電力電子技術的教學模式思考

2018-08-20 14:56:52 公務員之家　點擊量：評論 (0)

隨著社會科學技術的發(fā)展，電力電子技術也在不斷地更新，教師應在教學中應跟上時代的步伐，不斷地更新和充實教學內容，改進教學方法和手段。

一、電力電子技術的發(fā)展及應用

電力電子技術是以電力為對象的電子技術，它將電子技術和控制技術引入傳統(tǒng)的電力技術領域，利用半導體電力開關器件組成各種電力變換電路實現(xiàn)電能的變換和控制，構成了一門完整的學科，該學科被國際電工委員會命名為電力電子學(PowerElectronics)或稱為電力電子技術。它是一門綜合了電子技術、控制技術和電力技術的新興交叉學科。電力電子技術包括電力電子器件、電力電子電路和控制技術三個部分，它的研究任務是電力電子器件的應用、電力電子電路的電能變換原理、控制技術以及電力電子裝置的開發(fā)與應用。

1.電力電子器件的發(fā)展

電力電子技術的發(fā)展取決于電力電子器件的研制與應用。電力電子器件是電力電子技術的基礎，也是電力電子技術發(fā)展的動力，電力電子技術的每一次飛躍都是以新器件的出現(xiàn)為契機的。1947年，美國的貝爾實驗室發(fā)明了晶體管，引發(fā)了電子技術的一場革命。以此為基礎，美國在1956年研制出了最先用于電力領域的半導體器件——硅整流二極管(SemiconductorRectifier，SR)，又稱為電力二極管(PowerDiodes，PD)。20世紀80年代中后期，為了進一步減少低壓高頻開關電源中電力半導體器件的管壓降和損耗，同步整流管也應運而生。1957年，美國通用電氣公司(GE)發(fā)明了普通反向阻斷型可控硅整流管(SilliconControlledRectifier，SCR)，以后稱為晶閘管(Thyristor)。

它標志著電力電子技術的誕生。經(jīng)過工藝完善和應用開發(fā)，到了20世紀70年代，晶閘管已形成從低壓小電流到高壓大電流的系列產品。以晶閘管為主要器件的電力電子技術很快在電化學工業(yè)、鐵道電氣機車、鋼鐵工業(yè)(感應加熱)、電力工業(yè)(直流輸電、無功補償)中獲得了廣泛的應用。由晶閘管及其派生器件構成的各種電力電子系統(tǒng)在工業(yè)應用中主要解決了傳統(tǒng)的電能變換裝置中所存在的能耗大和裝置笨重的問題，因而大大地提高了電能的利用率，同時也使工業(yè)噪聲得到了一定程度的控制。

電力半導體器件經(jīng)過了五十多年的發(fā)展，器件制造水平不斷提高，已經(jīng)歷了以硅整流管(SR)、晶閘管(SCR)、可關斷晶閘管(GTO)、巨型晶體管(GTR)、功率MOSFET、絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)為代表的分立器件時期，現(xiàn)在已發(fā)展到由驅動電路、控制電路、傳感電路、保護電路、邏輯電路等集成在一起的高度智能化的PIC和IPM時期。電力半導體器件實現(xiàn)了器件與電路的集成，強電與弱電、功率流與信息流的集成，成為機和電之間的智能化接口，它是機電一體化的基礎單元。

按照其控制特性來說，電力半導體器件可分為以硅整流管(SR)為代表的不可控器件，以晶閘管(SCR)為代表的只能通過門極電流控制其開通而不能控制其關斷的半控型器件和以可關斷晶閘管(GTO)、絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)為代表的既能控制其開通又能控制其關斷的全控型器件三大類。在器件的控制模式上，電力半導體器件已經(jīng)從電流型控制模式發(fā)展到電壓型控制模式，這不僅大大降低了門極的控制功率，而且大大提高了器件導通與關斷的轉換速度，從而使器件的工作頻率由工頻→中頻→高頻不斷提高。

在電力電子技術走向智能化、高頻化、大功率化、模塊化、綠色化的進程中，作為其基礎的新型電力半導體器件不斷涌現(xiàn)，為電力電子技術的發(fā)展作出新的貢獻。電力電子器件已經(jīng)與計算機控制技術相結合，在各行各業(yè)發(fā)揮了重要作用，給電力電子技術注入了強大的生命力。

2.電力電子技術應用領域

電力電子學與裝置的市場需求與日俱增，其主要應用領域包括以下幾個方面。

(1)一般電源。包括不停電電源、電解電源、電鍍電源、開關電源、機車輔助電源、微機及儀器儀表電源、航空電源、通信電源。

(2)專用電源。包括電化學電源、微弧氧化電源、蓄電池充電放電、電子模擬負載、電解水電源、交流電子穩(wěn)壓電源、脈沖功率電源、電力測功機。

(3)電力牽引及傳動控制。包括電力機車、電傳動內燃機車、礦井提升機、軋鋼機傳動。

(4)電力系統(tǒng)應用。高壓直流輸電(HVDC)。

(5)有源濾波器。傳統(tǒng)的無源濾波器由于其濾波性能較差，難于應付日益嚴重的電網(wǎng)“公害”。人們從電力電子學本身找到了解決的途徑，這就是有源濾波器。

(6)新能源利用。包括光電池、風力發(fā)電等，電力電子裝置還將用于太陽能發(fā)電及風力發(fā)電裝置與電力系統(tǒng)的連接。

(7)節(jié)能。采用電力電子裝置實現(xiàn)電機調速可以達到很高的效率。

(8)電氣工藝應用。包括在焊接設備及感應加熱中的應用。

(9)家用電器。種類繁多的家用電器，小至一臺調光燈具、高頻熒光燈具，大至通風取暖設備、微波爐及眾多的電動機驅動設備，都離不開電力電子交流電路。