第 3 章 电气工程领域的主要学科方向
3.1 电力电子与电力传动学科简介
3.1.1 电力电子与电力传动发展概述
1 .电力电子技术的发展
现代电力电子技术的发展方向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 20 世纪 50 年代末 60 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。
20 世纪 80 年代末期和 90 年代初期发展起来的,以功率 MOSF
ET 和 IGBT 为代表的,集高频、高压和大电流于一体的功率
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。
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1) 整流器时代
大功率的工业用电由工频 (50 Hz) 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 20 世纪 60 年
代和 70 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
那个时代的产物。
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2) 逆变器时代
20 世纪 70 年代出现了世界范围内的能源危机,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 ~ 100 Hz 的交流电。 20 世纪 70 年代
到 80 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 (GTO) 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。
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3) 变频器时代
进入 20 世纪 80 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 MOSFET 的
问世,促使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
带来了机遇。