電力電子論文參考范文
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電力電子論文參考范文篇1
淺談電力電子技術的發(fā)展
[摘 要]本文回顧了電力電子技術的發(fā)展，闡述了電力電子技術發(fā)展的趨勢，論述了現(xiàn)代電力電子的應用領域，并對電力電子技術的未來做出展望。
[關鍵詞]電力電子技術，發(fā)展趨勢，應用
引言
現(xiàn)代電力電子技術的發(fā)展方向，是從以低頻技術處理問題為主的傳統(tǒng)電力電子學，向以高頻技術處理問題為主的現(xiàn)代電力電子學方向轉(zhuǎn)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(fā)展先后經(jīng)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(fā)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(tǒng)電力電子技術已經(jīng)進入現(xiàn)代電力電子時代。
一、電力電子器發(fā)展回顧
整流管是電力電子器件中結構最簡單，應用最廣泛的一種器件。電力整流管對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年美國通用電氣GE公司研制出第一個工業(yè)用普通晶閘管開始，其結構的改進和工藝的改革為新器件開發(fā)研制奠定了基礎，在以后的十年間開發(fā)研制出雙向，逆變、逆導、非對稱晶閘管，至今晶閘管系列產(chǎn)品仍有較為廣泛的市場。1964年在美國第一次試制成功了0.5kV/0.01kA的可關斷的GTO至今，目前以達到9kV/2.5kA/0.8kHZ及6kV/6kA/1kHZ的水平，在當前各種自關斷器件中GTO容量最大，其在大功率電力牽引驅(qū)動中有明顯的優(yōu)勢，因此，它在中壓、大容量領域中占有一席之地。70年代研制出GTR系列產(chǎn)品，其額定值已達1.8kV/0.8kA/2kHZ，0.6kV/0.003kA/100kHZ，它具有組成的電路靈活成熟，開關損耗小、開關時間短等特點，在中等容量、中等頻率的電路中應用廣泛，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)動功率小，開關損耗低及工作頻率高等特點，其有著廣闊的發(fā)展前景。
二、電力電子器件發(fā)展趨勢
電力半導體器件是電力電子應用技術的基礎，必須重視電力電子器件的發(fā)展。國際上電力半導體器件經(jīng)歷了晶閘管(SCR)、可關斷晶閘管(GTO)和場控器件(IGBT和功率MOSFET)三個階段。進入90年代，電力電子器件的研究和開發(fā)已進入大功率化、高頻化、標準模塊化、集成化和智能化時代。我們將50Hz的標準工頻大幅的提高之后，使用這樣工頻的電氣設備的體積與重量就能大大縮小，使電氣設備制造節(jié)約材料，運行時節(jié)電就更加明顯，設備的系統(tǒng)性能亦大為改善，尤其是對航天工業(yè)其意義十分深遠的。故電力電子器件的高頻化是今后電力電子技術創(chuàng)新的主導方向。而硬件結構的標準模塊化是器件發(fā)展的必然趨勢。
三、現(xiàn)代電力電子的應用
1、計算機高效率綠色電源
高速發(fā)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(fā)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。計算機技術的發(fā)展，提出綠色電腦和綠色電源。根據(jù)美國環(huán)境保護署l992年6月17日“能源之星"計劃規(guī)定，桌上型個人電腦或相關的外圍設備，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、通信用高頻開關電源
通信業(yè)的迅速發(fā)展極大的推動了通信電源的發(fā)展，高頻小型化的開關電源及其技術已成為現(xiàn)代通信供電系統(tǒng)的主流。目前，在程控交換機用的一次電源中，傳統(tǒng)的相控式穩(wěn)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(nèi)，實現(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(wěn)、快速響應的性能，并同時收到節(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(開關電源)，同時還能起到有效地抑制電網(wǎng)側諧波電流噪聲的作用。隨著大規(guī)模集成電路的發(fā)展，要求電源模塊實現(xiàn)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(chǎn)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。
4、不間斷電源(UPS)
不間斷電源(UPS)是計算機、通信系統(tǒng)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(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(zhuǎn)換開關來實現(xiàn)。現(xiàn)代UPS普遍了采用脈寬調(diào)制技術和功率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的變頻調(diào)速，其在電氣傳動系統(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)動交流異步電動機實現(xiàn)無級調(diào)速。
6、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(zhì)改良、醫(yī)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?yōu)?kHz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(fā)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(tǒng)的體積進一步減小。國內(nèi)對靜電除塵高壓直流電源進行了研制，市電經(jīng)整流變?yōu)橹绷鳎捎萌珮蛄汶娏鏖_關串聯(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、結束語
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(fā)展，新技術的出現(xiàn)又會使許多應用產(chǎn)品更新?lián)Q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(shù)字化、綠色化等的實現(xiàn)，將標志著這些技術的成熟，實現(xiàn)高效率用電和高品質(zhì)用電相結合。這幾年，隨著通信行業(yè)的發(fā)展，以開關電源技術為核心的通信用開關電源，僅國內(nèi)有20多億人民幣的市場需求，吸引了國內(nèi)外一大批科技人員對其進行開發(fā)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(chǎn)值需求的電力操作電源系統(tǒng)的國內(nèi)市場正在啟動，并將很快發(fā)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(yè)電源正在等待著人們?nèi)ラ_發(fā)。
參考文獻
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電力電子論文參考范文篇2
淺論電力電子技術的應用
【摘 要】本文簡單闡述了電力電子技術的發(fā)展，主要介紹了電力電子技術在電力系統(tǒng)、汽車工業(yè)、光伏發(fā)電領域等方面的應用。
【關鍵詞】電力電子技術;應用
0.引言
電力電子技術是一個以功率半導體器件、電路技術、計算機技術、現(xiàn)代控制技術為支撐的技術平臺。經(jīng)過50年的發(fā)展歷程， 電力電子技術已迅速發(fā)展成為一門獨立的技術、學科領域。它的應用領域幾乎涉及到國民經(jīng)濟的每個工業(yè)。尤其是進入21世紀，隨著新的理論、器件、技術的不斷涌現(xiàn)，特別是與微電子技術的日益融合，電力電子技術的應用領域也必將不斷地得以拓展，它將成為新世紀的關鍵支撐技術之一。電力電子技術擁有許多微電子技術所具有的特征，比如發(fā)展迅速、滲透力強、生命力旺盛，并且能與其它學科相互融合和相互發(fā)展。
1.電力電子技術在電力系統(tǒng)中的應用
自20世紀80年代，柔性交流輸電(FACTS)概念被提出后，電力電子技術在電力系統(tǒng)中的應用研究得到了極大的關注，多種設備相繼出現(xiàn)。已有不少文獻介紹和總結了相關設備的基本原理和應用現(xiàn)狀。以下按照電力系統(tǒng)的發(fā)電、輸電和配電以及節(jié)電環(huán)節(jié)，列舉電力電子技術的應用研究和現(xiàn)狀。
1.1在發(fā)電環(huán)節(jié)中的應用
電力系統(tǒng)的發(fā)電環(huán)節(jié)涉及發(fā)電機組的多種設備，電力電子技術的應用以改善這些設備的運行特性為主要目的。
靜止勵磁采用晶閘管整流自并勵方式，具有結構簡單、可靠性高及造價低等優(yōu)點，被世界各大電力系統(tǒng)廣泛采用。由于省去了勵磁機這個中間慣性環(huán)節(jié)，因而具有其特有的快速性調(diào)節(jié)，給先進的控制規(guī)律提供了充分發(fā)揮作用并產(chǎn)生良好控制效果的有利條件。
變速恒頻勵磁廣泛應用于水力、風力發(fā)電機。在水力和風力發(fā)電過程中，為了獲得最大有效功率，使水力和風力發(fā)電機組變速運行，主要通過調(diào)整轉(zhuǎn)子勵磁電流的頻率，使其與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速疊加后保持定子頻率即輸出頻率恒定。此項應用的技術核心是變頻電源。
發(fā)電廠風機水泵的變頻調(diào)速。風機水泵耗電量約占火電設備總耗電量的65%，且運行效率較低。使用低壓或高壓變頻器，實施風機水泵的變頻調(diào)速，可以達到節(jié)能的目的。低壓變頻器技術已非常成熟，國內(nèi)外有許多的生產(chǎn)廠家，無完整的系列產(chǎn)品，但具備高壓大容量變頻器設計和生產(chǎn)能力的企業(yè)較少，目前，國內(nèi)不少院校和企業(yè)正在抓緊時間搞聯(lián)合研發(fā)。
1.2在輸電環(huán)節(jié)的應用
電力電子元器件應用于高壓輸電系統(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)定運行特性。在輸電環(huán)節(jié)中應用的技術主要有直流輸電(HVDC)和輕犁直流輸電(HVDC Light)技術以及柔性交流輸電(FACTS)技術，其中柔性交流輸電技術應用尤為重要。
FACTS技術的概念問世于20世紀80年代，它是一項基于電力電子技術與現(xiàn)代控制技術對交流輸電系統(tǒng)的阻抗、電壓及相位實施靈活快速調(diào)節(jié)的輸電技術，可實現(xiàn)對交流輸電功率潮流的靈活控制，從而大幅度提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定水平。 近年來柔性交流輸電技術在世界上發(fā)展迅速，并將FACTS技術用于實際電力系統(tǒng)工程。
1.3在配電環(huán)節(jié)中的應用
配電系統(tǒng)亟待需要解決的問題是如何加強供電可靠性和提高電能質(zhì)量。電能質(zhì)量控制不僅要滿足對電壓、頻率、諧波和不對稱度的要求，還要抑制各種瞬態(tài)的波動和干擾。電力電子技術和現(xiàn)代控制技術在配電系統(tǒng)中的應用，即為用戶電力技術或稱DFACTS技術，是在FACTS各項成熟技術的基礎上發(fā)展起來的電能質(zhì)量控制新技術?？梢詫FACTS設備理解為FACTS設備的壓縮版，其原理、結構均相同，功能也相似。潛在需求量大，市場介入較容易，研發(fā)投入和生產(chǎn)成本較低，隨著電力電子元器件價格不斷降低，可預期DFACTS設備產(chǎn)品將進入快速發(fā)展期。
1.4在節(jié)能環(huán)節(jié)的運用
1.4.1變負荷電動機調(diào)速運行
要想使電動機節(jié)電較完善，必須將本身挖掘節(jié)電潛力節(jié)電和通過變負荷電動機的調(diào)速技術節(jié)電二者結合起來。目前，交流調(diào)速主要廣泛應用于冶金、礦山等部門及社會生活中，如：風機、泵類等變負荷機械中采用調(diào)速控制代替擋風板或節(jié)流閥控制風流量和水流量具有顯著的效果。國外變負荷的風機、水泵大多采用了交流調(diào)速，我國正在推廣應用中。
1.4.2減少無功損耗，提高功率因數(shù)
在電氣設備中，變壓器和交流異步電動機等都屬于感性負載，這些設備在運行時不僅消耗有功功率，而且還消耗無功功率。因此，無功電源與有功電源一樣，是保證電能質(zhì)量不可缺少的主要部分。在電力系統(tǒng)中應保持無功平衡，否則，將會使系統(tǒng)電壓降低 ，設備損壞，功率因數(shù)減少，嚴重時將引起電壓崩潰，系統(tǒng)解裂，造成大面積停電事故。所以，當電力網(wǎng)或電氣設備無功容量不足時，應增加無功補償設備，以提高設備功率因數(shù)。
2.電力電子技術在汽車工業(yè)中的應用
作為汽車用電源，在原來14V、28V基礎上，現(xiàn)又增加了新的42V系列，且還出現(xiàn)了混合動力源電動車(HEV)等288V的驅(qū)動電壓(典型值)，形成了多種電源并存的局面。使用這些電源來實現(xiàn)汽車的各種功能，就必須利用所謂的電力電子技術。如：回波(echo)技術，藉能量管理或功率管理的最佳化，高可靠性，利用線控(x-by-wire)裝置的電子控制系統(tǒng)等都是非常需要的。這些電力電子裝置與原來的裝置比較，由于電力電子技術導致了“響應性好”、“軟控制的靈活性”、“小型輕量化的操控”、“高的效率”等一系列優(yōu)越的性能，尤其是從各類照明、指示燈、雨刷(刮水器)、電動窗等1kW以下的輕負載到數(shù)十kW功率級的電力驅(qū)動，功率都不斷增大。利用電動機、逆變器或交流變換器等電力電子裝置的性能，大幅度提升了汽車的動力性能。
在汽車工業(yè)的應用主要有：利用電子開關替代傳統(tǒng)的機械開關以及繼電器;無觸點點火、燃油電子噴射;電子動力轉(zhuǎn)向、電子自動變速器;對原有的直流電源系統(tǒng)進行改造;對水泵、動力轉(zhuǎn)向、懸架等進行電子監(jiān)控。
3.電力電子技術在光伏發(fā)電中的應用
光伏發(fā)電技術是可再生的新能源重要組成部分，可以用于任何需要電源的場合，上至航天器，下至家用電器，大到兆瓦級電站，小到玩具。光伏電源無處不在。到2040年可再生能源將占光能耗得50%以上，太陽能光伏發(fā)電將占總電力的20%以上。到21世紀末，可再生能源在能源結構中將占80%以上，太陽能發(fā)電將占到60%以上。這些數(shù)據(jù)說明光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)的發(fā)展前景及其在能源領域的重要戰(zhàn)略地位。光伏發(fā)電系統(tǒng)是由太陽能電池方陣，儲存電能的蓄電池，充放電控制器、逆變器、并網(wǎng)控制、無功補償，電控柜，太陽跟蹤控制系統(tǒng)等設備組成。其中除了太陽能電池，其它部分都需要電力電子技術支持。
4.結束語
總而言之，電力電子技術是智力、信息、知識密集型技術，也是我國經(jīng)濟與社會可持續(xù)發(fā)展項目之一，對促進國民經(jīng)濟發(fā)展，特別是電子工業(yè)發(fā)展將具有一定價值。
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