侯斌

摘要：數(shù)字電子技術(shù)的發(fā)展經(jīng)歷了整流器時(shí)代、逆變器時(shí)代、變頻器時(shí)代，其應(yīng)用范圍十分廣泛，滲透到各個(gè)領(lǐng)域，對它的研究具有十分重要的意義。

關(guān)鍵詞：數(shù)字電子技術(shù) 應(yīng)用

1 概念

數(shù)字電子技術(shù)主要研究各種邏輯門電路、集成器件的功能及其應(yīng)用，.邏輯門電路組合和時(shí)序電路的分析和設(shè)計(jì)、 集成芯片各腳功能。555定時(shí)器等。 隨著計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)突飛猛進(jìn)地發(fā)展，用數(shù)字電路進(jìn)行信號處理的優(yōu)勢也更加突出。為了充分發(fā)揮和利用數(shù)字電路在信號處理上的強(qiáng)大功能，我們可以先將模擬信號按比例轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，然后送到數(shù)字電路進(jìn)行處理，最后再將處理結(jié)果根據(jù)需要轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的模擬信號輸出。自20世紀(jì)70年代開始，這種用數(shù)字電路處理模擬信號的所謂"數(shù)字化"浪潮已經(jīng)席卷了電子技術(shù)幾乎所有的應(yīng)用領(lǐng)域。

2 數(shù)字電子技術(shù)的發(fā)展

現(xiàn)代電力電子技術(shù)的發(fā)展方向是從以低頻技術(shù)處理問題為主的傳統(tǒng)電力電子學(xué)，向以高頻技術(shù)處理問題為主的現(xiàn)代電力電子學(xué)方向轉(zhuǎn)變。電力電子技術(shù)起始于五十年代末六十年代初的硅整流器件，其發(fā)展先后經(jīng)歷了整流器時(shí)代、逆變器時(shí)代和變頻器時(shí)代，并促進(jìn)了電力電子技術(shù)在許多新領(lǐng)域的應(yīng)用。八十年代末期和九十年代初期發(fā)展起來的、以功率MOSFET和IGBT為代表的、集高頻、高壓和大電流于一身的功率半導(dǎo)體復(fù)合器件，表明傳統(tǒng)電力電子技術(shù)已經(jīng)進(jìn)入現(xiàn)代電力電子時(shí)代。

2.1 整流器時(shí)代

大功率的工業(yè)用電由工頻50Hz交流發(fā)電機(jī)提供，但是大約20%的電能是以直流形式消費(fèi)的，其中最典型的是電解（有色金屬和化工原料需要直流電解）、牽引（電氣機(jī)車、電傳動的內(nèi)燃機(jī)車、地鐵機(jī)車、城市無軌電車等）和直流傳動（軋鋼、造紙等）三大領(lǐng)域。大功率硅整流器能夠高效率地把工頻交流電轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟姡虼嗽诹甏推呤甏?，大功率硅整流管和晶閘管的開發(fā)與應(yīng)用得以很大發(fā)展。目前全國許多制造硅整流器的半導(dǎo)體廠家就是當(dāng)時(shí)的產(chǎn)物。

2.2 逆變器時(shí)代

七十年代出現(xiàn)了世界范圍的能源危機(jī)，交流電機(jī)變頻調(diào)速因節(jié)能效果顯著而迅速發(fā)展。變頻調(diào)速的關(guān)鍵技術(shù)是將直流電逆變?yōu)?～100Hz的交流電。在七十年代到八十年代，隨著變頻調(diào)速裝置的普及，大功率逆變用的晶閘管、巨型功率晶體管（GTR）和門極可關(guān)斷晶閘管（GT0）成為當(dāng)時(shí)電力電子器件的主角。這時(shí)的電力電子技術(shù)已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)整流和逆變，但工作頻率較低，僅局限在中低頻范圍內(nèi)。

2.3 變頻器時(shí)代

進(jìn)入八十年代，大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路技術(shù)的迅猛發(fā)展，為現(xiàn)代電力電子技術(shù)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。將集成電路技術(shù)的精細(xì)加工技術(shù)和高壓大電流技術(shù)有機(jī)結(jié)合，出現(xiàn)了一批全新的全控型功率器件、首先是功率M0SFET的問世，導(dǎo)致了中小功率電源向高頻化發(fā)展，而后絕緣門極雙極晶體管（IGBT）的出現(xiàn)，又為大中型功率電源向高頻發(fā)展帶來機(jī)遇。MOSFET和IGBT的相繼問世，是傳統(tǒng)的電力電子向現(xiàn)代電力電子轉(zhuǎn)化的標(biāo)志。到1995年底，功率M0SFET和GTR在功率半導(dǎo)體器件市場上各占一半，IGBT取代GTR已成定論。新型器件的發(fā)展不僅為交流電機(jī)變頻調(diào)速提供了較高的頻率，使其性能更加完善可靠，為用電設(shè)備的高效節(jié)能、實(shí)現(xiàn)小型輕量化、機(jī)電一體化和智能化提供了重要的技術(shù)基礎(chǔ)。

3 數(shù)字電子技術(shù)的應(yīng)用

3.1 一般工業(yè)

工業(yè)中大量應(yīng)用各種交直流電動機(jī)。其具有良好的調(diào)速性能，是由可控整流電源或直流斬波電源供電。近年來，由于變頻技術(shù)的迅速發(fā)展，使得交流電機(jī)的調(diào)速性能可與直流電機(jī)相媲美。大至數(shù)千千瓦的各種軋鋼機(jī)，小到幾百瓦的數(shù)控機(jī)床的伺服電機(jī)，以及礦山牽引等場合都廣泛采用電力電子交直流調(diào)速技術(shù)。一些對調(diào)速性能要求不高的大型鼓風(fēng)機(jī)、電鍍、電解鋁、電解食鹽水等都需要大容量整流電源。電力電子技術(shù)還大量用于高頻、中頻感應(yīng)加熱電源、淬火電源及直流電弧爐電源等場合。

3.2 交通運(yùn)輸

電氣化鐵道中廣泛采用電力電子技術(shù)。其直流機(jī)車中采用整流裝置，交流機(jī)車采用變頻裝置。直流斬波器也廣泛用于鐵道車輛。電動汽車的電機(jī)靠電力電子裝置進(jìn)行電力變換和驅(qū)動控制，其蓄電池的充電也離不開電力電子裝置。一臺高級汽車中需要許多控制電機(jī)，也要靠變頻器和斬波器驅(qū)動并控制。飛機(jī)、船舶需要很多不同要求的電源，它們都離不開電力電子技術(shù)。

3.3 電力系統(tǒng)

電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)中有著非常廣泛的應(yīng)用。發(fā)達(dá)國家在用戶最終使用的電能中，有60%以上的電能至少經(jīng)過一次以上電力電子變流裝置的處理。電力系統(tǒng)的現(xiàn)代化離不開電力電子技術(shù)。直流輸電在長距離、大容量輸電時(shí)有很大的優(yōu)勢，其送電端的整流閥和受電端的逆變閥都采用晶閘管變流裝置。近年發(fā)展起來的柔性交流輸電（FACTS）也是依靠電力電子裝置才得以實(shí)現(xiàn)的。晶閘管控制電抗器（TCR）、晶閘管投切電容器（TSC）、靜止無功發(fā)生器（SVG）、有源電力濾波器（APF）等新型電力電子裝置具有更為優(yōu)越的無功功率和諧波補(bǔ)償?shù)男阅?。在配電網(wǎng)系統(tǒng)，電力電子裝置還可用于防止電網(wǎng)瞬時(shí)停電、瞬時(shí)電壓跌落、閃變等，以改善供電質(zhì)量。

3.4 電子裝置用電源

由于高頻開關(guān)電源體積小、重量輕、效率高，現(xiàn)在已逐漸取代了線性電源。各種電子裝置一般都需要不同電壓等級的直流電源供電。通信設(shè)備中的程控交換機(jī)、大型計(jì)算機(jī)所需的工作電源、微型計(jì)算機(jī)內(nèi)部的電源都采用全控型器件的高頻開關(guān)電源。所以各種電子裝置離不開電力電子技術(shù)。

3.5 家用電器

家用電器中照明用節(jié)能燈、變頻空調(diào)器、電視機(jī)、音響設(shè)備、家用計(jì)算機(jī)、有些洗衣機(jī)、電冰箱、微波爐等電器設(shè)備的電源都需要電力電子技術(shù)。電力電子技術(shù)廣泛用于家用電器使得它和我們的生活變得十分貼近。

3.6 其它

不間斷電源（UPS）、航天飛行器中的各種電子儀器所需要電源都離不開電力電子技術(shù)?；鹆Πl(fā)電、水力發(fā)電、核能發(fā)電、太陽能發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電等離不開電力電子技術(shù)。超導(dǎo)儲能是未來的一種儲能方式，它需要強(qiáng)大的直流電源供電，這也離不開電力電子技術(shù)。核聚變反應(yīng)堆在產(chǎn)生強(qiáng)大磁場和注入能量時(shí)，需要大容量的電力電子裝置提供脈沖電源?？茖W(xué)實(shí)驗(yàn)或某些特殊場合，常常需要一些特種電源。以前電力電子技術(shù)的應(yīng)用偏重于中、大功率。現(xiàn)在，在1kW以下，甚至幾十W以下的功率范圍內(nèi)，電力電子技術(shù)的應(yīng)用也越來越廣。

4 結(jié)語

數(shù)字電子裝置提供給負(fù)載的是各種不同的直流電源、恒頻交流電源和變頻交流電源，它研究的也就是電源技術(shù)。在大型風(fēng)機(jī)、水泵采用變頻調(diào)速方面以及使用量十分龐大的照明電源等方面，電力電子技術(shù)的節(jié)能效果十分顯著，因此它也被稱為是節(jié)能技術(shù)。其廣泛的應(yīng)用激發(fā)了許多學(xué)者和工程技術(shù)人員學(xué)習(xí)、研究電力電子技術(shù)并使其飛速發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

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