1、电工电子技术现状与发展1 电工电子技术基本理论电工技术基础理论：电工技术基础全面、系统地介绍电工技术的基础知识和基本技术，将基础理论与应用紧密结合，注重体现知识的实用性和前沿性。全书共分 8 章，分为电路基本理论与基本分析方法、电机与电器、安全用电和电工测量 4 个部分，主要内容有电路的基本概念和基本定律、电路的分析方法、正弦交流电路、三相正弦交流电路、电路的暂态分析、变压器、三 相 异 步 电 动 机 、常用控制电器、可编程控制器、工 业 企 业 供 电 与安全用电和电工测量等。每章设有习题，并配有习题答案。电工技术基础可作为应用型本科院校和高 等 职 业 院 校 的机电、自动化、计算机、汽
2、车、电气、电子信息等专业教材使用，也可供工程技术人员和自学者参考。根据高职高专培养技术应用型人才的特点，并考虑到目前多数高 职 高 专 院 校 的电子电气类专业的教学计划而编写的。内容包括电路的基本概念和基本定律、直流电路的分析、正弦交流电路、非 正 弦 周 期 电 流 电 路 、互感电路、线性电路的过渡过程、磁路与变压器、电动机、电 气 控 制 技 术 等。本书在编写过程中，本着“精选内容，打好基础，培养能力”的精神，力求讲清基本概念，分析准确，精选有助于建立概念、掌握方法、联系实际应用的例题和习题；各章目的要求明确，语言力求简练流畅，书后附有答案，以便读者自学。本书可作为高等职业院校、高
3、等 专 科 学 校 、成人高校电子电气类专业的教材，也可供工程技术人员参考。针对高职高专培养的是高等技术应用型人才的特点，并且是结合目前多数高职院校的电子电气类专业的人才培养方案及多数院校的课 程 教 学 大 纲 而编写的，供高等职业院校的电子电气类专业使用。 本书共分 10 章，内容包括电路的基本要领和基本定律；直流电路的分析；正弦交流电路、三相正弦交流电路、非正弦周期电流电路、互感电路、线性电路的过渡过程；磁路与变压器、电动机、电气控制技术等。电子技术基础理论：电子技术基础理论是高等学校工科非电类专业的一门技术基础课程，它研究电工技术和电子技术的理论和应用的技术基础课程。电工技术和电子技术
4、的发展十分迅速，应用非常广泛，现代一切新的科学技术无不与电有着密切的关系。因此，电工电子技术是高等学校工科非电类专业的一门重要课程。作为技术基础课程，它应具有基础性、应用性和先进性。基础性是指电工电子技术研究的是电工电子的基本理论、基本知识和基本技能。因此电工电子技术应为非电类专业学生学习后续专业课程打基础；为他们将来涉及到电的知识打基础；也为他们自学、深造、拓宽和创新打下基础。应用性是指非电类专业学生学习电工电子技术重在应用。他们应具有将电工和电子技术应用于本专业和发展本专业的能力。因此电工电子技术课程内容要理 论 联 系 实 际 ；要重视实验技能的训练；要从国情实际出发，培养学生的分析和解
5、决实际问题的能力。现我们除了开设相应的实验外，专门组织了电 工 技 能 训 练 。先进性是指电工电子技术要反映现代电工技术和电子技术的发展水平。因此电工电子技术课程内容和体系要随着电工技术和电子技术的发展，工科专业的教学需要而不断更新和改革。2 电气设备现状与发展：经济社会的发展使得经济效益和社会效益成为了企业发展的根本目标，这些都是企业发展时期需要注重的问题，也是提升电气设备的稳定性、降低生产成本的重要措施，能够为企业创造出更多的经济利益，这就需要对设备进行定期检测和维修，针对这一点，本文分析了电气设备的现状、维修制度和状态维修的相关问题。电气设备的“健康”状况存在差异首先是设备的先天条件不
6、一样，进口设备和国产设备的技术状况不一样；同样是国产设备，不同厂商因技术与管理水平不一样，使其产品质量也不一样；即使是同一厂商，因技术、管理上的差异，其产品质量不同；不同时期、不同批次的产品，其质量也会不一样。因此应当承认设备投运的初始状态是千差万别的。其次，设备的使用环境不一样，不同的环境将对设备运行状况产生不同的影响，这种环境主要有两种：一是设备所处的外部自然环境不一样，尤其是供电设备，大部分暴露在室外自然环境中，因温度、湿度、污染、紫外线、日照等有较大差异，对设备的影响有较大不同；二是设备在电力系统的位置不同，所承受系统运行电压、短路电流和热稳定时间等不尽相同，尤其是故障时系统短路容量差
7、异较大。电气设备的维修制度:定期维修的弊端由于电气设备的初始状况和现场设备的运行状况有很大差异，即现场设备的“健康”状况好坏相差甚大，而定期维修制度几乎无视这些状况的差异，而采用统一的、一刀切的定期维修方式，其最主要的表现在维修结果上，要么维修过剩，要么维修不足。工程的实际情况大多是出现维修过剩，经常出现“小病大治” 、 “无病亦治”的盲目维修的现象，这种维修过剩的结果，必将出现如下维修的弊端：一些状态良好的设备，因盲目维修而出现故障或潜在故障，维修达不到恢复设备原有的可靠性的作用，而是增加了设备的故障隐患和故障率。降低了设备的可用性，许多维修迫使设备停机。中断对用户的不间断供电，这是增加停机
8、维修的次数的必然结果。而提高供电可靠性是供电企业非常重要的基本考核指标。目前，定期维修是电气设备停运的主要原因，往往占全部停运时间的 60%以上。增大设备运行管理成本，使企业在市场和发展竞争中不堪重负。电气设备的大修费用是企业管理中主要的支出费用，该费用在电力企业经济活动中所占比例不小，这就直接影响了企业的经济效益。因此要提高企业的经济效益也必须对企业设备现行所执行的定期维修制度进行改革，以经济效益的观点和要求来指导维修策略的分析选择。状态维修完全替代定期维修的可能性首先，电气设备的大小、结构、用材、功能各不相同，出现缺陷的原因和规律也不相同。另外在工作时所受的电、热、机械、环境各不相同，呈现
9、的损耗规律不会相同。如密封橡胶垫呈现自然老化的规律，而变压器的绝缘缺陷形成有时间因素也有其他因素。其次，各个设备在电力系统中的地位和影响不同，每个设备中部件对设备功能的影响也不相同。能否或有没有必要对所有设备进行状态监测、故障诊断、状态维修呢？即能否用状态维修完全替代定期维修呢？事实上，对所有设备及其部件进行状态监测和状态诊断在技术上有困难，而且对所有设备及其部件进行状态监测在费用上难以承受。所以，未来的状态维修不可能完全代替定期维修，而是状态维修和定期维修共同存在的局面。电气设备的状态检测技术电气设备状态监测为设备的故障诊断和性能评估提供了依据。因此有必要对他们的运行状态进行监测，及时了解和
10、掌握设备的状况，以确保整个电力系统的安全、稳定运行。状态监测是指通过各种测量、检测和分析方法，结合系统运行的历史和现状，对设备的运行状态进行评估，以便了解和掌握设备的运行状况，并且对设备状态进行显示和记录，对异常情况进行处理，并为设备的故障分析诊断、性能评估提供基础数据。近年来我国电气设备制造引进不少国外先进的技术、装备和管理，尤其是21 世纪以后，新技术、新材料的使用，使得电气系统的装备水平得到较大的改善。因此，电气设备的维修制度和维修方法也要随着形势适当的进行调整，才能提升电气设备的稳定性、降低生产成本，为企业创造出更多的经济利益。3 电子设备现状与发展： 电子设备机械结构设计的任务是，把
11、电路硬件的各种分离的元器件及其连线构建成为一个具有良好使用性、可靠性和优美外观的产品实体。电子设备机械结构设计经历了几个发展阶段，起初是由电路设计人员与工匠配合制作硬件实体；其次，当电子设备结构较为复杂和商品化时，则出现了结构设计（由机械设计人员承担） ，进行机械结构及装联设计；第三阶段，以“物理设计” （美国贝尔实验室提出）为标志的结构设计，主要是为了提高电子设备的可靠性，适应组装密度的提高及严酷的环境条件而进行的环境防护设计，包括热设计、缓冲设计、三防设计、电磁兼容性设计等；第四阶段，为了满足人们日益增长的审美情趣和市场竞争的需要，强化对电子设备的工业设计（造型，人机工程） 。至此，结构设
12、计形成为一门集多种学科于一体的新的边缘学科电子机械工程，这一新兴学科被列入了我国的百科全书。 电子机械工程，源于电子设备的发展，而更进一步它又涵盖了机电一体化领域，其特点是电子机械设计师需具有广泛而坚实的基础知识，不仅是机械设计知识，还有系统工程、电路、环境防护、工业设计、信息技术和价值工程知识等。随着技术的发展，电路设计日趋简化，小学生就能够组装电视机，但电子机械却日趋复杂化。日本在 80 年代初曾作过一个调查和预测；在 21 世纪将为软件工程师和电子机械工程师提供更多的就业机会。也就是说电子机械将在新产业革命中占据举足轻重的位置。电子设备结构标准的形成和发展 1921 年美国面板和机架尺寸
13、系列标准的问世，它不仅对成套电子设备的结构尺寸作了规范，而且为电子设备的主要模式提出了雏型（插箱-机架） ，即把各类大型的柜型装置的整体式内结构，分解为若干标准插箱单元。插箱单元的高度以 U=1.75（44.45mm）为单位，宽度有 19、24、30三种规格。 这一模式及尺寸系列逐渐为世界各国所接受，1975 年 IEC/TC48 技术委员会（电子设备用机电元件）的 4 分技术委员会（电子设备用机械结构）发布了 IEC297 标准，它以美国标准为蓝本，但插箱仅选用了 19（与人肩同宽，符合人机工程学对视野和操作的要求）一种尺寸，其意义在于减少插箱的品种规格，提高了通用性，使世界各地不同厂家生产
14、的插箱级产品，可装于同一 19机架而构成系统。随后在 80 年代初又陆续出版了机柜和机架（IEC297-2） 、插箱及其插件（IEC297-3）标准。至此，电子设备机械结构尺寸标准形成为一个完整的体系. 当代，产品多样化及寿命周期缩短的趋势，促使产品制造者采用模块化的产品结构，即把最终产品（系统）分解为模块（通用部件）进行分工设计和制造，通过不同模块的灵活组合，构成多样化的新产品及大型的产品系统。由于模块往往是由专业厂生产，并以商品方式进行流通，要求模块的组合界面的结构、尺寸和精度，具有互换性和置换性，这就对不同行业间相关接口提出了尺寸协调的要求。为此，IEC 在 1980 年发布了 103
15、导则尺寸协调导则 ，就尺寸协调提出了下列要求： （1）制品及元器件的布置应占有最小的面积和空间，使面积和空间损失最小； (2）元器件、模块以至产品应具有尺寸互换性；（3）相关制品间的尺寸应具有协调性或兼容性。 解决模块化产品结构的互换、兼容和空间损失最小等问题的有效办法是：将元器件、零部件、整机的形状及其间组装关系，置于一个两维或三维的坐标网络系统中来考虑，即各种元器件、零部件定位于坐标网格的固定点上，并且它们的外形尺寸占有整数倍的网格格距。如将格距称之为“模数” ，则元器件、零部件的尺寸及其安装间距应是模数的倍数。 在模数基础上建立的一套尺寸协调数列，称为模数数列。一个良好的模数数列需满足兼
16、容性（置换性）和经济性这两方面的要求，它实际上是几何（倍增）级数（作为框架）和算术级数的结合体。IEC103 导则给出了按严密数学运算而得出的模数数列值。在电子产品的模块化中，应以“电路为先导，结构为先行” ，所谓“电路为先导”是因为电路功能模块决定产品系列的功能；所谓“结构为先行” ，是以作为电路载体的结构模块去制约电路模块的设计，以便按一定的模式组装出定制的产品。所以结构设计师应具有强烈的标准化观念和明晰的模块化意识。 在目前世界经济渐趋一体化和我国已加入 WTO 的形势下，结构设计师应密切关注和跟踪国内外标准化的发展及趋势，充分运用标准这一巨大财富，并通过自己的设计实践，在企业实现大规模
17、定制21 世纪企业竞争的新前沿中，发挥先行官的作用。 4 电工新技术：1 智能电网（ smart power grids） ，就是电网的智能化，也被称为“电网 2.0”，它是建立在集成的、高速双向通信网络的基础上，通过先进的传感和测量技术、先进的设备技术、先进的控制方法以及先进的决策支持系统技术的应用，实现电网的可靠、安全、经济、高效、环境友好和使用安全的目标，其主要特征包括自愈、激励和包括用户、抵御攻击、提供满足 21 世纪用户需求的电能质量、容许各种不同发电形式的接入、启动电力市场以及资产的优化高效运行。2 智能电网的目标是实现电网运行的可靠、安全、经济、高效、环境友好和使用安全，电网能够
18、实现这些目标，就可以称其为智能电网。3 智能电网的特征“自愈”指的是把电网中有问题的元件从系统中隔离出来并且在很少或不用人为干预的情况下可以使系统迅速恢复到正常运行状态，从而几乎不中断对用户的供电服务。从本质上讲，自愈就是智能电网的“免疫系统” 。这是智能电网最重要的特征。在智能电网中，和用户建立的双向实时的通信系统是实现鼓励和促进用户积极参与电力系统运行和管理的基础。实时通知用户其电力消费的成本、实时电价、电网目前的状况、计划停电信息以及其他一些服务的信息，同时用户也可以根据这些信息制定自己的电力使用的方案。不管是物理攻击还是网络攻击，智能电网要通过加强电力企业与政府之间重大威胁信息的密切沟
19、通，在电网规划中强调安全风险，加强网络安全等手段，提高智能电网抵御风险的能力。智能电网将以不同的价格水平提供不同等级的电能质量，以满足用户对不同电能质量水平的需求，同时要将优质优价写入电力服务的合同中。智能电网将采取技术和管理手段，限制用户负荷产生的谐波电流注入电网。除此之外，智能电网将采用适当的滤波器，以防止谐波污染送入电网，恶化电网的电能质量。智能电网将安全、无缝地容许各种不同类型的发电和储能系统接入系统，简化联网的过程，类似于“即插即用” 。从小到大各种不同容量的发电和储能在所有的电压等级上都可以互联，包括分布式电源如光伏发电、风电、先进的电池系统、即插式混合动力汽车和燃料电池。加强输电
20、系统的建设使这些大型电厂仍然能够远距离输送电力。同时各种各样的分布式电源的接入一方面减少对外来能源的依赖，另一方面提高供电可靠性和电能质量，特别是对应对战争和恐怖袭击具有重要的意义。智能电网通过高速双向实时通信网络实现对运行设备的在线状态监测，以获取设备的运行状态，在最恰当的时间给出需要维修设备的信号，实现设备的状态检修，同时使设备运行在最佳状态。当今世界能源消耗增长十分迅速。目前，在所有能源中电力能源约占40%，而电力能源中有 4 0%是经过电力电子设备的转换才到使用者手中。预计十年后，电力能源中的 80%要经过电力电子设备的转换，电力电子技术在 21 世纪将起到更大作用。电力电子技术是利用
21、电力电子器件对电能进行控制和转换的学科。它包括电力电子器件 、变流电路和控制电路三个部分，是电力、电子、控制三大电气工程技术领域之间的交叉学科。随着科学技术的发展，电力电子技术由于和现代控制理论、材料科学、电机工程、微电 子技术等许多领域密切相关，已逐步发展成为一门多学科相互渗透的综合性技术学科。电力电子技术作为一门高技术学科，由于其在节能、减小环境污染、改善工作条件等方面有 着重要的作用，现在已广泛的应用于传统工业（例如：电力、机械、交通、化工、冶金、轻 纺等）和高新技术产业（例如：航天、现代化通信等） 。下面着重讨论电力电子技术在电力系 统中的一些应用。1、在高压直流输电（HVDC）方面的
22、应用直流输电在技术方面有许多优点：（1）不存在系统稳定问题，可实现电网的非同期互联; （2）可以限制短路电流;（3）没有电容充电电流;（4）线路有功损耗小;（5）输送相同 功率时，线路造价低;（6）调节速度快，运行可靠;（7）适宜于海下输电。随着大功率电 子器件（如：可关断的晶闸管、MOS 控制的晶闸管、绝缘门极双极性三极管等）开断能力不 断提高，新的大功率电力电子器件的出现和投入应用，高压直流输电设备的性能必将进一步 得以改善，设备结构得以简化，从而减少换流站的占地面积、降低工程造价。2、在柔性交流输电系统（FACTS）中的应用20 世纪 80 年代中期，美国电力科学研究院（EPRI）N.G
23、.Hingorani 博士首次提出柔性交流 输电技术的概念。近年来柔性交流输电技术在世界上发展迅速，已被国内外一些权威的输电 工作者预测确定为“ 未来输电系统新时代的三项支持技术（柔性输电技术、先进的控制中心 技术和综合自动化技术）之一” 。现代电力电子技术、控制理论和通讯技术的发展为 FACTS 的发展提供了条件。采用 IGBT 等可关断器件组成的 FACTS 元件可以快速、平滑地调节系统参 数，从而灵活、迅速地改变系统的潮流分布。3、在电力谐波治理方面的应用有源滤波是治理日益严重的电力系统谐波的最理想方法之一。有源滤波器的概念最早是在 20 世纪 70 年代初提出来的，即利用可控的功率半导
24、体器件向电网注入与原有谐波电流幅值相 等、相位相反的电流，使电源的总谐波电流为零，从而实现实时补偿谐波电流的目的。随着 中国电能质量治理工作的深入开展，使用以瞬时无功功率理论为理论基础的有源滤波器进行 谐波治理将会有巨大的市场潜力。4、 在不间断电源（UPS）中的应用UPS 紧急供电系统是电力自动化系统安全可靠运行的根本保证，是计算机、通信系统以及要 求提供不能中断场合所必须的一种高可靠、高性能的电源。现代 UPS 普遍采用脉宽调技术制 和功率 M0SFET、IGBT 等现代电力电子器件,降低了电源的噪声,提高了效率和可靠性。电力电子技术已迅速发展成为一门独立的技术、学科领域。它的应用领域几乎
25、涉及到国民经 济的各个工业部门。毫无疑问，它将成为新世纪的关键支撑技术之一。电力电子技术拥有许 多微电子技术所具有的特征，比如发展迅速、渗透力强、生命力旺盛，并且能与其它学科相 互融合和相互发展。电力电子技术也具有其自身的特色，如高电压、大容量及控制功率范围 大，因此技术创新必须跨越高电压大功率这一关。当前电力电子技术的发展趋势是：高电压 、大容量化、高频化，主电路及保护控制电路模块化、产品小型化、智能化和低成本化。而 对于电力电子产品而言，用于电力系统的电能变换设备、服务于环保和人类健康的电源装置 、适合信息社会需要的电源产品、小型电源模块与装置以及高效节能低污染的“绿色“电源产 品将是 2
26、1 世纪的主流产品。可以预见，在未来现有的电力电子器件的性能会得到不断改进 ，新的器件和先进的技术会不断出现。据美国总统科学和技术顾问委员会称，国家关键性的科技领域有七个方面：能源、环保、资 讯与通信、生命科学、材料和交通。每一领域中电力电子技术都扮演者重要的角色。可见， 电力电子技术是现代社会的重要支撑科技，在国民经济各个领域中有着广泛的应用和美好的前景。5 电子新技术：众所周知,现代科学技术的发展异常迅速,并在不断改变着人类的生活和生存方式。专家预言,以下一些面向未来的电子新技术将影响着人们的未来世界和生活。1 塑料太阳能电池技术随着现代世界能源的日益紧张,许多国家都在致力于研究太阳能的开
27、发和利用技术。在一些城市的街头已经能够看见一些由太阳能电池供电的设施。经过数十年的研究开发,这些以硅为材料的太阳能电池的制造成本仍然昂贵,不易安装,光电转换效率也低,大约只有 1215（现在世界上最好的单晶硅光电转换效率大约是 30左右）,发 1 度电的成本大约是 22 美分,远比烧煤的火力发电厂 4美分 1 度电的成本要高。令人高兴的是下一代太阳能电池可能最终使太阳能发电具有竞争力。新型太阳能电池是把光生伏打电池嵌入塑料薄膜的表面,制成太阳能发电薄膜。这种太阳能发电薄膜廉价、转换效率高,可以有多种用途。在美国马萨诸塞州有个Konarka 技术公司,这家公司已经开发出一种工艺,这种新工艺能够把
28、二氧化钛及一种吸收光的染料涂覆在塑料薄膜的表面,染料分子吸收的光子激发二氧化钛的电子从而发电。Konarka 公司期望今年年底能够将其第一种商品化的新型太阳能电池推向市场,这种新型太阳能电池将主要应用于消费电子设备如笔记本电脑。一些大公司也关注新型太阳能电池技术。西门子开发的一种新技术是把一种纳米级的碳 60 分子同导电的聚合物熔融在一起制成塑料太阳能电池;而美国通用电气公司则是利用一种有机发光二极管作为吸光材料来制造塑料太阳能电池采用塑料太阳能电池,实际上能够使许多材料具有发电能力。例如,塑料太阳能电池可以嵌入手提电脑的箱壁,可以随时在光照条件下对电脑充电;也可以装在电动汽车车身,为电动机供
29、电;房屋的屋顶更可以覆盖塑料太阳能电池,以供应日常用电。2 家庭机械电子工厂技术专家预言,未来的家庭机械电子工厂可能让消费者能够拥有他们所需要的更多样化的产品。未来的家庭电子工厂实际上是采用现在喷墨打印技术的装置。美国康奈尔大学、麻省理工学院、加州大学伯克莱分校的研究人员正在悄悄地开发一种工艺,利用喷墨打印技术生产机械电子产品。当然,真正制造产品的过程还需要已有的电路、开关以及其它可拆卸零部件。比如家里的电视机遥控器坏了,就可以利用这样的家庭机械电子工厂自制一个：从互联网上下载数字化电路图,用家庭机械电子“打印”机打印出所需的电路板,打印“墨盒”里装的是聚合物及其它材料,每打印一次完成电路板的
30、一层。正在这一领域中开展研究的加州大学伯克莱分校教授约翰坎尼指出,用户只需为数字化电路图及所用材料付款,而不需为产品本身付款。虽然科学家们把这样的家庭机械电子工厂戏称为“圣诞老人机器”,这种装置的潜力却不能小看。塑料逻辑（PlasticLogic）是伦敦的一家公司,顾名思义这家公司是用塑料来制造电子器件,该公司期望能用这种技术制造计算机显示器;美国航天航空署的工程师们则设想在宇航员飞往火星途中用这样的装置制造备用的零部件。家庭机械电子工厂的英文名字叫 mechatronics,意即“机械电子”。然而能够应用这种装置的家庭的人口素质必定是很高的,因为用户必须知道到哪里去下载什么样的数字化设计图,
31、制造有关电子产品还要有相关的零部件。这是一种令人叹为观止的 DIY。这种装置的问世也表明,在电子产品制造业,设计与制造的分离是一个趋势。用家庭机械电子工厂固然可以“打印”出自己需要的产品,不过前提是这种产品的设计是现成的。当然也可以自行设计,那就必须会用专业设计软件,还要有机械电子领域的专业知识。所以未来多数家庭会利用现成的设计。3 万亿字节存储技术人们都知道半导体业有一个摩尔定律：芯片性能每 18 个月翻一番。过去 6年中,存储技术的发展超过了摩尔定律,硬盘存储容量每年都要翻一番。5 年前,绝大多数计算机用户不可能用 250G 容量的硬盘,现在这样的硬盘售价只有 250美元。数字音乐及数字影
32、像技术的流行表明消费电子产品对于大容量存储技术的需求保持上升态势。预计消费类存储产品销售额将从 2003 年的 14 亿美元增长到 2008 年的 43 亿美元。东芝公司负责硬盘制造的经理艾米说：“谁会嫌自己家的橱柜多呢？硬盘容量也类似,你永远不会够用。”不过最近存储技术的发展速度慢下来了,硬盘存储容量年增长 40,这是因为现有技术已经走到尽头。现在的硬盘磁头读写数据的方式是水平的,下一代硬盘磁头读写数据方式是垂直的（PMR）。这么说理解起来有一定难度。形象的比喻是水平读写数据犹如割倒的玉米杆躺在地里,而垂直读写数据如同没有收割的玉米挺立在地里。由于每比特数据占用磁盘空间较少,垂直读写数据方式
33、能够在相同的磁盘空间存储更多的数据,而且由于数据排列紧密,磁头读写时移动距离要比水平读写方式小很多,所以耗能也少,在移动计算的情况下可以有效地延长电池使用时间。PMR 硬盘将在不久后开始生产,投产初期的产品将主要用于高端的企业存储系统。不过人们可以想到,随着 PMR 硬盘的体积缩小,存储容量增大,将很快进入消费电子产品市场。未来的手机、PDA 等移动终端都可能采用 PMR 硬盘。而且一旦 2GB（千兆字节）微型 PMR 硬盘价格下降到 80 美元以下,PMR 硬盘将同现在的闪存产品展开市场竞争。据有关预测,两年内 2GB 微硬盘价格可以降到 100 美元以下。音乐爱好者将可以购买拥有 200G
34、B 存储量的 iPod（美国苹果公司生产的 MP3 音乐播放器）。到 2010 年,消费者甚至可以买到有 1 万亿字节存储量的移动媒体播放器,如此庞大的存储量可以装下迪斯尼所有的动画片,剩余空间还能装足够你听一个月的音乐。4 超级宽带网中的微型光芯片技术现在已经有 50的美国家庭通过宽带连接互联网。不过这种连接在最后一段的基础设施一般是已经落伍的同轴电缆或是电话线。光缆入户不是不可以,成本很高,每户成本大约 1 300 美元。微型光芯片可以改变这种现状,采用微型光芯片可以大大降低光缆入户的成本,让家庭用户享受真正的超级宽带。微型光器件把光路以及通常是分离的光学元件集成在一个光芯片上,这又是一个
35、改变电信业经济学的重大技术创新,电信业采用光芯片可以以很低的成本传输大量数据。售价高达数万甚至数十万美元的光学元器件可能因为光芯片的采用而大大缩小体积,成本下降 90以上。“微型光器件将把个人电脑业的经济学带到电信业来。”Parama 网络公司的首席执行官 HemantBheda 很肯定地说。该公司生产的价格 5 000 美元的光器件能够替代原来价格 5 万美元用于多路传输的光学设备。Infonetics 研究公司的霍华德先生指出：这是一种具有破坏性的技术。因为它的出现打破了电信业的现状。第一种光芯片已经在 Infinera 公司制造的高端传输系统中运行;而Parama 公司正在把它开发的光芯
36、片出售给 Movaz 网络公司,这是一家位于亚特兰大的设备制造商。到 2010 年,光芯片的市场可能达到数十亿美元的规模。今天消费者可能不会关注这一技术,但是 10 年后,在家里下载一部高清晰度电影就像是今天看体育频道一样普通,就几乎不可能对这一技术视而不见。5 无线漫游的技术无线通信领域是一个标准混乱的世界。手机通信、无线局域网、军用无线通信及公共安全无线网络各自在特定的频段工作,这一工作频率是相关硬件在工厂生产时就已经设定的。所以美国的 CDMA 手机在欧洲不能用,而欧洲的许多 GSM手机也没法用。这在平时只是麻烦而已。但是在某些紧急情况如 911,消防队同警察居然无法通过无线通信设备联系
37、,因为频率不同,设备不兼容。为了解决这一问题,新兴企业 Sa bridge 技术公司以及 Vanu 等正在用软件替代相关硬件,从而能够与不同标准、不同工作频段的无线通信网络兼容。这种技术称为软件无线电（softwareradio）。想要驾车横跨美国旅行而又希望始终保持无线上网的话,软件无线电能够利用所到之处的各种无线通信网来上网,不论这种无线通信网是过时的模拟蜂窝电话网还是最新的 3G 无线网,或是时髦的WiFi 及 Wi-Max 无线局域网。软件无线电论坛的阿兰说:“软件无线电解决了不同无线通信标准产生的互操作问题。”软件无线电论坛是一个工业组织,它联合Intel、摩托罗拉、高通等 100
38、余家企业制订有关软件无线电的工业标准。软件无线电在技术上仍然存在问题：今天的软件无线电技术需要拥有强大处理能力的芯片,这类芯片功耗高,价格贵。不过五角大楼每年在采购通信技术方面要花150 亿美元,防务通信市场对于软件无线电技术的需求已经增长了。GeneralDynamics 公司已经获得 10 亿美元的软件无线电订单,软件无线电技术将使美国陆军士兵、海军水手、空军飞行员能够在激烈战斗的时候保持无线通信。软件无线电技术进入消费市场还要再过一段时间。不过 5 年之内,软件无线电市场将有 310 亿美元之巨。到时候就可以买一个能够在各种不同标准无线通信网络工作的手机,从此无线漫游再无障碍。软件无线电
39、技术的崛起走的是从军用到民用的老路。无线通信中 CDMA（码分多址）本来是军用卫星通信技术,后来用到民用移动通信,并因此出现了高通这样的企业。所以就是在今天,军用领域的需求仍然是推动技术发展的动力。6 总结：随着大功率半导体开关器件的发明和变流电路的进步和发展，产生了利用这类器件和电路实现电能变换与控制的技术电力电子技术。电力电子技术横跨电力、电子和控制三个领域，是现代电子技术的基础之一，是弱电子对强电力实现控制的桥梁和纽带，已被广泛应用于工农业生产、国防、交通、能源和人民生活的各个领域，有着极其广阔的应用前景，成为电气工程中的基础电子技术。电力电子的诞生上世纪五十年代未第一只晶闸管问世，电力
40、电子技术开始登上现代电气传动技术舞台，以此为基础开发的可控硅整流装置，是电气传动领域的一次革命，使电能的变换和控制从旋转变流机组和静止离子变流器进入由电力电子器件构成的变流器时代。这标志着电力电子的诞生。 第一代电力电子器件进入 70 年代晶闸管开始形成由低电压小电流到高电压大电流的系列产品，它们是普通晶闸管不能自关断的半控型器件，被称为第一代电力电子器件。第二代电力电子器件随着电力电子技术理论研究和制造工艺水平的不断提高，电力电子器件在容量和类型等方面得到了很大发展，是电力电子技术的又一次飞跃，先后研制出大功率双极型晶体管(GTR)，门极可关断晶闸管(GTO)，功率 MOSFET 等自关断全
41、控型第二代电力电子器件。第三代电力电子器件以绝缘栅双极型晶体管(IGBT)为代表，开始向大容量高频率、响应快、低损耗方向发展。现代电力电子时代八十年代末期和九十年代初期发展起来的、以功率 MOSFET 和 IGBT 为代表的、集高频、高压和大电流于一身的功率半导体复合器件,表明传统电力电子技术已经进入现代电力电子时代。电力电子器件正朝着标准模块化、智能化、功率集成的方向发展。在国际上电力电子技术是竞争最激烈的高新技术领域。功率半导体器件是电力电子电路的基础，通过学习掌握了多种电力电子器件的工作原理、基本特性、主要参数等内容。其中包括功率二极管、大功率晶体管、晶闸管、场效应晶体管、绝缘栅双极型晶
42、体管等。 整流管是电力电子器件中结构最简单，应用最广泛的一种器件。目前已形成普通型，快恢复型和肖特基型三大系列产品，电力整流管对改善各种电力电子电路的性能，降低电路损耗和提高电流使用效率等方面都具有非常重要的作用。整流电路 1.单相整流电路可分为单相半波电路和单相桥式电路。单相整流电流电路比较简单、成本也低、控制方便，但输出电压波形差，谐波分量较大，使用场合受到限制。 2.多相整流电路以三相整流电路为主。三相整流电路也可分为三相半波和三相桥式电路。三相整流电路输出直流电压波形较好，脉动小。因此它应用较广，尤其是三相桥式整流电路在直流电机拖动系统中得到了广泛应用。多相整流电路通常在大功率整流装置
43、中应用。按照负载性质又可分为电阻性负载、电感性负载、反电动势负载和电容性负载。1.阻性负载：负载为电阻时，输出电压波形与电流波形形状相同，移相控制角较大时，输出电流会出现断续。2.电感性负载：负载有电感和电阻，以电感为主时，由于电感有维持电流导通的能力，当电感数值较大时，输出直流电流可连续而且基本保持不变。3.反电势负载：即负载中有反电势存在。如蓄电池充电为反电势电阻性负载，直流电机拖动系统为反电势电感性负载。反电势越大，晶闸管导通角越小。4.电容性负载一般在变频器、不间断电源、开关电源等场合使用。可控整流电路的工作原理、特性、电压电流波形以及电量间的数量关系与整流电路所带负载的性质密切相关，
44、必须根据负载性质的不同分别进行讨论。然而实际负载的情况是复杂的，属于单一性质负载的情况是很少，往往是几种性质负载的综合，所以在分析时还要根据具体情况进行详细区别讨论。在学习整流电路过程中，根据交流电源的电压波形、功率半导体器件的通断状态和负载的性质，分析电路中各点的电压、电流波形，掌握整流电压和移相控制的关系。掌握了电路中的电压、电流波形，也就掌握了电路的工作原理。逆变在生产实际中除了需要将交流电转变为大小可调的直流电供给负载外，常常还要将直流电转换成交流电，即逆变过程。变流器工作在逆变状态时，如交流侧接至电网上，直流电将被逆变成与电网同频的交流电并反馈回电网，因为电网有源，则称为有源逆变。有
45、源逆变是整流电路在特定条件下的工作状态，其分析方法与整流状态时相同，在直流电机拖动系统中可通过有源逆变将直流电机的能量传送到电网。当前,电力电子作为节能、自动化、智能化、机电一体化的基础,正朝着应用技术高频化、硬件结构模块化、产品性能绿色化的方向发展。现代电力电子技术的发展方向,是从以低频技术处理问题为主的传统电力电子学,向以高频技术处理问题为主的现代电力电子学方向转变。 电力电子技术的创新与电力电子器件制造工艺改进，已成为世界各国工业自动化控制和机电一体化领域竞争最激烈的阵地，各个发达国家均在这一领域注入极大的人力，物力和财力，使之进入高科技行业，就电力电子技术的理论研究而言，目前日本、美国及法国、荷兰、丹麦等西欧国家可以说是齐头并进，在这些国家先进的电力电子技术不断开发完善，促进电力电子技术向着高频化迈进，实现用电设备的高效节能，为真正实现工控设备的小型化，轻量化，智能化奠定了重要的技术基础，也为电力电子技术的不断拓展创新描绘了广阔的前景。而我国开发研制电力电子器件的综合技术能力与国外发达国家相比，仍有较大的差距，要发展和创新我国电力电子技术，并形成产业化规模，就必须走有中国特色的产学创新之路，即牢牢坚持和掌握产、学、研相结合的方法走共同发展之路。
