电路电子技术应用
电力电子技术及其应用
电力电子技术及其应用概述：电力电子技术是电气工程领域中的一个重要分支，它通过研究和应用电子器件和电力系统，实现对电能的调节、变换和控制。
电力电子技术的发展为电力系统的可靠性、效率和可持续性提供了重要支持，广泛应用于能源转换、电力传输和分配、电动车辆和可再生能源等领域。
一、电力电子器件：电力电子器件是电力电子技术的基础，主要包括晶体管、二极管、功率模块等。
晶体管是电力电子领域最常用的器件之一，它能够实现电能的开关和放大。
功率模块则是由多个晶体管和二极管组成的集成电路，具有高功率密度和高效率的特点。
这些器件的研发和应用为电力电子技术的发展奠定了坚实的基础。
二、电力电子转换技术：电力电子转换技术是电力电子技术的核心内容，它通过将电能从一种形式转换为另一种形式，实现对电力系统的控制和调节。
常见的电力电子转换技术包括直流-直流变换、直流-交流变换和交流-交流变换。
直流-直流变换器能够将直流电压的大小和极性进行调节，广泛应用于电力系统的稳压和稳流控制。
直流-交流变换器则能够将直流电能转换为交流电能，实现交流电力系统的接入和调节。
交流-交流变换器则能够实现交流电能的频率和相位的调节，适用于电力系统的调频和调相控制。
三、电力电子应用：电力电子技术在现代社会中的应用非常广泛，主要体现在以下几个方面：1. 能源转换：电力电子技术在能源转换中发挥着重要作用。
通过电力电子转换装置，可以将不同形式的能源转换为电能，进而实现能源的传输和分配。
同时，电力电子技术还能够实现对能源的储存和再利用，提高能源的利用效率。
2. 电力传输和分配：电力电子技术在电力传输和分配中起到了关键作用。
通过电力电子装置，可以实现对电力系统的控制和调节，提高电力系统的稳定性和可靠性。
同时，电力电子技术还能够实现对电力系统的保护和故障处理，提高电力系统的安全性和可操作性。
3. 电动车辆：电力电子技术在电动车辆领域的应用日益广泛。
通过电力电子转换装置，可以实现对电动车辆电能的调节和控制，提高电动车辆的性能和效率。
电力电子技术在电力生产中的应用
电力电子技术在电力生产中的应用
电力电子技术是一种重要的电力转换技术，它可以改善电力系统的效率、控制、可靠性和功能性。
在电力生产中，电力电子技术被广泛地应用，它不仅可以提高电力生产的效率和质量，还可以降低成本和环境污染。
1. 变频调速技术
变频调速技术是电力电子技术的一种重要应用。
它通过调节电机的输出频率和电压来实现电机的调速控制。
这种技术被广泛地应用于工业生产中的驱动系统、交通运输中的电动车和磁悬浮列车等领域。
2. 无功补偿技术
无功补偿技术是一种能够改善电力系统功率因数的技术。
它通过在电网中安装无功补偿装置来提高电力系统的功率因数，从而提高电力系统的效率和稳定性。
无功补偿装置通常采用交流电容器或静止无功补偿器等电力电子元器件。
3. 光伏发电技术
光伏发电技术是一种将太阳能转化为电能的技术。
光伏发电系统通常由光伏电池板、逆变器、控制器和电网连接部分等组成，其中逆变器是电力电子技术的重要组成部分。
逆变器可以将直流电转换为交流电，并且可以控制输出电压和频率，从而满足电网的要求。
风力发电技术是一种将风能转化为电能的技术。
在风力发电系统中，风力机通常采用双馈电机或直驱发电机，而电力电子技术主要用于控制风力机的电力输出。
电力电子器件可以通过调整电力输出的电压和频率来匹配电网的要求。
5. 储能技术
储能技术是一种将电力转化为其他形式的能量并储存在特定介质中的技术。
电力电子技术被广泛地应用于储能系统中，例如电池、超级电容等。
电力电子器件可以控制电荷和放电过程，从而提高储能系统的效率和可靠性。
电力电子技术的应用
电力电子技术的应用电力电子技术是利用电力电子器件对电能进行控制和转换的学科。
它包括电力电子器件、变流电路和控制电路三部分，是电力、电子、控制三大电气工程技术领域之间的交叉学科。
随着科学技术的发展，电力电子技术由于和现代控制理论、材料科学、电机工程、微电子技术等血多领域密切相关，已逐步发展成为一门多学科相互渗透的综合性技术学科。
电力电子技术是近几年迅速发展的一种高新技术，广泛应用于机电一体化、电机传动、航空航天等领域，现已成为各国竞相发展的一种高新技术。
它不仅应用于一般工业，也广泛用于交通运输、电力系统、通信系统、计算机系统、新能源系统等，在照明、空调等家用电器及其他领域中也有着广泛的应用。
以下分几个主要应用领域加以叙述。
一、一般工业工业中大量应用各种交直流电动机。
直流电动机有良好的调速性能，给其供电的可控整流电源或直流斩波电源都是电力电子装置。
近年来，由于电力电子变频技术的迅速发展，使得交流电机的调速性能可与直流电机相媲美，交流调速技术大量应用并占据主导地位。
大至数千kW的各种轧钢机，小到几百W的数控机床的伺服电机，以及矿山牵引等场合都广泛采用电力电子交直流调速技术。
一些对调速性能要求不高的大型鼓风机等近年来也采用了变频装置，以达到节能的目的。
还有些不调速的电机为了避免起动时的电流冲击而采用了软起动装置，这种软起动装置也是电力电子装置。
电化学工业大量使用直流电源，电解铝、电解食盐水等都需要大容量整流电源。
电镀装置也需要整流电源。
电力电子技术还大量用于冶金工业中的高频或中频感应加热电源、淬火电源及直流电弧炉电源等场合。
电力电子技术在一般工业中的应用最主要的就是电机调速传动和电源。
电机调速传动又分工艺调速传动和节能调速传动两大类：工艺调速传动指工艺要求必须调速的传动，例如轧机，矿井卷扬，机床，造纸等以前用直流电动机驱动的机械的传动。
节能调速指风机、泵等以前不调速，为节能而改用调速。
二、交通运输电气化铁道中广泛采用电力电子技术。
电力电子技术在电气工程中的应用
电力电子技术在电气工程中的应用电力电子技术是现代电气工程领域非常重要的一个分支，它通过电子器件和电路将电能转换、控制和调节为各种形式的电能输出，被广泛应用于电力系统的稳定性、效率和可靠性提升。
本文将就电力电子技术在电气工程中的应用进行介绍。
1. 变频调速技术变频调速技术是电力电子技术在电气工程中最为常见的应用之一。
通过变频器将交流电源转换为可变频率、可控制的交流电源，可以实现电机的无级调速。
这种技术广泛应用于电梯、水泵、风机等需要调速的设备中，可以提高设备的效率和节能。
2. 柔性直流输电技术柔性直流输电技术是一种新兴的输电方式，采用高压直流输电，通过可控硅元件和光伏阵列等装置，可以实现电能的稳定输送。
这种技术在大规模风力、光伏发电等可再生能源的接入中具有重要意义，可以提高电力系统的灵活性和可靠性。
3. 电力质量改善技术电力质量问题是电气工程中一直存在的难题，电力电子技术可以通过有源滤波器、静止无功发生器等设备，改善电力系统中的谐波、电压波动等问题，保障用电设备的正常运行和安全性。
4. 电力电子变换器技术电力电子变换器技术是电气工程中的核心技术之一，它通过可控硅、IGBT等功率器件，实现电能的直流与交流之间的转换。
电力电子变换器广泛应用于直流输电、换流站等领域，对电网的稳定性和可靠性起到了关键作用。
5. 电力电子补偿技术电力电子补偿技术是为了改善电力系统中的功率因数问题而开发的技术，通过静止无功发生器、电容器组等装置，可以对系统中的无功功率进行补偿，提高系统的功率因数，减少电能的损耗。
以上便是电力电子技术在电气工程中的主要应用领域，它在电力系统的稳定性、效率和可靠性方面发挥着重要作用。
二、电力电子技术的发展趋势随着科学技术的不断发展，电力电子技术也在不断创新和进步，未来的发展趋势主要有以下几个方面：1. 高效绿色技术随着节能环保理念的普及，电力电子技术将朝着高效、环保的方向发展，研究和应用更加高效的功率器件和电力电子转换技术，以减少能源消耗和环境污染。
电力工程中的电子技术应用
电力工程中的电子技术应用随着时代的发展和科技的不断进步，越来越多的电子技术被应用于电力工程中。
这些技术不仅提高了电力系统的效率和安全性，而且为电力行业的发展带来了新的机遇和挑战。
本文将从以下几个方面探讨电力工程中的电子技术应用。
一、电力电子技术一般而言，电力电子技术是指通过半导体器件（包括晶体管、场效应晶体管、二极管、可控硅等）来实现电能转换和控制的一种技术。
在电力工程中，电力电子技术被广泛应用于变频调速、电力质量控制、无功补偿和统计电能表等方面。
例如，变频调速技术被广泛应用于单元锅炉、风力发电机组和水泵等设备中。
通过使用变频器，可以实现对设备的频率和电压进行精确控制，并且从而提高运行效率和降低能耗。
同时，这种技术可以减少设备在启动和停止时的压力和冲击，从而延长设备的使用寿命。
另外，电力电子技术还可以用于提高电网质量。
通过使用技术如SVG（静止无功发生器）和FCL（故障电流限制器），可以实现电网电压、电流和频率等参数的精确控制和调整，从而避免能量浪费和损失。
二、智能设备和继电保护随着智能电力设备的不断发展和成熟，电力行业中的继电保护技术也得到了快速发展。
智能继电保护设备可以通过分析和处理各种信号数据，识别电力系统中的故障和异常情况，并发出快速反应。
同时，这类设备还可以实现对电力网络的监控、数据采集和维护等功能，从而提高电网的健康程度和可靠性。
例如，微型化的智能继电保护器可以被安装在设备内部，采用数字信号处理技术实现快速、精确的故障保护。
此外，智能电力监控系统（PMS）通过持续采集设备的数据，生成设备健康状态的可视化图像，并为设备维护和保养提供重要参考依据。
三、电力通信技术在电力工程中，电力通信技术是非常重要的技术领域，它可以实现电力设备的联通、协调和互动，提高电力数据的采集和处理能力。
电力通信技术主要包括物联网技术、无线通信技术和卫星通信技术等方面。
例如，物联网技术可以实现对电网各个节点设备的监测和控制，帮助电力企业做好设备的预防性维护和故障保护。
电力电子技术的应用
9.2.交流电动机调速
9-9
• 交流电动机相对直流电动机具有结构简单，单 机容量大、电压高、转速高、元整流子、惯量 小、成本低、维修方便等一系列优点。随着电 力电子技术、控制理论及计算机控制技术的发 展，采用半导体功率器件的交流调速系统已经 成为电气传动的主流。 • 9.2.1.交流电动机的调压调速 • 交流调压调速随着转速下降其转差率增加，电 动机转子的损耗增加，效率将下降。因此，交 流调压调速不适宜长时低速运行。
9-23 将无触点开关及其控制电路组装在一起可做成固 态继电器，其控制信号可以是交流电压，也可以 是直流电压。
图8.10是一种具有过零触发电路的交流固态继电 器电路。
9-24
9. 3. 2. 电 加 热
9-25
9-26
• 对于电阻性加热炉，一般用工频电源加热，由 晶闸管电路来控制电炉的加热功率（或温度）。 • 通过移项控制电炉的功率（图8.11（c））：
U 1 P R R
2 R
U 1 (U m sint ) dt 2R ( 2 sin 2 )
2
2 m
•大多数电炉都有几秒或更大的热时间常数。 采用通断控制或整周期控制（图8.11（c）） ， 晶闸管无触点开关把负载与电源按一定的通断 率接通与断开。设接通时间为ton，断开时间为 2 toff，则负载功率为： Um ton P 2R ton toff
9.3.非电动机方面的一些应用
9-20
• 9.3.1.无触点开关 • 有触点开关是指电磁式接触器，其运行时间可 达电源频率的几个周期。当接触器将电路分断 时，在其金属触点之间会产生电弧，易烧灼触 点并成为电磁干扰源；另外，在接触器运行时 还产生噪声。 • 无触点开关又称电力电子开关，它的特点是接 通迅速，无电孤火花，无噪声运行。 • 当触发信号送到晶闸管门极时，可在电源一个 周期的任何电角度导通；晶闸管接通期间门极 需有连续的触发脉冲，在门极脉冲撤除后，当 电流过零时即关断。
电力电子技术的应用和原理
电力电子技术的应用和原理1. 引言电力电子技术是一种应用在电力系统中的技术，通过将电力转换为可控的形式，实现电力的调节、变换和控制。
本文将介绍电力电子技术的应用领域和基本原理。
2. 应用领域电力电子技术在现代电力系统中有着广泛的应用，下面列举几个主要的应用领域：•变频调速：电力电子技术可以实现交流电源向直流电源的变换，通过控制电压和频率，实现对电机的调速，广泛应用于工业控制、高速列车、船舶等领域。
•可再生能源发电：电力电子技术可以实现可再生能源（如太阳能、风能）的转换和接入电力系统。
•电力传输和配电：电力电子技术可以实现高压直流输电，提高输电效率，同时可以实现电力系统的电能质量调节和稳定。
•电力负载控制：电力电子技术可以实现对电力负载的控制，如电炉、焊机、电动汽车充电桩等。
3. 基本原理电力电子技术的基本原理主要包括以下几个部分：3.1 可控硅电路可控硅是一种具有电压控制能力的电子器件，通过控制其导通和关断的时刻，可以实现对交流电的控制。
可控硅电路是电力电子技术中最常用的电力调节器件之一。
3.2 逆变器逆变器是将直流电转换为交流电的装置，其基本原理是通过可控硅等器件对直流电进行开关调制，实现交流电的输出。
逆变器在可再生能源发电和变频调速等领域有着广泛的应用。
3.3 斩波电路斩波电路是电力电子技术中的一种电力负载控制装置，通过可控硅等器件对交流电进行斩波控制，实现对电力负载的控制。
斩波电路可以实现电力负载的连续可调，广泛应用于电力控制领域。
3.4 工频变压器工频变压器是电力电子技术中的一种常见变压器形式，通过可控硅等器件控制变压器的绕组切换，实现对电压和功率的调节。
工频变压器在电力系统的电能调节和稳定中有着重要的作用。
4. 结论电力电子技术作为一种应用在电力系统中的技术，通过将电力转换为可控的形式，实现电力的调节、变换和控制。
本文介绍了电力电子技术的应用领域和基本原理，包括变频调度、可再生能源发电、电力传输和配电以及电力负载控制等。
电力电子技术的应用与发展趋势
电力电子技术的应用与发展趋势电力电子技术近年来在工业、交通、通讯、医疗等各个领域得到了广泛应用，成为现代技术的重要组成部分。
它以优良的性能和广泛的应用前景，被视为电力工业发展的重要方向之一。
一、电力电子技术的基本概念电力电子技术是针对电力系统中各类电力设备控制、变换、调节、保护等技术手段所采用的一种技术方案，主要包括把电力电子器件应用于各种电力设备，比如电源、逆变器、变频器、稳压器等，充分利用现代电力电子器件的优越特性和电气控制技术的新发展，来满足工业和民用电力不断增长的需求。
二、电力电子技术的应用领域1. 交通运输领域：电力电子技术广泛应用在交通运输领域。
例如，高速列车和地铁中的牵引变频组，能够使列车起动加速更加顺畅，减少因起步加速导致的电压跳动和降压脉冲幅值；智能交通控制设备，应用进入大城市交通拥堵问题来协助交通公交车道优先，智能导航系统等等都是电力电子技术让人们出行变得更加便捷。
2. 工业领域：目前，工业生产过程在液压、气动、电气方面都大量采用电力电子技术。
例如，3D打印、机械加工、焊接、热处理等领域的机器设备中，先进的感应逆变器、电容器电源模块和功率模块、无故障热回收器等装置，都可以加强机器设备的生产力和精度。
3. 通讯、医疗等领域：电力电子技术同样广泛应用在通讯、医疗等领域，使得人们的生活更加便捷。
例如，病人监测设备中的双选一逆变器、电量计算装置等等，让医疗设备更加精确稳定，可以保存病人的重要数据。
三、电力电子技术的发展趋势1. 次级拓扑结构和高频储能器件：在面向高性能、高可靠和多功能化的发展方向上，电力电子器件的次级拓扑结构和高频储能器件等都是关键技术。
次级拓扑结构是开关元件和电容或电感等能量存储元件组成的逆变器、变换器等电路，是电力电子技术的重要研究方向之一。
而高频储能器件在体积上较小、频率高等方面的优势，可以解决现有模块在温度、体积、重量等方面，所面对的挑战。
2. 智能化和无源治理：与传统的有源控制相比，无源控制技术有更高的可靠性、更低的成本以及更简单的电路结构。
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电位V V0
－－－－ － － －－－－ － － －－－－ － － －－－－ － －
+ +++++ + +++++ + +++++ + +++++
P型区
空间电荷 N型区
区（PN结） 电路电子技术应用
PN 结的单向导电性
PN结加正向电压、正向 偏置的意思都是：P区接 电源正极、N区接负极
在硅或锗晶体中掺入少量的五价元素磷 （或锑），晶体点阵中的某些半导体原子被杂 质取代，磷原子的最外层有五个价电子，其中 四个与相邻的半导体原子形成共价键，必定多 出一个电子，这个电子几乎不受束缚，很容易 被激发而成为自由电子，这样磷原子就成了不 能移动的带正电的离子。每个磷原子给出一个 电子，称为施主原子。
P 型半导体
N 型半导体
杂质型半导体多子和少子的移动都能形成电流。但由 于数量的关系，起导电作用的主要是多子。近似认为 多子与杂质浓度相等。
电路电子技术应用
PN 结的形成
在同一片半导体基片上，分别制造P 型半 导体和N 型半导体，经过载流子的扩散，在它 们的交界面处就形成了一个空间电荷区，即PN 结。
电路电子技术应用
空穴
+4
+4
+3
+4
硼原子
1、受主原子提供的空穴，浓度与受主原子相同。 2、本征半导体中成对产生的电子和空穴。
P 型半导体中空穴是多子，电子是少子。
电路电子技术应用
掺杂半导体的示意表示法
－－－－ － － －－－－ － － －－－－ － － －－－－ － －
+ +++++ + +++++ + +++++ + +++++
电路电子技术应用
内电场越强，就使漂 移运动越强，而阻挡 多子的扩散运动。
P型半导体
漂移运动 N型半导体
内电场E
－－－－ － － －－－－ － － －－－－ － － －－－－ － －
+ +++++ + +++++ + +++++ + +++++
空间电荷区， 也称耗尽层。
扩散运动 电路电子技术应用
扩散的结果是使空 间电荷区逐渐加宽， 形成的内电场增强。
漂移运动
P型半导体
N型半导体 内电场E
－－－－ － － －－－－ － － －－－－ － － －－－－ － －
+ +++++ + +++++ + +++++ + +++++
扩散和漂移最终将达到平衡，即P区的空穴向N区扩 散的数目与N区的空穴向P区漂移的数目相等（自由 电子也是如此），此扩时散的运空动间电荷区（即PN结）稳 定下来，厚度固定不变，对外呈电中性。
共价键中的两个电子被紧紧束缚在共价键中， 称为束缚电子，常温下束缚电子很难脱离共价 键成为自由电子，因此本征半导体中的自由电 子很少，所以本征半导体的导电能力很弱。
电路电子技术应用
本征半导体的导电机理
在绝对零度和无外界激发情况下，价电子完全 被共价键束缚，本征半导体没有可以运动的带 电粒子（即载流子），其导电能力很差 价电子一旦获得足够的能量（温度升高或受光 照）后，便可挣脱共价键的束缚，成为自由电 子，同时共价键上留下一个空位，称为空穴
子移动的结果相当于
带正电的空穴的反方
向迁移，因此认为空
电路电子技术应用
穴是载流子。
本征半导体的两端加上电压后，在电场力的作 用下，产生的电流由两部分组成：
1. 自由电子移动产生的电流。 2. 空穴移动产生的电流。
本征半导体的导电能力取决于载流子的浓度。
一定温度下，载流子（空穴和自由电子） 的产生与复合达到动态平衡。温度越高， 载流子的数目越多，本征半导体的导电 能力越强。
电路电子技术应用
空穴
+4
+4
+4
+4
自由电子
电路电子技术应用
束缚电子
本征半导体中存在数量相等的两种载流子，即 自由电子和空穴。二者同时产生，成对出现。
价电子脱离共价键后，
原子的中性被破坏，
由于出现空穴而带正
+4
+4
电，会吸引相邻原子
的价电子来填补空穴，
同时相邻原子的共价
+4
+4
键中出现空穴。价电
电工电子技术
——电子技术
电路电子技术应用
第15章 常用半导体器件
15－1 半导体的基本知识 15－2 PN结及半导体二极管 15－3 特殊二极管——稳压管 15－4 半导体三极管
电路电子技术应用
半导体及其特点
导
物质
电 性
能
导体：如金属
绝缘体：如橡皮、陶瓷、塑 料和石英
半导体：如锗、硅、砷化镓 和一些硫化物、氧化物等
电路电子技术应用
掺杂半导体
在本征半导体中掺入某些微量的杂质，就会 使半导体的导电性能发生显著变化。其原因是掺 杂半导体的某种载流子浓度大大增加。
N 型半导体：自由电子浓度大大增加的杂质半导 体，也称为电子半导体。
P 型半导体：空穴浓度大大增加的杂质半导体， 也称为空穴半导体。
电路电子技术应用
N型半导体
电路电子技术应用
半导体及其特点
半导体的导电能力受外界因素的影响很大：
• 对温度敏感 热敏元件
• 对光照敏感 光电管、光电池等光敏元件
• 掺杂 半导体二极管、三极管、场效应管、晶闸管 等半导体器件
半导体的这些特点是由其原子结构决定的
电路电子技术应用
本征半导体
本征半导体：纯净的、结构完整的半导体晶体。 应用最多的本征半导体为硅和锗，原子结构中 最外层的价电子都是四个。通过一定的工艺过 程，可以将半导体制成晶体。
本征半导体的晶体结构中，每一个原子与相邻 的四个原子结合，每个原子的一个价电子与另 一个原子的一个价电子组成共用电子对，这对 价电子是此相邻原子共有的，它们通过共价键 将相邻原子结合在一起。
电路电子技术应用
形成共价键后，每个原子的最外层电子是八 个，构成稳定结构。
+4
+4
+4
&#则排列，形成晶体。
电路电子技术应用
+4
+5
磷原子
+4 多余电子 +4
N 型半导体中 的载流子是什 么？
1、施主原子提供的电子，浓度与施主原子相同。 2、本征半导体中成对产生的电子和空穴。
自由电子浓度远大于空穴浓度。自由电子称为 多数载流子（多子），空穴称为少数载流子 （少子）。
电路电子技术应用
P型半导体
在硅或锗晶体中掺入少量的三价元素，如 硼（或铟），晶体点阵中的某些半导体原子被 杂质取代，硼原子的最外层有三个价电子，与 相邻的半导体原子形成共价键时，产生一个空 穴。这个空穴可能吸引束缚电子来填补，使得 硼原子成为不能移动的带负电的离子。由于硼 原子接受电子，所以称为受主原子。