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1、电力电子与现代生活姓 名 学 号 学 院 年 级 电力电子与现代生活一、什么是电力电子技术电力电子技术是一门新兴的应用于电力领域的电子技术，就是使用电力电子器件（如晶闸管，GTO，IGBT等）对电能进行变换和控制的技术。和以信息处理为主的信息电子技术不同，电力电子技术主要用于电力变换。同时，电力电子技术分为电力电子器件制造技术和变流技术（整流，逆变，斩波，变频，变相等）两个分支。二、电力电子技术的简单发展历程一般认为，电力电子技术的诞生是以1957年美国通用电气公司研制出的第一个晶闸管为标志的。 70年代后期以门极可关断晶闸管，电力双极型晶体管，电力场效应管为代表的全控型器件全速发展为标志，使
2、电力电子技术的面貌焕然一新。80年代后期，以绝缘栅极双极型晶体管为代表的复合型器件，集驱动，功率小，开关速度快，通态压降小，载流能力大于一身，成为现代电力电子技术的主导器件。目前电力电子技术的一个重要发展方向就是大功率的集成电路。三、基本功率变换电路对于电力电子技术而言，电力变换技术是它的核心技术。电力变换技术也叫做变流技术，具体来说，电力变换包括以下四大类：表1 电力变换的种类逆变直流斩波直流交流电力控制、变频、变相整流交流交流直流 输出 输入（1）整流（ACDC）：将交流电转换为电压固定或可调的直流电，称为整流，这种变换是正变换。（2）逆变（DCAC）：将直流电转换为频率和电压为固定或可调
3、的交流电，是与整流过程相反的变换，故称为逆变。（3）交流电力控制（ACAC）：将交流电转换为频率和电压为固定或可调的交流电，称为交流电力控制。（4）直流变换（DCDC）：将直流电（幅值或极性）转换为另一固定电压或可调电压的直流电，称为直流变换。四、电力电子技术的应用电力电子技术作为一门对现代社会有着重要作用的科学，在节能领域，家用电器，交通运输，新能源方面有着广泛和不可替代的作用。1、在节能领域中的作用就目前来看，变频器、节能灯、逆变焊机、无功补偿装置、开关电源等电力电子产品，都应用到了电力电子技术，节能效果比较显著。以变频器，节能灯和逆变焊机为例：首先，变频器节能（变频器的主电路为交直交型）
4、。据统计，我国电机用电占总发电量60%以上。若全国电机都用变频调速，可节电10%40%，仅此一项，就可节约全国总发电量的10%至15%。 然后，节能灯的使用节能（应用的器件与电子镇流器类似，是一个由电力电子器件构成的AC/DC/AC变换器）。我国主要照明灯具是白炽灯和日光灯，存在着耗电量大，效率低的问题。目前正大力推广的电子节能灯和LED节能灯 ，具有光效高、节能、寿命长、体积小巧，使用简便等优点。发光效率是白炽灯的5-6倍。预计在不久后的将来，照明领域就将掀起一场革命。最后，逆变焊机在节能中的作用。逆变焊机的主电路结构比较复杂：电源（工频交流）整流滤波（直流）逆变（中频交流）中频变压器（降压
5、）整流滤波（直流）电弧。逆变焊机因为变压器损耗小，功率因数高而具有良好的节能效果。和传统焊机相比，功率因数大大提高。有源功率因数校正技术的功率因数到甚至可以达到0.99。2、在交通运输中的应用随着现代科技的发展，动力装置逐渐由机械化向机电一体化、电气化、自动化方向发展，其中电力电子技术起着越来越重要的作用。电力电子技术在交通运输中的应用主要涉及到以下领域：火车、磁悬浮列车、汽车和电动自行车。目前，电力机车基本上都采用了交-直-交传动方式：使用交流电源供电，经降压整流变成直流，再将直流逆变成频率和电压可调的交流电，驱动交流牵引电动机。电气化铁道中广泛采用电力电子技术。直流机车中采用整流装置，交流
6、机车采用变频装置。相对于火车而言，磁悬浮列车的工作原理不同：它是利用电磁系统产生的吸引力或排斥力将车辆托起，使整个列车悬浮在导轨上，并利用电磁力进行导向、利用直线电机将电能直接转换成推进力来推动列车前进的。磁悬浮列车，采用的是一种叫做直线电机的推进装置。电力电子技术在磁悬浮列车的发展中起到了巨大的作用。电力电子技术在汽车中的应用集中体现在电动汽车的研制和发展中。电动汽车的基本工作原理是：蓄电池电流电力调节器电动机动力传动系统驱动汽车行驶。驱动系统是电动汽车的核心，电动汽车驱动系统，主要由电力驱动子系统、电源子系统和辅助子系统组成。早期的电动汽车广泛采用直流电动机。为了调速，在蓄电池组与电机之间
7、须加入DC/DC变换器。DC/DC变换器常用器件有晶闸管、功率晶体管和IGBT。使用脉宽调制（PWM）调速驱动方式进行调速，功率较小、效率低，维护保养工作量大。随着电动机控制技术的发展，交流电动机逐步取代了直流电动机。直流电源经DC/AC变换为三相交流电源，它的优点是：具有效率高、体积小、质量轻，免维护、坚实可靠、易冷却、寿命长、能更有效地实现再生制动等。电动汽车发展到今天，应用最广泛的电动机是无刷直流电动机。而电力电子技术的进步将进一步地促进电动汽车的发展。3、在家用电器中的应用 随着信息时代的到来，家用电器向着智能化、网络化、信息化方向发展，其中电力电子技术起着越来越重要的作用，应用极其广
8、泛，像变频技术交流电力控制技术，开关电源等等。本节主要探讨变频技术对于家电行业的作用。变频技术主要应用于需要电动机驱动的这类家用电器，用来调节电动机的转速，以满足不同功能的需求，例如，变频空调、变频冰箱、变频洗衣机等。以空调为例：传统的定频空调，使用的是压缩机电动机单相交流电动机，运行在工频状态，不能调速。压缩机不断地开、停，维持室内温度在设定温度上、下波动，给人带来不适感。而且，定频空调的开机电流数倍于额定电流(冲击电流)，易损坏电机，并且定速空调在运行中频繁开停机，很费电。与定频空调相比，变频空调（工作流程： 交流50Hz直流频率可调的交流）有以下优点：1）舒适当室内温度与设定温度相差较大
9、时，压缩机高速运行，使室内温度尽快下降，当室内温度接近设定温度时，压缩机运行速度逐渐下降，使室内温度保持恒定。压缩机基本不停机；2）节能和定速空调器相比较节电大约2030；3）制冷、制热能力强变频空调的制冷量或制热量，高速运行时，能大大高出额定值。例如，某变频空调KFR-28GW/BP，其额定制冷量为2800 W，而制冷能力可在900 3200 W之间调整；其额定制热量为3700 W，而制热能力可在9504800 W之间调整。4、在新能源中的应用：新能源中开发利用中，风力发电和光伏发电都用到了电力电子技术。地球上的风能和光能资源非常丰富，而且具有可再生，可永久使用，不污染环境的特点。具有其他能
10、源所不具备的优越性。以光伏发电为例，目前光伏发电主要应用在太阳能热水器，太阳能汽车，路灯中，移动设备等设备中。太阳能发电分为光热发电和光伏发电。光伏发电的基本原理是：在太阳光的照射下，将光伏电池组件产生的电能，通过控制器的控制，给蓄电池充电，或者在满足负载需求的情况下给直流负载供电；如果日照不足或者夜间，则在控制器的控制下由蓄电池给直流负载供电。太阳能发电虽然目前在技术上还不是特别成熟，但是太阳能发电具有传统火力，水力发电所不具备的优点，发展前景广阔。五、总结总之，电力电子技术在现代生活中发挥着重要的，不可替代的作用。离开了电力电子技术，我们的生活将无法想想。电力电子技术在现代生活中的地位应该是基础性和先导性的结合。一方面，这样一项技术已经渗透到了生活的每一个角落，所以具有基础性的地位。另一方面，电力电子技术的创新和对某一项技术的改进，极有可能引发一项科技革命，从而引起人们生活方式的巨大的变化，所以具有先导性。最后，电力电子技术的发展前景是光明的，社会的的发展进步将为电力电子的应用提供更加广阔的平台。
