机车牵引领域电力电子器件的发展

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1、自1957年晶闸管问世，标志着电力电子技术的诞生，从此电子技术向两个分支发展。一支是以晶体管集成电路为核心形成对信息处理的微电子技术，其发展特点是集成度愈来愈高，集成规模越来越大，功能越来越全。另一支是以晶闸管为核心形成对电力处理的电力电子技术，其发展特点是晶闸管的派生器件越来越多，功率越来越大，性能越来越好。      传统的电力电子器件已发展到相当成熟的阶段，但在实际中却存在两个制约其继续发展的致命因素。一是控制功能上的欠缺，因为通过门极只能控制其开通而不能控制其关断，属于半控型器件。二是此类器件立足于分立

2、元件结构，开通损耗大，工作频率难以提高，一般情况下难以高于400Hz，因而大大地限制了其应用范围。因此，半控制器件的发展已处于停滞状态。      到了70年代末，可关断晶闸管(GTO)器件日趋成熟，标志着电力电子器件已经从半控型器件发展到全控制型器件。      进入80年代以后，伴随着GTO器件的发展及成熟，MOS器件的开发则繁花似锦。绝缘栅双极晶体管(IGBT)独占鳌头。至此电力电子器件又从电流控制型器件发展到电压控制型器件。90年代，电力电子器件又在向智能化、模块化方向发展，力求将电力器件与驱动电路、保

3、护电路、检测电路等集成在一个芯片或模块内，使装置更趋小型化、智能化，其典型器件是IPM。而IGCT器件既具有IGBT器件的开关特性，同时又具有GTO器件的导通特性，且制造成本较低(与GTO和IGBT相比)，可以获得和GTO晶闸管一样的产量，即其集IGBT与GTO二者优势于一身，预计今后会在更多的工业和牵引领域中发挥作用。 总之，电力电子器件的发展经历了从半控到全控、从电流控制型到电压控制型、从单个元件到模块化再到智能化的发展过程。 一、牵引领域三种主导电力电子器件应用特性比较      从应用角度出发，对GTO

4、、IGBT、IGCT这三种主导电力电子器件的主要性能比较。     GTO电压、电流容量大，适用于大功率场合，具有电导调制效应；IGBT开关速度高，开关损耗小，具有耐脉冲电流冲击的能力，通态压降较低，输入阻抗高，为电压驱动，驱动功率小；IGCT具有前两者的有点于一身，具有高阻断电压和低通损耗。 二、据电力电子器件的发展现状及趋势，预计在今后几年，电力电子器件将在以下方面取得进展：      1.已进入实用化的全控型器件将在功率等级、易于驱动和更高工作频率这三个方面继续改善和提高。      2.由于MCT、IG

5、BT、IGCT等器件的大容量化及实用化，在更多的领域，IGBT和IGCT将取代GTO。      3.IGCT等新型混合器件将逐步得以推广应用。      4.功率集成电路将会有更进一步的发展。这将预示着电力电子技术将跃入一个新的时代。      5.新型半导体材料SiC的问世，将预示着在不远的将来会诞生一种集高耐压、大电流、高开关速度、无吸收电路、简单的门极驱动、低损耗等所有优点于一身的新型SiC电力器件。 三、电力电子器件在变流技术及机车牵引领域的应用      80年代以前，在机车牵引领域，电力电子器件主

6、要用于直流传动系统中的整流器和斩波器以及辅助传动系统。电力电子器件主要是晶闸管。      进入80年代以后，随着机车技术的发展，交流传动技术日趋成熟。 作者：小叶女贞www.xuchanghm.com