓耦合許多毛刺尖峰,甚至出現缺角和畸變。20世紀末,各種有源濾波器和有源補償器的方案誕生,有了多種修正功率因數的方法。這些為2l世紀批量生產各種綠色開關電源產品奠定了基礎。
1電子技術發展現狀
在電子技術中，處理電子信號是一個極其重要的工程，其處理方式多為信號的放大和轉換。信號放大是將接收到的電子信號強化其等級和強度，便于再次接收或傳輸信號；信號轉換是將信號表達形式進行轉換，便于達到接收設備型號的要求。以應用的方向為根本，電子技術通常可分作信息電子技術和電力電子技術兩類。以應用的方式為根本，信息電子技術能夠細分為模擬（Analog）電子技術和數字（Digital）電子技術。
1.1信息電子技術
在汽車工業中，信息電子技術的應用形成了“電子汽車”概念并成為現實。智能化傳感器通常用作處理、模擬信號的提供，并可以放大信號；軟件技術，是不斷廣泛應用的各類新型技術的背景下，能對原有軟件進行完善或根據需要連入互聯網中；在汽車的安全、環保、發動機、傳動系和速度控制以及故障診斷中，嵌入式微機處理機的應用已經較為普及。現階段中，汽車性能利用微處理機進行改善是汽車電子設備重要的發展趨勢。
1.2電力電子技術
電力電子技術的發展將傳統電力電子技術轉變為現代電力電子技術完美實現。傳統電力電子技術通常為低頻技術，波段強度和信號傳輸都較低；現代電力電子技術通常為高頻技術，有較高的信號傳輸強度和頻率[1]，對于現代信息高傳輸要求能夠更好地滿足。對于電力電子技術的應用范圍和規模來說，在傳統工業和高新技術產業中的應用基本普及。應用于高新技術產業中，協同其他科學技術為現代化建設提供了大量幫助。
2通信工程發展現狀
通信工程在信息科技中是一個充滿活力快速發展的領域，特別是光纖通信、互聯網絡通信和數字移動通信的發展，使人們傳遞和獲取信息使更加便捷。由于人們不斷提高的信息交流和傳遞要求，各類信息溝通使人們的日常生活和工作得到了很大改變，其中現代網絡技術極其明顯。現階段中，網絡技術的影子在日常生活中隨處可見，人們對信息交流的的需求隨著網絡技術的應用得到了滿足，可以看出，通信工程未來的發展極為可觀。對信息產業極其廣闊的覆蓋面而言，不僅包括了獲取和處理媒介信息的設備設施，還包含光纖、激光、衛星、計算機和自動控制等，信息產業憑借著新技術、大范圍和高產值等特點，逐步朝著組成我國國民經濟建設重要產業的方向發展。通信工程的現代光、電、聲硬件基礎技術，在相關軟件的協同下能將信息交流實現。20世紀末至今，多媒體和互聯網的應用得到了很大的推廣，也很好地推動了通信工程的發展。21世紀初，逐步開始了通信和寬帶技術的發展。
3電子技術與通信工程的關系
3.1電子技術對通信工程的推動作用
電子技術與通信技術的發展存在著不可缺少的聯系。電子技術對通信技術的每個發展和進步階段產生了支撐作用。例如在通信技術中，交換設備是基礎設施重要的組成部分，但也是通信工程技術研究的瓶頸。這個瓶頸在應用電子技術以后得到了解決[2]，并不斷完善了交換設備。現階段中，通信技術的發展與電子技術的支持脫離不開，并且為通信技術發展道路提供了強勁的推動力量。
3.2通信工程對電子技術的推動作用
通信工程的快速發展也必然對電子技術的發展提供了的強勁推動力量。人與人之間交流和溝通能力的加強是通信技術產品的主要功能，促使信息能夠以更高效率的傳遞在人與人之間，這也使的技術信息的傳播得到了很好的促進。這些快速傳播的信息提供給電子技術高速發展的必備條件。另外，通信技術的發展與電子技術的發展存在著依賴和被依賴的關系，從而推動電子技術的進一步發展并為通信技術提供了發展的需求。
4結束語
隨著社會的進步和經濟的發展，科學技術也得到了快速提升，人們需求的信息交流和傳遞不斷增高，因此，在以后的發展過程中，不同的信息交流和溝通形式會使人們的生活得到極大的改變。這就要求我們必須將電子技術和通信工程之間的關系牢牢抓住并促進其得到更好的發展，便于未來和交流各類信息的需求得到滿足。
參考文獻
[1]梁曉楠.關于電子技術和通信工程的幾點思考[J].中外企業家，2016，（03）：107.
[2]沈強.電子技術和通信工程探析[J].科技展望，2015，（14）：152.
【關鍵詞】智能電網；電力電子技術；應用；優化措施
電網系統朝著智能化的方向發展，是新時期電力事業現代化建設的必然要求，更是電力電子技術快速發展下，電網構建的重要支撐。基于電力電子技術的應用，優化并保障電網安全，促進電網資源的可持續發展，充分體現出電力電子技術巨大的應用價值。因此，隨著電力電子技術的應用及發展，其在智能電網構建中的應用日益廣泛，并發揮著重要的作用。本文立足智能電網的構建需求，具體闡述了電力電子技術在智能電網構建中的具體應用。
1電力電子技術在智能電網構建中的作用
1.1依托電力電子技術，優化并保障電網安全
構建現代化智能電網，是新時期國家電力事業發展的重要方向。依托電力電子技術，是優化并保障電網安全的重要技術支撐。智能電網是一個復雜而系統的工程，基于系統的復雜變化、用戶環境的不同，電網運行的穩定安全，更加強調電網應具備良好的適應能力和反應能力。電力電子技術是電網智能化構建的重要技術保障，對于提升電網架構能力、優化電網自動化程度，都發揮著重要的作用。因此，在技術應用及發展的過程中，電網智能化的構建能力將得到較大提升。
1.2基于電力電子技術，優化電網資源及發展
資源問題是電力事業發展的焦點，也是環境保護的重要領域。一方面，電力事業的發展，應基于電力電子技術，不斷優化電網資源發展，對資源的調度、控制起到重要的作用；另一方面，建立起高效、清潔的電網系統，是新時期電力發展的重要方向。基于電力電子技術健全電網結構，進而在保障電網安全穩定、經濟效益的前提之下，大力推進電網資源建設，特別是可再生資源的發展，實現節能減排。
2智能電網構建中電力電子技術的應用
2.1高壓直流輸電技術
如圖1所示，高壓直流輸電技術的結構圖。從圖可以知道，在發電及用電系統中，所運用的是交流電，而在輸電環節中，運用的直流輸電系統。在換流變壓器的輸送之下，將輸電線中的交流電輸送至整流設備，進而實現交流電向高壓直流電的轉變。從實際而言，遠距離的輸電狀態，在輸電技術的選擇上，更適合采用高壓直流輸電技術。（1）可以在線路故障之時，能夠降低故障對電網造成的影響，“在大功率、點對點”的遠距離輸電中，確保了電網運行的安全；（2）遠距離的大容量輸電，要求智能電網的穩定性。
2.2智能開關技術
在保護電力系統的設備技術中，智能開關技術非常重要，是在電壓（電流）制定相位斷開電路的設備。從智能開關的結構來看，電源總開關、分開關是主體，對于斷開或閉合電路起到重要作用。如圖2所示，智能開關的技術結構圖，從中可以知道，智能開關中總電源開關，能夠對電路“過壓”狀態的保護。并且，在A、B、C分開關，能夠對漏電、過流等問題，起到有效的保護作用。分開關的整體式結構，也在很大程度上確保了用戶端的用電安全。因此，隨著電力電子技術的不斷發展，智能開關的應用及發展得到提高，特別是高性能開關設備的發展，推進了電網智能化建設。
2.3高壓變頻技術
基于節點的需求，在智能電網的構建中，高壓變頻技術的應用，可以實現節電，廣泛應用于工業生產企業。但是，高壓變頻技術存在“高次諧波”污染。高壓變頻器在節能性能的實現，主要是基于功率單元串聯多電平技術。該結構系統，不僅具有結構緊湊、工藝密度高等特點，而且能夠實現靈活的操控，具有較好的實用性。
2.4需求側技術
在現代電網構建中，基于用戶的電力需求，應確保電力供應的穩定性與質量。首先，電力企業應提高配電自動化技術與電力電子技術的有機結合，進而為用戶提供優質的電力服務；其次，電力企業要基于能源節約的目標，在需求側進行技術優化，在需求側技術的應用中，實現清潔能源與新能源的并網；再次，在故障限流的保障中，應基于需求側技術的運用，為用戶提供所需的電力要求，并智能網絡的構建下，確保電力供應的效率及質量。
3結束語
總而言之，在智能電網的構建中，電力電子技術的應用及發展價值日益突顯，在很大程度上支撐力智能電網的發展。依托電力電子技術中的“高壓變頻技術”、“智能開關技術”和“需求側技術”，優化智能電網結構，確保智能電網的運行穩定及安全。
參考文獻
[1]馬紅歌.電力電子技術在智能電網中的應用[J].數字技術與應用,2014(02).
