電力電子技術之發展與創新

摘要：文中回顧電力電子技術之發展，闡述了電力電子技術發展之趨勢，論述了電力電子技 術之創新和器件開發應用，將對我國工業領域形成巨大之生產力，以此推動國民經濟高速高 效可持續發展

關鍵詞：發展趨勢 技術創新器件開發 應用推廣

1概述��

自本世紀五十年代未第一只晶閘管問世以來，電力電子技術開始登上現代電氣傳動技術舞臺 ，以此為基礎開發之可控硅整流裝置，是電氣傳動領域之一次革命，使電能之變換和控制從 旋轉變流機組和靜止離子變流器進入由電力電子器件構成之變流器時代，這標志著電力電子 之誕生。陽光電子學校維修專家分析認為：進入70年代晶閘管開始形成由低電壓小電流到高電壓大電流之系列產品，普通 晶閘管不能自關斷之半控型器件，被稱為第一代電力電子器件。陽光電子學校維修專家分析認為：隨著電力電子技術理論研究 和制造工藝水平之不斷提高，電力電子器件在容易和類型等方面得到了很大發展，是電力電 子技術之又一次飛躍，先后研制出GTR.GTO，功率MOSFET等自關斷全控型第二代電力電子器 件。陽光電子學校維修專家分析認為：而以絕緣柵雙極晶體管(IGBT)為代表之第三代電力電子器件，開始向大容易高頻率、響 應快、低損耗方向發展。陽光電子學校維修專家分析認為：而進入90年代電力電子器件正朝著復臺化、標準模塊化、智能化、 功率集成之方向發展，以此為基礎形成一條以電力電子技術理論研究，器件開發研制，應用 滲透性，在國際上電力電子技術是競爭 激烈之高新技術領域。陽光電子學校維修專家分析認為：��

2電力電子器發展回顧��

整流管是電力電子器件中結構 簡單，應用 廣泛之一種器件。陽光電子學校維修專家分析認為：目前已形成普通型，快恢復 型和肖特基型三大系列產品，電力整流管對改善各種電力電子電路之性能，降低電路損耗和提高電流使用效率等方面都具有非常重要之作用。陽光電子學校維修專家分析認為：自1958年美國通用電氣GE公司研制出第一個工業用普通晶閘管開始，其結構之改進和工藝之改革為新器件開發研制奠定了基礎，在以后之十年間開發研制出雙向，逆變、逆導、非對稱晶閘管，至今晶閘管系列產品仍有較為廣泛之市場。陽光電子學校維修專家分析認為：��

1964年在美國第一次試制成功了0.5kV/0.01kA之可關斷之GTO至今，目前以達到9kV/0.25kA/0.8kHz之可關斷之GTO至今，目前以達到9kV/2.5kA/0.8kHZ及6kV/6kA/1kHZ之水平，在當前各種自關斷器件中GTO容量量 大，但其工作頻率 低，但其在大功率電力牽引驅動中有明顯之優勢，因此它在中壓、大客量領域中占有一席之地。陽光電子學校維修專家分析認為：70年代研制出GTR系列產品，其額定值已達1.8kV/0.8kA/2kHZ， 0.6kV/0.003kA/100kHZ，它具有組成之電路靈活成熟，開關損耗小、開關時間短等特點，在中等容量、中等頻率之電路中應用廣泛，而作為高性能，大容量之第三代絕緣柵型雙極性晶體管IGBT，因其具有電壓型控制，輸入阻抗大、驅動功率小，開關損耗低及工作頻率高等特點，其有著廣闊之發展前景。陽光電子學校維修專家分析認為：而IGCT是 近發展起來之新型器件，它是在GTO基礎上發展起來之器件，稱為集成門極換流晶閘管，也有人稱之為發射極關斷晶閘管，它之瞬時開關頻率可達20kHZ，關斷時間為1μs，dildt 4kA/ms，du/dt10-20kV/ms，交流阻斷電壓6kV��，直流阻斷電壓3.9kV��，開關時間<2ks，導通壓降3600A時，2.8V，開關頻率>1000Hz。陽光電子學校維修專家分析認為：

3電力電子器件發展趨勢��

進入90年代電力電子器件之研究和開發，已進入高頻化，標準模塊化，集成化和智能時代。陽光電子學校維修專家分析認為：從理論分析和實驗證明電氣產品之體積與重量之縮小與供電頻率之平方根成反比，也就說， 當我們將50Hz之標準二頻大幅之提高之后，使用這樣工頻之電氣設備之體積與重量就能大大縮小，使電氣設備制造節約材料，運行時節電就更加明顯，設備之系統性能亦大為改善，尤其是對航天工業其意義十分深遠之。陽光電子學校維修專家分析認為：故電力電子器件之高頻化是今后電力電子技術創新之主導方向，而硬件結構之標準模塊是器件發展之必然趨勢，目前先進之模塊，已經括開關元件和與其反向并聯之續流二極管在內及驅動保護電路多個單元，并都以標準化和生產出系列產品，并且可以在一致性與可靠性上達到極高之水平。陽光電子學校維修專家分析認為：目前世界上許多大公司已開發出IPM智能化功率模塊，如日本三菱、東芝及美國之國際整流器公司已有成熟之產品推出。陽光電子學校維修專家分析認為：日本新電元公司之IPM智能化功率模塊之主要特點是：��

3.1 它內部集成了功率芯片，檢測電路及驅動電路，使主電路之結構為 簡。陽光電子學校維修專家分析認為：

3.2 其功率芯片采用之是開關速度高，驅動電流小之IGBT，且自帶電流傳感器，可以高效地檢測出過電流和短路電流，給功率芯片以安全之保護。陽光電子學校維修專家分析認為：��

3.3 在內部配線上將電源電路和驅動電路之配線長度控制到 短，從而很好地解決了浪涌電壓及噪聲影響誤動作等問題。陽光電子學校維修專家分析認為：��

3.4 自帶可靠之安全保護措施，當故障發生時能及時關斷功率器件并發出故障信號，對芯片實施雙重保護，以保證其運行之可靠性。陽光電子學校維修專家分析認為：

4  電力電子技術創新��

98年未朱基總理明確指示，今后必須加快國家創新體系之建設，因此可以肯定之說，在21世紀初國家發展中，技術創新將要變成企業工作之主導內容，而發展與建立適合中國國情之 電氣工業之技術創新機制，通過電力電子技術長足進步推動新型電氣工業不斷升級和進步進 而走向世界。陽光電子學校維修專家分析認為：電力電子技術雖然它具有微電子技術之許多共同特征，如發展變化都非常迅速 ，滲透力和創新表現十分突出，生命力格外旺盛，處于陽光產業地位，并與其它學科相互融 合和發展產生新之機遇，而電力電子技術還有其自身一些獨具特色之地方，如高電壓、大容 量及控制功率范圍大，因此技術之創新難度在于必須跨越高電壓大功率這一關卡，及其技術 之綜合難度，如材料工業和制造工藝，而電力電子器件工作之可靠性是其極其重要之一個技術指標。陽光電子學校維修專家分析認為：為此電力電子技術之創新是與多種學科相互滲透并對各種工業領域有著極強之滲透性。陽光電子學校維修專家分析認為：因此電力電子技術與國家之基礎產業關系密切，并與國家發展之各項方針及產業政策相 配臺之要求在21世紀會顯得越來越強烈。陽光電子學校維修專家分析認為：電力電子技術又稱為能流技術，因此電力電子技術 之發展與創新是21世紀可持續發展戰略綱領之重要組成部分。陽光電子學校維修專家分析認為：在21世紀初加快現代電力電子 化轉化之力度，必將形成一條朝陽之高科技產業鏈，推動我國工業領域之技術創新。陽光電子學校維修專家分析認為：��

電力電子技術之創新與電力電子器件制造工藝，已成為世界各國工業自動化控制和機電一體 化領域競爭 激烈之陣地，各發達國家均在這一領域注入極大之人力，物力和財力，使之進 入高科技行業，就電力電子技術之理論研究言，目前日本、美國及法國、荷蘭、丹麥等西歐 國家可以說是齊頭并進，在這些國家各種先進之電力電子功率量不斷開發完善，促進電力電 子技術向著高頻化邁進，實現用電設備之高效節能，為真正實現工控設備之小型化，輕量化 ，智能化奠定了重要之技術基礎，也為21世紀電力電子技術之不斷拓展創新描繪了廣闊之前景。陽光電子學校維修專家分析認為：我國開發研制電力電子器件之綜合技術能力與國外發達國家相比，仍有較大之差距

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