技术微课堂丨科普篇：电力电子无处不在

电力电子技术起源于20世纪50年代半导体器件的发明，其核心是利用各类电子器件实现电能的变换和控制，发展至今已作为一种成熟的电力工程技术应用于各个领域。小到家用电器与设备电源，大到工业制造与军工领域，随处可见电力电子的身影。

本文中森木磊石将对电力电子技术常见应用场景进行介绍。

 

民用领域

电力电子技术在民用领域内应用广泛，电子设备充电器、照明设备、家用电器、通信设备以及公共交通等领域均有其应用场景。

1.电子设备充电器

由于家用电子设备（如手机、平板、笔记本电脑、相机等）多采用锂电池供电，充电器需要将 220V 交流电转换为锂电池充电所需的直流电。充电器内包含整流与隔离降压电力电子拓扑，实现交流-直流以及高压-低压的电能转换。

 

2.照明设备

在照明领域，基于电子感应技术及电力电子技术的LED智能照明系统应用广泛。该系统利用电力电子技术的智能化、自动化管理优势，精准控制照明亮度和照明时间。并利用电力电子高频软开关技术，提升照明设备的可靠性、减少灯具的电能消耗。

 

3.家用电器

随着家用电器智能化、网络化、信息化的发展，电力电子技术在家用电器中的应用愈发广泛。如电力电子技术中的变频技术被广泛应用于家用电器中（如变频空调、洗衣机等）。

变频技术具有卓越的调速性能，能够避免电机启动冲击，有效提高电机使用寿命；同时，变频技术还有显著的节能作用，提升设备运行电效率。

 

4.通信设备

由电力电子器件构成的高频开关电源具有体积小、重量轻、效率高的特点，在各类信息技术装置中普遍应用，如：通讯基站、网络服务器等。此外，在有大型计算机的场合往往需要不间断电源（UPS）供电，UPS内包含整流与逆变电力电子拓扑，是一种典型的电力电子装置，UPS设备的工作流程如图所示。

UPS设备工作流程

5.公共交通

电力电子技术在电气化铁路的建设中也扮演着至关重要的角色。除了直流机车采用的整流装置以及交流机车采用的变频装置外，直流斩波器也广泛应用于铁道车辆。此外，电气机车中的各类辅助电源装置也都离不开电力电子技术。

 

工业领域

在工业领域，各类工业设备的电源装置以及电机控制装置均依赖于电力电子集成电路实现。

1.工业电源装置

由于各类工业设备的供电需求不尽相同，工业电源装置的核心就是按照供电需求对380V交流电能进行转换。如电化学工业领域中电解与电镀所需的直流电源，工业焊接与切割采用的脉冲激光电源，冶金工业领域中采用的感应加热电源、直流电弧炉电源以及微波电源等，均为电力电子电源设备。

 

2.电机控制装置

电力电子变频技术的发展对于交流电机调速性能的提升有着卓越的贡献。大至数千千瓦的轧钢机，小至几百瓦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流调速技术。一些对调速性能要求不高的场合（如大型鼓风机）近年来也采用了变频装置，以达到节能的目的。

交流变频调速

清洁能源领域

电力电子技术是各类可再生能源开发与应用的关键技术，也是分布式发电大力发展的关键技术。

1.清洁能源发电

由于清洁源发电的输入随环境与季节变化，其发电侧输出的电压与频率也随之不断变化。为了保障清洁能源发电的顺利并网，发电侧与电网侧需要借助电力电子技术进行电压与频率变换。

常见的电力变换有直流-交流变换（如光伏发电与储能电站）以及交流-直流-交流变换（如风力发电与水力发电）。

 

2.电动汽车

电能在电动汽车动力系统内部、车辆与外部电网之间的利用十分高效，这依赖于电力电子技术。电动汽车的核心三电系统中，电驱就是典型的电力电子变换器，将电池直流转换为直接驱动电机的交变电能，驱动汽车前进；额外的，电动汽车内部，为电动转向供电的低压DC-DC变换装置、汽车各个子控制器供电电源，都是电力电子技术的体现。

此外，电动汽车充电装置所包含的 PFC整流电路、隔离型DC-DC 均依赖于电力电子技术实现。

军工领域

军工领域中，电力电子技术在各类军工电源以及军工电子装置中有着至关重要的地位。如雷达发射机采用的高压开关电源，雷达导航装置采用的高压脉冲电源，有深海工作需求的军事设备采用的深海电源，均需依赖于电力技术进行定制开发。

此外，军用通信设备电源以及军用装置辅助电源为军工装置的精确控制提供保障。

 

特种电源领域

特种电源主要应用于前沿科学技术研究和新兴产业中，它具有技术指标特殊、研制难度大、定制化程度高等特点。随着国防科技以及民用科技的不断发展，各个领域对特种电源的需求越来越多。

众多大科学装置均涉及到特种电源：如可控核聚变装置采用的PSM电源，粒子加速器采用的高精度直流稳压电源、医疗设备采用的高压脉冲电源（如CT机、X射机光机）等，这些电源均是电力电子技术的体现。

 

电力电子技术已广泛应用于各个领域中，让我们的工作和生活更加绿色节能，舒适便捷。那么，怎样让电能变换成我们需要的模样，或从交流到直流、或从低压到高压，乖乖的为我们所用呢？

下节课，森木磊石会继续为大家分享『电力电子技术如何实现电能的变换和控制』，为大家讲解电能变换的原理和方法，揭开电力电子技术的神秘面纱。我们下期微课堂再见。