История электротехники

Особое место по распространенности, профессиональному уровню, степени влияния на другие области техники и производства, развитию различных структур занимает промышленная электроника. Промышленная электроника как направление электронной техники зародилась в 40-х годах XX в. Ее появление было своего рода велением времени и неслучайно соответствующие направления с их проблематикой и терминологией появились на разных языках в технической литературе различных стран.

В последние годы определились три основных направления промышленной электроники: энергетическая (силовая) электроника (преобразование электрической энергии), информационная электроника (электронные средства получения информации, ее преобразования, отображения, использования в управлении), технологическая электроника (воздействие на вещество потоками частиц, электромагнитным излучением).

Впервые содержание промышленной электроники было сформулировано основателем кафедры промышленной электроникой МЭИ И.Л. Кагановым в 1947 г. За прошедшие десятилетия по этой дисциплине были подготовлены тысячи специалистов. Помимо МЭИ кафедры промышленной электроники существуют и готовят специалистов более чем в 20 вузах России и бывших республик Советского Союза. Само понятие промышленной электроники оказалось динамичным, и его содержание изменяется с каждым новым шагом технического прогресса.

В 60-х годах, термин «промышленная электроника» получил более широкое содержательное наполнение, охватывающее преобразовательные электронные устройства и источники электропитания (с соответствующими схемотехническими элементами, электровакуумными и полупроводниковыми приборами), а также информационные системы для электроэнергетики, технологии и управления промышленными объектами.

Промышленная электроника в вышеприведенном ее понимании охватывает все отрасли промышленности. Доминирующими направлениями в ее развитии являются:

1) преобразование тока промышленной (50 Гц) или иной частоты в постоянный (выпрямление) и преобразование постоянного тока в переменный с заданной частотой (инвертирование), а также преобразование переменного тока одной частоты в переменный ток иной частоты;

2) электропитание (вторичные источники) любых промышленных, в том числе радиотехнических, установок с выполнением регулирующих, стабилизирующих, защитных, коммутирующих и других функций; управляемый энергообмен между различными источниками энергии (например, сеть и солнечная батарея) либо между источниками и накопителями энергии (например, сеть и конденсаторная батарея); первое и второе направления объединяют названием «силовая (энергетическая) электроника»;

3) электронные средства систем управления, регулирования, контроля, сбора и отображения информации о состоянии промышленных объектов. В последние годы в связи с широким распространением промышленных микроконтроллеров электронные средства управления включают в себя комплекс аппаратных и программных средств; это направление называют «информационной электроникой»;

4) создание установок и устройств, обеспечивающих технологическое воздействие на материалы, детали машин, биологические и другие объекты и среды за счет использования потоков электронов и ионов, потоков электромагнитного излучения, включая излучение оптического диапазона (в том числе лазерного); это направление называют «технологической электроникой».

Несмотря на всю условность такого подхода, он достаточно полно отражает области применения промышленной электроники и в значительной мере ее элементную базу — электровакуумные (включая газоразрядные) и полупроводниковые электронные приборы, электронные источники, генерирующие потоки заряженных частиц и электромагнитные излучения (включая высокочастотные (ВЧ), ультравысокочастотные (УВЧ), сверхвысокочастотные (СВЧ) и излучения оптического диапазона).

11.2. СИЛОВАЯ (ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ) ЭЛЕКТРОНИКА

11.2.1. ПЕРВЫЕ РТУТНЫЕ ВЫПРЯМИТЕЛИ

Силовая электроника была и остается наиболее энергоемким направлением развития промышленной электроники. Функции этого направления — регулируемое преобразование электрической энергии. Важнейшие виды преобразования энергии: выпрямление переменного тока, регулирование выпрямленного напряжения (тока), инвертирование постоянного тока, преобразование частоты, преобразование числа фаз. Основные задачи, которые решала и решает силовая электроника, — создание элементной и аппаратной базы; развитие схемотехники; создание теории вентильных цепей, методов анализа и проектирования преобразователей электроэнергии; развитие методов и технических средств управления преобразователями электроэнергии. Решение этих задач и составляет основные этапы развития и становления современной силовой электроники — важнейшей составной части промышленной электроники.