電力電子技術(shù)的應(yīng)用及發(fā)展前景探究

田海濤,梁建賓

(1.鄢陵縣電業(yè)公司，河南鄢陵，461200 2.黃石供電公司,湖北黃石,435000)

1 電力電子技術(shù)的概述

電力電子技術(shù)又被稱為功率電子技術(shù)，從二十世紀(jì)開始飛速發(fā)展起來，因?yàn)樗哂畜w積小、重量輕、容量大、損耗小、壽命長、維護(hù)方便、控制性能好以及可采用集成電路制造工藝等特點(diǎn)，因此在很多的領(lǐng)域都得到了廣泛的應(yīng)用，不僅在其重要的電力系統(tǒng)領(lǐng)域有著重要的作用，在信息通信、家用電器等領(lǐng)域也起著關(guān)鍵性的作用，人們的日常生活已經(jīng)離不開電力電子技術(shù)，當(dāng)使用計(jì)算機(jī)、手機(jī)、打開空調(diào)、使用微波爐、冰箱、看電視等等，人們都在間接或直接的跟電力電子技術(shù)打交道，而今的電力電子技術(shù)以及應(yīng)用到了現(xiàn)實(shí)生活中的方方面面，發(fā)展成了一種無處不在的技術(shù)。因此，電力電子技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用也成為了很多學(xué)者專家的研究對象。

2 電力電子技術(shù)的應(yīng)用

電力電子技術(shù)是以電力電子器件為核心，通過對不同電路的各種控制來實(shí)現(xiàn)對電能的轉(zhuǎn)換和控制，它的基本功能有四種：整流與可控整流電路、逆變電路、直流斬波電路、交流調(diào)壓與周波變換。根據(jù)電力電子技術(shù)的四種基本功能，人們把它加以創(chuàng)新應(yīng)用到了很多的領(lǐng)域，應(yīng)用領(lǐng)域最為廣泛的當(dāng)屬電力系統(tǒng)領(lǐng)域，在發(fā)電、輸電等方面起到了非常大的作用，其次在一般的工業(yè)、家用電器方面和交通領(lǐng)域也都有著重要的應(yīng)用。

2.1 電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用

電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)通向現(xiàn)代化進(jìn)程的道路上有著不可磨滅的功勞，我們都知道，在高電壓輸電的工程中，由電廠發(fā)出電之后，把電流通過變壓器進(jìn)行變電之后再輸送，這樣做的目的是因?yàn)樵陔娏饕欢ǖ那闆r下，電壓越高電流也就越小，在輸送的過程中損耗也就越小，可以節(jié)省大量的電流，因?yàn)殡娏﹄娮蛹夹g(shù)的變流特性，尤其是在特高壓的輸送技術(shù)發(fā)展中，利用電力電子技術(shù)，將直流輸送電端的整流和受端電流都應(yīng)用了晶閘管變流裝置，這就在一定程度上解決了長距離、大容量的輸送電流導(dǎo)致的電流損耗過大的問題，這一舉措為中國的電力行業(yè)做出了極大的貢獻(xiàn)，使中國電力系統(tǒng)邁出了至關(guān)重要的一步。同時(shí)在同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)和交流電動機(jī)的變頻調(diào)速以及新能源發(fā)電和智能電網(wǎng)的應(yīng)用等方面也得到了廣泛應(yīng)用。

2.2 電氣節(jié)能的應(yīng)用

節(jié)能已經(jīng)成為了當(dāng)前社會發(fā)展的必然趨勢，因?yàn)殡娫谌藗內(nèi)粘Ｉ钪械闹匾饔?，因此電氣?jié)能也就顯得尤為重要。電氣節(jié)能目前主要包括變頻節(jié)能、電能質(zhì)量控制、有源濾波等三個(gè)方面，在當(dāng)前階段，變頻節(jié)能在這三個(gè)方面中又是重要的一點(diǎn)，人們所熟知的變頻冰箱、變頻空調(diào)等，它們已經(jīng)開始為人們的生活提供服務(wù)。在未來的發(fā)展時(shí)期中，電機(jī)變頻調(diào)速行業(yè)還要進(jìn)行快速的發(fā)展，這主要是因?yàn)樗囊韵氯齻€(gè)重要發(fā)展因素：一是因?yàn)樽冾l器產(chǎn)品越來越成熟，而且應(yīng)用廣泛，現(xiàn)代電器產(chǎn)品都開始進(jìn)入變頻時(shí)代，又由于它的技術(shù)越來越新，企業(yè)投資產(chǎn)品的成本也越來越低，這就更為變頻器產(chǎn)品的發(fā)展和應(yīng)用提供了絕好的機(jī)會。二是因?yàn)樽冾l調(diào)速節(jié)能非常明顯的效果，為社會提供了廣泛的效益，也為企業(yè)提供了較高的利益，所以越來越多的企業(yè)對變頻調(diào)速節(jié)能產(chǎn)生了興趣。三是國家也開始在這方面出臺一些措施，對重點(diǎn)耗能企業(yè)進(jìn)行嚴(yán)格控制，鼓勵(lì)督促他們發(fā)展電氣節(jié)能，不僅可以降低企業(yè)能源的消耗，同時(shí)也減少了資源浪費(fèi)，為社會創(chuàng)造了巨大財(cái)富。

2.3 電力電子技術(shù)在家用電器中的應(yīng)用

電力電子技術(shù)在家用電器中的應(yīng)用我們都深有感觸，如日常生活中應(yīng)用到的“節(jié)能燈”，就是電力電子技術(shù)發(fā)展的直接產(chǎn)物，它以其體積小、發(fā)光率高等的絕對優(yōu)勢已經(jīng)取代傳統(tǒng)的白熾燈和日光燈。同時(shí)變頻空調(diào)、變頻冰箱、電視機(jī)、音響設(shè)備、計(jì)算機(jī)等電子設(shè)備也是利用電力電子產(chǎn)品，它們已經(jīng)進(jìn)入到了我們的日常生活中，并為我們生活質(zhì)量的提高做出了巨大的貢獻(xiàn)。

3 電力電子技術(shù)的發(fā)展

3.1 電力電子技術(shù)的發(fā)展階段

電力電子器件的發(fā)展分為兩個(gè)階段，一是傳統(tǒng)電力電子器件，它是以電力二極管和晶閘管（SCR）為代表的第一代電力電子器件，自1957年生產(chǎn)第一只晶閘管以來，它以其體積小、功率低等優(yōu)勢首先在大功率整流電路中迅速取代了老式的汞弧整流器，并衍生出快速晶閘管、逆導(dǎo)晶閘管、雙向晶閘管、不對稱晶閘管等多種品種。雖然此類器件通過門極只能控制開通而不能控制關(guān)斷，而且它立足于分立元件結(jié)構(gòu)，工作頻率難以提高，大大限制了它的應(yīng)用范圍，但是因?yàn)樗鼉r(jià)格低廉，所以在大電流、高電壓的發(fā)展空間依舊很多，目前以晶閘管為核心的設(shè)備在許多場合仍然被廣泛使用。二是現(xiàn)代電力電子器件，它是將微電子技術(shù)和電力電子技術(shù)相結(jié)合，研制出的一種全新的高頻、全控型器件。現(xiàn)代電力電子器件的主要產(chǎn)品有功率晶閘管、可關(guān)斷晶閘管、功率場控晶體管、絕緣柵雙極晶體管、MOS門極晶閘管等。這些產(chǎn)品當(dāng)中，由于絕緣柵雙極晶體管和MOS門極晶閘管兩個(gè)為場控復(fù)合器件，所以也成為了最有發(fā)展前途的兩種。

3.2 電力電子技術(shù)的發(fā)展方向

器件是電力電子技術(shù)的基礎(chǔ)，也是電力電子技術(shù)發(fā)展的動力，電力電子器件的發(fā)展方向也就決定了電力電子技術(shù)的發(fā)展方向。電力電子技術(shù)作為自動化、智能化及機(jī)電一體化的一個(gè)重要技術(shù)，未來電力電子器件可能在以下幾個(gè)方面發(fā)展：（1）大容量化。利用微電子技術(shù)，提高單個(gè)器件的電壓、電流容量，從而達(dá)到滿足高壓大電流的需要；（2）易驅(qū)動。由電流驅(qū)動發(fā)展為電壓驅(qū)動，大力發(fā)展復(fù)合器件，還可專門研制專用集成模塊，以便更適合中小功率的控制；（3）模塊化。采用新技術(shù)和新工藝，將幾個(gè)電力電子器件集中到一起，不僅縮小其體積減少連線，同時(shí)還可減低企業(yè)的生產(chǎn)成本；（4）功率集成化。充分利用集成電路工藝，將集成電路的功能與電力電子器件集成于一塊芯片，實(shí)現(xiàn)集成電路功率化和功率器件集成化，并逐步向智能化方向發(fā)展；（5）高頻化。采用新材料、新工藝，在一定的開關(guān)損耗下盡可能的提高器件的開關(guān)速度，使裝置可以在更高的頻率上運(yùn)行。（6）降低導(dǎo)通壓降。研制出比二極管壓降還低的器件來提高交流效率、節(jié)省電能。

3.3 電力電子技術(shù)的未來發(fā)展前景

電力電子技術(shù)已經(jīng)進(jìn)入到千家萬戶，它在人們的生活中扮演著各種各樣重要的角色，在未來有著非常大的發(fā)展前景，這可以在以下幾個(gè)方面體現(xiàn)出來：

3.3.1 新材料的更新?，F(xiàn)今社會經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展，人們的生活水平也越來越高，對于新產(chǎn)品新材料的要求也越來越高，這就要求我們需要在技術(shù)和材料上有新的更新。因?yàn)殡娏﹄娮蛹夹g(shù)在人們?nèi)粘Ｉ钪械膽?yīng)用越來越廣泛，所以材料的更新更是顯得尤為重要。在頻率、功率等方面的研究可以有效降低器件的溫度，減少器件體積，也可使成本大大降低，改進(jìn)系統(tǒng)性能，擴(kuò)大應(yīng)用范圍，使越來越多的領(lǐng)域可以從電力電子技術(shù)中受益。

3.3.2 改進(jìn)裝置封裝形式。在未來的發(fā)展前景中，電力電子技術(shù)將會對器件的裝置形式進(jìn)行不斷改進(jìn)，全面實(shí)現(xiàn)電力電子器件的模塊化和集成化，這樣不僅可以減少生產(chǎn)成本，同時(shí)可以獲得更高的可靠性。

3.3.3 發(fā)展新型的全半導(dǎo)體交流系統(tǒng)。隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們生活水平的提高，對電子產(chǎn)品的要求也越來越高，經(jīng)濟(jì)使用并且體積嬌小外形美觀的電子產(chǎn)品越來越成為人們的鐘愛，因此，電力電子技術(shù)的發(fā)展便可在體積小、重量輕、損耗小、無功率等方面做文章，加大設(shè)計(jì)力度和創(chuàng)新手法，以此來滿足人們?nèi)找嬖鲩L的物質(zhì)文化需要。

4 總結(jié)

電力電子器件從開始的單一功率整流管與晶閘管發(fā)展到現(xiàn)今的現(xiàn)代電力電子器件，尤其是絕緣柵雙極晶體管（IGBI）與MOS門極晶閘管（MCT）的出現(xiàn)，擺脫了傳統(tǒng)電力電子器件的一些弊端，使電力電子技術(shù)進(jìn)入了一個(gè)全新的發(fā)展時(shí)代，讓它從原先主要在電力系統(tǒng)上的應(yīng)用擴(kuò)展到了工業(yè)、交通、日常家用電器等生活中的方方面面，這是一個(gè)質(zhì)的飛躍。在未來的發(fā)展過程中，人們對電子產(chǎn)品要求越來越高的明天，電力電子器件還會得到進(jìn)一步的發(fā)展，電力電子技術(shù)也將會給人們的生活帶來越來越無法想象的精彩。

[1]魯冠華,劉星.淺析電力電子技術(shù)的發(fā)展[J].山東水利職業(yè)學(xué)院院刊, 2009,(04):1-3

[2]趙爭鳴.電力電子技術(shù)應(yīng)用系統(tǒng)發(fā)展熱點(diǎn)綜述[J].變頻器世界 , 2010,(01):2-4.

[3]楊學(xué)斌.現(xiàn)代電力電子技術(shù)應(yīng)用的探討[J].中國新技術(shù)新產(chǎn)品 , 2010,(18):1-2.

[4]韓建設(shè).淺談電力電子技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用[J].硅谷,2010,(03):2-3.

[5]邵炳恒.電力電子技術(shù)[M].中國鐵道出版社,1997,(08):44-51.

[6]李序葆,趙永健.電力電子器件及其應(yīng)用技術(shù)[M].清華大學(xué)出版社,2006,(05):77-79.