电力电子技术的发展及应用

摘 要：电力电子技术又被人们称之为功率电子技术，主要指的是利用电力电子器件对电能的转换和控制的技术。现代的电力电子技术是一门以电子学和电力学为基础的交叉学科，它实现强电和弱电的相互结合，一方面它是电子学在高电流大电压等强电领域的应用，另一方面它又是电工学在低电压低电流等弱点领域的结合。通过电力电子技术的使用能够有效地影响电能的获取、传输、变换和利用的每个环节。

关键词：电力电子技术；功率电子技术；能源

在我国的国民经济建设过程中电力的产生以及使用占据着很大的战略地位，电力电子技术的出现也就相应的成为了控制整个电力获取、传输、变换和使用的每个环节。随着电力使用的提高，以及全球能源危机的出现以及严峻的环境问题，电力电子技术因其独有的特点展现出了不可替代的重要作用。

1 电力电子技术的发展

随着上世纪五十年代末，世界上第一支晶闸管的问世以来，电力电气技术就开始在世界的现代电气传输技术上大放异彩。由于晶闸管的问世，使得可控流硅整装置的开发提上了日程。随着可控流硅整装置的成功开发，电能的变换和控制从传统的旋转变流机组和静止离子变流器进入了由电力电子器件控制的变流时代。所以总的来看电力电子技术的发展经过了晶闸管整流时代、电力电子的逆变时代、现代电力电子变频器时代这三个重要的阶段。

1）晶闸管整流时代。上世纪五十年代末以前，经济发展所需要使用的大功率用电主要是由工频交流发电机来提供的。但是，由于当时技术的不发达，所产生的交流电在使用的过程中总有大约20%的电能以直流的形式来进行使用的。这20%的直流电使用的领域主要包括：电解、牵引、直流传动等领域。但是，随着晶闸管的成功研制，以及可控流硅整装置的成功开发，使得由工频发电机产生的交流电能够被直接转化为直流电。可控流硅整装置的大规模使用极大的促进了一些以使用直流电为基础的产业快速发展。2）电力电子技术的逆变时代。随着自关断器件在上世纪70年代末的成功研制以及大范围的应用，电力电子技术成功的从晶闸管整流时代进入到了电力电子技术的逆变时代。由于上世纪70年代以后爆发世界范围内的能源危机，为了解决能源危机带来的一些经济发展问题，交流电机变频调速因节能效果显著而被迅速的关注并得到了迅猛的发展。将直流电变成0～100Hz的交流电是整个变频调速技术的关键技术所在。在大功率逆变过程中所使用的晶闸管以及巨型功率晶体管（GTR）和门极可关断晶闸管（GT0）快速的成为当时电力电子技术市场上的器件主要角色。虽然能够实现直流电和交流电的相互转换，但是这种转换依旧只是存在于低频的工作范围之内，即所用的工作频率较低。3）现代电力电子变频器时代。随着大规模和超大规模集成电路的快速发展，为新的电力电子技术使用时代打下了坚实的基础。现代电力电子变频器主要是集成电路的精加工技术和高压大电流技术的有机结合。以高频、高电压和大电流于一身的功率半导体复合器件以及以低频技术处理问题为主的传统电力电子学正在向着以高频技术处理问题为主的现代电力电子学技术转变。在这个时期内，由于大规模集成电路的设计思想被应用到各种新型器件的设计之中去，所以各种器件正在向着复合化、模块化的方向发展。在电子器件结构紧缩、体积变小的同时还能够使其综合各种不同部件的优点。交流电机变频调速能够使用较高的频率离不开这些新型器件的发展使用，并且在不断的发展使用过程中，交流电机的变频调速的性能已经变得越发的成熟可靠。

2 电力电子技术的应用

随着世界科技的不断进步，人们对电力使用的要求也是越来越高，所以电力电子技术在被广泛应用的同时也就要面临相应的很大的挑战。当下世界各地的先进工业国家正在进行由传统的“工业经济模式”向着未来的“信息经济模式”转变。而沟通“工业经济模式”和“信息经济模式”之间的桥梁就是电力电子技术，所以电力电子技术在改造傳统产业，支持高新产业的同时成为了国民经济中一个重要的参与者。

2.1 电力电子技术在再生能源发电方面的应用

随着对能源的过度开发，导致世界上不可再生能源的急剧下降，现在全球范围内已经面临严重的能源危机了。虽然，全球范围内的不可再生资源已经被开发的很多了，但是地球上的可再生资源储量非常的巨大，而且人类对可再生资源的开发还不够充足。所以未来电能的提供主要是以可再生能源的消耗为主。在可再生能源的范围中风能是一个重要的可再生能源。全球范围内的风能资源非常充分，而且风能发电是一种无污染的发电方式。随着现代电力电子技术以及变频调速技术的迅速发展，将为风能发电的推广提供强有力的技术支撑。随着风能发电技术的快速进步，当下的风能发电机结合了当前先进的空气动力学、机械制造学、电子技术以及微机控制技术。当前的风力发电机其发电量已经达到传统风力发电机的20倍之多，所以现在的风力发电厂所产生的电量与常规电厂所产生的电量所差无几。当代的电力电子技术在风力发电中的地位不可或缺，对风电机组的控制、电能的转换还是电能质量的改善都有着很多的作用。

2.2 电力电子技术在电力节能方面的应用

在当代的工业生产过程中，由于电力具有清洁、高效、稳定性好等种种因素获得了广泛的使用，成为了工业生产的第一能源支柱。随着电力能源的广泛应用出现了一个很大的问题那就是：部分地区电力短缺现象的发生。所以，除了要在扩宽电能生产道路上努力，也要加强电能的节约使用。所以电力电子技术的使用，在石油资源快速枯竭的当下，对于中国能源的战略格局起着重要的作用。

2.3 电力电子技术在改造传统行业上的应用

电力电子技术是人们发明的典型的通过弱点系统来对强电系统加以控制的技术手段，是连接机器设备与计算机网络的重要桥梁。传统的产业中存在着很多的高劳动力、工作环境恶劣的工作，通过电力电子技术的使用可以通过工业控制系统将电能转化为真正的劳动力，将工人们从传统的工作方式中解放出来。在极大程度上节省了劳动力，提高了劳动生产效率节省了大量的人力资源。

3 总结

随着国民经济的快速发展，人们对电力的使用量以及电能的稳定性都提出了新的要求。所以为了更好的适应经济的高速发展所带来的用电问题，必须全力做好电力电子技术的应用及发展。为我国的经济发展提供稳定的能源供应。

作者简介：法官，男，中共党员，工程师，江西南昌人，研究方向：电子通信。