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足球投注APP电力电子技术概况

  电子技术两大分支。通常所说的模拟电子技术和数字电子技术属于信息电子技术。电子技术是应用于电力领域的电子技术,它是利用电力电子器件对电能进行变换和控制的新兴学科。目前所用的电力电子器件采用半导体制成,故称电力半导体器件。信息电子技术主要用于信息处理,而电力电子技术则主要用于电力变换。电力电子技术的发展是以电力电子器件为核心,伴随变换技术和控制技术的发展而发展的。

  电力电子技术可以理解为功率强大,可供诸如电力系统那样大电流、高电压场合应用的电子技术,它与传统的电子技术相比,其特殊之处不仅仅因为它能够通过大电流和承受高电压,足球投注APP而且要考虑在大功率情况下,器件发热、运行效率的问题。为了解决发热和效率问题,对于大功率的电子电路,器件的运行都采用开关方式。这种开关运行方式就是电力电子器件运行的特点。

  电力电子学这一名词是20世纪60年代出现的,“电力电子学”和“电力电子技术”在内容上并没有很大的不同,只是分别从学术和工程技术这2个不同角度来称呼。电力电子学可以用图1的倒三角形来描述,可以认为电力电子学由电力学、电子学和控制理论这3个学科交叉而形成的。这一观点被全世界普遍接受。

  电力电子技术与电子学的关系是显而易见的。电子学可分为电子器件和电子电路两大部分,它们分别与电力电子器件和电力电子电路相对应。从电子和电力电子的器件制造技术上进两者同根同源,从两种电路的分析方法上讲也是一致的,只是两者应用的目的不同,前者用于电力变换,后者用于信息处理。

  电力电子技术广泛应用于电气工程中,这就是电力电子学和电力学的主要关系。电力学就是电工科学或电气工程,各种电力电子装置广泛应用于高压直流输电以及高性能交、直流电源等电力系统和电气工程中,足球投注APP。因此,把电力电子技术归于电气工程学科。电力电子技术是电气工程学科中最为活跃的一个分支。电力电子技术的不断进步大大地推动了电气工程实现现代化的进程。

  控制理论广泛用于电力电子技术中,它使电力电子装置和系统的性能日益优越和完善,可以满足人们的各种需求。电力电子技术可以看作弱电控制强电的技术,是弱电和强电之间的接口。而控制理论则是实现这种接口的强有力的纽带。此外,控制理论和自动化技术是密不可分的,而电力电子装置又是自动化技术的基础元件和重要支撑技术。

  电力电子器件的发展对电力电子技术的发展起着决定性的作用,因此,电力电子技术的发展是以电力电子器件的发展为基础的。电力电子技术的发展史,如图2所示。

  一般认为,电力电子技术的开始是以1957年第一个晶闸管的诞生为标志的。但在晶闸管出现之前,电力电子技术就已经用于电力变换了。因此,晶闸管出现前的时期称为电力电子技术的史前期。

  1876年出现了硒整流器。1904年出现了电子管,它能在真空中对电子流进行控制,并应用于通信和无线电,从而开创了电子技术之先河。1911年出现了金属封装水银整流器,它把水银封于管内,利用对其蒸气的点弧可对大电流进行有效控制,其性能与晶闸管类似。20世纪30~50年代,是水银整流器发展迅速并广泛应用时期。它广泛用于电化学工业、电气铁道直流变电所以及轧钢用直流电动机的传动。{{分页}}

  20世纪50年代初,1953年出现了锗功率二极管;1954年出现了硅二极管,普通的半导体整流器开始使用;1957年诞生了晶闸管,一方面由于其变换能力的突破,另一方面实现了弱电对以晶闸管为核心的强电变换电路的控制,使之很快取代了水银整流器和旋转变流机组,进而使电力电子技术步入了功率领域。变流装置由旋转方式变为静止方式,具有提高效率、缩小体积、减轻重量、延长寿命、消除噪声、便于维修等优点。因此,其优越的电气性能和控制性能,在工业上引起一场技术革命。

  在以后的20年内,随着晶闸管特性不断提高,晶闸管已经形成了从低电压、小电流到高电压、大电流的系列产品。同时研制出一系列晶闸管的派生器件,如快速晶闸管(FST)、逆导晶闸管(RCT)、双向晶闸管(TRIAC)、光控晶闸管(LTT)等器件,大大地推动各种电力变换器在冶金、电化学、电力工业、交通及矿山等行业中的应用,促进了工业技术的进步,形成了以晶闸管为核心的第一代电力电子器件,也称为传统电力电子技术阶段。

  晶闸管通过对门极的控制可以使其导通,而不能使其关断,因此属于半控型器件。对晶闸管电路的控制方式主要是相位控制方式。即使在电流、电压这2个方面,晶闸管系列器件仍然有一定的发展余地,但因下述原因阻碍了它们的继续发展:①由于它是半控器件,要想关断它必须用强迫换相电路,结果使得电路复杂、体积增大、重量增加、效率较低以及可靠性下降;②由于器件的开关频率难以提高,一般低于400Hz,大大限制了它的应用范围;③由于相位运行方式使电网及负载上产生严重的谐波,不但电路功率因数降低,而且对电网产生“公害”。随着工业生产的发展,迫切要求新的器件和变流技术出现,以便改进或取代传统的电力电子技术。

  20世纪70年代后期,以门极可关断晶闸管(GTO)、电力双极型晶体管(GTR)、电力场效应晶体管(Power MOSFET)为代表的第二代自关断全控型器件迅速发展。全控型器件的特点是,通过对门极(基极、栅极)的控制既可以使其开通,又可以使其关断。另外,这些器件的开关速度普遍高于晶闸管,可以用于开关频率较高的电路。全控器件优越的特性使其逐渐取代了变流装置中的晶闸管,把电力电子技术推进到一个新的发展阶段。

  和晶闸管电路的相位控制方式想对应,采用全控型器件的电路主要控制方式为脉冲宽度调制(PWM)方式。PWM控制技术在电力电子变流技术中占有十分重要的地位。它使电路的控制性能大大改善,使以前难以实现的功能得以实现,对电力电子技术的发展产生了深远的影响。

  20世纪80年代,出现了以绝缘栅双极型晶体管(IGBT)为代表的第三队复合型场控半导体器件,另外还有静电感应式晶体管(SIT)、静电感应式晶闸管(SITH)、MOS晶闸管(MCT)等。这些器件不仅有很高的开关频率,一般为几十到几百千赫兹,而且有更高的耐压性,电流容量大,可以构成大功率、高频的电力电子电路。

  20世纪80年代后期,电力半导体器件的发展趋势是模块化、集成化,按照电力电子电路的各种拓扑结构,将多个相同的电力半导体器件或不同的电力半导体器件封装在一个模块中,这样可以缩小器件体积、降低成本、提高可靠性。现在已经出现了第四代电力电子器件——集成功率半导体器件(PIC),它将电力电子器件与驱动电路、控制电路及保护电路集成在一块芯片上,开辟了电力电子器件智能化的方向,应用前景广阔。目前经常使用的智能化功率模块(IPM),除了集成功率器件和驱动电路以外,还集成了过压、过流和过热等故障检测电路,并可将监测信号传送至CPU,以保证IPM自身不受损害。

  新型电力电子器件呈现出许多优势,它使得电力电子技术发生了突变,进入了现代电力电子技术阶段。现代电力电子技术的主要特点是:

  全控化是由半控型普通晶闸管发展到各类自关断器件,是电力电子器件在功能上的重大突破。自关断器件实现了全控化,取消了传统电力电子器件的复杂换相电路,使电路大大简化。

  集成化与传统电力电子器件的分立方式完全不同,所有的全控型器件都是由许多单元器件并联在一起,集成在一个基片上。

  高频化是指随着器件集成化的实现,同时也提高了器件的工作速度,例如GTR可工作在10kHz频率以下,IGBT工作在几十千赫兹以上,功率MOSFET可达数百千赫兹以上。{{分页}}

  高效率化体现在器件和变换技术这2个方面,由于电力电子器件的导通压降不断减少,降低了导通损耗;器件开关的上升和下降过程加快,也降低了开关损耗;器件处于合理的运行状态,提高了运行效率;变换器中采用的软开关技术,使得运行效率得到进一步提高。

  变换器小型化是指随着器件的高频化,控制电路的高度集成化和微型化,使得滤波电路和控制器的体积大大减小。电力电子器件的多单元集成化,减少了主电路的体积。控制器和功率半导体器件等,采用微型化的表面贴技术使得变换器的体积得到了进一步减少,功率为10kV光控开关相关文章:光控开关原理声光控开关相关文章:声光控开关原理