摘要：電力電子技術是一門新興的應用于電力領域的電子技術，就是使用電力電子器件(如晶閘管，GTO，IGBT等)對電能進行變換和控制的技術。電力電子技術所變換的“電力”功率可大到數(shù)百MW甚至GW，也可以小到數(shù)W甚至1W以下，和以信息處理為主的信息電子技術不同電力電子技術主要用于電力變換。

　　關鍵詞：電力;電子技術;電力電子

　　電力電子技術分為電力電子器件制造技術和交流技術(整流，逆變，斬波，變頻，變相等)兩個分支。現(xiàn)已成為現(xiàn)代電氣工程與自動化專業(yè)不可缺少的一部分。

　　一、電力電子學

　　電力電子學(Power Electronics)這一名稱是在上世紀60年代出現(xiàn)的。1974年，美國的W.Newell用一個倒三角形(如圖)對電力電子學進行了描述，認為它是由電力學、電子學和控制理論三個學科交叉而形成的。這一觀點被全世界普遍接受。“電力電子學”和“電力電子技術”是分別從學術和工程技術2個不同的角度來稱呼的。

　　利用電力電子器件實現(xiàn)工業(yè)規(guī)模電能變換的技術，有時也稱為功率電子技術。一般情況下，它是將一種形式的工業(yè)電能轉(zhuǎn)換成另一種形式的工業(yè)電能。例如，將交流電能變換成直流電能或?qū)⒅绷麟娔茏儞Q成交流電能;將工頻電源變換為設備所需頻率的電源;在正常交流電源中斷時，用逆變器(見電力變流器)將蓄電池的直流電能變換成工頻交流電能。應用電力電子技術還能實現(xiàn)非電能與電能之間的轉(zhuǎn)換。例如，利用太陽電池將太陽輻射能轉(zhuǎn)換成電能。與電子技術不同，電力電子技術變換的電能是作為能源而不是作為信息傳感的載體。因此人們關注的是所能轉(zhuǎn)換的電功率。

　　電力電子技術是大功率的電技術，又大多是為應用強電的工業(yè)服務的，故常將它歸屬于電工類。電力電子技術的內(nèi)容主要包括電力電子器件、電力電子電路和電力電子裝置及其系統(tǒng)。電力電子器件以半導體為基本材料，最常用的材料為單晶硅;它的理論基礎為半導體物理學;它的工藝技術為半導體器件工藝。近代新型電力電子器件中大量應用了微電子學的技術。電力電子電路吸收了電子學的理論基礎，根據(jù)器件的特點和電能轉(zhuǎn)換的要求，又開發(fā)出許多電能轉(zhuǎn)換電路。這些電路中還包括各種控制、觸發(fā)、保護、顯示、信息處理、繼電接觸等二次回路及外圍電路。利用這些電路，根據(jù)應用對象的不同，組成了各種用途的整機，稱為電力電子裝置。這些裝置常與負載、配套設備等組成一個系統(tǒng)。電子學、電工學、自動控制、信號檢測處理等技術常在這些裝置及其系統(tǒng)中大量應用。

　　二、電力電子技術的應用作用

　　1、優(yōu)化電能使用。通過電力電子技術對電能的處理，使電能的使用達到合理、高效和節(jié)約，實現(xiàn)了電能使用最佳化。例如，在節(jié)電方面，針對風機水泵、電力牽引、軋機冶煉、輕工造紙、工業(yè)窯爐、感應加熱、電焊、化工、電解等14個方面的調(diào)查，潛在節(jié)電總量相當于1990年全國發(fā)電量的16%，所以推廣應用電力電子技術是節(jié)能的一項戰(zhàn)略措施，一般節(jié)能效果可達10%-40%，我國已將許多裝置列入節(jié)能的推廣應用項目。

　　2、改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)和發(fā)展機電一體化等新興產(chǎn)業(yè)。據(jù)發(fā)達國家預測，今后將有95%的電能要經(jīng)電力電子技術處理后再使用，即工業(yè)和民用的各種機電設備中，有95%與電力電子產(chǎn)業(yè)有關，特別是，電力電子技術是弱電控制強電的媒體，是機電設備與計算機之間的重要接口，它為傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)和新興產(chǎn)業(yè)采用微電子技術創(chuàng)造了條件，成為發(fā)揮計算機作用的保證和基礎。

　　3、電力電子技術高頻化和變頻技術的發(fā)展，將使機電設備突破工頻傳統(tǒng)，向高頻化方向發(fā)展。實現(xiàn)最佳工作效率，將使機電設備的體積減小幾倍、幾十倍，響應速度達到高速化，并能適應任何基準信號，實現(xiàn)無噪音且具有全新的功能和用途。

　　4、電力電子智能化的進展，在一定程度上將信息處理與功率處理合一，使微電子技術與電力電子技術一體化，其發(fā)展有可能引起電子技術的重大改革。有人甚至提出，電子學的下一項革命將發(fā)生在以工業(yè)設備和電網(wǎng)為對象的電子技術應用領域，電力電子技術將把人們帶到第二次電子革命的邊緣。

　　三、電力電子技術器件

　　02年出現(xiàn)了第一個玻璃的汞弧整流器。1910年出現(xiàn)了鐵殼汞弧整流器。用汞弧整流器代替機械式開關和換流器,這是電力電子技術的發(fā)端。1920年試制出氧化銅整流器，1923年出現(xiàn)了硒整流器。30年代，這些整流器開始大量用于電力整流裝置中。20世紀40年代末出現(xiàn)了晶體管。20世紀50年代初，晶體管向大功率化發(fā)展，同時用半導體單晶材料制成的大功率二極管也得到發(fā)展。1954年，瑞典通用電機公司(ASEA公司)首先將汞弧管用于高壓整流和逆變,并在±100千伏直流輸電線路上應用，傳輸20兆瓦的電力。1956年，美國人J.莫爾制成晶閘管雛型。1957年，美國人R.A.約克制成實用的晶閘管。50年代末晶閘管被用于電力電子裝置，60年代以來得到迅速推廣,并開發(fā)出一系列派生器件,拓展了電力電子技術的應用領域。 電力電子電路 隨著晶閘管應用的推廣，開發(fā)出許多電力電子電路。

　　四、電力電子電路器件類別

　　1、將交流電能轉(zhuǎn)換成直流電能的整流電路;

　　2、將直流電能轉(zhuǎn)換成交流電能的逆變電路;

　　3、將一種形式的交流電能轉(zhuǎn)換成另一種形式的交流電能的交流變換電路;

　　4、將一種形式的直流電能轉(zhuǎn)換成另一種形式的直流電能的直流變換電路。這些電路都包含晶閘管，而每個晶閘管都需要相應的觸發(fā)器。于是配合這些電力電子電路出現(xiàn)了許多的觸發(fā)控制電路。

　　五、電子電路器件分類

　　1、控制電路主要由分立的電子元件(如晶體管、二極管)組成。直到80年代后期，還用得不少。

　　2、由集成電路組成。自從1958年美國出現(xiàn)了世界上第一個集成電路以來，發(fā)展異常迅速。它應用到電力電子裝置的控制電路中,使其結(jié)構(gòu)緊湊,功能和可靠性得到提高。

　　3、由微機進行控制。

　　70年代以來，由于微機的發(fā)展使電力電子裝置進一步朝實現(xiàn)智能化的方向進步。 電力電子裝置 隨著電力電子電路的發(fā)展和完善，由晶閘管組成的許多類型的電力電子裝置不斷出現(xiàn)。如大功率的電解電源、焊接電源、電鍍用的直流電源;直流和交流牽引、直流傳動、交流串級調(diào)速、變頻調(diào)速等傳動用電源;勵磁、無功靜止補償、諧波補償?shù)入娏ο到y(tǒng)用的電力電子裝置;低頻、中頻、高頻電源等各種非工頻電源，尤其是感應加熱的中高頻電源;不停電電源、交流穩(wěn)壓電源等各種工業(yè)用電力電子電源;各種調(diào)壓器等等。這些電力電子裝置,與傳統(tǒng)的電動機-發(fā)電機組比，有較高的電效率(以容量10千瓦至數(shù)百千瓦、頻率為1000赫的電動機-發(fā)電機組為例,在額定負載下,效率η=80%，并隨負載減小而顯著降低,若用晶閘管電源,η≥92%,且隨負載變化不大)，因此，有明顯的節(jié)能效果。電力電子裝置是靜止式裝置，占地面積小，重量輕，安裝方便(以焊接電源為例,與旋轉(zhuǎn)焊機相比，重量減輕80%,節(jié)能15%)。同時，電力電子裝置往往對頻率、電壓等的調(diào)節(jié)比較容易，響應快，功能多，自動化程度高，因此用于工業(yè)上不但明顯節(jié)能，還往往能提高生產(chǎn)率和產(chǎn)品質(zhì)量，節(jié)省原材料，并常能改善工作環(huán)境。但電力電子裝置大多為電子開關式裝置，它往往對電網(wǎng)和負載產(chǎn)生諧波干擾，有時還對周圍環(huán)境引起一定的高頻干擾，這是在設計這些裝置和系統(tǒng)時必須妥善解決的。