电力电子技术的教学模式思考

2018-08-20 14:56:52 公务员之家　点击量：评论 (0)

随着社会科学技术的发展，电力电子技术也在不断地更新，教师应在教学中应跟上时代的步伐，不断地更新和充实教学内容，改进教学方法和手段。

一、电力电子技术的发展及应用

电力电子技术是以电力为对象的电子技术，它将电子技术和控制技术引入传统的电力技术领域，利用半导体电力开关器件组成各种电力变换电路实现电能的变换和控制，构成了一门完整的学科，该学科被国际电工委员会命名为电力电子学(PowerElectronics)或称为电力电子技术。它是一门综合了电子技术、控制技术和电力技术的新兴交叉学科。电力电子技术包括电力电子器件、电力电子电路和控制技术三个部分，它的研究任务是电力电子器件的应用、电力电子电路的电能变换原理、控制技术以及电力电子装置的开发与应用。

1.电力电子器件的发展

电力电子技术的发展取决于电力电子器件的研制与应用。电力电子器件是电力电子技术的基础，也是电力电子技术发展的动力，电力电子技术的每一次飞跃都是以新器件的出现为契机的。1947年，美国的贝尔实验室发明了晶体管，引发了电子技术的一场革命。以此为基础，美国在1956年研制出了最先用于电力领域的半导体器件——硅整流二极管(SemiconductorRectifier，SR)，又称为电力二极管(PowerDiodes，PD)。20世纪80年代中后期，为了进一步减少低压高频开关电源中电力半导体器件的管压降和损耗，同步整流管也应运而生。1957年，美国通用电气公司(GE)发明了普通反向阻断型可控硅整流管(SilliconControlledRectifier，SCR)，以后称为晶闸管(Thyristor)。

它标志着电力电子技术的诞生。经过工艺完善和应用开发，到了20世纪70年代，晶闸管已形成从低压小电流到高压大电流的系列产品。以晶闸管为主要器件的电力电子技术很快在电化学工业、铁道电气机车、钢铁工业(感应加热)、电力工业(直流输电、无功补偿)中获得了广泛的应用。由晶闸管及其派生器件构成的各种电力电子系统在工业应用中主要解决了传统的电能变换装置中所存在的能耗大和装置笨重的问题，因而大大地提高了电能的利用率，同时也使工业噪声得到了一定程度的控制。

电力半导体器件经过了五十多年的发展，器件制造水平不断提高，已经历了以硅整流管(SR)、晶闸管(SCR)、可关断晶闸管(GTO)、巨型晶体管(GTR)、功率MOSFET、绝缘栅双极型晶体管(IGBT)为代表的分立器件时期，现在已发展到由驱动电路、控制电路、传感电路、保护电路、逻辑电路等集成在一起的高度智能化的PIC和IPM时期。电力半导体器件实现了器件与电路的集成，强电与弱电、功率流与信息流的集成，成为机和电之间的智能化接口，它是机电一体化的基础单元。

按照其控制特性来说，电力半导体器件可分为以硅整流管(SR)为代表的不可控器件，以晶闸管(SCR)为代表的只能通过门极电流控制其开通而不能控制其关断的半控型器件和以可关断晶闸管(GTO)、绝缘栅双极型晶体管(IGBT)为代表的既能控制其开通又能控制其关断的全控型器件三大类。在器件的控制模式上，电力半导体器件已经从电流型控制模式发展到电压型控制模式，这不仅大大降低了门极的控制功率，而且大大提高了器件导通与关断的转换速度，从而使器件的工作频率由工频→中频→高频不断提高。

在电力电子技术走向智能化、高频化、大功率化、模块化、绿色化的进程中，作为其基础的新型电力半导体器件不断涌现，为电力电子技术的发展作出新的贡献。电力电子器件已经与计算机控制技术相结合，在各行各业发挥了重要作用，给电力电子技术注入了强大的生命力。

2.电力电子技术应用领域

电力电子学与装置的市场需求与日俱增，其主要应用领域包括以下几个方面。

(1)一般电源。包括不停电电源、电解电源、电镀电源、开关电源、机车辅助电源、微机及仪器仪表电源、航空电源、通信电源。

(2)专用电源。包括电化学电源、微弧氧化电源、蓄电池充电放电、电子模拟负载、电解水电源、交流电子稳压电源、脉冲功率电源、电力测功机。

(3)电力牵引及传动控制。包括电力机车、电传动内燃机车、矿井提升机、轧钢机传动。

(4)电力系统应用。高压直流输电(HVDC)。

(5)有源滤波器。传统的无源滤波器由于其滤波性能较差，难于应付日益严重的电网“公害”。人们从电力电子学本身找到了解决的途径，这就是有源滤波器。

(6)新能源利用。包括光电池、风力发电等，电力电子装置还将用于太阳能发电及风力发电装置与电力系统的连接。

(7)节能。采用电力电子装置实现电机调速可以达到很高的效率。

(8)电气工艺应用。包括在焊接设备及感应加热中的应用。

(9)家用电器。种类繁多的家用电器，小至一台调光灯具、高频荧光灯具，大至通风取暖设备、微波炉及众多的电动机驱动设备，都离不开电力电子交流电路。