电工基础篇三：电力电子技术在生活中的应用

应用

1、

一般工业： 交直流电机、电化学工业、冶金工业。

2、交通运输： 电气化铁道、电动汽车、航空、航天、航海。

3、电力系统： 高压直流输电、柔性交流输电、无功补偿。

4、电子装置电源： 为信息电子装置提供动力。

5、家用电器： “节能灯”、变频空调。

6、其他： UPS、航天飞行器、新能源、发电装置。

扩展资料：

1、优化电能使用

通过电力电子技术对电能的处理，使电能的使用达到合理、高效和节约，实现了电能使用最佳化。例如，在节电方面，针对风机水泵、电力牵引、轧机冶炼、轻工造纸、工业窑炉、感应加热、电焊、化工、电解等14个方面的调查，潜在节电总量相当于1990年全国发电量的16%，所以推广应用电力电子技术是节能的一项战略措施，一般节能效果可达10%-40%，我国已将许多装置列入节能的推广应用项目。

2、改造传统产业和发展机电一体化等新兴产业。

据发达国家预测，今后将有95%的电能要经电力电子技术处理后再使用，即工业和民用的各种机电设备中，有95%与电力电子产业有关，特别是，电力电子技术是弱电控制强电的媒体，是机电设备与计算机之间的重要接口，它为传统产业和新兴产业采用微电子技术创造了条件，成为发挥计算机作用的保证和基础。

3、电力电子技术高频化和变频技术的发展，将使机电设备突破工频传统，向高频化方向发展。实现最佳工作效率，将使机电设备的体积减小几倍、几十倍，响应速度达到高速化，并能适应任何基准信号，实现无噪音且具有全新的功能和用途。

4、电力电子智能化的进展，在一定程度上将信息处理与功率处理合一，使微电子技术与电力电子技术一体化，其发展有可能引起电子技术的重大改革。

一颗“石墨炸弹”能摧毁整个城市的电力系统，伊拉克吃过大亏

碳纤维炸弹俗称石墨炸弹，内部不是高能炸药，而是特殊处理过的纯碳纤维丝，每根细丝的直径仅为0.001厘米，主要攻击城市电力输配系统，只要粘上这种细丝，高压线、变电站、发电厂将会短路瘫痪。美军曾经在伊拉克、塞尔维亚、委内瑞拉等国使用过石墨炸弹，会造成80%左右的电力系统被摧毁。

石墨炸弹

1991年1月17日至2月27日期间，以美国为首的盟国部队开始打伊拉克，由数百架战斗机、侦察机、加油机、轰炸机等组成的编队轰炸伊拉克。首先出动的是30架F-117A隐身战机，这种战机是世界上第一款隐形战斗机，外形奇特，由多个折面组成,上面有吸波材料,使雷达反射波集中在水平面的几个波束内,达到隐身目的。

F-117A隐身战机

F-117A是所有参战飞机中，唯一承担攻击巴格达市区目标的任务，主要在夜间出动，所以外号叫“夜鹰”，在整个轰炸期间，F-117A攻击目标总数的40%，投弹命中率85%，伊拉克第一次见识到了什么是隐形飞机，并且第一次尝到了“石墨炸弹”的滋味。

投放石墨炸弹，内部有大量子弹药

为了能尽快让伊拉克屈服，盟军发射大量“战斧”巡航导弹，弹头里面不是炸药，而是KIT-2“石墨弹头”，这些导弹不是以轰炸为目的，而是摧毁伊拉克境内多处城市的输供电线路，这种石墨弹头引爆后，空中会有很多石墨细丝，接触电线后会造成大面积短路，此次轰炸导致伊拉克85%的供电系统瘫痪。

BLU-114B子弹药内部含有大量碳纤维

石墨炸弹和碳纤维炸弹有一些差别，主要是含碳量和结构不一样。石墨纤维的分子结构已石墨化，含碳量高达99%，是一种具有层状六方晶格石墨结构的纤维。而碳纤维含碳量低一些，大约是90%。但是它们的威力差不多，都可以让城市电力系统瘫痪，这是什么原理呢？

伊拉克变电站被石墨炸弹损毁

石墨炸弹运用了石墨容易导电的原理，石墨是碳元素的一种同素异形体，导电性比一般非金属矿石高100多倍，导热性超过钢铁，导热系数随温度升高而降低，在极高的温度下成为绝热体。石墨每个碳原子的周边连结着另外三个碳原子，以共价键结合，构成共价分子，每个碳原子均会放出一个电子，那些电子能够自由移动，因此石墨导电性很好。

铅笔芯是由石墨和粘土组成

石墨炸弹内部是特殊处理的纯碳纤维，这些纤维经过流体能量研磨加工，做成非常细长的丝，卷成团状，并且要经过化学清洗，这样做的目的是提高纤维的传导性能。它们被塞进20厘米长，直径6厘米，重1公斤的圆柱体内。

“石墨炸弹”的BLU-114/B子弹药

每个弹头里面可以塞200个这样的罐体，罐体上面都有一个小降落伞，为的是让罐体减速并保持垂直。到达特定的高度后罐体下面的爆炸装置被引爆，内部的石墨纤维团随风散开，就像一片云彩覆盖在目标上空。

石墨炸弹的投放过程

因为弹头在电力系统上空爆炸，发电、变电、输电、配电和用电系统，都成为进攻的目标，尤其是高压线、变电站、变压器等都会被像蜘蛛网一样的碳纤维覆盖，因为大部分电力系统的线路都没有保护层，所以会造成短路，甚至会产生高温电弧，引起电力火灾。

高压电产生的巨大电弧

石墨纤维非常细非常轻，会长时间漂浮在空中，会钻进战机或者雷达等设备内部，造成内部短路烧坏设备。强大的短路电流会使部分元件汽化，电子迅速形成离子通道导电从而产生电弧，融化的石墨纤维会粘在电力设备上，短路破坏效果更严重。短路和电弧会引发火灾，使整个电网瘫痪，造成大规模停电。

石墨炸弹投放的碳纤维

石墨炸弹的威力和现代发电工业的设计有直接关系，因为发电厂的电是不能直接输送给用户的，而是通过十分复杂的线路传输和变电网络实现的。比如发电厂输出的电压为25000V（不同电厂输出电压不同，此处为举例），首先要通过变压器把电压升高到40000V后才能入网，这样为的是提高输送效率，减少电力损耗。

细微的破损、毛刺都可能导致短路放电

220千伏左右的输电电压叫高压输电，330—750千伏的电压叫超高压输电，1000千伏以上的电压叫做特高压输电。因为电压极高，电线上不能有保护层，这样石墨炸弹才有可乘之机。电力还要通过多个变电站和变压器，将高压电降至标准工业或民用电压，如220V才能被工厂和老百姓应用。

高压线上的风筝

美军通过轰炸伊拉克发现了石墨炸弹的很多弊端，比如当时的石墨炸弹附着性很差，风吹日晒后就被吹跑并且能恢复通电。于是多次改进，在CBU系列子母弹基础上研发了一种新型“石墨炸弹”，也就是CBU-94，这款炸弹的弹头中有200枚BLU-114/B子弹药，另外还有 SUU-66/B 型战术弹药撒布器，这两者组成了完整的CBU-94石墨炸弹。

CBU-94石墨炸弹投弹过程

CBU-94石墨炸弹被投递到目标上方，爆炸后会有200个BLU-114/B型子弹药散布出来，长20厘米,直径6厘米,内有经化学处理的石墨细纤维和空气伞,在目标上空爆炸后释放出大量很细的碳纤维,一旦附着在变压器、高压线等上面,即可造成短路，并且经过处理后的石墨细丝更容易附着在上面，造成高压电弧。

BLU-114B型子弹药内部的碳纤维

1999年3月24日北约开始轰炸南联盟，共发射2300枚导弹，14000枚贫铀弹和集束炸弹，2000多名平民丧生，经济损失2000亿美元。5月2日晚上,经过北约38天的轰炸,南联盟首都贝尔格莱德依旧灯火通明，突然之间,整座城市陷入黑暗。意大利阿维亚诺空军基地有美军的24架F-117A夜鹰隐形战斗机，美军就是用F-117A 发射了CBU-94石墨炸弹，造成南联盟70%以上的地区断电。