전자 기술에 관한 300자 논문

현대 전력 전자 기술에 대한 간략한 탐구

전력 전자 기술은 전력 전자 장치를 사용하여 전기 에너지를 제어하고 변환하는 방법을 연구하는 과학으로 세 가지 주요 분야 사이에 있습니다. 전기 공학 - 전력, 전자, 제어 간의 학제간 주제는 전력, 산업, 운송, 항공우주 및 기타 분야에서 폭넓게 응용됩니다. 전력전자기술의 응용은 산업생산과 사회생활의 모든 측면에 침투하여, 효과적으로 에너지를 절약할 수 있는 전통산업과 첨단기술 분야에서 없어서는 안 될 핵심기술이 되었습니다.

1. 전력전자 기술의 발전

현대 전력전자 기술의 발전 방향은 저주파 기술을 주로 사용하여 문제를 해결하던 전통적인 전력전자에서 고주파로 발전하는 것이다. 기술 문제로 인해 현대 전력 전자의 방향이 바뀌고 있습니다. 전력전자 기술은 1950년대 후반과 1960년대 초반 실리콘 정류소자로 시작되어 정류기 시대, 인버터 시대, 주파수 변환기 시대를 거쳐 다양한 새로운 분야에 전력전자 기술의 적용을 촉진해 왔다. 1980년대 후반과 1990년대 초반에 개발된 전력 MOSFET과 IGBT로 대표되는 전력반도체 복합소자는 고주파, 고전압, 고전류가 집적되어 전통적인 전력전자 기술이 현대 전력전자 시대로 진입했음을 보여준다.

1. 정류기 시대

산업용 고전력 전력은 산업용 주파수(50Hz) 교류발전기를 통해 공급되지만, 전력의 약 20%가 DC 형태로 소비되며, 가장 많이 소비된다. 대표적인 분야로는 전기분해(비철금속 및 화학원료의 경우 DC 전기분해가 필요함), 견인(전기기관차, 전기변속기 디젤기관차, 지하철기관차, 도시트롤리버스 등), DC변속기(강철압연, 제지 등). 고전력 실리콘 정류기는 전력 주파수 교류를 높은 효율로 직류로 변환할 수 있으므로 1960년대와 1970년대에 고전력 실리콘 정류기와 사이리스터의 개발 및 응용이 크게 발전했습니다. 당시 전국 각지에 실리콘 정류기 공장을 세우려는 열풍이 불었다. 현재 전국 각지에서 실리콘 정류기를 생산하고 있는 크고 작은 반도체 제조사들이 바로 그때의 산물이다.

2. 인버터 시대

1970년대에는 전 세계적으로 에너지 위기가 발생했고, AC 모터 주파수 변환 시스템은 놀라운 에너지 절약 효과로 인해 급속히 발전했습니다. 가변 주파수 속도 조절의 핵심 기술은 직류를 0~100Hz의 교류로 변환하는 것입니다. 1970년대부터 1980년대까지 가변주파수 속도제어장치의 대중화와 함께 당시 전력전자소자의 주역은 고전력 인버터용 사이리스터, 거대전력트랜지스터(GTR), 게이트턴오프사이리스터(GT0)가 되었다. . 유사한 애플리케이션에는 고전압 DC 출력, 정적 무효 전력 동적 보상 등이 포함됩니다. 이때 전력전자 기술은 이미 정류 및 반전을 달성할 수 있었지만 동작 주파수가 낮고 중저주파 범위에 국한되었습니다.

3. 주파수 변환기 시대

1980년대 대규모, 초대형 집적회로 기술의 급속한 발전은 현대 전력 발전의 초석을 마련했다. 전자 기술. 집적 회로 기술과 고전압 및 고전류 기술의 미세 처리 기술이 유기적으로 결합되어 완전히 제어되는 새로운 전력 장치가 등장했습니다. 첫 번째는 전력 M0SFET의 출현으로 개발이 이루어졌습니다. 중소형 전원은 고주파 쪽으로, 절연 게이트 전극은 바이폴라 트랜지스터(IGBT)의 출현으로 고주파 쪽으로 중대형 전원이 개발될 수 있는 기회가 생겼습니다. MOSFET과 IGBT의 잇따른 등장은 전통적인 전력전자에서 현대 전력전자로의 전환을 상징한다. 통계에 따르면 1995년 말에는 전력 반도체 소자 시장에서 전력 MOSFET과 GTR이 동등한 수준에 이르렀고, GTR을 대체하기 위한 IGBT의 사용은 전력 전자 분야에서 최종 결정이 되었습니다. 새로운 장치의 개발은 AC 모터 주파수 변환 속도 조절을 위한 더 높은 주파수를 제공하여 성능을 더욱 완전하고 신뢰할 수 있게 만들 뿐만 아니라 현대 전자 기술이 고주파를 향해 지속적으로 발전할 수 있도록 하여 전기 분야의 고효율, 재료 및 에너지 절약을 달성합니다. 장비, 소형화, 경량화 제품의 실현을 위한 정량화, 메카트로닉스, 지능화는 중요한 기술 기반을 제공합니다.

2. 전력 전자 기술의 응용

1. 일반 산업

산업에서는 다양한 AC 및 DC 모터가 널리 사용됩니다. DC 모터는 속도 조절 성능이 좋으며, 이를 공급하는 제어 가능한 정류기 전원 공급 장치 또는 DC 초퍼 전원 공급 장치는 전력 전자 장치입니다.

최근에는 전력 전자 주파수 변환 기술의 급속한 발전으로 인해 AC 모터의 속도 조절 성능이 AC 모터의 속도 조절 기술과 비슷하며 널리 사용되고 있습니다. 전력 전자 AC 및 DC 속도 조절 기술은 수천 kW에서 수백 W에 이르는 CNC 공작 기계의 서보 모터에 이르기까지 다양한 압연기에서 광산 견인에 이르기까지 널리 사용됩니다. 속도 제어 성능에 대한 요구 사항이 높지 않은 일부 대형 송풍기도 최근 에너지 절약을 달성하기 위해 주파수 변환 장치를 채택했습니다. 시동 중 전류 충격을 피하기 위해 소프트 스타트 장치를 사용하는 속도 조절이 불가능한 모터도 있습니다. 이 소프트 스타트 장치는 전력 전자 장치이기도 합니다. 전기화학 산업에서는 다수의 DC 전원을 사용하며, 전해 알루미늄, 전해 염수 등은 모두 대용량 정류 전원을 필요로 합니다. 전기도금 장비에는 정류된 전원 공급 장치도 필요합니다. 전력 전자 기술은 야금 산업의 고주파 및 중주파 유도 가열 전원 공급 장치, 급냉 전원 공급 장치 및 DC 전기로 전원 공급 장치에도 널리 사용됩니다.

2. 교통

전력 전자 기술은 전기 철도에 널리 사용됩니다. 전기기관차 중 DC기관차는 정류장치를 사용하고, AC기관차는 주파수변환장치를 사용한다. DC 초퍼는 철도 차량에도 널리 사용됩니다. 미래 자기부상열차에서는 전력전자기술이 핵심기술이 될 것이다. 견인 모터 변속기 외에도 차량의 다양한 보조 전원 공급 장치도 전력 전자 기술과 불가분의 관계에 있습니다. 전기 자동차의 모터는 전력 변환 및 구동 제어를 위해 전력 전자 장치에 의존하며, 배터리 충전도 전력 전자 장치와 분리될 수 없습니다. 고급 자동차에는 많은 제어 모터가 필요하며, 이는 인버터와 초퍼에 의해 구동되고 제어되기도 합니다. 항공기와 선박에는 다양한 전원 공급 장치가 필요하므로 항공 및 항해는 전력 전자 기술과 분리될 수 없습니다. 엘리베이터도 교통수단으로 간주된다면 전력전자 기술도 필요합니다. 과거에는 대부분의 엘리베이터가 DC 속도 조절 시스템을 사용했지만 최근에는 AC 가변 주파수 속도 조절이 주류가 되었습니다.

3. 전력 시스템

전력 전자 기술은 전력 시스템에 널리 사용됩니다. 선진국에서는 사용자가 최종적으로 사용하는 전기에너지의 60% 이상이 전력전자 변환장치를 통해 한 번 이상 처리된 것으로 추정된다. 전력계통 현대화 과정에서 전력전자기술은 핵심기술 중 하나이다. 전력전자 기술 없이는 전력계통의 현대화를 상상할 수 없다고 해도 과언이 아닙니다. DC 전력 전송은 장거리 및 대용량 전력 전송에 큰 장점이 있습니다. 전력 전송 측의 정류 밸브와 전력 수신 측의 인버터 밸브는 모두 사이리스터 변환기 장치를 사용합니다. 최근 개발된 FACTS(Flexible Alternating Current Transmission) 역시 전력 전자 장치에 의존합니다. 무효 전력 보상 및 고조파 억제는 전력 시스템에 매우 중요합니다. 사이리스터 제어 리액터(TCR)와 사이리스터 스위치드 커패시터(TSC)는 중요한 무효 전력 보상 장치입니다. 최근 등장한 SVG(Static Var Generator), APF(Active Power Filter) 등 새로운 전력전자소자는 무효전력과 고조파 보상 성능이 더욱 우수하다. 배전망 시스템에서도 전력전자기기를 사용하여 순간정전, 순간전압강하, 플리커 등을 방지하여 전력품질을 제어하고 전원품질을 향상시킬 수 있습니다.

변전소에서는 운영 체제에 안정적인 AC 및 DC 작동 전력을 제공하고 배터리를 충전하기 위해 전력 전자 장치가 필요합니다.

4. 전자 장치용 전원 공급 장치

다양한 전자 장치에는 일반적으로 서로 다른 전압 레벨의 DC 전원 공급 장치가 필요합니다. 통신 장비의 프로그램 제어 스위치에 사용되는 DC 전원은 예전에는 사이리스터 정류 전원이었으나 현재는 완전 제어 장치를 사용한 고주파 스위칭 전원으로 변경되었습니다. 대형 컴퓨터에 필요한 작동 전원 공급 장치와 마이크로 컴퓨터 내부 전원 공급 장치도 이제 고주파 스위칭 전원 공급 장치를 사용합니다. 과거에는 다양한 전자 장치에 선형 조정 전원 장치가 많이 사용되었습니다. 소형, 경량, 고효율로 인해 선형 전원 장치는 점차 고주파 스위칭 전원 장치로 대체되었습니다. 다양한 정보기술 기기는 전력을 공급하기 위해 전력전자장치가 필요하기 때문에 정보전자기술은 전력전자기술과 불가분의 관계에 있다고 할 수 있다.

5. 가전제품

조명은 가전제품에서 매우 중요한 위치를 차지합니다. 전력 전자 조명 전원 공급 장치는 크기가 작고 발광 효율이 높으며 많은 에너지를 절약할 수 있기 때문에 종종 "에너지 절약형 램프"라고 불리며 점차 전통적인 백열등 및 형광등을 대체하고 있습니다.

인버터 에어컨은 전력전자 기술을 가전제품에 적용한 대표적인 사례다. 텔레비전, 오디오 기기, 가정용 컴퓨터 등 전자 기기의 전원 공급 부품에도 전력 전자 기술이 필요합니다. 또한 일부 세탁기, 냉장고, 전자레인지 및 기타 가전제품도 전력전자 기술을 사용합니다. 전력전자 기술은 가전제품에 널리 활용되며 우리 생활과 매우 밀접하게 연관되어 있습니다.

6. 기타

무정전전원공급장치(UPS)는 현대 사회에서 점점 더 중요한 역할을 하고 있으며, 이미 전력 전자 제품의 상당 부분을 차지하고 있습니다. . 공유하다. 항공우주 비행체에 들어가는 각종 전자기기에는 전원이 필요하며, 유인우주선 역시 인간의 생존과 작업을 위해 다양한 전원과 불가분의 관계에 있다. 전통적인 발전 방식에는 화력 발전, 수력 발전, 이후 원자력 발전이 있습니다. 에너지 위기 이후 다양한 신에너지원, 신재생에너지원, 신발전방식이 주목을 받고 있다. 그 중에서도 태양광 발전과 풍력 발전이 급속도로 발전하고 있으며, 연료전지가 더욱 주목을 받고 있습니다. 태양광 발전과 풍력 발전은 환경에 의해 제한되고, 방출되는 전력의 품질이 좋지 않으며, 완충을 위해 에너지 저장 장치가 필요한 경우가 많고 전력 품질을 향상시켜야 하기 때문에 전력 전자 기술이 필요합니다. 전력 시스템에 연결해야 하는 경우 전력 전자 기술도 필수적입니다. 수력 자원을 합리적으로 활용하기 위해 최근 양수 에너지 저장 발전소가 주목을 받고 있습니다. 대형 전기 모터의 시동 및 속도 조절에는 전력 전자 기술이 필요합니다. 초전도 에너지 저장은 미래 에너지 저장 방식으로, 강력한 DC 전원 공급 장치가 필요하며, 이는 전력 전자 기술과도 불가분의 관계입니다. 핵융합로가 강한 자기장을 발생시켜 에너지를 주입하려면 전력전자소자인 대용량 펄스 전원장치가 필요하다. 과학 실험이나 일부 특별한 경우에는 전력 전자 기술이 사용되는 특수 전원 공급 장치가 필요한 경우가 많습니다. 과거에는 전력전자 기술의 적용이 중전력과 고전력에 집중되어 있었습니다. 이제 1kW 이하, 심지어 수십 W 이하의 전력 범위에서도 전력전자 기술의 적용이 점점 더 광범위해지고 그 위상이 더욱 중요해지고 있습니다. 이는 중요한 발전 추세가 되었으며 사람들의 관심을 받을 가치가 있습니다.

간단히 말하면 전력 전자 기술은 다양한 응용 분야를 가지고 있습니다. 우주와 자연에 대한 인간의 탐구에서부터 국가 경제의 다양한 분야, 생활 필수품에 이르기까지 전력전자 기술의 존재와 큰 매력은 어디에서나 느껴집니다. 이는 또한 여러 세대의 학자 및 엔지니어링 기술자들이 전력 전자 기술을 신속하게 연구, 연구 및 개발하도록 영감을 주었습니다. 전력전자기기는 다양한 DC전원, 정주파 AC전원, 가변주파 AC전원을 부하에 공급한다. 따라서 전력전자기술에 대한 연구도 전원기술이라고 할 수 있다. 전력 전자 기술은 전기 에너지 절약에 큰 의미를 갖습니다. 특히 대량으로 사용되는 조명전원은 물론 대형팬, 워터펌프 등의 가변주파수 속도조절 용도에 있어 전력전자기술의 에너지절감 효과가 매우 크기 때문에 에너지절약이라고도 한다. - 절약 기술.