【精品】浅谈电力电子技术

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1、浅谈电力电子技术张旺（中南大学信息院湖南长沙410083）木文叙述了现代电力电子技术的形成和发展，简介了电力电子技术研究的主要内容与热点问题以及控制技术，归纳了现代电力电了技术的应用领域，论述了现代电力电子技术的发展趋势。1现代电力电子技术的形成与发展1.1电力电子技术的形成能源和动力在人类文明历史屮占据重要地位，尤其是电能的开发以及电力电子技术的应用具有重耍的意义。19世纪末以后，发电机、变压器和远距离输电技术的发明使社会生产力得到了迅猛的发展。到20世纪以后，随着各类电子器件（电子管器件、半导

2、体器件、集成电路、微处理器等）以及半导体开关器件德发展，电力电子技术在电能变换中开始形成，并迅速得到广泛的应用。电力电子技术是应用于电力领域的电子技术，是使用电力电子器件对电能进行变换、控制和优化利用的技术，其所变换的功率可以人到数百MW甚至GW,也可以小到数W甚至1W以下。利用半导体电力开关器件组成电力开关电路，利用晶体管集成电路和微处理器芯片构成信号处理和控制系统，对电力开关电路进行实时、适式的控制，可以有效地实现开关模式的电力变换和电力控制，包括电压（屯流）的大小、频率、相位和波形的变换与控

3、制。将现代电子技术和控制技术引入传统的电力技术领域实现电力变换和控制，即电力电子变换和控制技术是一门综合了电子技术、控制技术和电力技术的新兴交义学科。美国的W.Newell在1974年用图1对电力电子技术进行了描述。图1描述电力电子技术的倒三角形1.2电力电子技术的发展史电力电子器件的发展对电力电子技术的发展起着决定性作用，因此，电力电子的发展是以屯力电子器件的发展为纲的。晶闸管出现前的时期成为电力电子技术的史前期或黎明期，当时用于电力变换的电子技术已经存在。1957年美国通用电气公司研制出第一个

4、晶闸管标志着电力电子技术的诞生。由于当时晶闸管具有优越的电气性能和控制性能，使Z很快就取代了水银整流器和旋转变流机组，其应用范围也迅速扩大。电化学工业、铁道电气机车、钢铁工业（轧钢用电气传动、感应加热等）、电力工业（直流输电、无功补偿等）的迅速发展也有力地推动了晶闸管的进步。晶闸管和晶闸管变流技术的发展使电力电子技术的概念和基础得以确立。但是晶闸管属于半控型开关器件，其控制方式主要是相控方式，其关断通常依靠电网电压等外部条件来实现，因此晶闸管的应用受到一定的限制。70年代后期，以门极可关断晶闸管（

5、GTO）、电力双极晶体管（BJT）和电力场效应管（P-MOSFET）为代表的全控型器件迅速发展。其开通和关断可以通过门极（基极、栅极）进行控制，并且其开关速度普遍高于晶闸管。和晶闸管的相控方式相对应，这些全控型器件主要采用脉冲宽度调制（PWM）方式，PWM控制技术在电力电了技术中占有十分重耍的位置，它在逆变、整流、斩波、变频以及交流电力控制中均应用广泛，它可使电路的控制性能大为改善，可以实现以前难以实现的功能。这些优越的特性使电力电了技术的面貌焕然一新，把电力电子技术推到一个新的发展阶段。80年代

6、后期，以绝缘栅极双极型晶体管（IGBT）为代表的复合型器件界军突起。IGBT的驱动功率小、开关速度快、通态压降小、载流能力大等，性能十分优越，对电力电子技术的发展产生了深远的影响。近些年出现了功率集成电路（PIC）,其把驱动、控制、保护和功率开关器件即辅助元件集成在一起，使得电力屯子装置结构紧凑、体积大为减小。虽然目前功率集成电路的功率比较小，但这代表了电力电子技术发展的一个重要方向。随着全控型电力电子器件的不断发展和进步，电力电子电路的T作频率也在提高。为了减小开关损耗，软开关技术（零电压开关和

7、零电流开关）应运而生，其可以大大减小开关损耗，提高效率。随着科学的发展，越来越优良的开关器件和控制技术应用于电能变换和控制当中，电力电子技术将进入更深更远更广阔的发展空间。1.3电力电子技术的发展展望电力电子技术使20世纪后半叶诞生的一门崭新学科，在21世纪仍将以迅猛的速度发展。从H前来看，硅基器件已没有什么可突破的发展空间了，今后研究的方向是碳化硅等下一代半导体材料。这些新材料做成的器件，导通损耗小，承受的电圧等级高，承受的温度也较高。综上所述，电力屯子技术的发展有赖于电力电子器件的发展，其每一

8、次飞跃都是以新器件的出现为契机的。一代器件孕育着一代装置，一代装置产生一批新的应用领域，在应用的同时对器件提出新的要求，推动器件的研制。器件和电路的发展相辅相成、互相促进。而微电子技术、电力电子器件和控制理论是现代电力电子技术的发展动力。有专家认为，21世纪有两项技术占主导地位：一是以计算机为核心的信息科学技术，它将提供所需做事情的智1能；二是含信息电子技术在内的电力电子技术，它将提供想要去做的手段。它们将成为未來科学技术的两人支柱。电力电子技术的应用具有十分广阔的前景。2现代电力