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电力电子技术与1.1.1的关系

时间:2023-06-24 理论教育 版权反馈
【摘要】:电力电子学是以电力电子技术为研究对象的电子学。电力电子技术是依靠电力半导体器件实现电能的高效率变换与控制,或是对电机运动实现精密的控制。可见,电力电子技术与微电子技术相结合已成为当今技术发展的主流。目前,电力电子技术新应用主要是节约资源、开发新能源、电力环境治理、节能降耗及环境保护。

电力电子技术与1.1.1的关系

1.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,它与信息电子技术共同构成了电子技术。因两者处理的对象不同,考虑的关键问题也不同。信息电子技术包括模拟电子技术与数字电子技术,主要用于信息检出、传送和处理,多用于低电平电路,对效率要求低(<15%),可以不考虑转换效率和散热等问题;而电力电子技术则包括电力半导体器件与电力电子变流技术,主要用于电力传送、变换、控制或开关,对效率要求较高(>85%),必须优先考虑转换效率和散热等问题。电力电子技术所变换的“电力或功率(Power)”可大到数百兆瓦(MW)甚至吉瓦(GW),也可小到数瓦(W)甚至毫瓦(mW)级,根据功率大小可分为大功率、中功率及小功率。通常把电力电子电路中能实现电能变换和控制的器件称为电力电子器件(Power Electronic Device)。由于它是采用半导体材料制成的,也称为电力半导体器件(Power Semiconductor Device)或简称为功率器件(Power De-vice)。

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图1-1 电力电子技术的定义

从工程技术领域与学术角度讲,电子技术对应于电子学,信息电子技术对应于微电子学,电力电子技术对应于电力电子学。电力电子学是以电力电子技术为研究对象的电子学。1974年,美国学者W.Newell提出电力电子学是由电力、电子和控制理论三个学科交叉而形成的,并用倒三角形对电力电子学进行了描述,被全世界普遍接受。目前,随着电力电子学不断发展,电力电子技术被赋予新的定义,如图1-1所示[1],由电子科学与技术、电气工程与技术及控制理论组成。其研究内容涉及数字电路、模拟电路、控制理论、电力半导体器件、电力变换电路与系统、信息技术微电子技术、计算机应用及其计算机辅助设计(CAD)技术等,覆盖了材料、器件、电路与控制、磁学、热设计、封装、制造、电力及电工应用等,已逐渐发展成为多学科相互渗透的综合性技术学科。目前,电力电子技术几乎渗透到国民经济的各行各业,已成为现代社会的支撑科技,在推动科学技术和经济发展中发挥着越来越重要的作用。

电力电子技术是依靠电力半导体器件实现电能的高效率变换与控制,或是对电机运动实现精密的控制。电力半导体器件的性能决定了电力电子应用技术水平,同时电力电子技术发展对电力半导体器件提出了更高的要求,又促进了新型电力半导体器件的发展。

电力半导体器件是以半导体物理为理论基础,以半导体制造技术为核心。新型电力半导体器件的发展,越来越多地体现了微电子技术的特征,同时微电子技术也向功率系统芯片(Power System on Chip,PSoC)发展。可见,电力电子技术与微电子技术相结合已成为当今技术发展的主流。(www.xing528.com)

2.电力电子系统组成

电力电子系统是由控制电路、驱动电路和以电力半导体器件为核心的主电路组成的,如图1-2所示[2]。控制电路按系统的工作要求形成控制信号,通过驱动电路去控制主电路中电力半导体器件的开通或关断,来完成整个系统的功能。检测电路主要是对主电路或应用现场的信号进行检测,并转换为控制电路所能接收的信息。驱动电路是将控制电路传递的信息(电压、电流)转换为可以被主电路所接收的信息。在主电路和控制电路之间附加一些保护电路,以保证电力半导体器件和整个电力电子系统正常可靠运行。因为主电路中有电压和电流的冲击,而电力半导体器件承受过电压和过电流的能力有限,所以保护电路是非常必要的。

从广义上讲,往往将主电路以外的其他电路都归为控制电路。可以说,电力电子系统是由主电路和控制电路组成的。由于主电路中的电流和电压一般都较大,而控制电路中的电流和电压较小。所以,在主电路和控制电路连接的路径上需要进行电气隔离,通过光、磁等来传递信号。

电力电子技术传统的应用主要包括电能的高效率变换,为计算机、通信、自动化装置、仪表、工业装置等提供高质量交流或直流电源,以及工业过程中运动的高效率、精密及快速控制。目前,电力电子技术新应用主要是节约资源、开发新能源、电力环境治理、节能降耗环境保护

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图1-2 电力电子系统的组成

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