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【摘 要】电力电子技术的发展直接影响着社会的发展和人们的生活,其能够降低能源的消耗,进一步提高工作效率,并具有广阔的发展前景,因此加强对其的研究是非常有必要的,对此本文分析了电力电子技术和产业的发展及前景。
【关键词】电力电子技术;产业;发展;前景
1、电力电子技术的基本概述
1.1、电力电子技术的基本涵义
在当前的社会发展过程中,各领域都在进一步的创新科技,在电力电子技术领域的发展尤为显著。电子电子技术也被称为是功率电子技术,这一技术主要就是研究各种的电力电子器件,和与之所构成的能够高效完成对电能转换以及控制的电路以及装置,这一技术不仅是电子学在高电压以及大电流或者是电工领域的分支,同时也是电工学在弱电或者是电子领域当中的分支,总而言之是强弱电结合的新学科。
1.2、电力电子技术的作用分析
首先它能够对电能的使用进行优化,在电力电子技术的处理之下,电能的使用能够达到合理以及高效和节约,从而有效的实现电能使用的最佳化。例如对于电力牵引以及工业窑炉等,应用电力电子技术能够达到有效的节能效果。其次是对于我国的传统产业以及发展机电一体化这些新兴的产业有着改造的作用。再者是电力电子技术的高频化和变频技术的发展能够使得机电设备对于工频传统能够突破,从而向着高频的方向进行发展。最后就是电力电子智能化的进展从很大程度上能够把信息处理以及功率处理得到统一,从而使得微电子技术和电力电子技术得到有效的结合这能够对电子技术的改革起到推动性作用。
2、电力电子技术的发展
总的来说,电力电子技术的发展经历了三个历程,即晶闸管整流时代、逆变时代以及变频时代。
(一)晶闸管整流时代
在这一时期,主要应用就是大规模的工业用电。一般来说因为工业用电有一部分依靠直流电为主,这就需要通过整流器将发电机产生的交流电转化为直流电,以便满足电解、牵引以及直流传动领域的需求。电力电子技术的晶闸管整流时代为上个世纪的六七十年代,在这段时间内发展迅速,我国随处可见硅整流器厂。
(二)逆变器时代
众所周知,自上世纪七十年代开始,全球能源危机开始显现。而逆变器时代的到来源于自关断器件的诞生。因为能源危机,发电机必须具备较好的节能效果,所以交流电机的变频调速能力得以发展。其中最为关键的技术发展就是直流电逆变为0Hz到100Hz的交流电。这就是电子电力技术的逆变器时代,在这一时期变频调速装置的应用越来越广泛,像晶闸管、门极可关断晶闸管以及巨型功率晶体管等应用电力电子技术而诞生的电力电子器件发挥了巨大作用,成为当时的主流。除此以外,在高压直流输出、静止式无功率补偿方面应用也较为多。但是在这一时期,电力电子技术尽管可以进行整流与逆变,但是仅限于在中低频段内使用。
(三)变频器时代
随着上世纪八十年代开始,大规模以及超大规模的集成电力开始发展并应用,电力电子技术就以此为基础迎来了变频时代。在这一时期,凭借着高频、高压以及大电流功能为主的半导体复合器件,传统的电力电子技术向现代电力电子技术转变,促使对高频技术的处理成为可能。也就是说电力电子技术已经步入现在的变频器时代。原来越多的器件已经借助大规模集成电力走向模块化以及复合化的道路,其体积不断缩小、结构也不断紧凑,功能不再单一。新型器件的出现,为当下所使用的用电设备的节能化、小型化以及一体化打下了基础。
3、我国电力电子技术发展存在的问题
3.1、我国电力电子产品以低中端产品为主,缺乏高端产品,特别是先进的全控型电力电子器件则依赖进口。目前我国生产的大多数电力电子设备和系统还主要基于晶闸管,虽然也能制造一些高技术的电力电子设备和系统,但是它们均是采用国外生产的电力电子器件和组件以组装集成的方式制造。许多关系到国民经济命脉和国家安全的若干关键领域中的高端产品、核心技术和软硬件,国外均是对我国进行控制和封锁的。
3.2、我国电力电子产业链亟需进一步加强和完善,以形成行业竞争力。经过多年发展,国内电力电子企业在一些技术环节取得一定的突破,但是由于在整个产业链中无法凝聚成合力,所以无法将技术进步转变成行业的竞争力。
3.3、在电力电子最先进、最核心的现代电力电子器件行业中,高频场控电力电子器件的许多关键核心技术还未突破,其产业链还未形成,市场基本上被国外垄断。同时由于该行业中设计、流片、封装和测试四个环节的发展不均衡,严重影响了产业化的进程。
3.4、在下一代宽禁带电力电子器件领域,我国还处于研发的初级阶段,与国际上的研发和产业化水平差距巨大。国际技术先进国家对宽禁带电力电子器件进行了长期的大力投入,在部分类型和等级的产品上已经或者将在近期内实现产业化。在新一代宽禁带电力电子器件产业中,我国处于全面落后、亟需跨越式发展的紧急时期。
4、电子技术的应用
4.1、分析集成电路
现如今,电子产品核心结构主要为集成电路,大大降低了分立元件数量,同时集成规模也在不断的增大,所以在教学过程当中,务必要强化讲授集成电路的知识,这样方能确保教学适应技术创新要求,方能教导出实用型技术人才。
4.2、分析器件外部的特性及应用
目前新器件正在大量涌现,集成元件的规模也在不断的扩大及,电路更是变得异常复杂,在学生不具备理论基础时,要突出分析集成电路的外部特性以及功能应用。
4.3、分析系统模块的相互接口及单元电路
要重视电子技术在整个电路系统中与其余模块衔接、功能以及信号的处理流程,这将对后继的专业课程学习十分有利。
4.4、分析数字电子技术
最近几年,数字化的电子技术发展迅猛,数字技术含量也是随之增高,目前,教学同实际不同步,要加强分析数字电子技术。
5、电力电子技术的未来发展前景
从近几十年的发展历程中我们可以看出,半导体的发明与应用有效地推动了电子技术的快速发展,其中晶闸管等电力半导体在这一过程中发挥了重要的作用。在进入20世纪70年代后,半控型晶闸管形成由低电压小电流到高电压大电流的系列产品,被称为第一代电力电子器件。随着电力电子技术理论研究和半导体制造工艺水平的不断提高,先后研制出GTR、GTO、功率MOSFET等自关断全控型第二代电力电子器件。近期研制的以绝缘栅双极晶体管(IGBT)为代表的第三代电力电子器件,开始向大容量高频率、响应快、低损耗的方向发展,这又是一个飞跃。步入20世纪90年代后,电力电子技术得到突飞猛进的发展,与该技术有关的产品也得到进一步升级,大都朝着智能化、模块化方向发展,逐步形成了电力电子技术的三步走模式及理论的研发,产品的研制、产品的应用,成为国际科研领域的新星,成为经济社会发展的热门行业。但是,就目前我国电力电子技术发展现状来看,还不容乐观,其中电力半导体器件的研发与应用同西方发达国家相比,还存在较大的差距,还比较落后,所以,如果在21世纪国际电力电子技术迅猛发展的背景下,我国半导体器件的落后状态得不到改善,将直接影响我国国民经济的快速发展,因此,对于我国电力电子技术的发展趋势来说,仍然任重而道远。
总之,电力电子技术应用领域十分广泛,几乎涉及到国民经济各个工业部门和社会生活各个方面。其为人类的进步发展起到了相当大的推动作用,同时给人类创造巨额财富的机会和途径,在一定程度上提升了生产效率,同时也为人民的生活质量等方面做出了不可磨灭的贡献。因此需要我们高度重视。
参考文献:
[1]肖向锋,郭彩霞.电力电子技术和产业的发展及前景[J].变频器世界,2014,04:21-26.
[2]肖向鋒,郭彩霞.电力电子技术和产业的发展及前景[J].变频器世界,2014,05:22-25.
[3]顾梦韬.电力电子技术的发展及应用探究[J].电子技术与软件工程,2014,19:179.
【关键词】电力电子技术;产业;发展;前景
1、电力电子技术的基本概述
1.1、电力电子技术的基本涵义
在当前的社会发展过程中,各领域都在进一步的创新科技,在电力电子技术领域的发展尤为显著。电子电子技术也被称为是功率电子技术,这一技术主要就是研究各种的电力电子器件,和与之所构成的能够高效完成对电能转换以及控制的电路以及装置,这一技术不仅是电子学在高电压以及大电流或者是电工领域的分支,同时也是电工学在弱电或者是电子领域当中的分支,总而言之是强弱电结合的新学科。
1.2、电力电子技术的作用分析
首先它能够对电能的使用进行优化,在电力电子技术的处理之下,电能的使用能够达到合理以及高效和节约,从而有效的实现电能使用的最佳化。例如对于电力牵引以及工业窑炉等,应用电力电子技术能够达到有效的节能效果。其次是对于我国的传统产业以及发展机电一体化这些新兴的产业有着改造的作用。再者是电力电子技术的高频化和变频技术的发展能够使得机电设备对于工频传统能够突破,从而向着高频的方向进行发展。最后就是电力电子智能化的进展从很大程度上能够把信息处理以及功率处理得到统一,从而使得微电子技术和电力电子技术得到有效的结合这能够对电子技术的改革起到推动性作用。
2、电力电子技术的发展
总的来说,电力电子技术的发展经历了三个历程,即晶闸管整流时代、逆变时代以及变频时代。
(一)晶闸管整流时代
在这一时期,主要应用就是大规模的工业用电。一般来说因为工业用电有一部分依靠直流电为主,这就需要通过整流器将发电机产生的交流电转化为直流电,以便满足电解、牵引以及直流传动领域的需求。电力电子技术的晶闸管整流时代为上个世纪的六七十年代,在这段时间内发展迅速,我国随处可见硅整流器厂。
(二)逆变器时代
众所周知,自上世纪七十年代开始,全球能源危机开始显现。而逆变器时代的到来源于自关断器件的诞生。因为能源危机,发电机必须具备较好的节能效果,所以交流电机的变频调速能力得以发展。其中最为关键的技术发展就是直流电逆变为0Hz到100Hz的交流电。这就是电子电力技术的逆变器时代,在这一时期变频调速装置的应用越来越广泛,像晶闸管、门极可关断晶闸管以及巨型功率晶体管等应用电力电子技术而诞生的电力电子器件发挥了巨大作用,成为当时的主流。除此以外,在高压直流输出、静止式无功率补偿方面应用也较为多。但是在这一时期,电力电子技术尽管可以进行整流与逆变,但是仅限于在中低频段内使用。
(三)变频器时代
随着上世纪八十年代开始,大规模以及超大规模的集成电力开始发展并应用,电力电子技术就以此为基础迎来了变频时代。在这一时期,凭借着高频、高压以及大电流功能为主的半导体复合器件,传统的电力电子技术向现代电力电子技术转变,促使对高频技术的处理成为可能。也就是说电力电子技术已经步入现在的变频器时代。原来越多的器件已经借助大规模集成电力走向模块化以及复合化的道路,其体积不断缩小、结构也不断紧凑,功能不再单一。新型器件的出现,为当下所使用的用电设备的节能化、小型化以及一体化打下了基础。
3、我国电力电子技术发展存在的问题
3.1、我国电力电子产品以低中端产品为主,缺乏高端产品,特别是先进的全控型电力电子器件则依赖进口。目前我国生产的大多数电力电子设备和系统还主要基于晶闸管,虽然也能制造一些高技术的电力电子设备和系统,但是它们均是采用国外生产的电力电子器件和组件以组装集成的方式制造。许多关系到国民经济命脉和国家安全的若干关键领域中的高端产品、核心技术和软硬件,国外均是对我国进行控制和封锁的。
3.2、我国电力电子产业链亟需进一步加强和完善,以形成行业竞争力。经过多年发展,国内电力电子企业在一些技术环节取得一定的突破,但是由于在整个产业链中无法凝聚成合力,所以无法将技术进步转变成行业的竞争力。
3.3、在电力电子最先进、最核心的现代电力电子器件行业中,高频场控电力电子器件的许多关键核心技术还未突破,其产业链还未形成,市场基本上被国外垄断。同时由于该行业中设计、流片、封装和测试四个环节的发展不均衡,严重影响了产业化的进程。
3.4、在下一代宽禁带电力电子器件领域,我国还处于研发的初级阶段,与国际上的研发和产业化水平差距巨大。国际技术先进国家对宽禁带电力电子器件进行了长期的大力投入,在部分类型和等级的产品上已经或者将在近期内实现产业化。在新一代宽禁带电力电子器件产业中,我国处于全面落后、亟需跨越式发展的紧急时期。
4、电子技术的应用
4.1、分析集成电路
现如今,电子产品核心结构主要为集成电路,大大降低了分立元件数量,同时集成规模也在不断的增大,所以在教学过程当中,务必要强化讲授集成电路的知识,这样方能确保教学适应技术创新要求,方能教导出实用型技术人才。
4.2、分析器件外部的特性及应用
目前新器件正在大量涌现,集成元件的规模也在不断的扩大及,电路更是变得异常复杂,在学生不具备理论基础时,要突出分析集成电路的外部特性以及功能应用。
4.3、分析系统模块的相互接口及单元电路
要重视电子技术在整个电路系统中与其余模块衔接、功能以及信号的处理流程,这将对后继的专业课程学习十分有利。
4.4、分析数字电子技术
最近几年,数字化的电子技术发展迅猛,数字技术含量也是随之增高,目前,教学同实际不同步,要加强分析数字电子技术。
5、电力电子技术的未来发展前景
从近几十年的发展历程中我们可以看出,半导体的发明与应用有效地推动了电子技术的快速发展,其中晶闸管等电力半导体在这一过程中发挥了重要的作用。在进入20世纪70年代后,半控型晶闸管形成由低电压小电流到高电压大电流的系列产品,被称为第一代电力电子器件。随着电力电子技术理论研究和半导体制造工艺水平的不断提高,先后研制出GTR、GTO、功率MOSFET等自关断全控型第二代电力电子器件。近期研制的以绝缘栅双极晶体管(IGBT)为代表的第三代电力电子器件,开始向大容量高频率、响应快、低损耗的方向发展,这又是一个飞跃。步入20世纪90年代后,电力电子技术得到突飞猛进的发展,与该技术有关的产品也得到进一步升级,大都朝着智能化、模块化方向发展,逐步形成了电力电子技术的三步走模式及理论的研发,产品的研制、产品的应用,成为国际科研领域的新星,成为经济社会发展的热门行业。但是,就目前我国电力电子技术发展现状来看,还不容乐观,其中电力半导体器件的研发与应用同西方发达国家相比,还存在较大的差距,还比较落后,所以,如果在21世纪国际电力电子技术迅猛发展的背景下,我国半导体器件的落后状态得不到改善,将直接影响我国国民经济的快速发展,因此,对于我国电力电子技术的发展趋势来说,仍然任重而道远。
总之,电力电子技术应用领域十分广泛,几乎涉及到国民经济各个工业部门和社会生活各个方面。其为人类的进步发展起到了相当大的推动作用,同时给人类创造巨额财富的机会和途径,在一定程度上提升了生产效率,同时也为人民的生活质量等方面做出了不可磨灭的贡献。因此需要我们高度重视。
参考文献:
[1]肖向锋,郭彩霞.电力电子技术和产业的发展及前景[J].变频器世界,2014,04:21-26.
[2]肖向鋒,郭彩霞.电力电子技术和产业的发展及前景[J].变频器世界,2014,05:22-25.
[3]顾梦韬.电力电子技术的发展及应用探究[J].电子技术与软件工程,2014,19:179.