電力電子技術的應用及發展前景探究

田海濤,梁建賓

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

1 電力電子技術的概述

電力電子技術又被稱為功率電子技術，從二十世紀開始飛速發展起來，因為它具有體積小、重量輕、容量大、損耗小、壽命長、維護方便、控制性能好以及可采用集成電路制造工藝等特點，因此在很多的領域都得到了廣泛的應用，不僅在其重要的電力系統領域有著重要的作用，在信息通信、家用電器等領域也起著關鍵性的作用，人們的日常生活已經離不開電力電子技術，當使用計算機、手機、打開空調、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打交道，而今的電力電子技術以及應用到了現實生活中的方方面面，發展成了一種無處不在的技術。因此，電力電子技術的發展和應用也成為了很多學者專家的研究對象。

2 電力電子技術的應用

電力電子技術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現對電能的轉換和控制，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、交流調壓與周波變換。根據電力電子技術的四種基本功能，人們把它加以創新應用到了很多的領域，應用領域最為廣泛的當屬電力系統領域，在發電、輸電等方面起到了非常大的作用，其次在一般的工業、家用電器方面和交通領域也都有著重要的應用。

2.1 電力電子技術在電力系統中的應用

電力電子技術在電力系統通向現代化進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，由電廠發出電之后，把電流通過變壓器進行變電之后再輸送，這樣做的目的是因為在電流一定的情況下，電壓越高電流也就越小，在輸送的過程中損耗也就越小，可以節省大量的電流，因為電力電子技術的變流特性，尤其是在特高壓的輸送技術發展中，利用電力電子技術，將直流輸送電端的整流和受端電流都應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致的電流損耗過大的問題，這一舉措為中國的電力行業做出了極大的貢獻，使中國電力系統邁出了至關重要的一步。同時在同步發電機勵磁系統和交流電動機的變頻調速以及新能源發電和智能電網的應用等方面也得到了廣泛應用。

2.2 電氣節能的應用

節能已經成為了當前社會發展的必然趨勢，因為電在人們日常生活中的重要作用，因此電氣節能也就顯得尤為重要。電氣節能目前主要包括變頻節能、電能質量控制、有源濾波等三個方面，在當前階段，變頻節能在這三個方面中又是重要的一點，人們所熟知的變頻冰箱、變頻空調等，它們已經開始為人們的生活提供服務。在未來的發展時期中，電機變頻調速行業還要進行快速的發展，這主要是因為它的以下三個重要發展因素：一是因為變頻器產品越來越成熟，而且應用廣泛，現代電器產品都開始進入變頻時代，又由于它的技術越來越新，企業投資產品的成本也越來越低，這就更為變頻器產品的發展和應用提供了絕好的機會。二是因為變頻調速節能非常明顯的效果，為社會提供了廣泛的效益，也為企業提供了較高的利益，所以越來越多的企業對變頻調速節能產生了興趣。三是國家也開始在這方面出臺一些措施，對重點耗能企業進行嚴格控制，鼓勵督促他們發展電氣節能，不僅可以降低企業能源的消耗，同時也減少了資源浪費，為社會創造了巨大財富。

2.3 電力電子技術在家用電器中的應用

電力電子技術在家用電器中的應用我們都深有感觸，如日常生活中應用到的“節能燈”，就是電力電子技術發展的直接產物，它以其體積小、發光率高等的絕對優勢已經取代傳統的白熾燈和日光燈。同時變頻空調、變頻冰箱、電視機、音響設備、計算機等電子設備也是利用電力電子產品，它們已經進入到了我們的日常生活中，并為我們生活質量的提高做出了巨大的貢獻。

3 電力電子技術的發展

3.1 電力電子技術的發展階段

電力電子器件的發展分為兩個階段，一是傳統電力電子器件，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年生產第一只晶閘管以來，它以其體積小、功率低等優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斷，而且它立足于分立元件結構，工作頻率難以提高，大大限制了它的應用范圍，但是因為它價格低廉，所以在大電流、高電壓的發展空間依舊很多，目前以晶閘管為核心的設備在許多場合仍然被廣泛使用。二是現代電力電子器件，它是將微電子技術和電力電子技術相結合，研制出的一種全新的高頻、全控型器件。現代電力電子器件的主要產品有功率晶閘管、可關斷晶閘管、功率場控晶體管、絕緣柵雙極晶體管、MOS門極晶閘管等。這些產品當中，由于絕緣柵雙極晶體管和MOS門極晶閘管兩個為場控復合器件，所以也成為了最有發展前途的兩種。

3.2 電力電子技術的發展方向

器件是電力電子技術的基礎，也是電力電子技術發展的動力，電力電子器件的發展方向也就決定了電力電子技術的發展方向。電力電子技術作為自動化、智能化及機電一體化的一個重要技術，未來電力電子器件可能在以下幾個方面發展：（1）大容量化。利用微電子技術，提高單個器件的電壓、電流容量，從而達到滿足高壓大電流的需要；（2）易驅動。由電流驅動發展為電壓驅動，大力發展復合器件，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。采用新技術和新工藝，將幾個電力電子器件集中到一起，不僅縮小其體積減少連線，同時還可減低企業的生產成本；（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，實現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展；（5）高頻化。采用新材料、新工藝，在一定的開關損耗下盡可能的提高器件的開關速度，使裝置可以在更高的頻率上運行。（6）降低導通壓降。研制出比二極管壓降還低的器件來提高交流效率、節省電能。

3.3 電力電子技術的未來發展前景

電力電子技術已經進入到千家萬戶，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展前景，這可以在以下幾個方面體現出來：

3.3.1 新材料的更新。現今社會經濟飛速發展，人們的生活水平也越來越高，對于新產品新材料的要求也越來越高，這就要求我們需要在技術和材料上有新的更新。因為電力電子技術在人們日常生活中的應用越來越廣泛，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，改進系統性能，擴大應用范圍，使越來越多的領域可以從電力電子技術中受益。

3.3.2 改進裝置封裝形式。在未來的發展前景中，電力電子技術將會對器件的裝置形式進行不斷改進，全面實現電力電子器件的模塊化和集成化，這樣不僅可以減少生產成本，同時可以獲得更高的可靠性。

3.3.3 發展新型的全半導體交流系統。隨著社會經濟的發展，人們生活水平的提高，對電子產品的要求也越來越高，經濟使用并且體積嬌小外形美觀的電子產品越來越成為人們的鐘愛，因此，電力電子技術的發展便可在體積小、重量輕、損耗小、無功率等方面做文章，加大設計力度和創新手法，以此來滿足人們日益增長的物質文化需要。

4 總結

電力電子器件從開始的單一功率整流管與晶閘管發展到現今的現代電力電子器件，尤其是絕緣柵雙極晶體管（IGBI）與MOS門極晶閘管（MCT）的出現，擺脫了傳統電力電子器件的一些弊端，使電力電子技術進入了一個全新的發展時代，讓它從原先主要在電力系統上的應用擴展到了工業、交通、日常家用電器等生活中的方方面面，這是一個質的飛躍。在未來的發展過程中，人們對電子產品要求越來越高的明天，電力電子器件還會得到進一步的發展，電力電子技術也將會給人們的生活帶來越來越無法想象的精彩。

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