电力电子技术的发展前景与应用情况.pdf
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2022-11-13
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1. 电力电子技术的发展
现代电力电子技术的发展方向,是从以低频技术处理问题为主的传统电力电子学,
向以高频技术处理问题为主的现代电力电子学方向转变。电力电子技术起始于五
十年代末六十年代初的硅整流器件,其发展先后经历了整流器时代、逆变器时代
和变频器时代,并促进了电力电子技术在许多新领域的应用。八十年代末期和九
十年代初期发展起来的、以功率 MOSFET 和 IGBT 为代表的、集高频、高压和
大电流于一身的功率半导体复合器件,表明传统电力电子技术已经进入现代电力
电子时代。
1.1 整流器时代
大功率的工业用电由工频(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,其中最典型的是电解(有色金属和化工原料需要直流电解)、牵引(电
气机车、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)三大领域。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,大功率硅整流管和晶闸管的开发与应用得以很大发展。
当时国内曾经掀起了-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时的产物。
1.2 逆变器时代
七十年代出现了世界范围的能源危机,交流电机变频惆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)成为当时电力电子器件的主角。类似的应用还
包括高压直流输出,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,仅局限在中低频范围内。
1.3 变频器时代
进入八十年代,大规模和超大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。将集成电路技术的精细加工技术和高压大电流技术有机结合,
出现了一批全新的全控型功率器件、首先是功率 M0SFET 的问世,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,又为大中型功率电
源向高频发展带来机遇。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,功率 M0SFET 和 GTR 在功率半
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