電力電子新聞課程包括電力電子的技術解釋，數學概念和電子模拟。

電力電子在當今技術中發揮着至關重要的作用，能源管理也變得非常重要。除了安全性之外，提高所有設備的效率也是保護環境的責任。

本課程将以廣泛的主題為特色，這些主題将以簡單易懂的方式涵蓋。它将包括各種技術解釋，數學概念，圖表和電子模拟。

電流是電荷在導電空間中的有序運動和位移。後者通常由銅，銀，鋁或金等金屬制成。

一個端子和另一個端子之間存在任何電位差（電壓）會導緻這種運動。如果電路兩端之間的電勢相等，電子将由于熱攪動而無序地向所有方向移動。

在這種情況下，它們的運動沒有熱效應，它們的行為類似于池塘中的靜水。另一方面，如果充電電池在兩個極端之間連接，則電子的運動變得有序，因為在電路内會産生電位差。電子以極快的速度有組織和有序地移動，以恢複系統中的平衡，從負極到正極，從一個原子到另一個原子，就像管内水的強制流動一樣。按照慣例，使用電流的方向，從正極到負極。電流最重要的特征之一是時間上通過某個空間的量;即在一定時間間隔内通過導體的電子量。在國際體系中，電流的測量單位是安培。根據下面的公式，1 A相當于導體導線中每秒約6.28×10^18的電子數通過：

當電流流過導體時，會産生熱量，因為每個導體都會對電流産生一定的阻力。耗散（和未使用）的功率必須通過出色的冷卻系統進行處理，這些系統通常很重，笨重且昂貴。了解電流安培數非常重要，因為流入導體的電流越多，産生的熱量就越多（見圖1）。您可以通過觸摸堅固的電氣設備（如電烤箱或洗衣機）的電纜來體驗這種加熱效果。通過測量産熱，您可以适當地調整電線的尺寸和截面，以避免過熱，甚至在導體無法承受傳輸中的電流量時發生火災。圖1顯示了兩個電導體。底部被幾個電子穿過，其工作溫度相當低。頂部有許多電子交叉，其工作溫度非常高。在這種情況下，設計人員必須立即進行幹預，以修改電路或以不同的方式确定連接系統的尺寸。

圖1

圖 1：電子在導體中的通過産生與其數量成比例的熱量。

電力電子系統的基本特征之一是它們以非常高的能效運行。如果連接所有量的數學概念沒有得到很好的理解，就不能談論電流、電壓、功率和電阻。歐姆定律将電路運行中涉及的所有電氣參數結合在一起，并且不可能忽略作為電氣元件計算和尺寸基礎的公式。

歐姆定律

歐姆定律是一個公式，描述了幹預電路的基本量之間的關系;即電路内的電壓、電流、電阻和功率。電力電子學是通用電子學的一個領域，研究在電流大于5-10 A時管理電流的方法。換句話說，如果你想設計一個處理幾毫安微弱電流的小型放大器，你不需要電力電子設備。相反，如果您需要設計能夠提供20至30 A電流的電源，那麼電力電子設備就會發揮作用。

圖2顯示了兩個基本的電氣圖。左邊的那個與15個LED的照明系統有關，通過直接連接到230-VAC的家庭電網中。雖然該系統在相當高的電壓下工作，但它不是電源電路，因為隻有幾毫安的電流通過它。相反，右邊的電路是高功率解決方案，因為它指的是在低電壓下工作時可以提供20 A電流的電源。

圖2

圖2：低功率（左）和高功率（右）接線圖

電力電子學的概念已經發展，如今它與與功率轉換，其控制和相對效率相關的技術相關聯。該領域還與适用于能源轉型的所有電氣和電子系統密切相關。對電力電子學中進行的電路的研究主要集中在能量的轉換效率上。

能源是一種非常寶貴的資源，必須以盡可能便宜的方式使用。正是出于這個原因，電子設備中的散熱和功率損耗必須最小化。換句話說，從設備輸入傳遞到輸出的能量不應該經曆減少和耗散。電力電子系統的應用越來越多，并且跨越了不同的領域。DC/DC、AC/DC 和 AC/AC 轉換器、不間斷電源、電池充電器和電源隻是功率因數校正和絕緣概念發揮作用的一些示例。在企業，工廠甚至家庭中，有許多設備會吸收大量的能量。它們必須以最佳方式設計，以确保極高的安全性和可靠性，但最重要的是，要超過政府和當局規定的規格，以獲得認證。電力電子的目的是節省電力，降低運營成本并提高電氣系統的安全性。

在電力電子中，效率為99.9%的設備能夠使用所有可用能量而不會浪費。

另一方面，效率為45%的設備能夠使用不到發電機吸收的功率的一半，其餘部分在未使用的熱量中損失。有些應用中的設備需要産生熱量，例如廚房烤箱和加熱器。在大多數應用中，有效利用能源是一個關鍵因素。效率高于95%可帶來出色的結果，但現代設備可實現更高的效率。電路的效率越高，浪費的能量就越少，從而導緻熱量排放和電子元件平均壽命的縮短。為了最大限度地減少能量損失，在開關和高頻模式下，将電源電路中的電子設備和組件用作電子開關，以最大限度地降低功耗。對于非常高功率的轉換器，即使是很小一部分的效率改進也能帶來巨大的節能效果，從而有利于環境和可持續性。效率可以通過輸出功率除以輸入功率的百分比來輕松計算。計算電路效率的基本公式如下：

效率的計算公式

憑借高效率，電子元件工作得更好，散熱更少，可靠性和安全性更高。圖3中的圖表顯示了新材料如何提高器件效率。顯然，這是一個統計數據，并不排除對未來新發現的任何技術影響。今天的研究集中在可以減輕部件體積和重量的新技術上，這是一個至關重要的因素，特别是在汽車，航天和醫療領域。未來幾年将是至關重要的，當然，随着解決方案越來越接近完美，公司将采取越來越小的步驟。技術一直在尋找具有盡可能低的電子電阻的材料。隻有這樣才能獲得更高效、更可靠的系統。

圖3

圖3：逆變器随時間推移的預測平均效率

如引言中所述，電流是有組織的電子流。對于10 mA和80A電流，該通道是相同的。隻有參與流動的電子數量會發生變化，就像塑料管中的水一樣。然而，結果卻大不相同。如前所述，低電流和高電流電路之間的分類極限相當窄，約為5-10 A.由于最近的材料技術進步，當今的電力電子設備非常高效。GaN和SiC無疑為該行業的改進做出了重大貢獻，無論是在提高導電性方面，還是在操作和開關速度方面。它們與石墨烯一起，為能耗優化做出了重大貢獻。通過創新應用于各個領域，電力電子将在不久的将來發揮關鍵作用。

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