电子电力技术

1、电气工程其实就是电工程，电气这个词来自日语，气是凑音节的，没有实意。电工程或 者说电气工程研究的对象就是电，包括电的产生、变换、输送、控制和应用等。上面说的电气工程是狭义的电气工程，涉及的电压高，属于强电，当然也有部分弱电。广义 的电气工程包括了电气工程自动化、自动化、测控技术、计算机、电子、微电子、信息通信、 生物医学工程等，国外一般所谓的电气工程都是广义的电气工程。而中国的，往往是狭义的。电力工程特指电气工程中的电能产生、变换和输送分配这个环节，也就是常说的电力系 统的内容。还有一部分电气工程的内容不属于电力工程，比如电路、电磁场等电工原理，一 些设备比如机床的控制设备、电力传动、汽车轮船

2、上的电气设备等。电子工程就是指的计算机、电子、微电子、集成电路等学科，不关心电的产生和供应， 只管用电作为一种信号，涉及的电压往往比较低，比如+5V表示高电位，-5V表示低电位， 构成数字电子技术等。以电力电子为对象的电子技术叫电力电子技术，它是一门利用电力电子器件对电能进行 转换、传输的学科，是现代电子学的一个分支。电力电子电路即通常所说的变流电路，是由电力电子器件、变流技术和控制电路组成， 其中电力电子器件是基础，变流电路以电力电子器件为核心，通过不同的电路拓扑结构和控 制方式对电能的转换和控制。作用：优化电能使用。通过电力电子技术对电能的处理，使电能的使用达到合理、高效和 节约，实现了电

3、能使用最佳化。例如，在节电方面，针对风机水泵、电力牵引、轧机冶炼、 轻工造纸、工业窑炉、感应加热、电焊、化工、电解等4个方面的调查，潜在节电总量相当 于1990年全国发电量的16%，所以推广应用电力电子技术是节能的一项战略措施，一般节能 效果可达10%-40%，我国已将许多装置列入节能的推广应用项目。改造传统产业和发展机电一体化等新兴产业。据发达国家预测，今后将有95%的电 能要经电力电子技术处理后再使用，即工业和民用的各种机电设备中，有95%与电力电子产 业有关，特别是，电力电子技术是弱电控制强电的媒体，是机电设备与计算机之间的重要接 口，它为传统产业和新兴产业采用微电子技术创造了条件，成为

4、发挥计算机作用的保证和基 础。电力电子技术高频化和变频技术的发展，将使机电设备突破工频传统，向高频化方 向发展。实现最佳工作效率，将使机电设备的体积减小几倍、几十倍，响应速度达到高速化， 并能适应任何基准信号，实现无噪音且具有全新的功能和用途。（4）电力电子智能化的进展，在一定程度上将信息处理与功率处理合一，使微电子技术 与电力电子技术一体化，其发展有可能引起电子技术的重大改革。有人甚至提出，电子学的 下一项革命将发生在以工业设备和电网为对象的电子技术应用领域，电力电子技术将把人们 带到第二次电子革命的边缘。电力电子技术和电子技术的关系 电力电子器件制造技术和电子器件制造技术的 理论基础是一样

5、的，大多数工艺也相同。现代电力电子器件制造大都使用集成电路制造工艺, 采用微电子制造技术，许多设备都和微电子器件制造设备通用，说明二者同根同源。电力电子电路和电子电路许多分析方法一致，仅应用目的不同。广义而言，电子电路中的 功放和功率输出也可算做电力电子电路。电力电子电路广泛用于电视机计算机等电子装置 中,其电源部分都是电力电子电路。器件的工作状态:信息电子，既可放大，也可开关；电力电子,为避免功率损耗过大，总在 开关状态一一电力电子技术的一个重要特征。电力电子技术与电气工程的关系主要关系:电力电子技术广泛用于电气工程中。电力电子装置广泛用于高压直流输电，静止无功补偿，电力机车牵引，交直流电力

6、传动，电解, 励磁，电加热，高性能交直流电源等电力系统和电气工程。通常把电力电子技术归属于电 气工程学科，电力电子技术是电气工程学科中一个最为活跃的分支，其不断进步给电气工程 的现代化以巨大的推动力电力电子技术与控制理论的关系1）控制理论广泛用于电力电子技术，使电力电子装置和系统的性能满足各种需求；2）电力电子技术可看成弱电控制强电的技术，是弱电和强电的接口 ,控制理论是 实现该接口的强有力纽带；3）控制理论和自动化技术密不可分,而电力电子装置是自动化技术的基础元件和重要 支撑技术。电力电子技术的发展史电力电子器件的发展对电力电子技术的发展起着决定性的 作用，因此，电力电子技术的发展史是以电力

7、电子器件的发展史为纲的1904年出现了电子管(Vacuum tube),能在真空中对电子流进行控制，并应用于通信和无 线电，从而开了电子技术之先河。20年代末出现了水银整流器(Mercury Rectifier),其性能和晶闸管(Thyristor)很相 似.在30年代到50年代，是水银整流器发展迅速并大量应用的时期.它广泛用于电化学工业, 电气铁道直流变电所，轧钢用直流电动机的传动，甚至用于直流输电1947年美国贝尔实验室发明晶体管(Transistor),引发了电子技术的一场革命1957年美国通用电气公司研制出第一个晶闸管(Thyristor)1960 年我国研究成功硅整流管(Silico

8、n Rectifying Tube/Rectifier Diode)1962年我国研究成功晶闸管(Thyristor)70年代出现 电力晶体管(Giant Transistor-GTR),电力场效应管(Metallic Oxide Semiconductor Field Effect Transistor-MOSFET)80年代后期开始：复合型器件. 以绝缘栅极双极型晶体管(Insulated -Gate Bipolar Transistor-IGBT)为代表，IGBT是电力场效应管(MOSFET)和双极结型晶 体管 (Bipolar Junction Transistor-BJT)的复合.它

9、集MOSFET的驱动功率小，开关速度快的优 点和BJT通态压降小，载流能力大的优点于一身，性能十分优越,使之成为现代电力电子技术 的主导器件.与IGBT相对应,MOS控制晶闸管(MOS Controlled Transistor-MCT)和集成门极 换流晶闸管(Intelligent Gate-Commutated Thyristor-IGCT)等都是 MOSFET 和 GTO 的复合， 它们也综合了 MOSFET和GTO两种器件的优点.90年代主要有：功率模块(Power Module):为了使电力电子装置的结构紧凑，体积减小，常常把若干个电力电子器件及必要的辅助元件做成模块的形式，这给应用带来了很大 的方便.功率集成电路(Power Integrated Circuit-PIC):把驱动，控制，保护电路和功率器件集成在一起，构成功率集成电路(PIC).目前其功率都还较小，但代表了电力电子技术 发展的一个重要方向.智能功率模块(Intelligent Power Module-IPM)则专指IGBT及其辅助器件与其保护和驱动电路的单片集成，也称智能IGBT(Intelli