【电子通识】什么是电力电子

2024-06-03 23:52
文章标签 通识 电力 电子

本文主要是介绍【电子通识】什么是电力电子,希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值,需要的开发者们随着小编来一起学习吧!

什么是电力电子

        在日常生活中,电能变换的需求无处不在。比如给手机充电,充电器从插座220V交流电取电并转换为手机电池所需的5V或者其他幅度的直流电输送给手机,这就完成了最简单的AC-DC电能转换。除此之外,还有空调、电视、新能源车等更多电能变换的需求。强烈的电能变换需求,催生了电力电子,电力电子是一门电能高效变换以及控制的学科。

什么是电力电子学?

        电力电子历史悠久。电子管的诞生可以追溯到1904年,晶体管也是在1947年就问世了。电力电子元年被认定为1957年,也就是半控制型晶闸管出现的年份,晶闸管的出现让电力变换更方便人为可控。

        常见的PWM技术引入于1961年,IGBT的量产在1988年,宽禁带半导体出现在1991年,直到今天,更多的新型半导体和半导体测试方案在不断问世,比如“双脉冲测试”。

 
        电力电子学是一门交叉学科,它包含了电子学、电力学和控制理论电气工程三大学科。

        其中,电子学是物理学的一门分支学科,专门研究电子、电子装置、电子电路等课题,利用包括"有源器件"(例如真空管、二极管、三极管、集成电路)和与之相关的"无源器件"等电子元件,来构成电路的互连技术。

        电力学是以探讨大电流(强电),高功率的电路为主的科学,其主要基础是建构在工程数学、电路学、电子学及电磁学。电力领域分成电力系统及电力电子等领域,并大量地应用于发电、供电、输电、配电、电能转换、电力使用及电力转换器等相关技术。电力学的组成包括:电力电子器件(半导体器件)、电力电子变换器、电力电子系统动力学、电力电子可靠性分析。对于电力电子的测试测量,很多时候就是解决可靠性问题。

        控制理论一般的目的是借由控制器的动作让系统稳定,也就是系统维持在设定值,而且不会在设定值附近晃动。设定值一般维持不变的控制称为调节,设定值快速变化,要求跟踪速度加速度等的控制称为伺服。

电力电子学的几个方面

电子电子器件

        电子电子器件包括常见的电阻、电容、二极管、MOSFET、IGBT等。如下图可知,不同的功率器件所对应的应用不同。比如IGBT,频率范围在几百Hz~几十kHz,功率范围在几kW~几百kW,多用于汽车、UPS、机器人、电焊等场景。

        而MOSFET频率范围更高,是十kHz~几百kHz,但是功率范围更低一些,在几W~几kW,常见的应用场景是汽车、开关电源、音视频设备等。

电力电子变换器

        电力电子应用的重点,也是测试测量的重中之重。常见的变换器有AC-DC整流器、DC-DC变压器、DC-AC逆变器、AC-AC变换器(包含AC-DC-AC)

  • AC-DC变换器随处可见,比如我们手边的手机充电器、笔记本充电器。
  • DC-DC变换器多见于电源板,消费类终端等,比如我们手边的充电宝,电脑主板上的DC-DC降压电源。
  • DC-AC逆变器近年火热,比如耳熟能详的光伏、储能等。
  • AC-AC变换器,常见形式有变压器和变频器。
     

电力电子材料

        电子电子涉及的材料很多,比如近年来最热门的碳化硅(SiC)和氮化镓(GaN)。两种材料和IGBT、MOSFET等有根本的区别。

        举个例子,如果IGBT和MOSFET相当于耳环和戒指,那么SiC和GaN就相当于黄金和铂金,一个是器件,一个是材料。

        那么SiC和GaN又有何区别呢?首先两者的晶体结构不同,如下图
 


        更易懂的是,两者的应用是不同的。从下图可知,SiC的频率范围是几十几百Hz~几百kHz,功率范围是几kw~10Mw,多用于新能源汽车、动车、电网、工业机车等应用,而GaN的频率范围更高,为几十kHz~几MHz,功率范围更低,为几w~几十kw,应用场景多为手机充电器、显示屏、小功率电源等。 

电力电子的典型测量项目和测试设备

        电力电子的典型测量项包括功耗/效率/待机功率、电压和电流波形分析、纹波/噪声、电流/瞬态响应、启动/关闭序列、PWM调制分析、EMC/谐波分析等。

        在测量方面的挑战,包括在多个信号通道上的浮地测量、越来越快的上升/下降沿带来的高带宽需求与EMC问题、大共模电压下的小电压测量、不同要求下的不同电压水平测量与电流测量等等。

        总体来讲,电的生命周期可分为生成、存储、传输、转换、消耗等阶段。各阶段可能用到的测试设备如下所示:

        生成阶段:常见的生成方式有水力发电、火力发电、核电、风光发电等,常用的测试设备有电源、电子负载、手持仪表等。

        存储阶段:常见的短时储能方式有锂离子电池储能、铅蓄电池储能、超级电容储能等,常见的长时储能方式有抽水储能、氢储能、压缩空气储能等,常用的测试设备有电源、电子负载、示波器、手持仪表等。

        转换阶段:常见的有AC-DC、DC-DC、DC-AC、AC-AC等,常用的测试设备有示波器、电源、电子负载、功率分析仪、LCR表。

        消耗阶段:消耗方式和各种不同的用电设备有关,常见的测试设备有示波器、电源、功率分析仪。

 

总结

        电力电子是一门电能高效变换以及控制的学科。电力电子学是一门包含了电子学、电力学和控制理论电气工程的交叉学科。

这篇关于【电子通识】什么是电力电子的文章就介绍到这儿,希望我们推荐的文章对编程师们有所帮助!



http://www.chinasem.cn/article/1028475

相关文章

Spring Boot集成PDFBox实现电子签章

概述 随着无纸化办公的普及,电子文档的使用越来越广泛。电子签章作为一种有效的身份验证方式,在很多场景下替代了传统的纸质文件签名。Apache PDFBox 是一个开源的Java库,可以用来渲染、生成、填写PDF文档等操作。本文将介绍如何使用Spring Boot框架结合PDFBox来实现电子签章功能。 准备工作 环境搭建:确保你的开发环境中安装了JDK 8或更高版本,并且配置好了Maven或

【电子通识】半导体工艺——保护晶圆表面的氧化工艺

在文章【电子通识】半导体工艺——晶圆制造中我们讲到晶圆的一些基础术语和晶圆制造主要步骤:制造锭(Ingot)、锭切割(Wafer Slicing)、晶圆表面抛光(Lapping&Polishing)。         那么其实当晶圆暴露在大气中或化学物质中的氧气时就会形成氧化膜。这与铁(Fe)暴露在大气时会氧化生锈是一样的道理。 氧化膜的作用         在半导体晶圆

文章解读与仿真程序复现思路——电力自动化设备EI\CSCD\北大核心《考虑燃料电池和电解槽虚拟惯量支撑的电力系统优化调度方法》

本专栏栏目提供文章与程序复现思路,具体已有的论文与论文源程序可翻阅本博主免费的专栏栏目《论文与完整程序》 论文与完整源程序_电网论文源程序的博客-CSDN博客https://blog.csdn.net/liang674027206/category_12531414.html 电网论文源程序-CSDN博客电网论文源程序擅长文章解读,论文与完整源程序,等方面的知识,电网论文源程序关注python

电子电气架构---私有总线通信和诊断规则

电子电气架构—私有总线通信和诊断规则 我是穿拖鞋的汉子,魔都中坚持长期主义的汽车电子工程师。 老规矩,分享一段喜欢的文字,避免自己成为高知识低文化的工程师: 屏蔽力是信息过载时代一个人的特殊竞争力,任何消耗你的人和事,多看一眼都是你的不对。非必要不费力证明自己,无利益不试图说服别人,是精神上的节能减排。 无人问津也好,技不如人也罢,你都要试着安静下来,去做自己该做的事.而不是让内心的烦躁、

电子发射与气体导电

物理电磁学练习题:电子发射与气体导电 说明: 以下题目考察对电子发射和气体导电基本概念的理解和应用。 1. 解释以下概念:      (a) 热电子发射      (b) 光电效应      © 逸出功      (d) 等离子体 2. 比较并对比热电子发射和光电效应的异同。 3. 钨的逸出功为 4.5 eV。      (a) 计算能够从钨表面发射电子的最长波长光。      (b) 如

【电子通识】洁净度等级划分及等级标准

洁净度常用于评估半导体、生物制药、医疗、实验室及科研院所、新能源等领域的洁净室、无尘室或者无菌室等环境。         一般来说,晶圆光刻、制造、测试等级为100级或1000级的洁净间,百级洁净间要求空气中0.5微米的尘埃粒子数不得超过每立方米3520个;等级为1000级的洁净间要求0.5微米的尘埃粒子数不得超过每立方米35200个。         晶圆切割或封装工序一

最新!全国电力设计院排行榜!跳槽必看!

近日,权威机构电规协发布《2023年电力勘测设计行业统计分析与报告》,这个报告整整160页,看得是头昏眼花。 这个报告内容很多,整理出最关心和最关键的数据,展示给读者们。 要说大家最关心的肯定是排名啦,立马安排上,大家可以看看是否有自家公司,没有的赶紧跳槽哈,就照这个排名投简历。 一起看看全国电力设计院排行榜前十名吧: 1. 新签合同额前十名单位(入围门槛290.97亿元)分别为: 中国

CIOE中国光博会&电巢科技即将联办“智能消费电子创新发展论坛”

在科技浪潮汹涌澎湃的当下,从通信领域的高速光传输,到消费电子中的高清显示与先进成像技术,光电技术的应用范围不断拓展且日益深化。而AIGC 凭借其丰富的内容供给与个性化反馈能力,正为新一代消费电子及智能穿戴产品开辟崭新的发展路径。但与此同时,AI 技术的快速推进不仅对硬件性能提出了更为苛刻的要求,也给整个光电行业带来了诸多挑战,如技术创新的瓶颈、市场竞争的加剧以及产业链协同的复杂性等。

基于PHP+MySQL组合开发的智能电子企业名片小程序源码系统 带完整的安装代码包以及搭建部署教程

系统概述 本系统采用PHP作为后端开发语言,结合MySQL数据库管理系统,构建了一个稳定、高效、可扩展的服务器端架构。PHP以其广泛的社区支持、丰富的库资源和良好的跨平台性,成为开发Web应用的理想选择。而MySQL作为开源的关系型数据库管理系统,以其高性能、低成本和易用性,成为中小型网站和应用的数据库首选。两者结合,确保了系统的高可用性和数据安全性。 代码示例 系统特色功能一览 一、

北京君正低功耗MCU芯片应用在柯氏音法电子血压计

汉王科技,作为一家在中关村有着30年品牌历史的人工智能企业,始终致力于利用先进技术提升人们的生活品质。近日,继血压计KSY-FF660上市掀起血压测量新标准后,汉王科技再次突破行业创新,推出一体式柯氏音法电子血压计FY730,为人们的健康管理带来了更为精准便携的全新体验。   一体式设计精准便携 带着健康出发   汉王柯氏音法电子血压计FY7