电力电子新闻课程包括电力电子的技术解释，数学概念和电子模拟。

电力电子在当今技术中发挥着至关重要的作用，能源管理也变得非常重要。除了安全性之外，提高所有设备的效率也是保护环境的责任。

本课程将以广泛的主题为特色，这些主题将以简单易懂的方式涵盖。它将包括各种技术解释，数学概念，图表和电子模拟。

介绍

电流是电荷在导电空间中的有序运动和位移。
后者通常由铜，银，铝或金等金属制成。

一个端子和另一个端子之间存在任何电位差（电压）会导致这种运动。如果电路两端之间的电势相等，电子将由于热搅动而无序地向所有方向移动。

在这种情况下，它们的运动没有热效应，它们的行为类似于池塘中的静水。另一方面，如果充电电池在两个极端之间连接，则电子的运动变得有序，因为在电路内会产生电位差。电子以极快的速度有组织和有序地移动，以恢复系统中的平衡，从负极到正极，从一个原子到另一个原子，就像管内水的强制流动一样。按照惯例，使用电流的方向，从正极到负极。电流最重要的特征之一是时间上通过某个空间的量;即在一定时间间隔内通过导体的电子量。在国际体系中，电流的测量单位是安培。根据下面的公式，1 A相当于导体导线中每秒约6.28×10^18的电子数通过：

当电流流过导体时，会产生热量，因为每个导体都会对电流产生一定的阻力。耗散（和未使用）的功率必须通过出色的冷却系统进行处理，这些系统通常很重，笨重且昂贵。了解电流安培数非常重要，因为流入导体的电流越多，产生的热量就越多（见图1）。您可以通过触摸坚固的电气设备（如电烤箱或洗衣机）的电缆来体验这种加热效果。通过测量产热，您可以适当地调整电线的尺寸和截面，以避免过热，甚至在导体无法承受传输中的电流量时发生火灾。图1显示了两个电导体。底部被几个电子穿过，其工作温度相当低。顶部有许多电子交叉，其工作温度非常高。在这种情况下，设计人员必须立即进行干预，以修改电路或以不同的方式确定连接系统的尺寸。

图1

图 1：电子在导体中的通过产生与其数量成比例的热量。

电力电子

电力电子系统的基本特征之一是它们以非常高的能效运行。如果连接所有量的数学概念没有得到很好的理解，就不能谈论电流、电压、功率和电阻。欧姆定律将电路运行中涉及的所有电气参数结合在一起，并且不可能忽略作为电气元件计算和尺寸基础的公式。

欧姆定律

欧姆定律是一个公式，描述了干预电路的基本量之间的关系;即电路内的电压、电流、电阻和功率。电力电子学是通用电子学的一个领域，研究在电流大于5-10 A时管理电流的方法。换句话说，如果你想设计一个处理几毫安微弱电流的小型放大器，你不需要电力电子设备。相反，如果您需要设计能够提供20至30 A电流的电源，那么电力电子设备就会发挥作用。

图2显示了两个基本的电气图。左边的那个与15个LED的照明系统有关，通过直接连接到230-VAC的家庭电网中。虽然该系统在相当高的电压下工作，但它不是电源电路，因为只有几毫安的电流通过它。相反，右边的电路是高功率解决方案，因为它指的是在低电压下工作时可以提供20 A电流的电源。

图2

图2：低功率（左）和高功率（右）接线图

电力电子学的概念已经发展，如今它与与功率转换，其控制和相对效率相关的技术相关联。该领域还与适用于能源转型的所有电气和电子系统密切相关。对电力电子学中进行的电路的研究主要集中在能量的转换效率上。

能源是一种非常宝贵的资源，必须以尽可能便宜的方式使用。正是出于这个原因，电子设备中的散热和功率损耗必须最小化。换句话说，从设备输入传递到输出的能量不应该经历减少和耗散。电力电子系统的应用越来越多，并且跨越了不同的领域。DC/DC、AC/DC 和 AC/AC 转换器、不间断电源、电池充电器和电源只是功率因数校正和绝缘概念发挥作用的一些示例。在企业，工厂甚至家庭中，有许多设备会吸收大量的能量。它们必须以最佳方式设计，以确保极高的安全性和可靠性，但最重要的是，要超过政府和当局规定的规格，以获得认证。电力电子的目的是节省电力，降低运营成本并提高电气系统的安全性。

电路的效率

在电力电子中，效率为99.9%的设备能够使用所有可用能量而不会浪费。

另一方面，效率为45%的设备能够使用不到发电机吸收的功率的一半，其余部分在未使用的热量中损失。有些应用中的设备需要产生热量，例如厨房烤箱和加热器。在大多数应用中，有效利用能源是一个关键因素。效率高于95%可带来出色的结果，但现代设备可实现更高的效率。电路的效率越高，浪费的能量就越少，从而导致热量排放和电子元件平均寿命的缩短。为了最大限度地减少能量损失，在开关和高频模式下，将电源电路中的电子设备和组件用作电子开关，以最大限度地降低功耗。对于非常高功率的转换器，即使是很小一部分的效率改进也能带来巨大的节能效果，从而有利于环境和可持续性。效率可以通过输出功率除以输入功率的百分比来轻松计算。计算电路效率的基本公式如下：

效率的计算公式

凭借高效率，电子元件工作得更好，散热更少，可靠性和安全性更高。图3中的图表显示了新材料如何提高器件效率。显然，这是一个统计数据，并不排除对未来新发现的任何技术影响。今天的研究集中在可以减轻部件体积和重量的新技术上，这是一个至关重要的因素，特别是在汽车，航天和医疗领域。未来几年将是至关重要的，当然，随着解决方案越来越接近完美，公司将采取越来越小的步骤。技术一直在寻找具有尽可能低的电子电阻的材料。只有这样才能获得更高效、更可靠的系统。

图3

图3：逆变器随时间推移的预测平均效率

结论

如引言中所述，电流是有组织的电子流。对于10 mA和80A电流，该通道是相同的。只有参与流动的电子数量会发生变化，就像塑料管中的水一样。然而，结果却大不相同。如前所述，低电流和高电流电路之间的分类极限相当窄，约为5-10 A.由于最近的材料技术进步，当今的电力电子设备非常高效。GaN和SiC无疑为该行业的改进做出了重大贡献，无论是在提高导电性方面，还是在操作和开关速度方面。它们与石墨烯一起，为能耗优化做出了重大贡献。通过创新应用于各个领域，电力电子将在不久的将来发挥关键作用。