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电子技术与应用论文

2017-03-27 14:11:17  字体:   打印 收藏 

摘 要:电力电子技术及应用的发展状况 摘 要:本文介绍了电力电子的性能特点、发展水平及应用领域,软全面地阐述了电力电子技术及应用情况,对电力电子器件、电力电子功率变换及其技术的应用发展等情况作了较详尽地说明。并对电力电子技术在各工业领域中的应用状况

关键词:电子技术与应用论文


  电力电子技术及应用的发展状况

  摘 要:本文介绍了电力电子的性能特点、发展水平及应用领域,软全面地阐述了电力电子技术及应用情况,对电力电子器件、电力电子功率变换及其技术的应用发展等情况作了较详尽地说明。并对电力电子技术在各工业领域中的应用状况作了概要的介绍。

  1.我国电力工业面临的挑战

  (1)电力供需矛盾难以根本缓解。按照统计分析,每个国家的人均GDP与人均的能耗有十分密切的相关关系。我国要在下世纪中叶达到中等发达国家水平,人均用电水平的增长是不可避免的。人口增长和现代化进程使用我国对电子表力需求不断增加,按照规划,2050年我国发电装机应超过15亿千瓦,比现有的装机净增13亿千瓦以上,按常规格化的发展模式几乎不可能达到这个目标,除非寻求新的发展途径。

  (2)有限资源的制约日趋严重。我国去年已成为石油进口国,不能指望靠石油发电。水电可发容量不足3.7亿千瓦,在相当长的时期内煤碳仍是主要的一次能源,但燃煤生产的环境污染的治理是一个极为困难的问题,此外,煤炭基地资源短缺是我国发展水电的又一重要制约因素。

  (3)对电网可靠性和电能质量要求不断提高。20世纪电力系统发展的特征常以“大机组、大电网、高电压”来描述。近二十年的世界各国的经验表明,在下世纪,这个趋势不会再继续下去,研究表明,机组的单机容量和交流输电电压等级的发展已出现饱和趋势,单机容量120MW和电压等级800KV已达到由电网可靠性决定的极限。尽管现代电网的设计运行技术近年取得了长足发展,但仍不能完全避免大电网的瓦解事故的发生。近几年内,世界上的达电网事故仍有发生,有时还造成了灾难性的后果。

  2.电力电子技术的发展概述

  (1)整流器时代。大功率的工业用电由工频交流发电机提供,但是大约20%的电能是以直流形式消费的,其中最典型的电解,牵,直流传动等大三领域。大功率硅整流器能够高效率地把工频交流电转变为直流电,因此在六十年代和七十年代,大功率硅整流管和晶闸管的开发与应用是以很大发展,当时国内曾经掀起了一股各地大办硅整流器厂的热潮,目前全国大小的制造硅整流器的半导体厂家就是那时的产物。

  (2)变频器时代。进入八十年代,大规模和超大规模集成电路技术的迅猛发展,为现代电力电子技术的发展奠定了基础,将集成电路技术的精细加工技术和高压大电流技术有机结合,出现了一批全新的全控制功率器件,首先是功率MOSFET的问世,导致了中小功率电源向高频化发展,而后绝缘门极双极晶体管(IGBT)的出现,又为大中型功率电源向高频发展带来机遇。MOSFET和IGBT的相继问世,是传统的电力电子向现代电力电子转化的标志。据统计,到1995年底下,功率MOSFET和GTR在功率半导体器件市场上已达到平分秋色的地步,而用IGBT代替GTR在电力电子领域已成定论,新型器件的发展不仅为交流电机变频调速提供了较高的频率,使其性能更加完善可靠,而且仅现代电子技术不断向高频化发展,为用电设备的高效节材节能,实现小型轻量化,机电一体化和智能化提供了重要的技术基础。

  3.电力电子技术的应用

  (1)一般工业。工业中大量应用各种交直流电动机。直流电动机有良好的调速性能,给其供电的可控整流电源或直流斩波电源都是电力电子装置。近年来,由于电力电子变频技术的迅速发展,使得交流电机的高速速性能可与直流电机相媲美,交流调速技术大量应用并占据主导地位。大至数千KW的各种轧网机,小到几百W的数控机床的伺服电机,以及矿山牵引等场合都广泛采用电力电子交流调速技术,一些对调速性能要求不高的大型鼓风机等近年来也采用了变频装置,以达到节能的目的。

  (2)交通运输。电气化铁道中广泛采用电力电子技术,电气机车中的直流机车中采用整流装置,交流机车采用变频装置。直流斩波器也广泛用于铁道车辆。在未来的磁悬浮列车中,电力电子技术更是一项关键技术,除牵引电机传动外,车辆中的各种辅助电源也都离不开电子技术,电动汽车的电机靠电力电子装置进行电力变换和驱动控制,其蓄电池的充电也离不开电力电子装置,一台高级汽车中需要许多控制电机,它们也要靠变频器和斩波器驱动并控制,飞机,船舶需要很多不同要求的电源,因此航空和航海都离不开电力电子技术,如果把电梯也算做交通运输,那么它也需要电力电子技术,以前的电梯大都采用直流调速系统,而近年来交流变频器调速已成为主流。

  4.电子电力技术关键技术在电力方面的应用

  (1)智能电网应用的关键技术。采用电子传感技术,对电子表网用户端,电网设备,电网运行状况进行适时监控,确保智能电网稳定性与经济性,以便实现电力资源最大利用率,增强电网运营的高效低耗。在智能电网中采用先进的电子电力装置,诸如故障电流限制器,人性化交流输电设备,储能控制装置,智能保护设备等,这些装置与其它技术相结合,保障了智能化电网的可靠性。采用系统控制技术,能够对电网故障作出快速诊断并根据专家系统对电网诊断结果给出处理方案,控制系统从电网相关设备采集数据信息,通过系统运算确定电网的运行是否正常,藉此实现配电,变电自动化,继电的自适应保护,电网智能化等功效。

  (2)电力系统中的太赫兹技术。在电力系统中,电缆通常埋于地下,故障查找非常麻烦,采用太赫兹探测器能够透射探测碳板,塑料,沙尘等,还能探测厚墙,干燥土层等,可以突破传统探测技术的10米极限,目前亟待研制便携式太赫兹探测器,可以利用太赫兹波的敏感性查找随时查找电缆的损坏情况和无破损故障。

  (3)窃电行为给供电企业造成了极大的经济损失。而查处窃电者需要时间和程序,给窃电者销毁证据提供了机会,使窃电行为难以举证,供电企业在证据不足的情况下,不敢贸然查处窃电行为,导致窃电行为不能及时受到惩处,供电企业查处窃电的技术不足,不能查处较为隐蔽的窃电手段,导致企业损失惨重,采用太赫兹技术进行窃电监测,可以实现远距离线损监控,窃电取证举证功能,有效防止窃电行为。

  5.结束语

  电力电子技术的应用范围十分广泛,从人类对宇宙和大自然的探索,到国民经济的各个领域,再到我们的衣食住行,到处都能感受到电力电子技术的存在和巨大魅力,这也激发了一代又一代的学者和工程技术人员学习,研究电力电子技术并使其飞速发展,电力电子装置提供给负载的是各种不同的直流电源,恒频交流电源和变频交流电源,因此也可以说,电力电子技术研究的也就是电源技术,电力电子技术对节省电能有重要意义。

  作者:沈龙大

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