浅谈电力电子技术的发展

《浅谈电力电子技术的发展》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。

1、浅谈电力电子技术1•电力电子技术简介电力电子技术是一门新兴的应用于电力领域的电子技术，就是使用电力电子器件（如晶闸管，GTO,IGBT等）对电能进行变换和控制的技术。电力电子技术所变换的“电力”功率可大到数百MW甚至GW,也可以小到数W甚至1W以下，和以信息处理为主的信息电子技术不同电力电子技术主要用于电力变换。一般认为，电力电子技术的诞生是以1957年美国通用电气公司研制岀的第一个晶闸管为标志的，电力电子技术的概念和基础就是由于晶闸管和晶闸管交流技术的发展而确立的。7（）年代后期以门极可关断晶闸管（GTO）,电力双极型晶体管（BJT）,电力场效应管（Powc.MOS

2、FET）为代表的全控型器件全速发展（全控型器件的特点是通过对门极既栅极或基极的控制既可以使其开通又可以使其关断），使电力电子技术的面貌焕然一新进入了新的发展阶段。8（）年代后期，以绝缘栅极双极型晶体管（IGBT可看作MOSFET和BJT的复合）为代表的复合型器件集驱动功率小，开关速度快，通态压降小，在流能力大于一身，性能优越使之成为现代电力电子技术的主导器件。为了使电力电子装置的结构紧凑，体积减小，常常把若干个电力电子器件及必要的辅助器件做成模块的形式，后来又把驱动，控制，保护电路和功率器件集成在一起，构成功率集成电路（PIC）。目前PIC的功率都述较小但这代表了电力

3、电子技术发展的一个重要方向。2・电力电子器件的分类2・1详细分类可以分为半控型器件、全控型器件和不可控型器件，其中晶闸管为半控型器件，承受电压和电流容量在所有器件中最高；电力二极管为不可控器件，结构和原理简单，工作可靠；还可以分为电压驱动型器件和电流驱动型器件，其中GTO、GTR为电流驱动型器件，IGBT、电力MOSFET为电压驱动型器件。2・2儿种常见电力电子器件的优缺点器件优点缺点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，驱动功率小开关速度低于电力MOSFET,电压，电流容量不及GTOGTR耐压高，电流大，开关

4、特性好，通流能力强，饱和压降低开关速度低，为电流驱动，所需驱动功率大，驱动电路复杂，存在二次击穿问题GTO电压、电流容量大，适用于大功率场合，具有电导调制效应，其通流能力很强电流关断增益很小，关断时门极负脉冲电流大，开关速度低，驱动功率大，驱动电路复杂，开关频率低电力MOSFET开关速度快，输入阻抗髙，热稳定性好，所需驱动功率小且驱动电路简单，工作频率髙，不存在二次击穿问题电流容量小，耐压低，一般只适用于功率不超过10kW的电力电子装置3・电力电子技术的应用3.1一般丄业：交直流电机、电化学工业、冶金工业3・2交通运输：电气化铁道、电动汽车、航空、航海3・3电力系统：

5、高压直流输电、柔性交流输电、无功补偿3・4电子装置电源：为信息电子装置提供动力3・5家用电器：“节能灯”、变频空调其他：UPS、航天飞行器、新能源、发电装置4・电力电子技术的最新进展4・1功率晶闸管的最新发展4・11超大功率晶闸管晶闸管（SCR）自问世以来，其功率容量提高了近3000倍。现在许多国家已能稳定生产????mm.8kV/4kA的晶闸管。FI本现在已投产8kV/4kA和6kV/6kA的光触发晶闸管（LTT）o美国和欧洲主要生产电触发晶闸管。近十儿年来，由于自关断器件的飞速发展，晶闸管的应用领域有所缩小，但是，由于它的高电压、大电流特性，它在HVDC、静止无功

6、补偿（SVC）、大功率直流电源及超大功率和高压变频调速应用方面仍占有十分重要的地位。预计在今后若干年内，晶闸管仍将在高电压、大电流应用场合得到继续发展。现在，许多生产商可提供额定开关功率36MVA(6kV/6kA)ffl的高压大电流GTO。传统GTO的典型的关断增量仅为3〜5。GTO关断期间的不均匀性引起的“挤流效应”使其在关断期间dv/dt必须限制在500-1kV/

7、JSo为此，人们不得不使用体积大、昂贵的吸收电路。另外它的门极驱动电路佼复杂和要求较大的驱动功率。但是，高的导通电流密度、高的阻断电压、阻断状态下高的dv/dt耐量和有可能在内部集成一个反并二极管，这些

8、突出的优点仍使人们对GTO感到兴趣。到目前为止，在高压(VBR>3.3kV)、大功率(0.5〜20MVA)牵引、工业和电力逆变器中应用得最为普遍的是门控功率半导体器件。目前，GTO的最高研究水平为6泊、6kV/6kA以及9kV/10kAo为了满足电力系统对1GVA以上的三相逆变功率电压源的需要,近期很有可能开发岀10kA/12kV的GTO,并有可能解决30多个高压GTO串联的技术，可望使电力电子技术在电力系统中的应用方面再上一个台阶。4・1・2脉冲功率闭合开关晶闸管该器件特别适用于传送极强的峰值功率(数MW)、极短的持续时间(数ns)的放电闭合开关应