电力电子的发展与研究

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1、0801100110肖科电力电子的发展与研究当今世界能源消耗增长十分迅速。目前，在所有能源屮电力能源约占40%,而电力能源中有40%是经过电力电子设备的转换才到使用者手中。预计十年后，电力能源中的80%要经过电力电子设备的转换，电力电子技术在21世纪将起到更大作用。电力电子技术是利用电力电子器件对电能进行控制和转换的学科。它包括电力电子器件、变流电路和控制电路三个部分，是电力、电子、控制三大电气工程技术领域Z间的交叉学科。随着科学技术的发展，电力电子技术由于和现代控制理论、材料科学、电机工程、微电子技术等许多领域密切相关，已逐步发展成为一门多学科相互渗透的综合性技术学科。现代电源技

2、术是应用电力电子半导体器件，综合自动控制、计算机(微处理誥)技术和电磁技术的多学科边缘交乂技术。在各种高质量、高效、高可靠性的电源中起关键作用，是现代电力电子技术的具体应用。当前，电力电子作为节能、节才、自动化、智能化、机电一体化的基础,正朝着应川技术高频化、破件结构模块化、产品性能绿色化的方向发展。在不远的将来，电力电子技术将使电源技术更加成熟、经济、实川,实现高效率和高品质川电相结合。电力电子技术的发展历史1.幣流器时代大功率的工业用电山工频(50Hz)交流发电机提供，但是大约20%的电能是以直流形式消费的,其屮最典型的是电解(有色金属和化工原料需要直流电解)、码I(电气机车、

3、电传动的内燃机车、地铁机车、城市无轨电车等)和直流传动(轧钢、造纸等)三人领域。大功率硅整流器能够高效率地把工频交流电转变为直流电，因此在六十年代和七十年代,大功率硅整流筲利晶闸管的开发与应丿IJ得以很大发展。当时国内曾经掀起了一股各地大办硅整流器厂的热潮，目前全国大大小小的制造硅整流器的半导体厂家就是那吋的产物。2.逆变器吋代七十年代出现了世界范围的能源危机，交流电机变频调速因节能效果显著而迅速发展。变频调速的关键技术是将直流电逆变为0-100Hz的交流电。在七十年代到八十年代，随着变频调速装置的普及，大功率逆变用的晶闸管、巨型功率晶体管(GTR)和门极可关断晶闸管(GT0)成为

4、当时电力电子器件的主也。类似的应川还包括髙压直流输出，静止式无功功率动态补偿等。这时的电力电子技术已经能够实现整流和逆变，但工作频率较低，仅局限在低频范围内3.变频器时代进入八I•年代，人规模和超人规模集成电路技术的迅猛发展，为现代电力电子技术的发展奠定了基础。将集成电路技术的秸细加工技术和高压人电流技术令机结合，出现了一批全新的全控型功率器件、首先是功率M0SFET的问此导致了中小功率电源向高频化发展，而后绝缘门极双极晶体管(IGBT)的出现，乂为人中型功率电源向高频发展带來机遇。MOSFET和IGBT的相继问世,是传统的电力电子向现代电力电子转化的标志。据统计，到1995年底，

5、功率MOSFET和GTR在功率半导体器件市场上己达到平分秋色的地步，而用IGBT代替GTR在电力电子领域巳成定论。新型器件的发展不仅为交流电机变频调速捉供了较高的频率，使其性能更加完善可靠，而且使现代电子技术不断向高频化发展，为用电设备的高效节材节能，实现小型轻量化，机电一体化和智能化提供了重要的技术棊础。2现代电力电子的应用领域2.1计算机高效率绿色电源高速发展的计算机技术帯领人类进入了信息社会，同时也促进了电源技术的迅速发展。八十年代,计算机全面采用了开关电源，率先完成计算机电源换代。接着开关电源技术相继进人了电子、电器设备领域。计算机技术的发展,提出绿色电脑和绿色电源。绿色电

6、脑泛指对环境无害的个人电脑和相关产品，绿色电源系指与绿色电脑相关的高效省电电源,根据美国环境保护署I992年6月17能源Z星“计划规定,桌上型个人电脑或相关的外围设备，在睡眠状态下的耗电量若小于30瓦,就符合绿色电脑的要求，提高电源效率是降低电源消耗的根本途径。就R前效率为75%的200瓦开关电源而言，电源自身要消耗50瓦的能源。变频器电源主要用于交流电机的变频调速，其在电气传动系统中占据的地位H趋重要，已获得尸人的节能效果。变频器电源主电路均采川交流■直流■交流方案。工频电源通过整流器变成固定的直流电压，然后由大功率晶体筲或IGBT组成的PWM高频变换器，将直流电圧逆变成电丿衣、

7、频率可变的交流输出，电源输出波形近似于止弦波，用于驱动交流异步电动机实现无级调速。国际上400kVA以下的变频器电源系列产品已经问世。八十年代初期,日木东芝公司最先将交流变频调速技术应用于空调器中。至1997年，其占有率己达到日木家用空调的70%以上。变频空调具有舒适、节能等优点。国内于90年代初期开始研究变频空调,96年引进生产线生产变频空调器,逐渐形成变频空调开发生产热点。预计到2000年左右将形成高潮。变频空调除了变频电源外,述耍求有适合于变频调速的压缩机电机。