电力电子论文参考范文
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电力电子论文参考范文篇1
浅谈电力电子技术的发展
[摘 要]本文回顾了电力电子技术的发展，阐述了电力电子技术发展的趋势，论述了现代电力电子的应用领域，并对电力电子技术的未来做出展望。
[关键词]电力电子技术，发展趋势，应用
引言
现代电力电子技术的发展方向，是从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方向转变。电力电子技术起始于五十年代末六十年代初的硅整流器件，其发展先后经历了整流器时代、逆变器时代和变频器时代，并促进了电力电子技术在许多新领域的应用。八十年代末期和九十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，表明传统电力电子技术已经进入现代电力电子时代。
一、电力电子器发展回顾
整流管是电力电子器件中结构最简单，应用最广泛的一种器件。电力整流管对改损耗和提高电流使用效率等方面都具有非常重要的作用。自1958年美国通用电气GE公司研制出第一个工业用普通晶闸管开始，其结构的改进和工艺的改革为新器件开发研制奠定了基础，在以后的十年间开发研制出双向，逆变、逆导、非对称晶闸管，至今晶闸管系列产品仍有较为广泛的市场。1964年在美国第一次试制成功了0.5kV/0.01kA的可关断的GTO至今，目前以达到9kV/2.5kA/0.8kHZ及6kV/6kA/1kHZ的水平，在当前各种自关断器件中GTO容量最大，其在大功率电力牵引驱动中有明显的优势，因此，它在中压、大容量领域中占有一席之地。70年代研制出GTR系列产品，其额定值已达1.8kV/0.8kA/2kHZ，0.6kV/0.003kA/100kHZ，它具有组成的电路灵活成熟，开关损耗小、开关时间短等特点，在中等容量、中等频率的电路中应用广泛，而作为高性能，大容量的第三代绝缘栅型双极性晶体管IGBT，因其具有电压型控制，输入阻抗大、驱动功率小，开关损耗低及工作频率高等特点，其有着广阔的发展前景。
二、电力电子器件发展趋势
电力半导体器件是电力电子应用技术的基础，必须重视电力电子器件的发展。国际上电力半导体器件经历了晶闸管(SCR)、可关断晶闸管(GTO)和场控器件(IGBT和功率MOSFET)三个阶段。进入90年代，电力电子器件的研究和开发已进入大功率化、高频化、标准模块化、集成化和智能化时代。我们将50Hz的标准工频大幅的提高之后，使用这样工频的电气设备的体积与重量就能大大缩小，使电气设备制造节约材料，运行时节电就更加明显，设备的系统性能亦大为改善，尤其是对航天工业其意义十分深远的。故电力电子器件的高频化是今后电力电子技术创新的主导方向。而硬件结构的标准模块化是器件发展的必然趋势。
三、现代电力电子的应用
1、计算机高效率绿色电源
高速发展的计算机技术带领人类进入了信息社会，同时也促进了电源技术的迅速发展。八十年代，计算机全面采用了开关电源，率先完成计算机电源换代。接着开关电源技术相继进入了电子、电器设备领域。计算机技术的发展，提出绿色电脑和绿色电源。根据美国环境保护署l992年6月17日“能源之星"计划规定，桌上型个人电脑或相关的外围设备，在睡眠状态下的耗电量若小于30瓦，就符合绿色电脑的要求，提高电源效率是降低电源消耗的根本途径。
2、通信用高频开关电源
通信业的迅速发展极大的推动了通信电源的发展，高频小型化的开关电源及其技术已成为现代通信供电系统的主流。目前，在程控交换机用的一次电源中，传统的相控式稳压电源己被高频开关电源取代，高频开关电源(也称为开关型整流器SMR)通过MOSFET或IGBT的高频工作，开关频率一般控制在50-100kHz范围内，实现高效率和小型化。
3、直流-直流(DC/DC)变换器
DC/DC变换器将一个固定的直流电压变换为可变的直流电压，这种技术被广泛应用于无轨电车、地铁列车、电动车的无级变速和控制，同时使上述控制获得加速平稳、快速响应的性能，并同时收到节约电能的效果。用直流斩波器代替变阻器可节约电能(20～30)%。直流斩波器不仅能起调压的作用(开关电源)，同时还能起到有效地抑制电网侧谐波电流噪声的作用。随着大规模集成电路的发展，要求电源模块实现小型化，因此就要不断提高开关频率和采用新的电路拓扑结构，目前已有一些公司研制生产了采用零电流开关和零电压开关技术的二次电源模块，功率密度有较大幅度的提高。
4、不间断电源(UPS)
不间断电源(UPS)是计算机、通信系统以及要求提供不能中断场合所必须的一种高可靠、高性能的电源。交流市电输入经整流器变成直流，一部分能量给蓄电池组充电，另一部分能量经逆变器变成交流，经转换开关送到负载。为了在逆变器故障时仍能向负载提供能量，另一路备用电源通过电源转换开关来实现。现代UPS普遍了采用脉宽调制技术和功率M0SFET、IGBT等现代电力电子器件，电源的噪声得以降低，而效率和可靠性得以提高。
5、变频器电源
变频器电源主要用于交流电机的变频调速，其在电气传动系统中占据的地位日趋重要，已获得巨大的节能效果。变频器电源主电路均采用交流-直流-交流方案。工频电源通过整流器变成固定的直流电压，然后由大功率晶体管或IGBT组成的PWM高频变换器，将直流电压逆变成电压、频率可变的交流输出，电源输出波形近似于正弦波，用于驱动交流异步电动机实现无级调速。
6、大功率开关型高压直流电源
大功率开关型高压直流电源广泛应用于静电除尘、水质改良、医用X光机和CT机等大型设备。电压高达50～l59kV，电流达到0.5A以上，功率可达100kW。自从70年代开始，日本的一些公司开始采用逆变技术，将市电整流后逆变为3kHz左右的中频，然后升压。进入80年代，高频开关电源技术迅速发展。德国西门子公司采用功率晶体管做主开关元件，将电源的开关频率提高到20kHz以上。并将干式变压器技术成功的应用于高频高压电源，取消了高压变压器油箱，使变压器系统的体积进一步减小。国内对静电除尘高压直流电源进行了研制，市电经整流变为直流，采用全桥零电流开关串联谐振逆变电路将直流电压逆变为高频电压，然后由高频变压器升压，最后整流为直流高压。
四、结束语
总而言之，电力电子及开关电源技术因应用需求不断向前发展，新技术的出现又会使许多应用产品更新换代，还会开拓更多更新的应用领域。开关电源高频化、模块化、数字化、绿色化等的实现，将标志着这些技术的成熟，实现高效率用电和高品质用电相结合。这几年，随着通信行业的发展，以开关电源技术为核心的通信用开关电源，仅国内有20多亿人民币的市场需求，吸引了国内外一大批科技人员对其进行开发研究。开关电源代替线性电源和相控电源是大势所趋，因此，同样具有几十亿产值需求的电力操作电源系统的国内市场正在启动，并将很快发展起来。还有其它许多以开关电源技术为核心的专用电源、工业电源正在等待着人们去开发。
参考文献
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[3] 万遇良，电力电子技术的发展趋势及应用，电工电能新技术，1995.(2).
[4] 周志敏，电力电子技术的发展与创新.
[5] 肖元真，张良，我国电力电子技术发展展望，中国科技信息，1994.(3).
电力电子论文参考范文篇2
浅论电力电子技术的应用
【摘 要】本文简单阐述了电力电子技术的发展，主要介绍了电力电子技术在电力系统、汽车工业、光伏发电领域等方面的应用。
【关键词】电力电子技术;应用
0.引言
电力电子技术是一个以功率半导体器件、电路技术、计算机技术、现代控制技术为支撑的技术平台。经过50年的发展历程， 电力电子技术已迅速发展成为一门独立的技术、学科领域。它的应用领域几乎涉及到国民经济的每个工业。尤其是进入21世纪，随着新的理论、器件、技术的不断涌现，特别是与微电子技术的日益融合，电力电子技术的应用领域也必将不断地得以拓展，它将成为新世纪的关键支撑技术之一。电力电子技术拥有许多微电子技术所具有的特征，比如发展迅速、渗透力强、生命力旺盛，并且能与其它学科相互融合和相互发展。
1.电力电子技术在电力系统中的应用
自20世纪80年代，柔性交流输电(FACTS)概念被提出后，电力电子技术在电力系统中的应用研究得到了极大的关注，多种设备相继出现。已有不少文献介绍和总结了相关设备的基本原理和应用现状。以下按照电力系统的发电、输电和配电以及节电环节，列举电力电子技术的应用研究和现状。
1.1在发电环节中的应用
电力系统的发电环节涉及发电机组的多种设备，电力电子技术的应用以改善这些设备的运行特性为主要目的。
静止励磁采用晶闸管整流自并励方式，具有结构简单、可靠性高及造价低等优点，被世界各大电力系统广泛采用。由于省去了励磁机这个中间惯性环节，因而具有其特有的快速性调节，给先进的控制规律提供了充分发挥作用并产生良好控制效果的有利条件。
变速恒频励磁广泛应用于水力、风力发电机。在水力和风力发电过程中，为了获得最大有效功率，使水力和风力发电机组变速运行，主要通过调整转子励磁电流的频率，使其与转子转速叠加后保持定子频率即输出频率恒定。此项应用的技术核心是变频电源。
发电厂风机水泵的变频调速。风机水泵耗电量约占火电设备总耗电量的65%，且运行效率较低。使用低压或高压变频器，实施风机水泵的变频调速，可以达到节能的目的。低压变频器技术已非常成熟，国内外有许多的生产厂家，无完整的系列产品，但具备高压大容量变频器设计和生产能力的企业较少，目前，国内不少院校和企业正在抓紧时间搞联合研发。
1.2在输电环节的应用
电力电子元器件应用于高压输电系统被称为“硅片引起的第二次革命”，大幅度改善了电力网的稳定运行特性。在输电环节中应用的技术主要有直流输电(HVDC)和轻犁直流输电(HVDC Light)技术以及柔性交流输电(FACTS)技术，其中柔性交流输电技术应用尤为重要。
FACTS技术的概念问世于20世纪80年代，它是一项基于电力电子技术与现代控制技术对交流输电系统的阻抗、电压及相位实施灵活快速调节的输电技术，可实现对交流输电功率潮流的灵活控制，从而大幅度提高电力系统的稳定水平。 近年来柔性交流输电技术在世界上发展迅速，并将FACTS技术用于实际电力系统工程。
1.3在配电环节中的应用
配电系统亟待需要解决的问题是如何加强供电可靠性和提高电能质量。电能质量控制不仅要满足对电压、频率、谐波和不对称度的要求，还要抑制各种瞬态的波动和干扰。电力电子技术和现代控制技术在配电系统中的应用，即为用户电力技术或称DFACTS技术，是在FACTS各项成熟技术的基础上发展起来的电能质量控制新技术。可以将DFACTS设备理解为FACTS设备的压缩版，其原理、结构均相同，功能也相似。潜在需求量大，市场介入较容易，研发投入和生产成本较低，随着电力电子元器件价格不断降低，可预期DFACTS设备产品将进入快速发展期。
1.4在节能环节的运用
1.4.1变负荷电动机调速运行
要想使电动机节电较完善，必须将本身挖掘节电潜力节电和通过变负荷电动机的调速技术节电二者结合起来。目前，交流调速主要广泛应用于冶金、矿山等部门及社会生活中，如：风机、泵类等变负荷机械中采用调速控制代替挡风板或节流阀控制风流量和水流量具有显著的效果。国外变负荷的风机、水泵大多采用了交流调速，我国正在推广应用中。
1.4.2减少无功损耗，提高功率因数
在电气设备中，变压器和交流异步电动机等都属于感性负载，这些设备在运行时不仅消耗有功功率，而且还消耗无功功率。因此，无功电源与有功电源一样，是保证电能质量不可缺少的主要部分。在电力系统中应保持无功平衡，否则，将会使系统电压降低 ，设备损坏，功率因数减少，严重时将引起电压崩溃，系统解裂，造成大面积停电事故。所以，当电力网或电气设备无功容量不足时，应增加无功补偿设备，以提高设备功率因数。
2.电力电子技术在汽车工业中的应用
作为汽车用电源，在原来14V、28V基础上，现又增加了新的42V系列，且还出现了混合动力源电动车(HEV)等288V的驱动电压(典型值)，形成了多种电源并存的局面。使用这些电源来实现汽车的各种功能，就必须利用所谓的电力电子技术。如：回波(echo)技术，藉能量管理或功率管理的最佳化，高可靠性，利用线控(x-by-wire)装置的电子控制系统等都是非常需要的。这些电力电子装置与原来的装置比较，由于电力电子技术导致了“响应性好”、“软控制的灵活性”、“小型轻量化的操控”、“高的效率”等一系列优越的性能，尤其是从各类照明、指示灯、雨刷(刮水器)、电动窗等1kW以下的轻负载到数十kW功率级的电力驱动，功率都不断增大。利用电动机、逆变器或交流变换器等电力电子装置的性能，大幅度提升了汽车的动力性能。
在汽车工业的应用主要有：利用电子开关替代传统的机械开关以及继电器;无触点点火、燃油电子喷射;电子动力转向、电子自动变速器;对原有的直流电源系统进行改造;对水泵、动力转向、悬架等进行电子监控。
3.电力电子技术在光伏发电中的应用
光伏发电技术是可再生的新能源重要组成部分，可以用于任何需要电源的场合，上至航天器，下至家用电器，大到兆瓦级电站，小到玩具。光伏电源无处不在。到2040年可再生能源将占光能耗得50%以上，太阳能光伏发电将占总电力的20%以上。到21世纪末，可再生能源在能源结构中将占80%以上，太阳能发电将占到60%以上。这些数据说明光伏发电产业的发展前景及其在能源领域的重要战略地位。光伏发电系统是由太阳能电池方阵，储存电能的蓄电池，充放电控制器、逆变器、并网控制、无功补偿，电控柜，太阳跟踪控制系统等设备组成。其中除了太阳能电池，其它部分都需要电力电子技术支持。
4.结束语
总而言之，电力电子技术是智力、信息、知识密集型技术，也是我国经济与社会可持续发展项目之一，对促进国民经济发展，特别是电子工业发展将具有一定价值。
【参考文献】
[1]王宝卿.电子技术在电力系统中的应用.中国科技博览，2009，(31).
[2]俞勇祥.电力电子技术的应用概况.新技术新工艺，2000，(10).
[3]黄俊，王兆安，杨君.电力电子技术.机械工业出版社，2008.
[4]何平.简述电力电子技术在新能源建设中的应用.中国电力电子产业发展高峰论坛.论文集.
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