电力电子技术的应用及发展前景探究

田海涛,梁建宾

(1.鄢陵县电业公司，河南鄢陵，461200 2.黄石供电公司,湖北黄石,435000)

1 电力电子技术的概述

电力电子技术又被称为功率电子技术，从二十世纪开始飞速发展起来，因为它具有体积小、重量轻、容量大、损耗小、寿命长、维护方便、控制性能好以及可采用集成电路制造工艺等特点，因此在很多的领域都得到了广泛的应用，不仅在其重要的电力系统领域有着重要的作用，在信息通信、家用电器等领域也起着关键性的作用，人们的日常生活已经离不开电力电子技术，当使用计算机、手机、打开空调、使用微波炉、冰箱、看电视等等，人们都在间接或直接的跟电力电子技术打交道，而今的电力电子技术以及应用到了现实生活中的方方面面，发展成了一种无处不在的技术。因此，电力电子技术的发展和应用也成为了很多学者专家的研究对象。

2 电力电子技术的应用

电力电子技术是以电力电子器件为核心，通过对不同电路的各种控制来实现对电能的转换和控制，它的基本功能有四种：整流与可控整流电路、逆变电路、直流斩波电路、交流调压与周波变换。根据电力电子技术的四种基本功能，人们把它加以创新应用到了很多的领域，应用领域最为广泛的当属电力系统领域，在发电、输电等方面起到了非常大的作用，其次在一般的工业、家用电器方面和交通领域也都有着重要的应用。

2.1 电力电子技术在电力系统中的应用

电力电子技术在电力系统通向现代化进程的道路上有着不可磨灭的功劳，我们都知道，在高电压输电的工程中，由电厂发出电之后，把电流通过变压器进行变电之后再输送，这样做的目的是因为在电流一定的情况下，电压越高电流也就越小，在输送的过程中损耗也就越小，可以节省大量的电流，因为电力电子技术的变流特性，尤其是在特高压的输送技术发展中，利用电力电子技术，将直流输送电端的整流和受端电流都应用了晶闸管变流装置，这就在一定程度上解决了长距离、大容量的输送电流导致的电流损耗过大的问题，这一举措为中国的电力行业做出了极大的贡献，使中国电力系统迈出了至关重要的一步。同时在同步发电机励磁系统和交流电动机的变频调速以及新能源发电和智能电网的应用等方面也得到了广泛应用。

2.2 电气节能的应用

节能已经成为了当前社会发展的必然趋势，因为电在人们日常生活中的重要作用，因此电气节能也就显得尤为重要。电气节能目前主要包括变频节能、电能质量控制、有源滤波等三个方面，在当前阶段，变频节能在这三个方面中又是重要的一点，人们所熟知的变频冰箱、变频空调等，它们已经开始为人们的生活提供服务。在未来的发展时期中，电机变频调速行业还要进行快速的发展，这主要是因为它的以下三个重要发展因素：一是因为变频器产品越来越成熟，而且应用广泛，现代电器产品都开始进入变频时代，又由于它的技术越来越新，企业投资产品的成本也越来越低，这就更为变频器产品的发展和应用提供了绝好的机会。二是因为变频调速节能非常明显的效果，为社会提供了广泛的效益，也为企业提供了较高的利益，所以越来越多的企业对变频调速节能产生了兴趣。三是国家也开始在这方面出台一些措施，对重点耗能企业进行严格控制，鼓励督促他们发展电气节能，不仅可以降低企业能源的消耗，同时也减少了资源浪费，为社会创造了巨大财富。

2.3 电力电子技术在家用电器中的应用

电力电子技术在家用电器中的应用我们都深有感触，如日常生活中应用到的“节能灯”，就是电力电子技术发展的直接产物，它以其体积小、发光率高等的绝对优势已经取代传统的白炽灯和日光灯。同时变频空调、变频冰箱、电视机、音响设备、计算机等电子设备也是利用电力电子产品，它们已经进入到了我们的日常生活中，并为我们生活质量的提高做出了巨大的贡献。

3 电力电子技术的发展

3.1 电力电子技术的发展阶段

电力电子器件的发展分为两个阶段，一是传统电力电子器件，它是以电力二极管和晶闸管（SCR）为代表的第一代电力电子器件，自1957年生产第一只晶闸管以来，它以其体积小、功率低等优势首先在大功率整流电路中迅速取代了老式的汞弧整流器，并衍生出快速晶闸管、逆导晶闸管、双向晶闸管、不对称晶闸管等多种品种。虽然此类器件通过门极只能控制开通而不能控制关断，而且它立足于分立元件结构，工作频率难以提高，大大限制了它的应用范围，但是因为它价格低廉，所以在大电流、高电压的发展空间依旧很多，目前以晶闸管为核心的设备在许多场合仍然被广泛使用。二是现代电力电子器件，它是将微电子技术和电力电子技术相结合，研制出的一种全新的高频、全控型器件。现代电力电子器件的主要产品有功率晶闸管、可关断晶闸管、功率场控晶体管、绝缘栅双极晶体管、MOS门极晶闸管等。这些产品当中，由于绝缘栅双极晶体管和MOS门极晶闸管两个为场控复合器件，所以也成为了最有发展前途的两种。

3.2 电力电子技术的发展方向

器件是电力电子技术的基础，也是电力电子技术发展的动力，电力电子器件的发展方向也就决定了电力电子技术的发展方向。电力电子技术作为自动化、智能化及机电一体化的一个重要技术，未来电力电子器件可能在以下几个方面发展：（1）大容量化。利用微电子技术，提高单个器件的电压、电流容量，从而达到满足高压大电流的需要；（2）易驱动。由电流驱动发展为电压驱动，大力发展复合器件，还可专门研制专用集成模块，以便更适合中小功率的控制；（3）模块化。采用新技术和新工艺，将几个电力电子器件集中到一起，不仅缩小其体积减少连线，同时还可减低企业的生产成本；（4）功率集成化。充分利用集成电路工艺，将集成电路的功能与电力电子器件集成于一块芯片，实现集成电路功率化和功率器件集成化，并逐步向智能化方向发展；（5）高频化。采用新材料、新工艺，在一定的开关损耗下尽可能的提高器件的开关速度，使装置可以在更高的频率上运行。（6）降低导通压降。研制出比二极管压降还低的器件来提高交流效率、节省电能。

3.3 电力电子技术的未来发展前景

电力电子技术已经进入到千家万户，它在人们的生活中扮演着各种各样重要的角色，在未来有着非常大的发展前景，这可以在以下几个方面体现出来：

3.3.1 新材料的更新。现今社会经济飞速发展，人们的生活水平也越来越高，对于新产品新材料的要求也越来越高，这就要求我们需要在技术和材料上有新的更新。因为电力电子技术在人们日常生活中的应用越来越广泛，所以材料的更新更是显得尤为重要。在频率、功率等方面的研究可以有效降低器件的温度，减少器件体积，也可使成本大大降低，改进系统性能，扩大应用范围，使越来越多的领域可以从电力电子技术中受益。

3.3.2 改进装置封装形式。在未来的发展前景中，电力电子技术将会对器件的装置形式进行不断改进，全面实现电力电子器件的模块化和集成化，这样不仅可以减少生产成本，同时可以获得更高的可靠性。

3.3.3 发展新型的全半导体交流系统。随着社会经济的发展，人们生活水平的提高，对电子产品的要求也越来越高，经济使用并且体积娇小外形美观的电子产品越来越成为人们的钟爱，因此，电力电子技术的发展便可在体积小、重量轻、损耗小、无功率等方面做文章，加大设计力度和创新手法，以此来满足人们日益增长的物质文化需要。

4 总结

电力电子器件从开始的单一功率整流管与晶闸管发展到现今的现代电力电子器件，尤其是绝缘栅双极晶体管（IGBI）与MOS门极晶闸管（MCT）的出现，摆脱了传统电力电子器件的一些弊端，使电力电子技术进入了一个全新的发展时代，让它从原先主要在电力系统上的应用扩展到了工业、交通、日常家用电器等生活中的方方面面，这是一个质的飞跃。在未来的发展过程中，人们对电子产品要求越来越高的明天，电力电子器件还会得到进一步的发展，电力电子技术也将会给人们的生活带来越来越无法想象的精彩。

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