電力電子技術(shù)應用與未來(lái)前景

電力電子技術(shù)是利用電力電子器件（比如GTO、IGBT、晶閘管等）對電能加以控制與變換的一種技術(shù)。它既是電子學(xué)在強電領(lǐng)域的分支，也是電工學(xué)在弱電領(lǐng)域的分支，總之它是強電與弱電相結合的一門(mén)學(xué)科。電力電子技術(shù)作為一門(mén)新興技術(shù)，已經(jīng)被廣泛應用于通信、能源、生命科學(xué)、環(huán)保以及材料等領(lǐng)域，并且其發(fā)展勢頭日益強勁。電力電子技術(shù)在國民經(jīng)濟發(fā)展以及人們日常生活中扮演著(zhù)非常重要的角色。本文分析了電力電子技術(shù)的發(fā)展動(dòng)向，并從五個(gè)方面，簡(jiǎn)要論述了電力電子技術(shù)所應用的領(lǐng)域。
1 發(fā)展動(dòng)向
縱觀(guān)電力電子技術(shù)的發(fā)展動(dòng)向，是由低頻技術(shù)處理向高頻技術(shù)處理逐步轉變。電力電子技術(shù)開(kāi)始于上世紀五十年代末與六十年代初的硅整流器件，隨后經(jīng)歷了整流器時(shí)代、逆變器時(shí)代、變頻器時(shí)代，隨著(zhù)電力電子技術(shù)的快速發(fā)展，這一技術(shù)已經(jīng)被廣泛應用于社會(huì )的諸多領(lǐng)域。而上世紀八十年代末與九十年代初出現的功率MOSFET 與IGBT，也就是高頻、高壓、大電流的功率半導體復合器件，標志著(zhù)傳
統電力電子技術(shù)時(shí)代的結束與現代電力電子時(shí)代的興起。
上世紀九十年代的電力電子技術(shù)著(zhù)重于研究高頻化、集成化、模塊化與智能化。理論與實(shí)踐證明：電氣產(chǎn)品體積與重量縮小與供電頻率的平方根成反比，也就是說(shuō)，當我們把50Hz 的標準工頻進(jìn)行大幅度提高以后，使用這一工頻的電子儀器的體積與重量將會(huì )大幅度縮小，這將會(huì )使用于制造電子設備的材料大幅度縮減，運行過(guò)程中的電能節約也會(huì )日趨明顯，電氣設備系統的各項性能將會(huì )大幅度改善，這一點(diǎn)將會(huì )對冶金行業(yè)的快速發(fā)展產(chǎn)生深遠影響。因此，電力電子器件的高頻化已經(jīng)成為未來(lái)電力電子技術(shù)發(fā)展的主導方向，同時(shí)硬件結構的模塊化、標準化也將會(huì )是器件發(fā)展的一個(gè)必然趨勢?，F階段，飛速發(fā)展的模塊已經(jīng)囊括了開(kāi)關(guān)元件和與其反向并聯(lián)的續流二極管在內及驅動(dòng)保護電路多個(gè)單元，并且已經(jīng)生產(chǎn)出一系列產(chǎn)品，同時(shí)在可靠性上達到了非常高的標準。
隨著(zhù)經(jīng)濟的快速發(fā)展，能源問(wèn)題日益突顯，這使得世界各國普遍關(guān)注電力電子技術(shù)的發(fā)展態(tài)勢，也使各國投入大量精力對其進(jìn)行生產(chǎn)研發(fā)。一方面有著(zhù)自關(guān)斷能力的高頻元件的開(kāi)發(fā)與利用已經(jīng)取得了令人驚喜的地步；另一方面，電力電子技術(shù)與微電子技術(shù)的融合也使新一代電力電子技術(shù)鋒芒畢露。有的專(zhuān)家斷言：智能化功率集成電路的興起與推廣必將在二十一世紀引起第二次電子學(xué)革命。
2 應用
2.1 在再生能源發(fā)電領(lǐng)域的應用
目前，世界能源仍舊是以污染較為嚴重且資源有限的化石燃料為主。隨著(zhù)人們環(huán)保意識的逐漸提高，那些干凈清潔的可再生能源比如風(fēng)能、生物質(zhì)能、太陽(yáng)能、潮汐能、地熱能等等，迎來(lái)了發(fā)展的黃金時(shí)期，但是想要真正發(fā)揮這些綠色能源的巨大優(yōu)勢，就必須廣泛應用電力電子技術(shù)。比如在風(fēng)能的開(kāi)發(fā)與利用領(lǐng)域，風(fēng)能機電系統融合了機械制造學(xué)、空氣動(dòng)力學(xué)、計算機控制技術(shù)以及電子技術(shù)，但zui重要的還是電力電子技術(shù)，因為電力電子技術(shù)在電能轉換、機組控制以及電能質(zhì)量改善等方面，都發(fā)揮著(zhù)至關(guān)重要的作用。
2.2 交通運輸領(lǐng)域的應用
目前，電氣化鐵道已經(jīng)廣泛應用電力電子技術(shù)，比如直流機車(chē)所采用的整流裝置，交流機車(chē)所采用的變頻裝置。除了那些牽引類(lèi)電機傳動(dòng)以外，車(chē)輛之中的輔助電源也同樣無(wú)法離開(kāi)電力電子技術(shù)。比如電動(dòng)汽車(chē)的電機主要是靠電力電子裝置來(lái)實(shí)現驅動(dòng)控制與電力變換的，同時(shí)電動(dòng)汽車(chē)的蓄電池充電，也是依靠電力電子技術(shù)，再比如飛機、輪船，甚至是電梯，都需要電力電子技術(shù)提供強大的支撐。
2.3 家用電器領(lǐng)域的應用
電力電子技術(shù)在工業(yè)制成品領(lǐng)域內被廣泛應用的同時(shí)，也在悄然改變人們的生活。比如電力電子控制學(xué)能夠將人類(lèi)從繁雜的家務(wù)之中解放出來(lái)，洗衣機、洗碗機、空調等家用電器的出現，使人類(lèi)不再從事這些勞動(dòng)，使人們盡情享受生活。再比如變頻空調器是一個(gè)zui典型的例子，它能夠提高高頻熒光燈的效率，使高頻熒光燈的效率比白熾燈提高了2-3 倍，同時(shí)還能夠節約30% 的電力能源。電視、音
響以及計算機等設備都需要應用到電力電子技術(shù)，沒(méi)有這項技術(shù)，上述這些機械設備都將無(wú)法正常運轉。隨著(zhù)電力電子技術(shù)的快速發(fā)展，家用電器也日趨智能化，這必然為人們節省更多的時(shí)間來(lái)享受生活。
2.4 在UPS系統中的應用
緊急供電系統是電力自動(dòng)化系統得以安全運行的重要保證，同時(shí)也是通信設備、計算機以及其他要求持續供電場(chǎng)合所*的一種可靠電源。目前，UPS 系統通常采用的是利用脈寬調制技術(shù)和IGBT、MOSFET 等電力電子元件，這些電力電子元件的使用不但使電源的噪音大大降低，同時(shí)也使設備的效率大幅度提高。
2.5 在節能領(lǐng)域中的應用
目前，能源問(wèn)題已經(jīng)成為世界范圍內廣泛關(guān)注的問(wèn)題，而且工業(yè)能源與電力的關(guān)系也越發(fā)緊密。由于電力有著(zhù)穩定、利用率高的優(yōu)點(diǎn)，而被廣泛應用于工業(yè)生產(chǎn)，可以毫不客氣的說(shuō)電能已經(jīng)成為現代工業(yè)的能量之源。相關(guān)數據顯示，近些年，國內工業(yè)用電量以每年15.9%的速度增長(cháng)，因此在我們在發(fā)展生產(chǎn)的同時(shí)，還需要關(guān)注節能減排，提高電能利用的效率。
電力電子技術(shù)在這一時(shí)代背景下，恰好能夠發(fā)揮其自身的作用，使應用電力電子技術(shù)的設備、元件提高電能使用的效率，大大降低電源的消耗，使設備、元件的性能提高，節約原材料的使用。