《电力电子技术》是一门涉及电力领域中电能变换与控制技术的学科,它由电力学、电子学和控制理论三者交叉融合而成。电力电子技术主要包括电力电子器件的制造技术和变流技术,广泛应用于电力系统的自动化、电机控制、高压绝缘等领域。1975年,通用电气公司研制出的第一个晶闸管标志着电力电子技术的诞生。
电力电子技术主要分为四类电力变换:交流变直流(整流)、直流变交流(逆变)、直流变直流(斩波)和交流变交流(交流电力控制)。其中,晶闸管作为半控型器件,通过门极控制实现导通,但不能主动关断。而全控型器件如GTO、GTR、MOSFET和IGBT则可以通过控制信号实现导通和关断,且主要采用脉冲宽度调制(PWM)方式进行控制。
电力电子系统的基本组成部分包括主电路、控制电路、检测电路、驱动电路和保护电路。主电路承担电能变换的任务,电力电子器件则需具备处理大电功率的能力,并通常工作在开关状态以减少损耗。损耗主要分为开关损耗、通态损耗和断态损耗,其中通态损耗是主要损耗源。器件分类上,根据控制程度有半控型、全控型和不可控器件,根据驱动信号性质有电流型和电压型,以及根据载流子参与导电情况有单极型、双极型和复合型器件。
电力二极管是最基础的电力电子器件,有普通二极管、快恢复二极管和肖特基二极管等类型。与信息电子电路二极管不同,电力二极管采用垂直导体结构,P区和N区之间有一层低掺杂N区(P-i-N结构),形成电导调制效应,增强器件性能。此外,电力二极管的平均值与有效值关系为1:1.57,对于特定波形的计算,有效值可能需要使用原始公式而非平均值。
电力电子技术在电力系统中的应用非常广泛,如FACTS、TCR、TSC、SVG和APF等技术,以及在电气机车中的应用,直流机车使用整流装置,交流机车采用变频技术。UPS(不间断电源)是电子装置用电源的一种,确保电力供应的连续性。
电力电子技术的深入理解和掌握对于电力工程专业学生来说至关重要,因为它是电力系统自动化、电机控制等领域的核心。随着新型电力电子器件的不断研发,这一技术将对未来的能源系统产生深远影响。