一、電力電子技術的發(fā)展

現(xiàn)代電力電子技術的發(fā)展方向,是從以低頻技術處理問題為主的傳統(tǒng)電力電子學,向以高頻技術處理問題為主的現(xiàn)代電力電子學方向轉變。電力電子技術起始于五十年代末六十年代初的硅整流器件,其發(fā)展先后經(jīng)歷了整流器時代、逆變器時代和變頻器時代,并促進了電力電子技術在許多新領域的應用。八十年代末期和九十年代初期發(fā)展起來的、以功率MOSFET和IGBT為代表的、集高頻、高壓和大電流于一身的功率半導體復合器件,表明傳統(tǒng)電力電子技術已經(jīng)進入現(xiàn)代電力電子時代。

1、整流器時代

大功率的工業(yè)用電由工頻(50Hz)交流發(fā)電機提供,但是大約20%的電能是以直流形式消費的,其中最典型的是電解(有色金屬和化工原料需要直流電解)、牽引(電氣機車、電傳動的內燃機車、地鐵機車、城市無軌電車等)和直流傳動(軋鋼、造紙等)三大領域。大功率硅整流器能夠高效率地把工頻交流電轉變?yōu)橹绷麟?因此在六十年代和七十年代,大功率硅整流管和晶閘管的開發(fā)與應用得以很大發(fā)展。當時國內曾經(jīng)掀起了-股各地大辦硅整流器廠的熱潮,目前全國大大小小的制造硅整流器的半導體廠家就是那時的產(chǎn)物。

2、逆變器時代

七十年代出現(xiàn)了世界范圍的能源危機,交流電機變頻惆速因節(jié)能效果顯著而迅速發(fā)展。變頻調速的關鍵技術是將直流電逆變?yōu)?~100Hz的交流電。在七十年代到八十年代,隨著變頻調速裝置的普及,大功率逆變用的晶閘管、巨型功率晶體管(GTR)和門極可關斷晶閘管(GT0)成為當時電力電子器件的主角。類似的應用還包括高壓直流輸出,靜止式無功功率動態(tài)補償?shù)取＿@時的電力電子技術已經(jīng)能夠實現(xiàn)整流和逆變,但工作頻率較低,僅局限在中低頻范圍內。

電力電子技術是研究采用電力電子器件實現(xiàn)對電能的控制和變換的科學，是介于電氣工程三大主要領域——電力、電子和控制之間的交叉學科，在電力、工業(yè)、交通、航空航天等領域具有廣泛的應用。電力電子技術的應用已經(jīng)深入到工業(yè)生產(chǎn)和社會生活的各個方面，成為傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)和高新技術領域不可缺少的關鍵技術，可以有效地節(jié)約能源。

一、電力電子技術的發(fā)展

現(xiàn)代電力電子技術的發(fā)展方向,是從以低頻技術處理問題為主的傳統(tǒng)電力電子學,向以高頻技術處理問題為主的現(xiàn)代電力電子學方向轉變。電力電子技術起始于五十年代末六十年代初的硅整流器件,其發(fā)展先后經(jīng)歷了整流器時代、逆變器時代和變頻器時代,并促進了電力電子技術在許多新領域的應用。八十年代末期和九十年代初期發(fā)展起來的、以功率MOSFET和IGBT為代表的、集高頻、高壓和大電流于一身的功率半導體復合器件,表明傳統(tǒng)電力電子技術已經(jīng)進入現(xiàn)代電力電子時代。

1、整流器時代

大功率的工業(yè)用電由工頻(50Hz)交流發(fā)電機提供,但是大約20%的電能是以直流形式消費的,其中最典型的是電解(有色金屬和化工原料需要直流電解)、牽引(電氣機車、電傳動的內燃機車、地鐵機車、城市無軌電車等)和直流傳動(軋鋼、造紙等)三大領域。大功率硅整流器能夠高效率地把工頻交流電轉變?yōu)橹绷麟?因此在六十年代和七十年代,大功率硅整流管和晶閘管的開發(fā)與應用得以很大發(fā)展。當時國內曾經(jīng)掀起了-股各地大辦硅整流器廠的熱潮,目前全國大大小小的制造硅整流器的半導體廠家就是那時的產(chǎn)物。

2、逆變器時代

現(xiàn)代電源技術是應用電力電子半導體器件,綜合自動控制、計算機(微處理器)技術和電磁技術的多學科邊緣交又技術。在各種高質量、高效、高可靠性的電源中起關鍵作用,是現(xiàn)代電力電子技術的具體應用。

當前,電力電子作為節(jié)能、節(jié)才、自動化、智能化、機電一體化的基礎,正朝著應用技術高頻化、硬件結構模塊化、產(chǎn)品性能綠色化的方向發(fā)展。在不遠的將來,電力電子技術將使電源技術更加成熟、經(jīng)濟、實用,實現(xiàn)高效率和高品質用電相結合。

1.電力電子技術的發(fā)展

現(xiàn)代電力電子技術的發(fā)展方向,是從以低頻技術處理問題為主的傳統(tǒng)電力電子學,向以高頻技術處理問題為主的現(xiàn)代電力電子學方向轉變。電力電子技術起始于五十年代末六十年代初的硅整流器件,其發(fā)展先后經(jīng)歷了整流器時代、逆變器時代和變頻器時代,并促進了電力電子技術在許多新領域的應用。八十年代末期和九十年代初期發(fā)展起來的、以功率MOSFET和IGBT為代表的、集高頻、高壓和大電流于一身的功率半導體復合器件,表明傳統(tǒng)電力電子技術已經(jīng)進入現(xiàn)代電力電子時代。

1.1整流器時代

大功率的工業(yè)用電由工頻(50Hz)交流發(fā)電機提供,但是大約20%的電能是以直流形式消費的,其中最典型的是電解(有色金屬和化工原料需要直流電解)、牽引(電氣機車、電傳動的內燃機車、地鐵機車、城市無軌電車等)和直流傳動(軋鋼、造紙等)三大領域。大功率硅整流器能夠高效率地把工頻交流電轉變?yōu)橹绷麟?因此在六十年代和七十年代,大功率硅整流管和晶閘管的開發(fā)與應用得以很大發(fā)展。當時國內曾經(jīng)掀起了-股各地大辦硅整流器廠的熱潮,目前全國大大小小的制造硅整流器的半導體廠家就是那時的產(chǎn)物。

1關于電力電子技術的發(fā)展

1.1回顧電力電子技術的發(fā)展歷程

電力電子技術的發(fā)展歷程可具體劃分為三個時期，即整流器時代、逆變器時代和變頻器時代。首先，整流器時期的電力電子技術發(fā)展主要表現(xiàn)為大規(guī)模的工業(yè)用電，它的用電來源主要是交流發(fā)電機，消費形式以直流電為主，比如有色金屬的電解、內燃機車的牽引以及軋鋼中的直流電等。硅整流器通過將直流電轉化為工業(yè)用電而被廣泛應用于配電和輸電領域，這在六七十年代的中國隨處可見。其次，逆變器時代的電力電子技術發(fā)展遭遇了嚴重的能源危機，其波及范圍之廣使得整流器的發(fā)展不再適應電能企業(yè)的使用需求，以交流電為主的逆變器時代應運而生。逆變器時代以晶閘管、晶體管以及晶閘管器件作為時展的主流，在高壓直流輸出的過程中實現(xiàn)了對動態(tài)功率的有效補償。然而這時的使用范圍還僅僅局限于中低頻領域，使用過程中的效率較為偏低。再者，八十年代的變頻器時代實現(xiàn)了大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路的發(fā)展與應用，這不僅電子應用領域的顯著創(chuàng)新，同時也為后期現(xiàn)代電力電子技術的發(fā)展提供了必要的技術借鑒。變頻器時代還對電力的精細加工技術進行了完善，全控型功率器件的出現(xiàn)實現(xiàn)了電力電子技術的高頻化發(fā)展，使得現(xiàn)代電力電子技術轉化成為一種可能。功率半導體市場逐漸被變頻器件取代，這一革新不僅提升了變頻調速的使用頻率，在小型輕量化技術裝備方面也有了顯著進步。

1.2當前電力電子技術的應用領域

電力電子技術的發(fā)展核心控制體系在于電能器件的有效轉換，作為一種現(xiàn)代技術，電力電子技術的主要功能不僅包括了逆變、整流、變頻等基本方面，除此以外還涉及到斬波和智能開關等方面的內容。通過對電網(wǎng)工頻電能的轉化來達到不同的使用目的，以此適應現(xiàn)代化生產(chǎn)對電力電子技術的使用需求。具體應用方面，其應用領域主要包括了三大方面：其一，在變頻器作用下對微電子技術及控制技術進行有效整合，將固有不變的交流電轉變?yōu)榭蓳Q可調的可變式交流電，以此達到無級調速的目的，這對電能資源的節(jié)約顯然極為有利。其二，在開關電源和供電電源方面現(xiàn)代電力電子技術也有著自身的使用功能，類似變頻電源、焊接電源、充電電源、照明電源等都為現(xiàn)代化電力系統(tǒng)的完善提供了切實可行的技術指導。其三，一些發(fā)電系統(tǒng)或是交流輸電技術也體現(xiàn)出現(xiàn)代電力電子技術的應用意義，水力發(fā)電、風力發(fā)電、配電與用電系統(tǒng)的完善等都和電子系統(tǒng)的應用之間有著密切聯(lián)系。

2現(xiàn)代電力電子技術的發(fā)展趨勢探討

現(xiàn)代電源技術是應用電力電子半導體器件,綜合自動控制、計算機(微處理器)技術和電磁技術的多學科邊緣交又技術。在各種高質量、高效、高可靠性的電源中起關鍵作用,是現(xiàn)代電力電子技術的具體應用。

當前,電力電子作為節(jié)能、節(jié)才、自動化、智能化、機電一體化的基礎,正朝著應用技術高頻化、硬件結構模塊化、產(chǎn)品性能綠色化的方向發(fā)展。在不遠的將來,電力電子技術將使電源技術更加成熟、經(jīng)濟、實用,實現(xiàn)高效率和高品質用電相結合。

1.電力電子技術的發(fā)展

現(xiàn)代電力電子技術的發(fā)展方向,是從以低頻技術處理問題為主的傳統(tǒng)電力電子學,向以高頻技術處理問題為主的現(xiàn)代電力電子學方向轉變。電力電子技術起始于五十年代末六十年代初的硅整流器件,其發(fā)展先后經(jīng)歷了整流器時代、逆變器時代和變頻器時代,并促進了電力電子技術在許多新領域的應用。八十年代末期和九十年代初期發(fā)展起來的、以功率MOSFET和IGBT為代表的、集高頻、高壓和大電流于一身的功率半導體復合器件,表明傳統(tǒng)電力電子技術已經(jīng)進入現(xiàn)代電力電子時代。

1.1整流器時代

大功率的工業(yè)用電由工頻(50Hz)交流發(fā)電機提供,但是大約20%的電能是以直流形式消費的,其中最典型的是電解(有色金屬和化工原料需要直流電解)、牽引(電氣機車、電傳動的內燃機車、地鐵機車、城市無軌電車等)和直流傳動(軋鋼、造紙等)三大領域。大功率硅整流器能夠高效率地把工頻交流電轉變?yōu)橹绷麟?因此在六十年代和七十年代,大功率硅整流管和晶閘管的開發(fā)與應用得以很大發(fā)展。當時國內曾經(jīng)掀起了-股各地大辦硅整流器廠的熱潮,目前全國大大小小的制造硅整流器的半導體廠家就是那時的產(chǎn)物。

摘要：電力電子及開關電源技術因應用需求不斷向前發(fā)展,新技術的出現(xiàn)又會使許多應用產(chǎn)品更新?lián)Q代,還會開拓更多更新的應用領域。開關電源高頻化、模塊化、數(shù)字化、綠色化等的實現(xiàn),將標志著這些技術的成熟,實現(xiàn)高效率用電和高品質用電相結合。

關鍵詞：電力電子技術；開關電源

現(xiàn)代電源技術是應用電力電子半導體器件,綜合自動控制、計算機(微處理器)技術和電磁技術的多學科邊緣交又技術。在各種高質量、高效、高可靠性的電源中起關鍵作用,是現(xiàn)代電力電子技術的具體應用。

當前,電力電子作為節(jié)能、節(jié)才、自動化、智能化、機電一體化的基礎,正朝著應用技術高頻化、硬件結構模塊化、產(chǎn)品性能綠色化的方向發(fā)展。在不遠的將來,電力電子技術將使電源技術更加成熟、經(jīng)濟、實用,實現(xiàn)高效率和高品質用電相結合。

1.電力電子技術的發(fā)展

現(xiàn)代電力電子技術的發(fā)展方向,是從以低頻技術處理問題為主的傳統(tǒng)電力電子學,向以高頻技術處理問題為主的現(xiàn)代電力電子學方向轉變。電力電子技術起始于五十年代末六十年代初的硅整流器件,其發(fā)展先后經(jīng)歷了整流器時代、逆變器時代和變頻器時代,并促進了電力電子技術在許多新領域的應用。八十年代末期和九十年代初期發(fā)展起來的、以功率MOSFET和IGBT為代表的、集高頻、高壓和大電流于一身的功率半導體復合器件,表明傳統(tǒng)電力電子技術已經(jīng)進入現(xiàn)代電力電子時代。

1.電力電子技術的發(fā)展

現(xiàn)代電力電子技術的發(fā)展方向,是從以低頻技術處理問題為主的傳統(tǒng)電力電子學,向以高頻技術處理問題為主的現(xiàn)代電力電子學方向轉變。電力電子技術起始于五十年代末六十年代初的硅整流器件,其發(fā)展先后經(jīng)歷了整流器時代、逆變器時代和變頻器時代,并促進了電力電子技術在許多新領域的應用。八十年代末期和九十年代初期發(fā)展起來的、以功率MOSFET和IGBT為代表的、集高頻、高壓和大電流于一身的功率半導體復合器件,表明傳統(tǒng)電力電子技術已經(jīng)進入現(xiàn)代電力電子時代。

1.1整流器時代

大功率的工業(yè)用電由工頻(50Hz)交流發(fā)電機提供,但是大約20%的電能是以直流形式消費的,其中最典型的是電解(有色金屬和化工原料需要直流電解)、牽引(電氣機車、電傳動的內燃機車、地鐵機車、城市無軌電車等)和直流傳動(軋鋼、造紙等)三大領域。大功率硅整流器能夠高效率地把工頻交流電轉變?yōu)橹绷麟?因此在六十年代和七十年代,大功率硅整流管和晶閘管的開發(fā)與應用得以很大發(fā)展。當時國內曾經(jīng)掀起了-股各地大辦硅整流器廠的熱潮,目前全國大大小小的制造硅整流器的半導體廠家就是那時的產(chǎn)物。

1.2逆變器時代

七十年代出現(xiàn)了世界范圍的能源危機,交流電機變頻惆速因節(jié)能效果顯著而迅速發(fā)展。變頻調速的關鍵技術是將直流電逆變?yōu)?~100Hz的交流電。在七十年代到八十年代,隨著變頻調速裝置的普及,大功率逆變用的晶閘管、巨型功率晶體管(GTR)和門極可關斷晶閘管(GT0)成為當時電力電子器件的主角。類似的應用還包括高壓直流輸出,靜止式無功功率動態(tài)補償?shù)取＿@時的電力電子技術已經(jīng)能夠實現(xiàn)整流和逆變,但工作頻率較低,僅局限在中低頻范圍內。

現(xiàn)代電源技術是應用電力電子半導體器件,綜合自動控制、計算機(微處理器)技術和電磁技術的多學科邊緣交又技術。在各種高質量、高效、高可靠性的電源中起關鍵作用,是現(xiàn)代電力電子技術的具體應用。

當前,電力電子作為節(jié)能、節(jié)才、自動化、智能化、機電一體化的基礎,正朝著應用技術高頻化、硬件結構模塊化、產(chǎn)品性能綠色化的方向發(fā)展。在不遠的將來,電力電子技術將使電源技術更加成熟、經(jīng)濟、實用,實現(xiàn)高效率和高品質用電相結合。

1.電力電子技術的發(fā)展

現(xiàn)代電力電子技術的發(fā)展方向,是從以低頻技術處理問題為主的傳統(tǒng)電力電子學,向以高頻技術處理問題為主的現(xiàn)代電力電子學方向轉變。電力電子技術起始于五十年代末六十年代初的硅整流器件,其發(fā)展先后經(jīng)歷了整流器時代、逆變器時代和變頻器時代,并促進了電力電子技術在許多新領域的應用。八十年代末期和九十年代初期發(fā)展起來的、以功率MOSFET和IGBT為代表的、集高頻、高壓和大電流于一身的功率半導體復合器件,表明傳統(tǒng)電力電子技術已經(jīng)進入現(xiàn)代電力電子時代。

1.1整流器時代

大功率的工業(yè)用電由工頻(50Hz)交流發(fā)電機提供,但是大約20%的電能是以直流形式消費的,其中最典型的是電解(有色金屬和化工原料需要直流電解)、牽引(電氣機車、電傳動的內燃機車、地鐵機車、城市無軌電車等)和直流傳動(軋鋼、造紙等)三大領域。大功率硅整流器能夠高效率地把工頻交流電轉變?yōu)橹绷麟?因此在六十年代和七十年代,大功率硅整流管和晶閘管的開發(fā)與應用得以很大發(fā)展。當時國內曾經(jīng)掀起了-股各地大辦硅整流器廠的熱潮,目前全國大大小小的制造硅整流器的半導體廠家就是那時的產(chǎn)物。

現(xiàn)代電源技術是應用電力電子半導體器件,綜合自動控制、計算機(微處理器)技術和電磁技術的多學科邊緣交又技術。在各種高質量、高效、高可靠性的電源中起關鍵作用,是現(xiàn)代電力電子技術的具體應用。

當前,電力電子作為節(jié)能、節(jié)才、自動化、智能化、機電一體化的基礎,正朝著應用技術高頻化、硬件結構模塊化、產(chǎn)品性能綠色化的方向發(fā)展。在不遠的將來,電力電子技術將使電源技術更加成熟、經(jīng)濟、實用,實現(xiàn)高效率和高品質用電相結合。

1.電力電子技術的發(fā)展

現(xiàn)代電力電子技術的發(fā)展方向,是從以低頻技術處理問題為主的傳統(tǒng)電力電子學,向以高頻技術處理問題為主的現(xiàn)代電力電子學方向轉變。電力電子技術起始于五十年代末六十年代初的硅整流器件,其發(fā)展先后經(jīng)歷了整流器時代、逆變器時代和變頻器時代,并促進了電力電子技術在許多新領域的應用。八十年代末期和九十年代初期發(fā)展起來的、以功率MOSFET和IGBT為代表的、集高頻、高壓和大電流于一身的功率半導體復合器件,表明傳統(tǒng)電力電子技術已經(jīng)進入現(xiàn)代電力電子時代。

1.1整流器時代

大功率的工業(yè)用電由工頻(50Hz)交流發(fā)電機提供,但是大約20%的電能是以直流形式消費的,其中最典型的是電解(有色金屬和化工原料需要直流電解)、牽引(電氣機車、電傳動的內燃機車、地鐵機車、城市無軌電車等)和直流傳動(軋鋼、造紙等)三大領域。大功率硅整流器能夠高效率地把工頻交流電轉變?yōu)橹绷麟?因此在六十年代和七十年代,大功率硅整流管和晶閘管的開發(fā)與應用得以很大發(fā)展。當時國內曾經(jīng)掀起了-股各地大辦硅整流器廠的熱潮,目前全國大大小小的制造硅整流器的半導體廠家就是那時的產(chǎn)物。

摘要：電力電子器件又稱為功率半導體器件，主要用于電力設備的電能變換和控制電路方面大功率的電子器件，其類型非常的多樣，在各個領域中都有著廣泛的應用，是弱電與強電、信息與電子、傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)與現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)完美結合的媒介。本文主要針對電力電子器件及其應用現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢進行分析、

關鍵詞：電力電子器件；應用現(xiàn)狀；發(fā)展趨勢

隨著科學技術的不斷進步，電力電子器件裝置當今得到了廣泛的應用，主要涉及到交通運輸業(yè)、先進裝備制造業(yè)、航天航空和坦克飛機等現(xiàn)代化裝備中。得益于電子技術的應用優(yōu)勢，全球電子產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)得到了快速的發(fā)展，給全球的經(jīng)濟、文化、軍事等各領域帶來了實質性的影響。電子技術可以劃分為兩類：一種是電子信息技術，電力電子元件在電子信息技術上的應用可以實現(xiàn)信息的傳送、儲存和控制等目的；第二種就是保證電能正常安全的進行傳輸，同時將能源和信息有效的結合起來。在社會的不斷發(fā)展中，各行各業(yè)對于優(yōu)質優(yōu)量的電能都是迫切需要的，而隨著一次次電力電子技術的改革，電力電子器件的應用范圍也更加廣泛，成為了工業(yè)生產(chǎn)中不可或缺的重要元件。電力電子技術的發(fā)展為人類的環(huán)保和生活都做出了重要的貢獻，成為了將弱電與強電、信息與電子、傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)與現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)完美結合的媒介。所以電力電子器件的研究成為了電力電子行業(yè)的重要課題。

1.電力電子器件的應用與發(fā)展歷程

上世紀50年代開始，全球第一支晶閘管誕生，這就標志著現(xiàn)代電氣傳動中的電力電子技術登上歷史的舞臺，基于晶閘管研發(fā)的可控硅整流裝置成為了電氣傳動行業(yè)的一次變革，開啟了以電力電子技術控制和變換電能的變流器時代，至此電力電子技術產(chǎn)生。到70年代時晶閘管已經(jīng)研發(fā)出來可以承受高壓大電流的產(chǎn)品，這一代的半控型器材被稱之為第一代電力電子器件。但是晶閘管的缺點就是不能自關斷，隨著電力電子理論和工藝的不斷進步，隨后研發(fā)出了GTR.GTO和MOSFET等自關斷的全控型，這一類產(chǎn)品被稱之為第二代電力電子器件。之后出現(xiàn)了第三代電力電子器件，主要以絕緣柵雙極晶體管為代表，第三代電力電子器件具有頻率快、反映速度快和能耗較低的特點。在近些年的研究中，人們開始將微電子技術與電力電子技術進行融合，從而制造出了具有多功能、智能化、高效率的全控性能集成器件。電力電子器件中使用最多，構造簡單的就是整流管，當前整流管可以分為普通型、快恢復型和肖特基型三種。在改善電力電子性能、減少電路能源損耗和提升電流效率等方面，電力整流管發(fā)揮著重要的作用。美國通用電氣公司于1958年研發(fā)出了第一個用于工業(yè)的普通晶閘管，為今后的工藝調整和新器件的研發(fā)打下了基礎，隨后的十年中各式各樣的晶閘管面世，例如雙向、逆向逆導和非對稱等，到現(xiàn)如今這些晶閘管還一直在被使用。為了解決晶閘管的不可自關斷問題，美國于1964年研發(fā)了0.5kV/0.01kA的可關斷晶閘管，到今天發(fā)展成為9kV/2.5kA/0.8kHZ和6kV/6kA/1kHZ?？申P斷晶閘管具有容量大和低頻率的特點，在大功率牽引驅動中發(fā)揮著極大的作用。隨后到70年代，GTR產(chǎn)品成功面世，其額定值已經(jīng)達到了1.8kV/0.8kA/2kHZ和0.6kV/0.003kA/100kHZ，GTR產(chǎn)品具有極大的靈活性，有著開關能源消耗低和時間短的優(yōu)點，在中等容量和頻率電路中發(fā)揮著主要作用。而第三代的絕緣柵型雙極性晶體管，對電壓能夠進行控制，有著輸入阻率抗性大和驅動功率小等特點，有著巨大的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

2電力電子器件的應用