购买
下载掌阅APP,畅读海量书库
立即打开
畅读海量书库
扫码下载掌阅APP

1.3
电力电子技术的应用

电力电子技术的应用范围十分广泛,从荧光灯镇流器、变频空调等数瓦至数千瓦的家用电器,到数千兆瓦的直流输电系统,电力电子技术的应用已经渗入国民经济的各个领域。

(1)家用电器

电力电子技术广泛应用在家用电器中,其中,在照明设备中的应用包括:传统的直管荧光灯的电子镇流器,现在普遍使用的节能灯(其实是将镇流器和荧光灯组合成一个整体)、新型LED照明灯的整流器。这些采用了电力电子装置的照明设备更节能、更环保,取代了老式的白炽灯,其中,LED照明灯具有节能效果好、使用寿命长、亮度高等优点,已成为照明设备的发展趋势。

变频空调、变频冰箱、变频洗衣机等家用电器都是使用了电力电子技术的变频技术对电机进行调速,从而达到节约电能的目的。电视机、笔记本电脑、手机等的电源部分都需要电力电子技术。

(2)电力系统

电力电子技术应用于电力系统的发电、输电、变电、配电等各个环节。电力系统是电力电子技术应用的一个重要领域。电力电子技术在输电技术、变电所、新能源发电等方面的应用如下:

①高压直流输电(HVDC)具有容量大、稳定性好等优点,对于远距离输电、不同频率的交流系统联网、海底或地下电缆输电,直流输电具备特有的优势。直流输电系统的核心设备是换流装置,它的作用是实现交流和直流之间的变换。近年发展起来的柔性交流输电(FACTS)是基于电力电子技术、现代控制技术对交流输电系统的电压、阻抗、相位等实施灵活控制的输电技术。

②在变电所中,二次回路的直流操作电源有蓄电池供电的直流操作电源和硅整流装置供电的直流操作电源两种。为保证系统的工作可靠性,一般采用带蓄电池的硅整流成套装置。当一次系统正常运行时,由硅整流装置给直流负荷供电,此时蓄电池处于浮充状态;当一次系统发生故障时,交流侧电压降低或消失,此时由蓄电池给直流负荷供电。

③在电力系统中存在大量的感性负载,如变压器、感应电动机等,这些电气设备在运行时不仅消耗有功功率,还消耗无功功率。系统如消耗无功功率过多,将会使系统功率因数下降、电压降低,给电力系统带来一系列不利影响,如使系统中的功率损耗和电能损耗增大、设备容量增加等。当系统无功容量不足时,应增设无功补偿装置,以提高功率因数。静止型无功功率自动补偿装置(SVC)就是利用电力电子技术实现无功补偿。SVC结构形式有多种,但其基本元件主要为晶闸管控制的电抗器(TCR)和晶闸管投切的电容器(TSC)。

(3)新能源的开发和利用

传统的发电方式是火力、水力以及后来兴起的核能发电。在世界石油、煤炭等化石能源日益紧缺的情况下,低耗高效和寻找开发新能源是根本出路。各种新能源、可再生能源及新型发电方式越来越受到世界各国的高度重视。从燃料电池、微燃气轮机、风能、太阳能和潮汐能等所得到的一次电能,难以直接被标准的电气负载使用。利用电力电子技术进行能量转换、输送、储存和缓冲等,可以大大改善电能的质量,可直接供给标准电气负载使用,或将电能馈入市电与电力系统联网。发展和利用绿色能源是洁净生态环境、改善电力结构的重要措施,它不仅是近期能源的补充,也是未来能源的基础。

(4)交通运输

电力电子技术广泛应用于电气化铁路和城市轨道交通系统中。电气化铁路沿线由交流电供电,利用整流电路将交流电变为直流电,给传统的直流机车供电,通过直流-直流变换技术调节直流电压实现直流机车的无级调速和控制;而交流机车需要通过逆变器将直流电变为交流电,实现交流机车的调速。在城市轨道交通供电系统中,牵引变电站将交流电变为直流电,对系统进行供电。在磁悬浮列车中,电力电子技术更是一项关键的技术。

电动汽车的电机使用蓄电池为输入电源,通过电力电子装置对电力进行变换,实现电机的驱动控制,而蓄电池的充电也离不开电力电子技术。除此以外,电力电子技术在新一代汽车上的应用也非常广泛,如用电力电子开关代替传统的机械开关和继电器;用电力电子技术改造12 V电源系统,使之成为多电压电源系统;用电力电子技术控制、驱动各种车窗电机、座椅电机等。

轮船、飞机需要许多不同要求的电源,需要用电力电子技术进行电能的变换和控制,因此,航海、航空领域离不开电力电子技术。

(5)工业生产

为保证工业生产正常进行,需要大量的交直流电动机。对于直流电动机,由整流装置或直流斩波装置提供可变的直流电,控制直流电动机转速或转矩;对于交流电动机,由变频装置对交流电动机供电,并改变频率、电压、电流,控制交流电机的转速或转矩。使用变频调速技术具有节能效果,在有的不需要调速的场所,如风机、泵等,也应用了变频技术。为避免电动机在启动时产生冲击电流,也采用了软启动装置,其原理也是利用了电力电子技术。

电力电子技术还大量应用在化学工业的整流电源中,为电解、电镀等提供直流电源。

电力电子技术也应用在冶金工业中,为淬火炉、高频或中频感应加热炉、直流电弧炉等提供相应的电源。

(6)其他

除上述领域需要用到电力电子技术外,其他领域几乎都离不开电力电子技术。只要是涉及电源的设备几乎都离不开电力电子技术,除上述的电解电源、个人计算机电源、手机充电器等以外,其他各种电子设备的电源、通信设备的电源、不间断电源等都需要电力电子技术,电力电子技术也可以说是一种电源技术。

总之,电力电子技术应用范围非常广泛,可以说,凡是涉及电源的设备,都离不开电力电子技术。电力电子技术是支撑社会现代化发展的重要技术之一,大力推广电力电子技术具有广泛的现实意义和潜在而又巨大的经济及社会意义。

【课程思政】

随着现代科技的不断发展,电力电子技术广泛应用于工业、交通运输、电力系统、家用电器及航空事业等各方面,极大地改善了劳动生产率,提高了人们的生活质量。通过“西电东送”、高速铁路、新能源发电等成就,帮助学生开拓视野、了解行业背景、树立专业目标,培养学生爱岗敬业、求真务实的大工程观。

通过电力电子技术的发展史映射新中国的发展历程,我们能从最初的一穷二白到今天,是一代代科技工作者不懈追求、团结奋进的结果。我们应该继承和发扬这种精神,为我国的电力电子技术发展贡献力量。

【复习思考】

1.电力电子技术的任务是什么?

2.根据电能变换种类的不同,电力电子变换电路分为哪几种类型?各自的作用是什么?

3.信息电子技术和电力电子技术的相同点和不同点分别是什么?控制理论在电力电子技术中有什么作用?

4.电力电子器件的发展分为哪几个阶段?

【实践练习】

1.考察你的周围有哪些电力电子技术的应用?这些应用带来了生活、环境或生产的什么变化?

2.根据电能变换种类的不同,分析常见电力电子装置属于哪一类电能变换(如手机充电器、计算机电源适配器、变频空调、变频电梯、校园电瓶车等)? YI/jz7SojqP/7Z17i8x6JQI0s/Ulvb1poD/iVKmVEXc/v9lQGxIB4nIBJaNVqFlb

点击中间区域
呼出菜单
上一章
目录
下一章
×