電力電子技術(shù)是一門(mén)新興的應用于電力領(lǐng)域的電子技術(shù),就是使用電子電力器件對電能進(jìn)行變換和控制的技術(shù)。電力電子技術(shù)所變換的電力功率大到數百MW甚至GW,也可以小到數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。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(gè)分支。
現已成為現代電氣工程與自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)不可缺少的一門(mén)專(zhuān)業(yè)基礎課,在培養該專(zhuān)業(yè)人才中占有重要地位。
電力電子學(xué)(PowerElectronics)這一名稱(chēng)是在上世紀60年代出現的。1974年,美國的W.Newell用一個(gè)倒三角形(如圖)對電力電子學(xué)進(jìn)行了描述,認為它是由電力學(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(guān)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(lái)稱(chēng)呼的。
一般認為,電力電子技術(shù)的誕生是以1957年美國通用電氣公司研制出的第一個(gè)晶閘管為標志的,電力電子技術(shù)的概念和基礎就是由于晶閘管和晶閘管變流技術(shù)的發(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),所以晶閘管出現前的時(shí)期可稱(chēng)為電力電子技術(shù)的史前或黎明時(shí)期。70年代后期以門(mén)極可關(guān)斷晶閘管(GTO),電力雙極型晶體管(BJT),電力場(chǎng)效應管(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(guò)對門(mén)極既柵極或基極的控制既可以使其開(kāi)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BJT的復合)為代表的復合型器件集驅動(dòng)功率小,開(kāi)關(guān)速度快,通態(tài)壓降小,載流能力大于一身,性能優(yōu)越使之成為現代電力電子技術(shù)的主導器件。為了使電力電子裝置的結構緊湊,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(lái)又把驅動(dòng),控制,保護電路和功率器件集成在一起,構成功率集成電路(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。
利用電力電子器件實(shí)現工業(yè)規模電能變換的技術(shù),有時(shí)也稱(chēng)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將直流電能變換成交流電能;將工頻電源變換為設備所需頻率的電源;在正常交流電源中斷時(shí),用逆變器(見(jiàn)電力變流器)將蓄電池的直流電能變換成工頻交流電能。應用電力電子技術(shù)還能實(shí)現非電能與電能之間的轉換。例如,利用太陽(yáng)電池將太陽(yáng)輻射能轉換成電能。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息傳感的載體。因此人們關(guān)注的是所能轉換的電功率。
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),又大多是為應用強電的工業(yè)服務(wù)的,故常將它歸屬于電工類(lèi)。電力電子技術(shù)的內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。電力電子器件以半導體為基本材料,最常用的材料為單晶硅;它的理論基礎為半導體物理學(xué);它的工藝技術(shù)為半導體器件工藝。近代新型電力電子器件中大量應用了微電子學(xué)的技術(shù)。電力電子電路吸收了電子學(xué)的理論基礎,根據器件的特點(diǎn)和電能轉換的要求,又開(kāi)發(fā)出許多電能轉換電路。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,根據應用對象的不同,組成了各種用途的整機,稱(chēng)為電力電子裝置。這些裝置常與負載、配套設備等組成一個(gè)系統。電子學(xué)、電工學(xué)、自動(dòng)控制、信號檢測處理等技術(shù)常在這些裝置及其系統中大量應用。
淮南春輝電氣,歡迎大家打電話(huà)或者前來(lái)咨詢(xún)。