論電力電子器件及其應(yīng)用的現(xiàn)狀和發(fā)展

范長(zhǎng)義

摘 要：本文著重概述電力電子器件，并回顧了電力電子器件的誕生，從第一代到第三代的整個(gè)的發(fā)展歷程， 并針對(duì)于當(dāng)前電力電子器件在新能源行業(yè)和電力系統(tǒng)、軌道交通、電動(dòng)汽車、工業(yè)電機(jī)等各行各業(yè)中的應(yīng)用情況作了簡(jiǎn)單的概述，對(duì)于在這個(gè)行業(yè)內(nèi)的發(fā)展趨勢(shì)作出展望。

關(guān)鍵詞：電力電子器件;新型材料的電力電子器件;電力電子器件的應(yīng)用

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.01.132

電力電子器件我們也稱之為功率半導(dǎo)體器件，以下簡(jiǎn)稱為電子器件，主要作為電力設(shè)備中的大功率電子器件的功率轉(zhuǎn)換和控制。目前，電力電子器件已廣泛應(yīng)用于機(jī)械行業(yè)、冶金業(yè)、電力系統(tǒng)等一系列領(lǐng)域中去。并擴(kuò)展到汽車、家用電器、醫(yī)療設(shè)備和照明等各個(gè)生活領(lǐng)域中。二十一世紀(jì)，隨著技術(shù)的不斷更新，它作為信息產(chǎn)業(yè)與傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)之間的橋梁，一定會(huì)迎來(lái)一個(gè)新的發(fā)展趨勢(shì)。并且在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中占有非常重要的地位。

1 電力電子器件的應(yīng)用發(fā)展

自上世紀(jì)50年代以來(lái)，世界上誕生了第一臺(tái)晶閘管，它標(biāo)志著電力電子器件在現(xiàn)代電氣傳動(dòng)的歷史舞臺(tái)上的到來(lái)?；诳煽毓璧目煽毓枵髌鞒蔀殡娏鲃?dòng)行業(yè)的一個(gè)變革。

到了上世紀(jì)70年代，晶閘管已經(jīng)發(fā)展成能夠承受高電壓和高電流的產(chǎn)品。這一代的半控裝置被稱為第一代電子電氣設(shè)備。然而，晶閘管的缺點(diǎn)是不能關(guān)閉。隨著電力電子器件的不斷進(jìn)步，研制了一種全控型的GTR、GTO和MOSFET。這種類型的產(chǎn)品被稱為第二代電力電子設(shè)備。

之后便出現(xiàn)了第三代電子器件，主要為絕緣柵雙極晶體管。第三代電子器件具有頻率快、反射速度快、能耗低等特點(diǎn)。近年來(lái)，微電子技術(shù)與電力電子器件開(kāi)始相結(jié)合，創(chuàng)造出一種多功能、更智能、更高效的全控性能集成器件。電流整流器可以改善電性能、降低電路能量損耗和提高電流效率方面起著重要作用。

上世紀(jì)70年代，GTR產(chǎn)品推出時(shí)便大獲成功。它的額定值達(dá)到當(dāng)時(shí)非常高的標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)擁有非常強(qiáng)大的靈活性，而且還具備開(kāi)關(guān)能耗低、時(shí)間短等多個(gè)優(yōu)點(diǎn)。它在中等容量和頻率電路中起著很重要的作用。第三代絕緣柵雙極晶體管可以控制電壓，具有輸入電阻大、驅(qū)動(dòng)功率小的優(yōu)點(diǎn)，有非常大的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

2 電力電子器件的應(yīng)用現(xiàn)狀

2.1 電力系統(tǒng)

電力系統(tǒng)是電力電子器件應(yīng)用中最重要和最有潛力的領(lǐng)域。在電能的產(chǎn)生和傳輸以及分配使用的整個(gè)過(guò)程中，電力電子設(shè)備得到了廣泛的應(yīng)用。從用電的角度看，要利用電力電子技術(shù)改造節(jié)能技術(shù)，提高能效;從發(fā)電、輸電、配電的角度看，利用電子器件來(lái)提高發(fā)電效率，提高電力傳輸和配電質(zhì)量是十分必要的。

2.2 軌道交通

地軌交通的牽引系統(tǒng)中，電力電子器件的應(yīng)用按市場(chǎng)管理可以分為以下三個(gè)方面：主傳動(dòng)、輔助傳動(dòng)和控制輔助電源這三個(gè)系統(tǒng)。電力電子設(shè)備的容量和性能的提高，包裝形式的改進(jìn)，減少了傳動(dòng)系統(tǒng)，促進(jìn)了牽引電力傳動(dòng)系統(tǒng)的發(fā)展。其實(shí)在交流馬達(dá)中的驅(qū)動(dòng)應(yīng)用，可以用于運(yùn)輸、牽引等設(shè)備中，與直流馬達(dá)相比，交流馬達(dá)有價(jià)格便宜、噪音小、效率高等優(yōu)勢(shì)，目前越來(lái)越多的領(lǐng)域中，都采用交流馬達(dá)作為驅(qū)動(dòng)來(lái)應(yīng)用。

2.3 電動(dòng)車節(jié)能

電動(dòng)汽車作為最大的電能消耗載體，在節(jié)能方面的要求非常高。在我國(guó)的重要規(guī)劃中，電機(jī)系統(tǒng)節(jié)能問(wèn)題被列為重點(diǎn)工程。隨著電力電子器件與計(jì)算機(jī)技術(shù)和自動(dòng)控制技術(shù)等新興技術(shù)的不斷發(fā)展，電力的傳輸方面的技術(shù)也面臨著重大改革，直流調(diào)速很快就會(huì)被交流調(diào)速所取代。眾所都知，電動(dòng)汽車主要用電池供電，依靠電動(dòng)電子裝置進(jìn)行電力交換和行駛。因此，電池的充電與這項(xiàng)技術(shù)是密不可分的。

2.4 航空與國(guó)防工業(yè)

電力電子設(shè)備廣泛應(yīng)用于國(guó)防工業(yè)，主要用于能源、環(huán)境、制造、運(yùn)輸?shù)认嚓P(guān)行業(yè)。特別是先進(jìn)的能源技術(shù)、激光技術(shù)、高端數(shù)控機(jī)床以及與國(guó)家安全和國(guó)防相關(guān)的基礎(chǔ)制造技術(shù)，是許多重要的國(guó)防工業(yè)。電氣電子設(shè)備在現(xiàn)代國(guó)防中得到了廣泛的應(yīng)用?，F(xiàn)代防御設(shè)備的特殊電源、電力傳輸、推進(jìn)和控制都涉及到電力和電子核心技術(shù)。

2.5 民用消費(fèi)電子產(chǎn)品

電子裝置在消費(fèi)電子產(chǎn)品中的應(yīng)用主要集中在各種家用電器的電機(jī)上，如洗衣機(jī)、冰箱、空調(diào)等的驅(qū)動(dòng)感應(yīng)加熱、照明驅(qū)動(dòng)和各種電子產(chǎn)品的電源供應(yīng)等。在家用電器中，主要依靠變頻技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)高性能和節(jié)能。

2.6 工業(yè)生產(chǎn)

在工業(yè)生產(chǎn)中，電子電力器件也應(yīng)用廣泛，比如在軋鋼與造紙等領(lǐng)域方面都有應(yīng)用。通過(guò)此技術(shù)的應(yīng)用，能夠大大的提高工業(yè)生產(chǎn)的效率，降低損耗，提高經(jīng)濟(jì)效益。不同的電子器件有不同的效果 ，比如，SIT及SITH的應(yīng)用是可以提高電子管效率的，通過(guò)應(yīng)用，可以減輕對(duì)于電子管的損耗，保證企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。

3 結(jié)論

今后，電力電子器件這一行業(yè)也將會(huì)迎來(lái)一個(gè)良好的發(fā)展，自主創(chuàng)新是電力電子器件發(fā)展的持久動(dòng)力。我們不難看出，任何行業(yè)的發(fā)展都需要不斷的創(chuàng)新，只有不斷的通過(guò)自主創(chuàng)新，以創(chuàng)新精神來(lái)引領(lǐng)企業(yè)發(fā)展，掌握核心的技術(shù)，才是提高企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力的核心;通過(guò)自主創(chuàng)新，才能擺脫低水平的重復(fù)建設(shè)和低價(jià)惡性的現(xiàn)狀，企業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展和擴(kuò)大才能快速的追趕發(fā)達(dá)國(guó)家?？s小我們同發(fā)達(dá)國(guó)家之間的技術(shù)方面的差距，促進(jìn)新一代電子設(shè)備在中國(guó)的出現(xiàn)，電力工業(yè)必須加強(qiáng)自身的創(chuàng)新。未來(lái)幾年，整個(gè)行業(yè)將以尖端技術(shù)為重點(diǎn)，努力打造自主品牌，加大科技研發(fā)和投資力度，并積極主動(dòng)的推動(dòng)自主創(chuàng)新能力。電子器件的研發(fā)人才和關(guān)鍵技術(shù)的掌握才是其發(fā)展的決定性因素，而且必定會(huì)促進(jìn)電力電子器件行業(yè)的快速發(fā)展。進(jìn)而以電力電子裝置理論為基礎(chǔ)，推動(dòng)了傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)和高科技產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展。

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