电力电子技术及其展望

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1、期年北京联合大学学报第·学科进展·电力电子技术及其展望张国忠林渐狮北京联合大学化学工程学院,北京,。。北京椿树整流器厂,北京,摘要电力电子技米是一门迅速发展的交又于电力、电子和控制之间的边缘科学才支术。本文综述电力电子器件和电力电子应用,并展望电力电子技术的发展趋势。以晶问管及其应用为代表,形成第一代电力电子技术以自关断电力电子器件及其应用为,代表的第二代电力电子技术正在不断发展逐步取代晶问管类的电力电子变换装王以智能化功率集成电路为代表的第三代电力电子技术的问世和进一步发展,预示着可能引起一次新的电子革命仁关键词〕电力电子技

2、米电力电子器件电力电子应用展望目舀“”,年第四届国际电力电子学会议采纳了提出的倒三角定义见图电力电子技术是一门交叉于电气工程三大领域一一电力、电子和控制之间的边缘科学技术图年电力电子技术的定义收稿日期一一北京联合大学学报年年出现了电力电子学的新定义见图模拟电子学数字电子学电力半导体器件电力电子学控制理论电讯超大规模集成电路图年电力电子学定义新的定义反映了年间电力电子技术的发展和相关领域的扩大电能是人类活动的最主要的能源,要使电能的产生、传输和利用达到最佳状态,必须对电能的各项参数进行调节和控制电力电子技术正是将电能的电压、电流

3、、相位、相数和频率等参数进行变换和控制的新技术由于电能在当今社会的普遍应用和节能的紧迫要求,使电力电子技术在国民经济中的地位和作用越来越突出它被誉为节能冠军,是信息产业和传统产业的重要接口,是弱电控制和被控强电之间的桥梁,是传统产业现代化和发展机电一体化及其他高技术的关键基础技术所以,电力电子技术已成为许多国家国民经济的支柱产业近年有人预言电力电子技术的进一步发展可能引起新的电子革命本世纪末,在发达国家中电能的需经电力电子变换或控制后使用因此,电力电子技术已成为当今各国竟相发展的一种高技术电力电子器件年美国通用电气公司发表了第

4、一个电力电子器件一一硅整流管它的问世使变流技术从机械整流、汞弧整流进入电力半导体整流年出现了硅晶闸管,接着晶闸管的派生器件逆导晶闸管、双向晶闸管、快速晶闸管、门极辅助关断晶闸管、非对称晶闸管等相继问世,从而使电力电子技术不仅具有整流功能交流直流,而且具有逆变直流交流、斩波直流直流、变频交流交流等功能在这一发展阶段的电力电子器件,基本上都是分立器件或几个分立器件的组合,它们能被控制导通,而不能被直接控制关断,要靠“”,电流过零或强迫换流才能关断这就形成了以晶闸管及其派生器件为代表的第一代电力电子器件晶闸管类的第一代电力电子器件,

5、不仅为变流设备的固体化、静止化和无触点开关化奠,,一变换最定了基础并且由于其高效率而显示出节能的良好效果例如使用晶闸管后,一变换效率为,一变换为,高效率已达写一变换为一,主要有、门极可关断晶闸管年代发展起来的自关断电力电子器件巨型晶体管第期张国忠林渐狮电力电子技术及其展望、绝缘栅双极晶体管、单极场控晶体管电力、静电感应晶体管、静电感应晶闸管和控制晶闸管等形成了第二代电力电子器件在结构上,它们具有功率集成器件的特点在功能上,它们具有通过电流信号或电场控制器件导通或关断的特点是一种开关器件,可用基极电流开关集电极主电流,即具有自关

6、断能力,它还具有开关时间短、通态电压低、开关损耗小、高频性能好等优点,所以工业发达国家都致力于开发,并向模块化、功能化方向发展把芯片和加速二极管、续流二极管封装在同,,而、,一外壳中的模块不仅可使装置小型轻量化且可使设计简单使用维修方便因而各国大公司竞相开发,在年代初就已形成商品化、系列化由于开关速度快,驱动电路简单,整个装置成本低,因此正在中小功率交流调速、逆变及斩波等方面取代着晶闸管可工作在,目前广泛用于以下的感应电机变频调速、不间断电源以及脉冲电源具有经门极施加负脉冲实现自关断作用,使得它在电力电子装置中省去了强迫换流电

7、路,与普通晶闸管相比,可使装置的体积减小,重量减轻写,效率提高与相比,又具有晶闸管类的良好的电导调制效应,其功率容量则大大超过年日本东芝公司已成功地开发出、的全压接式日立公司已批量生产容量为的逆变装置的工作频率在以内,高频工作频率可达目前在以下的大功率电压型逆变器和大功率自换向电流型逆变器的应用中占有优势,并已广泛用于机车牵引、交流电机驱动、调压变频逆变器和恒压恒频逆变器电力是一种电压型高频多数载流子器件,无少数载流子存贮效应,它的开关时间短,典型值为,它不仅提高了工作频率可高达,减少了驱动电路损耗,而且大大简化了驱动电路,其

8、特点是输入阻抗高、开关损耗低和良好的热稳定性,国外已广泛用于声频功率放大器、无线电发射机输出、视频输出放大器、通用开关振荡器、高频加热器、高效节能灯、激光脉冲发生器和高速逻辑缓冲器等是一种非饱和输出特性的多数载流子器件,具有输出功率大、失真小、输入阻抗高、开关特性好、热稳定性