现代电力电子技术的发展趋势探析

何杉 张晶 刘伟

【摘 要】随着科技水平提升，电力电子技术快速发展，为我国经济转型提供了重要基础。文章将详细分析电力电子技术定义及其作用，并分析其应用趋势以及应用，旨在促进我国电力电子技术持续发展。

【关键词】发展趋势;电力电子技术;应用

电力电子技术是前沿科技技术，对我国工业发展具有非常重要的意义。我国电力电子技术发展经过数个时期，应用范围广泛、作用巨大。由此可见，探析现代电力电子技术的发展趋势是十分必要的。

一、电力电子技术概述

（一）定义

电力电子技术属于创新科学技术，也被称为功率电子技术，电子电力器件是其主要研究对象。电力电子技与控制技术、电路装置等部位可以构成完备的控制系统，能够实现对电路电能的自由转化。电力电子技术属于电子领域、电工学、大电流、电工领域等分支，融合多个领域，为强弱电研究发展的新学科。

（二）作用

电力电子技术的主要应用对象为电力电力器件，能够优化使用电能，确保电能应用的合理性、高效性，节约电能应用量。我国传统高耗电能行业应用电力电子技术可以有效节约电力能源，例如：工业窑炉、电力牵引等。此外，电力电子技术对于机电一体化发展具有重大推动作用，借助电力电子技术高频技术、变频技术让机电设备突破工频传统，促进其高频发展。电力电子技术本身也在持续发展，智能化发展特征是其发展新趋势，能够优化信息处理，提电力电子作业功率，促进电子技术改革与发展。

二、电力电子技术的发展趋势

低频技术转向高频技术以及传统电力电子学转向现代电力电子学是电力电子技术发展主要方向。电子技术发展始于20世纪50～60年代，硅整流器件是其发展标志，并在多个领域中进行应用发展;20世纪80～90年代，电子技术快速发展，并以高压、高频、大电流为主要特征，MOSFET、IGBT均是其典型代表，这也标志着电子电力电子技术进入新的发展时代。

（一）整流器发展时期。

工业用电功率较大，主要由交流发电机（50Hz工频）所提供，其中约有五分之一的电能通过直流形式进行体现，其应用主要体现在电解、牵引以及直流传动三个方面。电解方面主要体现为：（1）直流电解化工原料;（2）直流电解有色金属。牵引方面主要体现为：（1）地铁机车牵引;（2）城市无轨电车牵引;（3）内燃机车牵引;（4）电气机车牵引。直流传动方面体现为：（1）轧钢传动;（2）造纸传动。在整流器发展时期，大功率硅整流器能够将工频交流电高效转化为直流电，晶闸管、硅整流管（大功率）开发与应用迎来发展热潮，同时期国内兴办了大量的工厂，用以满足晶闸管、硅整流管生产需求，如硅整流器半导体厂家就是其中作为典型的代表。

（二）逆变器发展时期

20世纪70年代世界出现了能源危机，波及范围较广，许多国家受此影响，并形成能源危机意识，节能成为了能源应用共识。交流电机变频惆速节能效果显著，在20世纪70年代得到快速发展。20世纪70～80年代，变频调速技术得到极大发展，相关装置设备已经得到快速普及，变频电力电子器件被广泛应用，例如巨型功率晶体管、晶闸管、门极可关断晶闸管都成为了这个时期的主要电子元件。逆变器发展时期电子电力技术基本上都实现了逆变、整流，但技术水平有限，主要集中在中、低频率范围之内。

（三）变频器发展时期

20世纪80年代，集成电路技术得到快速发展，发展规模不断变大，主要表现为大规模以及超大规模集成电路，为现代电力电子技术发展提供了技术基础。随着集成电路技术水平提升，高压大电流技术与精细加工技术相结合，生产出全新功率器件（全控型），如MOSFET、IGBT等。MOSFET标志着中小型功率电源开始走向高频化发展趋势，IGBT的出现则标志着中大型功率电源开始走向高频化发展趋势。根据相关权威机构发布的可靠数据显示，20实际90年代MOSFET功率器件、GTR功率器件生产数量上基本持平，随着技术水平提升GTR功率器件逐渐被IGBT功率器件所代替，为电机变频调速技术发展提供了较高频率，并完善了电机的相关性能。现代电子技术发展主要朝向高频化、节能化发展，器件设备在体积上也愈加轻量化，并为机电智能化、一体化提供了可行性基础。

三、现代电力电子技术应用分析

（一）工业应用

工业发展中应用的设备主要为直流电动机。直流电动机具有调速性能佳、可控性强的特征，能够实现直流斩波电源、整流电源调控。目前，电子电频技术快速发展，交流电机调速性能与一般直流电性能上不相上下，被广泛的应用于行业当中。如轧钢机、伺服电机等。现代电力电子技术应用范围广泛，甚至部分领域在鼓风机（大型）上安装了变频装置，以此实现节约电能的目的。工业应用中部分电机并不具备调速功能，但安装了软启动装置，同样能够起到缓冲电流冲击的作用。

（二）交通运输

轨道运输业电气化发展中广泛应用电力电子技术，如交流机车中安装了变频装置，直流机车中就配置了整流装置，以此满足不同的使用需求。磁悬浮列车技术是未来轨道运输业发展新方向，其技术发展必然要依赖于电力电子技术，如电机牵引传动、辅助电源等。汽车运输中，电机作业则依靠电力电子技术实现电力驱动以及变化。尤其是电动汽车蓄电池部分，更是离不开电力电子技术。由于电力电子技术在电源应用上作用广泛，如船舶、飞机等都需要运用到此技术。

（三）电力系统

电力系统是应用电力电子技术的主要对象。根据权威数据显示，发达国家用电户所使用的电能中约有60%经过电流装置处理。电力系统发展过程中，电力电子技术功不可没，也是其中的关键技术。在电力系统中需要长距离输送电能，就可以借助电力电子技术长距离输送直流电，减少能源耗损，提升输送效率。电力系统中近年来最新应用的柔性交流输电、晶闸管投切电容器都需要电力电子技术作为支撑。在配电系统构建过程中，安装电力电子设备，可以预防闪变、瞬时停电、电压跌落对于电网的损坏。

（四）设备电源

电子装置电力电子技术实现的具体载体，电子装置运行过程中需要使用不同等级电压直流电。通信中程控交换机在以往通过晶闸管进行供电，但随着电力电子技术发展已经更换为全控型高频开展电管设备。科技发展中所使用的大型计算机也是使用此类电源。

（五）家用电器

家用电器中电力电子技术应用效果较为明显，如节能灯使用电能较少，并且具有发光率高的特征，相比于传统的日光灯更具有优势。此外，生活中的电冰箱、洗衣机、空调中都应用了电力电子技术。

结语

电力电子技术为经济发展、国民生活水平提升提供了重要技术支持。文章详细分析了电力电子技术在不同时期发展状况，论述了其巨大的应用作用。可以预见，在未来发展中电力电子技术必将持续发展，发挥出巨大应用作用，推动我国工业发展。

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（作者单位：西安电力电子技术研究所）