現代電力電子技術的發展趨勢探析

何杉 張晶 劉偉

【摘?要】隨著科技水平提升，電力電子技術快速發展，為我國經濟轉型提供了重要基礎。文章將詳細分析電力電子技術定義及其作用，并分析其應用趨勢以及應用，旨在促進我國電力電子技術持續發展。

【關鍵詞】發展趨勢;電力電子技術;應用

電力電子技術是前沿科技技術，對我國工業發展具有非常重要的意義。我國電力電子技術發展經過數個時期，應用范圍廣泛、作用巨大。由此可見，探析現代電力電子技術的發展趨勢是十分必要的。

一、電力電子技術概述

（一）定義

電力電子技術屬于創新科學技術，也被稱為功率電子技術，電子電力器件是其主要研究對象。電力電子技與控制技術、電路裝置等部位可以構成完備的控制系統，能夠實現對電路電能的自由轉化。電力電子技術屬于電子領域、電工學、大電流、電工領域等分支，融合多個領域，為強弱電研究發展的新學科。

（二）作用

電力電子技術的主要應用對象為電力電力器件，能夠優化使用電能，確保電能應用的合理性、高效性，節約電能應用量。我國傳統高耗電能行業應用電力電子技術可以有效節約電力能源，例如：工業窯爐、電力牽引等。此外，電力電子技術對于機電一體化發展具有重大推動作用，借助電力電子技術高頻技術、變頻技術讓機電設備突破工頻傳統，促進其高頻發展。電力電子技術本身也在持續發展，智能化發展特征是其發展新趨勢，能夠優化信息處理，提電力電子作業功率，促進電子技術改革與發展。

二、電力電子技術的發展趨勢

低頻技術轉向高頻技術以及傳統電力電子學轉向現代電力電子學是電力電子技術發展主要方向。電子技術發展始于20世紀50～60年代，硅整流器件是其發展標志，并在多個領域中進行應用發展;20世紀80～90年代，電子技術快速發展，并以高壓、高頻、大電流為主要特征，MOSFET、IGBT均是其典型代表，這也標志著電子電力電子技術進入新的發展時代。

（一）整流器發展時期。

工業用電功率較大，主要由交流發電機（50Hz工頻）所提供，其中約有五分之一的電能通過直流形式進行體現，其應用主要體現在電解、牽引以及直流傳動三個方面。電解方面主要體現為：（1）直流電解化工原料;（2）直流電解有色金屬。牽引方面主要體現為：（1）地鐵機車牽引;（2）城市無軌電車牽引;（3）內燃機車牽引;（4）電氣機車牽引。直流傳動方面體現為：（1）軋鋼傳動;（2）造紙傳動。在整流器發展時期，大功率硅整流器能夠將工頻交流電高效轉化為直流電，晶閘管、硅整流管（大功率）開發與應用迎來發展熱潮，同時期國內興辦了大量的工廠，用以滿足晶閘管、硅整流管生產需求，如硅整流器半導體廠家就是其中作為典型的代表。

（二）逆變器發展時期

20世紀70年代世界出現了能源危機，波及范圍較廣，許多國家受此影響，并形成能源危機意識，節能成為了能源應用共識。交流電機變頻惆速節能效果顯著，在20世紀70年代得到快速發展。20世紀70～80年代，變頻調速技術得到極大發展，相關裝置設備已經得到快速普及，變頻電力電子器件被廣泛應用，例如巨型功率晶體管、晶閘管、門極可關斷晶閘管都成為了這個時期的主要電子元件。逆變器發展時期電子電力技術基本上都實現了逆變、整流，但技術水平有限，主要集中在中、低頻率范圍之內。

（三）變頻器發展時期

20世紀80年代，集成電路技術得到快速發展，發展規模不斷變大，主要表現為大規模以及超大規模集成電路，為現代電力電子技術發展提供了技術基礎。隨著集成電路技術水平提升，高壓大電流技術與精細加工技術相結合，生產出全新功率器件（全控型），如MOSFET、IGBT等。MOSFET標志著中小型功率電源開始走向高頻化發展趨勢，IGBT的出現則標志著中大型功率電源開始走向高頻化發展趨勢。根據相關權威機構發布的可靠數據顯示，20實際90年代MOSFET功率器件、GTR功率器件生產數量上基本持平，隨著技術水平提升GTR功率器件逐漸被IGBT功率器件所代替，為電機變頻調速技術發展提供了較高頻率，并完善了電機的相關性能。現代電子技術發展主要朝向高頻化、節能化發展，器件設備在體積上也愈加輕量化，并為機電智能化、一體化提供了可行性基礎。

三、現代電力電子技術應用分析

（一）工業應用

工業發展中應用的設備主要為直流電動機。直流電動機具有調速性能佳、可控性強的特征，能夠實現直流斬波電源、整流電源調控。目前，電子電頻技術快速發展，交流電機調速性能與一般直流電性能上不相上下，被廣泛的應用于行業當中。如軋鋼機、伺服電機等?，F代電力電子技術應用范圍廣泛，甚至部分領域在鼓風機（大型）上安裝了變頻裝置，以此實現節約電能的目的。工業應用中部分電機并不具備調速功能，但安裝了軟啟動裝置，同樣能夠起到緩沖電流沖擊的作用。

（二）交通運輸

軌道運輸業電氣化發展中廣泛應用電力電子技術，如交流機車中安裝了變頻裝置，直流機車中就配置了整流裝置，以此滿足不同的使用需求。磁懸浮列車技術是未來軌道運輸業發展新方向，其技術發展必然要依賴于電力電子技術，如電機牽引傳動、輔助電源等。汽車運輸中，電機作業則依靠電力電子技術實現電力驅動以及變化。尤其是電動汽車蓄電池部分，更是離不開電力電子技術。由于電力電子技術在電源應用上作用廣泛，如船舶、飛機等都需要運用到此技術。

（三）電力系統

電力系統是應用電力電子技術的主要對象。根據權威數據顯示，發達國家用電戶所使用的電能中約有60%經過電流裝置處理。電力系統發展過程中，電力電子技術功不可沒，也是其中的關鍵技術。在電力系統中需要長距離輸送電能，就可以借助電力電子技術長距離輸送直流電，減少能源耗損，提升輸送效率。電力系統中近年來最新應用的柔性交流輸電、晶閘管投切電容器都需要電力電子技術作為支撐。在配電系統構建過程中，安裝電力電子設備，可以預防閃變、瞬時停電、電壓跌落對于電網的損壞。

（四）設備電源

電子裝置電力電子技術實現的具體載體，電子裝置運行過程中需要使用不同等級電壓直流電。通信中程控交換機在以往通過晶閘管進行供電，但隨著電力電子技術發展已經更換為全控型高頻開展電管設備。科技發展中所使用的大型計算機也是使用此類電源。

（五）家用電器

家用電器中電力電子技術應用效果較為明顯，如節能燈使用電能較少，并且具有發光率高的特征，相比于傳統的日光燈更具有優勢。此外，生活中的電冰箱、洗衣機、空調中都應用了電力電子技術。

結語

電力電子技術為經濟發展、國民生活水平提升提供了重要技術支持。文章詳細分析了電力電子技術在不同時期發展狀況，論述了其巨大的應用作用?？梢灶A見，在未來發展中電力電子技術必將持續發展，發揮出巨大應用作用，推動我國工業發展。

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（作者單位：西安電力電子技術研究所）