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1.1 电力电子技术的概念及特点

电子技术包括信息电子技术和电力电子技术两大分支。通常所说的模拟电子技术和数字电子技术都属于信息电子技术。电力电子技术是应用于电力领域的电子技术,它是利用电力电子器件对电能进行变换和控制的技术。目前所用的电力电子器件均采用半导体制成,故称电力半导体器件。信息电子技术主要用于信息处理,而电力电子技术则主要用于电力变换。电力电子技术所变换的“电力”,功率可以达到MW甚至GW,也可以小到数W甚至1W以下。

电力电子技术可以理解为功率强大,可供诸如电力系统那样大电流、高电压场合应用的电子技术,它与传统的电子(信息电子)技术相比,其特殊之处不仅仅是因为它能够通过大电流和承受高电压,而且要考虑在大功率情况下,器件发热、运行效率的问题。为了解决发热和效率问题,对于大功率的电子电路,器件的运行都采用开关方式。这种开关运行方式就是电力电子器件运行的特点。

通常所用的电力有交流和直流两种。从公用电网直接得到的电力是交流的,从蓄电池和干电池得到的电力是直流的。从这些电源得到的电力往往无法直接满足要求,需要进行电力变换。电力变换通常可分为四大类,即交流变直流(AC-DC)、直流变交流(DC-AC)、直流变直流(DC-DC)和交流变交流(AC-AC),见表1-1。交流变直流称为整流,直流变交流称为逆变。直流变直流是指一种直流电压(或电流)变为另一种直流电压(或电流),可用直流斩波电路实现。交流变交流可以是电压或电能变换,也可以是频率或相数的变换。有读者认为整流和逆变较好理解,而直流变直流和交流变交流较难理解。实际上直流变直流并非电力种类(电能形式)上的变换,而是电压(或电流)的变换;交流变交流除了电压(或电流)的变换外,还多了一些可能,即频率或相数的变换。进行上述变换的技术称为变流技术。

通常把电力电子技术分为电力电子器件的制造技术和变流技术两个分支。变流技术也称为电力电子器件的应用技术,它包括用电力电子器件构成各种电力变换电路和对这些电路进行控制的技术,以及由这些电路构成电力电子装置和电力系统的技术。“变流”不只是交直流之间的变换,也包括上述的直流变直流和交流变交流的变换。

表1-1 电力变换的种类

电力电子学这一名词是20世纪60年代出现的,电力电子学和电力电子技术在内容上并没有很大的不同,只是分别从学术和工程技术这两个不同角度来称呼。电力电子学可以用图1-1所示的倒三角形来描述,可以认为电力电子学由电力学、电子学和控制理论这三个学科交叉而形成的。这一观点被全世界普遍接受。

图1-1 描述电力电子学的倒三角形

电力电子技术与电子学的关系是显而易见的。(信息)电子学可分为电子器件和电子电路两大部分,它们分别与电力电子器件和电力电子电路相对应。电力电子器件的制造技术和用于信息处理的电子器件制造技术的理论基础(都是半导体理论)是一样的,其大多数生产工艺也是相同的。这说明信息电子和电力电子的器件制造技术上两者同根同源。电力电子电路和信息电子电路的分析方法上也是一致的,只是两者应用的目的不同,前者用于电力变换,后者用于信息处理。

电力电子技术广泛应用于电气工程中,这就是电力电子学和电力学的主要关系。电力学就是电工科学或电气工程,各种电力电子装置广泛应用于高压直流输电、静止无功补偿、电力机车牵引、交直流电力传动以及高性能交直流电源等之中,因此,通常把电力电子技术归于电气工程学科。电力电子技术是电气工程学科中非常活跃的一个分支。电力电子技术的不断进步,大大地推动了电气工程实现现代化的进程。

控制理论广泛用于电力电子技术中,它使电力电子装置和系统的性能日益优越和完善,可以满足人们的各种需求。电力电子技术可以看作弱电控制强电的技术,是弱电和强电之间的接口。而控制理论则是实现这种接口的强有力的纽带。此外,控制理论和自动化技术是密不可分的,而电力电子装置又是自动化技术的基础元件和重要支撑技术。 qf757XjouK6jfLrFxsRaM7Hsb+MOMzt3U3ktsyJSq62JluLM0Jp3oZrfnQxQRvRZ

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