文档介绍：电力电子技术的发展及应用
朱磊1 侯振义1 张开2
(空军工程大学电讯工程学院陕西西安 710077)
(南京理工大学动力工程学院江苏南京 210000)
摘要:本文通过介绍电力电子技术的发展及应用,阐述了电力电子技术在国民经济中的重要作用,结合国家政策,描绘出我国电力电子行业的大好前景。
关键词: 电力电子技术功率器件逆变能源
电力电子技术,又称功率电子技术。它主要研究各种电力电子器件,以及这些电力电子器件所构成的各种各样高效地完成对电能的变换和控制的电路或装置。它既是电子学在强电(高电压、大电流)或电工领域的一个分支,又是电工学在弱电(低电压、大电流)或电子领域的一个分支,总之是强弱电相结合的新学科。
1 电力电子技术的发展
电力电子技术的发展与功率器件的发展密切相关, 1948年普通晶体管的发明引起了电子工业革命,1957年第一只晶闸管的问世,为电力电子技术的诞生奠定了基础。
电力电子技术的晶闸管时代
由于大功率硅整流器能够高效率的把工频交流电转变为直流电,因此在60年代和70年代,大功率硅整流管和晶闸管的开发与应用得到大发展,这一时期称之为电力电子技术的晶闸管时代。
电力电子技术的逆变时代
20世纪70年代,随着自关断器件的出现,电力电子技术进入了逆变时代。七十年代出现了世界范围的能源危机,交流电机变频调速因节能效果显著而迅速发展。在70年代到80年代,随着变频调速装置的普及,大功率逆变用的晶闸管、巨型功率晶体管(GTR)和门极可关断晶闸管(GT0)成为当时电力电子器件的主角。这时的电力电子技术已经能够实现整流和逆变,但工作频率较低,仅局限在中低频范围内。
现代电力电子时代
80年代末期和90年代初期发展起来的以功率MOSFET和IGBT为代表的集高频、高压和大电流于一身的功率半导体复合器件,使以低频技术处理问题为主的传统电力电子学,向以高频技术处理问题为主的现代电力电子学转变创造了条件,表明传统电力电子技术已经进入现代电力电子时代。
这一时期,各种新型器件应用大规模集成电路技术,向复合化、模块化的方向发展,使得器件及结构紧凑、体积缩小,并且能够综合了不同器件的优点。在性能上,器件的容量不断增大,工作频率不断提高,目前,市场化的碳化硅器件达(3500V\1200A),智能功率模块达到(1200V\800A),在斩波器的PWM开关频率可达1MHz。
这一时期,各种新的控制方法得到了广泛应用,特别是现代电力电子技术越来越多地运用了人工智能技术。在所有人工智能学科中,神经网络将对电力电子学产生的影响最大,利用混合人工智能技术(神经一模糊,神经一遗传,神经一模糊一遗传,模糊一遗传)开发强大的智能控制以及估计方法,单个神经模糊专用集成芯片能承担无传感器矢量控制,且具有在线故障诊断和容错控制能力。基于人工智能的模糊控制在参数变化和负载转矩扰动的非线性反馈系统中可能可以提供最好的鲁棒性,在故障监测和故障耐力控制中将会起到越来越重要的作用。
电力电子的技术应用
随着科技的不断发展和人们要求的不断提高,电力电子技术的应用越来越广泛。当今世界先进工业国家正处于由“工业经济”模式向“信息经济”模式转变的时期。电力电子技术作为信息产业与传统产业之间的桥梁,是在非常广泛的领域内改造传统产业、支持高新技术发展