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电子技术的应用领域介绍

时间:2017-07-26 16:58:04 电子技术 我要投稿

电子技术的应用领域介绍

  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。现已成为现代电气工程与自动化专业不可缺少的一门专业基础课,在培养该专业人才中占有重要地位。下面小编来讲讲电子技术的应用领域,希望对大家有帮助。

  电力电子学(Power Electronics)这一名称是在上世纪60年代出现的。1974年,美国的W.Newell用一个倒三角形(如图)对电力电子学进行了描述,认为它是由电力学、电子学和控制理论三个学科交叉而形成的。这一观点被全世界普遍接受。"电力电子学"和"电力电子技术"是分别从学术和工程技术2个不同的角度来称呼的。

  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,电力电子技术的概念和基础就是由于晶闸管和晶闸管变流技术的发展而确立的。此前就已经有用于电力变换的电子技术,所以晶闸管出现前的时期可称为电力电子技术的史前或黎明时期。70年代后期以门极可关断晶闸管(GTO),电力双极型晶体管(BJT),电力场效应管(Power-MOSFET)为代表的全控型器件全速发展(全控型器件的特点是通过对门极既栅极或基极的控制既可以使其开通又可以使其关断)。使电力电子技术的面貌焕然一新进入了新的发展阶段。80年代后期,以绝缘栅极双极型晶体管(IGBT 可看作MOSFET和BJT的复合)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,性能优越使之成为现代电力电子技术的主导器件。为了使电力电子装置的结构紧凑,体积减小,常常把若干个电力电子器件及必要的辅助器件做成模块的形式,后来又把驱动,控制,保护电路和功率器件集成在一起,构成功率集成电路(PIC)。目前PIC的功率都还较小但这代表了电力电子技术发展的一个重要方向。

  利用电力电子器件实现工业规模电能变换的技术,有时也称为功率电子技术。一般情况下,它是将一种形式的工业电能转换成另一种形式的`工业电能。例如,将交流电能变换成直流电能或将直流电能变换成交流电能;将工频电源变换为设备所需频率的电源;在正常交流电源中断时,用逆变器(见电力变流器)将蓄电池的直流电能变换成工频交流电能。应用电力电子技术还能实现非电能与电能之间的转换。例如,利用太阳电池将太阳辐射能转换成电能。与电子技术不同,电力电子技术变换的电能是作为能源而不是作为信息传感的载体。因此人们关注的是所能转换的电功率。

  电力电子技术是建立在电子学、电工原理和自动控制三大学科上的新兴学科。因它本身是大功率的电技术,又大多是为应用强电的工业服务的,故常将它归属于电工类。电力电子技术的内容主要包括电力电子器件、电力电子电路和电力电子装置及其系统。电力电子器件以半导体为基本材料,最常用的材料为单晶硅;它的理论基础为半导体物理学;它的工艺技术为半导体器件工艺。近代新型电力电子器件中大量应用了微电子学的技术。电力电子电路吸收了电子学的理论基础,根据器件的特点和电能转换的要求,又开发出许多电能转换电路。这些电路中还包括各种控制、触发、保护、显示、信息处理、继电接触等二次回路及外围电路。利用这些电路,根据应用对象的不同,组成了各种用途的整机,称为电力电子装置。这些装置常与负载、配套设备等组成一个系统。电子学、电工学、自动控制、信号检测处理等技术常在这些装置及其系统中大量应用。

  应用

  一般工业:

  交直流电机、电化学工业、冶金工业

  交通运输:

  电气化铁道、电动汽车、航空、航天、航海

  电力系统:

  高压直流输电、柔性交流输电、无功补偿

  电子装置电源:

  为信息电子装置提供动力

  家用电器:

  "节能灯"、变频空调

  其他:

  UPS、 航天飞行器、新能源、发电装置

  作用

  (1) 优化电能使用。通过电力电子技术对电能的处理,使电能的使用达到合理、高效和节约,实现了电能使用最佳化。例如,在节电方面,针对风机水泵、电力牵引、轧机冶炼、轻工造纸、工业窑炉、感应加热、电焊、化工、电解等14个方面的调查,潜在节电总量相当于1990年全国发电量的16%,所以推广应用电力电子技术是节能的一项战略措施,一般节能效果可达10%-40%,我国已将许多装置列入节能的推广应用项目。

  (2) 改造传统产业和发展机电一体化等新兴产业。据发达国家预测,今后将有95%的电能要经电力电子技术处理后再使用,即工业和民用的各种机电设备中,有95%与电力电子产业有关,特别是,电力电子技术是弱电控制强电的媒体,是机电设备与计算机之间的重要接口,它为传统产业和新兴产业采用微电子技术创造了条件,成为发挥计算机作用的保证和基础。

  (3) 电力电子技术高频化和变频技术的发展,将使机电设备突破工频传统,向高频化方向发展。实现最佳工作效率,将使机电设备的体积减小几倍、几十倍,响应速度达到高速化,并能适应任何基准信号,实现无噪音且具有全新的功能和用途。

  (4) 电力电子智能化的进展,在一定程度上将信息处理与功率处理合一,使微电子技术与电力电子技术一体化,其发展有可能引起电子技术的重大改革。有人甚至提出,电子学的下一项革命将发生在以工业设备和电网为对象的电子技术应用领域,电力电子技术将把人们带到第二次电子革命的边缘。

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