电力电子技术的发展应用

电力电子技术的发展应用

景越研

（海华电子企业（中国）有限公司510656）

摘要:现代电力电子技术是以高新技术知识为基础的一种知识密集型技术，电子电力技术与微电子技术的结合已成为当今技术发展的主流，电子电力的应用，使用电效率大大提高，在电机传动中应用，具有巨大节能效益，在电子系统中应用，提高了供电质量，使共用电系统发生变革性的变化。

关键词：电子；技术；应用；发展；分析

引言：电力电子技术是研究采用电力电子器件实现对电能的控制和变换科学，是介于电气勤务员三大主要领域——电力，电子和控制之间的交叉学科，在电子、工业、交通、航空航天等领域具有广泛的应用。电力电子技术的应用已经深入到工业生产和社会生活的各个方面，成为传统产业和高新技术领域不可缺少的关键技术，可以有效的节约能量。

1电子电气的发展

随着电力半导体制造技求、徽电子技术、计算机技术，以及控制理论的不断进步，电力电子技求向着大功率、高频化及智能化方向发展，应用的领域将更加广阔。

（1）.整流器时代。整流器是一个整流装置，简单的说就是将交流（AC）转化为直流（DC）的装置。其中最典型的是电解、牵引和直流传动三大领域，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，因此在六七十年代，大功率硅整流管和晶闸管的开发与应用得到很大发展。

（2）.逆变器时代。是把直流电能（电池、蓄电瓶）转变成交流电（一般为220V，50Hz正弦波）。它由逆变桥、控制逻辑和滤波电路组成。上世纪七十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。

（3）.变频器时代。是应用变频技术与微电子技术，通过改变电机工作电源频率方式来控制交流电动机的电力控制设备。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。

2现代电力电子的应用

（1）.计算机高效率绿色电源。绿色电脑就是一种安全、节能型电脑，绿色是一种环保称谓，其实质是将耗电量、原材料以及对健康和环境的危害力争减少到最低限度。绿色电源技术是业界探讨极为广泛的话题。随着“绿色电源”概念伴随“智能电网”一起涌现，我们发现此概念涵盖的范畴已经不仅是功耗。实际上它是设计社群与最终用户的一种观念变更。就最基本的层面而言，“绿色”表示高能效。

（2）通信用高频开关电源。通信用高频开关电源就是用通过电路控制开关管进行高速的导通与截止，将直流电转化为高频率的交流电提供给变压器进行变压，从而产生所需要的一组或多组电压，转化为高频交流电的原因是高频交流在变压器变压电路中的效率要比50Hz高很多，所以开关变压器可以做的很小，而且工作时不是很热。

（3）.直流-直流（DC/DC）变换器。DC/DC变换是将固定的直流电压变换成可变的直流电压，也称为直流斩波。这种技术被广泛应用于无轨电车、地铁列车、电动车的无级变速和控制，同时使上述控制获得加速平稳、快速响应的性能，并同时收到节约电能的效果。

（4）.不间断电源（UPS）。不间断电源（即UPS），是将蓄电池（多为铅酸免维护蓄电池）与主机相连接，通过主机逆变器等模块电路将直流电转换成市电的系统设备。主要用于给单台计算机、计算机网络系统或其它电力电子设备提供稳定、不间断的电力供应。当市电输入正常时，UPS将市电稳压后供应给负载使用，此时的UPS就是一台交流市电稳压器，同时它还向机内电池充电；当市电中断（事故停电）时，UPS立即将电池的直流电能，通过逆变零切换转换的方法向负载继续供应220V交流电，使负载维持正常工作并保护负载软、硬件不受损坏。UPS设备通常对电压过高或电压过低都能提供保护。

(5).变频电源。变频电源是将市电中的交流电经过AC→DC→AC变换，输出为纯净的正弦波，输出频率和电压一定范围内可调。它有别于用于电机调速用的变频调速控制器，也有别于普通交流稳压电源。理想的交流电源的特点是频率稳定、电压稳定、内阻等于零、电压波形为纯正弦波（无失真）。变频电源十分接近于理想交流电源，因此，先进发达国家越来越多地将变频电源用作标准供电电源，以便为用电器提供最优良的供电环境，便于客观考核用电器的技术性能。变频电源主要有二大种类：线性放大型和SPWM开关型。

（6）.高频逆变式整流焊机电源。高频逆变式整流焊机电源是一种高性能、高效、省材的新型焊机电源，代表了当今焊机电源的发展方向。由于IGBT大容量模块的商用化，这种电源更有着广阔的应用前景。

（7）.大功率开关型高压直流电源。上世纪80年代，高频开关电源技术迅速发展。国内对静电除尘高压直流电源进行了研制，市电经整流变为直流，采用全桥零电流开关串联谐振逆变电路将直流电压逆变为高频电压，然后由高频变压器升压，最后整流为直流高压。

3.电力电气系统发展趋势

1.在未来一段时间内，以各种电力半导体器件为主功率器件的电力电子设备和系统将展开竞争且共同发展。晶闸管及其派生器件仍将垄断特大功率领域。

2.以IGBT为主功率器件的整流器和逆变器可提高效率、减小噪声，减轻设备的重量、减少体积，将广泛应用于工业（电机变频、电焊机，工业加热，电镀电源、贮能装置等）、家用电器（电磁炉，商用电磁炉，变频空调，变频冰箱等）和新能源等方面（风力发电，光伏发电、电动汽车等）等。

3.以IGCT为主功率器件的电力电子设备和系统将有可能逐步取代晶闸管。

4.以MOSFET为主功率器件的电力电子设备和系统将在中低功率领域发挥巨大的作用。

5.谐振变流器技术将广泛应用，新的控制技术及手段将在电力电子设备和系统中获得应用，并进一步提高电力电子设备和系统的性能和档次。

4.电子电气重要作用

电力电子技术已经进入到千家万户，它在人们的生活中扮演着各种各样重要的角色，在未来有着非常大的发展前景，这可以在以下几个方面体现出来：新材料的更新。现今社会经济飞速发展，人们的生活水平也越来越高，对于新产品新材料的要求也越来越高，这就要求我们需要在技术和材料上有新的更新。因为电力电子技术在人们日常生活中的应用越来越广泛，所以材料的更新更是显得尤为重要。在频率、功率等方面的研究可以有效降低器件的温度，减少器件体积，也可使成本大大降低，改进系统性能，扩大应用范围，使越来越多的领域可以从电力电子技术中受益。改进装置封装形式。在未来的发展前景中，电力电子技术将会对器件的装置形式进行不断改进，全面实现电力电子器件的模块化和集成化，这样不仅可以减少生产成本，同时可以获得更高的可靠性。发展新型的全半导体交流系统。随着社会经济的发展，人们生活水平的提高，对电子产品的要求也越来越高，经济使用并且体积娇小外形美观的电子产品越来越成为人们的钟爱，因此，电力电子技术的发展便可在体积小、重量轻、损耗小、无功率等方面做文章，加大设计力度和创新手法，以此来满足人们日益增长的物质文化需要。

5.结束语

电力电子器件从开始的单一功率整流管与晶闸管发展到现今的现代电力电子器件，尤其是绝缘栅双极晶体管（IGBI）与MOS门极晶闸管（MCT）的出现，摆脱了传统电力电子器件的一些弊端，使电力电子技术进入了一个全新的发展时代，让它从原先主要在电力系统上的应用扩展到了工业、交通、日常家用电器等生活中的方方面面，这是一个质的飞跃。在未来的发展过程中，人们对电子产品要求越来越高的明天，电力电子器件还会得到进一步的发展，电力电子技术也将会给人们的生活带来越来越无法想象的精彩。

参考文献:

[1]张有松，朱龙驹，韶山四型电力机车，中国铁道出版社1998年

[2]邓永红，马志文，叶斌等，基于转差频率控制的互馈试验台电机控制策略研究，机车电传动，2005.6

[3]邓永红，电力牵引交流传动互馈试验台系统研究，硕士学位论文，北京交通大学，2005.3

[4]张章，互馈试验台四象限变流器二重化串联系统的研究硕士学位论文，北京交通大学，2005.3

[5]高军，黎辉，杨旭，王兆安．UPS逆变器数字化控制技术．北京：电工技术杂志，2001