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電子技術的應用領域介紹
電力電子技術分為電力電子器件制造技術和變流技術(整流，逆變，斬波，變頻，變相等)兩個分支。現已成為現代電氣工程與自動化專業不可缺少的一門專業基礎課，在培養該專業人才中占有重要地位。下面小編來講講電子技術的應用領域介紹，希望對大家有幫助。
電子技術的應用領域介紹
電力電子學(Power Electronics)這一名稱是在上世紀60年代出現的。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。
一般認為，電力電子技術的誕生是以1957年美國通用電氣公司研制出的第一個晶閘管為標志的，電力電子技術的概念和基礎就是由于晶閘管和晶閘管變流技術的發展而確立的。此前就已經有用于電力變換的電子技術，所以晶閘管出現前的時期可稱為電力電子技術的史前或黎明時期。70年代后期以門極可關斷晶閘管(GTO)，電力雙極型晶體管(BJT)，電力場效應管(Power-MOSFET)為代表的全控型器件全速發展(全控型器件的特點是通過對門極既柵極或基極的控制既可以使其開通又可以使其關斷)。使電力電子技術的面貌煥然一新進入了新的發展階段。80年代后期，以絕緣柵極雙極型晶體管(IGBT 可看作MOSFET和BJT的復合)為代表的復合型器件集驅動功率小，開關速度快，通態壓降小，載流能力大于一身，性能優越使之成為現代電力電子技術的主導器件。為了使電力電子裝置的結構緊湊，體積減小，常常把若干個電力電子器件及必要的輔助器件做成模塊的形式，后來又把驅動，控制，保護電路和功率器件集成在一起，構成功率集成電路(PIC)。目前PIC的功率都還較小但這代表了電力電子技術發展的一個重要方向。
利用電力電子器件實現工業規模電能變換的技術，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電能轉換成另一種形式的工業電能。例如，將交流電能變換成直流電能或將直流電能變換成交流電能;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非電能與電能之間的轉換。例如，利用太陽電池將太陽輻射能轉換成電能。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換的電功率。
電力電子技術是建立在電子學、電工原理和自動控制三大學科上的新興學科。因它本身是大功率的電技術，又大多是為應用強電的工業服務的，故常將它歸屬于電工類。電力電子技術的內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。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，根據器件的特點和電能轉換的要求，又開發出許多電能轉換電路。這些電路中還包括各種控制、觸發、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。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中大量應用。
應用
一般工業：
交直流電機、電化學工業、冶金工業
交通運輸：
電氣化鐵道、電動汽車、航空、航天、航海
電力系統：
高壓直流輸電、柔性交流輸電、無功補償
電子裝置電源：
為信息電子裝置提供動力
家用電器：
"節能燈"、變頻空調
其他：
UPS、 航天飛行器、新能源、發電裝置
作用
(1) 優化電能使用。通過電力電子技術對電能的處理，使電能的使用達到合理、高效和節約，實現了電能使用最佳化。例如，在節電方面，針對風機水泵、電力牽引、軋機冶煉、輕工造紙、工業窯爐、感應加熱、電焊、化工、電解等14個方面的調查，潛在節電總量相當于1990年全國發電量的16%，所以推廣應用電力電子技術是節能的一項戰略措施，一般節能效果可達10%-40%，我國已將許多裝置列入節能的推廣應用項目。
(2) 改造傳統產業和發展機電一體化等新興產業。據發達國家預測，今后將有95%的電能要經電力電子技術處理后再使用，即工業和民用的各種機電設備中，有95%與電力電子產業有關，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，它為傳統產業和新興產業采用微電子技術創造了條件，成為發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展，將使機電設備突破工頻傳統，向高頻化方向發展。實現最佳工作效率，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生在以工業設備和電網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。
拓展
電力電子技術的主要應用領域
電機傳動中的電力電子技術
在 20世紀 90年代中期以前，大多數調速系統都由采用晶閘管和雙向晶閘管器件的變換器供電，最典型的是晶閘管-直流電機調速系統。20世紀 70年代功率晶體管問世后，在功率等級較低的電機中逐步采用了功率晶體管變換器.以獲得較好的申電機調速性能。20世紀 90年代中期以來，大功率IGBT的應用，以及 IGBT逆變技術的成熟和發展，迅速在相關功率等級的應用領域取代了晶閘管和雙向晶閘管。早期的逆變器，主要用于步進電機.打印機，機器人以及磁盤驅動器等小功率應用中。在大中功率段常用的交一直一交逆亦器有兩類。
IGRT變頻器和GTO變額器。這些逆變器開始主要用于20~100kW等級的由機傳動系統中。如電動汽車電機傳動系統、電力機車的輔助傳動系統。隨著器件容量和裝置功率的增加，逐步應用于容量為300~1 000 kW 及其以上的電機傳動中，如地鐵列車和高速電動車組的牽引傳動系統中。由于裝置功率大，低壓時電流很大不經濟，所以一般用中壓（1~10kV）。這兩種器件各有優缺山.IGBT開關頻率高.但導通壓隆和損耗大;GTO電壓高，電流大，導通壓降小.但開關損耗大、開關頻率低。
但考慮到驅動等因素，總體上IGBT要受歡迎得多。針對IGBT和 GTO的優缺點，取長補短，開發出了IGCT（集成門極換向晶閘管），它的電壓、電流、導通壓降和 GTO相近，門極電壓驅動，開關快、頻率高，像IGBT。目前，商品化的IGBT逆變器已經做到1 000 kW以上，而像艦船潛艇一類的數千千瓦等更高容量的電機傳動系統逆變器仍然須采用GTO 或 IGCT。IGCT逆變器在俄國和韓國已有應用，我國也已試驗成功。三相逆變器在大功率電機中的真正實用化，極大地推動了交流電機調速的發展。
電力系統中的電力電子技術
電力系統是電力電子技術應用的一個重要領域。近年來電力電子器件和計算機技術的快速發展，使已有的研究成果和技術不斷得到改善。最早成功應用于電力系統的大功率電力電子技術是高壓自流輸電（HVDC））。
1986年美國電力科學研穿院提出了靈活交流輸由（FACTS）概念，相繼出現了統一潮流控制器等多種設備。
1988年提出了定制電力（Customer Power）的概念。電力電子技術在電力系統中的應用，如在發電環節中的應用，包括大型發電機的靜止勵磁控制，水力、風力發申機的變速恒頻勵磁等。在輸電環節中高壓直流輸電（HVDC）和輕型高壓直流輸電（HVDC Light）技術。近年來，輕型直流輸電采用IGBT組成換流器應用在脈寬調制技術進行無源逆變;靈活交流輸電（FACTS）技術是"一項基于電力電子技術與現代控制技術對交流輸電系統的阻抗、電壓及相位實施靈活、快速調節的輸電技術"。
在配電系統中的應用，如動態無功發生器、電力有源濾波器等，以加強供電可靠性和提高電能質量。電能質量控制既要滿足對電壓形率，諧波和不對稱度的要求。又要抑制各種瞬態的波動和十擾。電力電子技術和現代控制技術在配申系統中的應用.是在FACT各項成敦技術的基礎上發展起來的電能質量控制新技術。
汽車工業中的電力電子技術
汽車工業領域已成為電力電子技術的主要增長占之—�，F在人們習慣上說的治車由子實際上就是汽車工業中的電力電子技術。電力電子在新一代汽車上主要應用于以下方面;用電力電子開關器件替代傳統的機械開關和繼電器;用電力電子控制系統對車上負載進行精密控制∶利用電力電子技術改造原有的12V電源系統，使之成為多電壓系統;使用適合電力申千控制的、更先進的驅動申動機。預計在不久的將來.從小功率的車窗 座椅控制。到大功率電傳動系統，都蘊涵著電力電子技術的最新成就。
電子點火器，電壓調節器，電動機驅動控制和音響系統是當前電力電子技術在汽車工業中最普遍的應用。現代汽車采用電子點火系統，要點燃氣缸里的混合氣體需要幾千伏的電壓，應用升壓變換器和耦合變壓器正在取代傳統的火花塞。全電子控制的電助力駕駛系統正在某些車型上采用、這種系統應用電力電子技術控制電機，協助轉動駕駛桿，改進了駕駛響應速度，降低了能耗，并消除了皮帶傳動的噪聲，正在取代傳統的皮帶傳動的液壓泵。
電制冷空調系統也開始在汽車上裝備。汽車頭燈的強光燈和尾燈的高亮度LED燈也需要電力電子技術以有效的形式傳遞電能。一個重大的技術進步是要提高汽車電控系統的電壓等級，近期將采用40-50 V等級取代目前的 10~15V等級。比如，汽車音響系統立體聲功率放大器通常能傳遞 40W甚至更大的功率，但12V的供電電源在8 Q的揚聲器上最大只能產生18 W的輸出，采用電力電子升壓變換器可給功率放大器電路提供更高的電壓，使之達到家用音響的效果。
在電動汽車和混合動力汽車的主電氣系統中.電力申子都起著決定件的作用。純電動汽車具有高性能、零排放，低成本的優點.但目前仍受電池的陽限制�；旌蟿恿ζ嚥捎酶鞣N各樣的設計方案，把發動機和電驅動系統結合在一起，充分發揮各自的優點。兩種汽車的能量控制單元都是逆變器和 DC/DC. 變換器，其容量在千瓦級以上。
采用更高電壓、傳遞更大電流的新型充電器已經誕生。比如一種稱為 Hughes 的感應充電器就很有新意。它使用一種類似乒乓球拍的不導電磁性拍板進行感應充電。該磁性拍板相當于變壓器的一次側，它把工頻電壓轉變為80 kHz 的交流電。電動汽車中的充電埠相當于變壓器的二次側，它把高頻交流電進行整流和調節.然后對汽車里的電池組進行充電電力電子技術更是電動汽車的核心技術之一，最為主要的是驅動電動機的電傳動系統。汽車電傳動系統通常由電力電子變換器、電池和控制系統構成。目前新型的電動汽車采用感應電動機，無刷永磁電動機開關磁陽電動機等多種形式.容量從幾十到幾百干瓦不等，正在逐步取代傳統的直流電動機驅動。電力電子變換技術的發展為汽車的新型傳動方式提供了堅實的技術保障。
綠色照明中的電力電子技術
照明是人類文明的永恒需求。電光源在 100多年里經歷了"白熾燈一直管熒光燈—高壓放電燈—節能熒光燈—無燈絲燈"等幾代產品。
20世紀 80年代，隨著電力電子變頻技術的發展成熟，高頻應用又促成某些更新一代電光源的誕生，從此，電力電子在綠色照明中開始占有重要的一席之地�？梢哉f，照明技術的迅速變革，是電力電子技術在其中起了主要作用。
一個典型的例子是，緊湊型節能燈和電子鎮流器的問世，吹響了以照明節能為核心的綠色照明的前奏曲。采用不同成分的稀土熒光粉可制成各種色溫的氣體放電節能燈，發光率比常規熒光燈提高一一倍，可以做成各種形狀便干緊率安裝，替代白熾燈T�？晒濍�75%~80%采用電力電子技術做成的電子鎮流器實際上是一個電子變頻器（從50 Hz變換到30 kHz以上）加一個高頻電感鎮流器。
由于頻率提高，di/dt 高，不再需要配置起輝器，在供電電壓降低或環境溫度較低的場合也能使燈管正常工作，此外，在幾十千赫頻率下消除了氣體放電燈的爍和音顆噪聲。 采用申子鎮流器后，高頻電感比工頻電感重量減輕幾十倍，節省材料 80%左右，燈管的實際工作壽命延長3~5倍.同時能提供更好的可靠性、更低的損耗、更高的亮度。由于電子鎮流器體積小、反應快，它可以在照相機閃光燈和汽車燈等應用領域中使用。應該說，電子鎮流器是電力電子高頻化應用中的一個典型產品，許多的電力電子新技術——功率因數校正、諧波抑制、零電壓開關、多種保護等都可以在高性能電子鎮流器中得到應用而提高其可靠性和改善運行參數。
新能源開發中的電力電子技術
在全球氣候變化和世界石油、煤炭等化石能源日益緊缺的今天，低耗高效和尋找開發新能源是根本出路，因而，可再生能源以及燃料電池受到世界各國的高度重視。再生能源是指可自行再生的能源，如日光能、風能、潮汐能、地熱能以及生物廢料能等。從燃料電池、微燃氣輪機.風能，太陽能和潮汐能等新能源中得到的一次電能，難以直接被標準的電氣負載使用.所以.將其高數而經濟地轉換為民生用電 。已成為先進科技國家兼環保和發電的重要產業政策。電力電子是解決能源問題的關鍵技術，它對新能源的開發、轉換、輸送、儲存和利用等各方面發揮著重要作用。
太陽能發電站一般有兩種方式。一種方式是把太陽能轉換為熱液體后再發電，如太陽能熱電廠。由液體加熱系統產生蒸汽以推動渦輪或發電機熱廠中的熱能位儲存裝置可保證連續發電;另一種方法是直接把太陽能轉換為電能，太陽能光伏變頻器把太陽能電池板獲得的原始低電壓直流電變換為所需要的交流電，或直接供負載使用，或將電能饋入市電。光伏發電有廣大的市場發展潛力，先進國家不僅政策性地發展太陽能技術，而且立法制定法規來規范產業安全標準。太陽能電池板獲得的電壓大小和功率與許多因素有關，如太陽照射角度、云層遮擋水平、季節氣候變化等，所以要對光伏發電的中間直流電壓進行可調的升壓變換處理。
隨著再生能源技術的發展，"分布式發電系統"將得到事大的發展空間。所謂分布式發電系統是指∶借由諸如風力發電、太陽能發電.天然氣發電等區域性發電系統連接而成的公共發電系統。微電子技術、電力電子技術應用于電力網絡與輸配電系統，形成一個智能型分布式再生能源網絡。講一步的發展是再生能源網絡與信息網絡結合形成個整合信自和電力網絡的未來生活環境，實現電能的網絡化。
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