電力電子技術(shù)分為電力電子器件制造技術(shù)和變流技術(shù)

1、電力電子技術(shù)論文電力電子學(xué)（Power Electronics ）這一名稱是在上世紀(jì)60年代出現(xiàn) 的。1974年，美國的W.Newell用一個倒三角形（如圖）對電力電子學(xué)進(jìn)行 了描述，認(rèn)為它是由電力學(xué)、電子學(xué)和控制理論三個學(xué)科交叉而形成的。 這一觀點被全世界普遍接受。“電力電子學(xué)”和“電力電子技術(shù)”是分別 從學(xué)術(shù)和工程技術(shù)2個不同的角度來稱呼的。一般認(rèn)為，電力電子技術(shù)的誕生是以1957年美國通用電氣公司研制出 的第一個品閘管為標(biāo)志的，電力電子技術(shù)的概念和基礎(chǔ)就是由于品閘管和 品閘管變流技術(shù)的發(fā)展而確立的。此前就已經(jīng)有用于電力變換的電子技術(shù)， 所以品閘管出現(xiàn)前的時期可稱為電力電子技術(shù)的史前或黎明

2、時期。70年代后期以門極可關(guān)斷品閘管（GTO），電力雙極型品體管（BJT），電力場效 應(yīng)管（Power-MOSFET）為代表的全控型器件全速發(fā)展（全控型器件的特點 是通過對門極既柵極或基極的控制既可以使其開通又可以使其關(guān)斷），使 電力電子技術(shù)的面貌煥然一新進(jìn)入了新的發(fā)展階段。80年代后期，以絕緣柵極雙極型品體管（IGBT可看作MOSFET和BJT的復(fù)合）為代表的復(fù)合型 器件集驅(qū)動功率小，開關(guān)速度快，通態(tài)壓降小，載流能力大于一身，性能 優(yōu)越使之成為現(xiàn)代電力電子技術(shù)的主導(dǎo)器件。為了使電力電子裝置的結(jié)構(gòu) 緊湊，體積減小，常常把若十個電力電子器件及必要的輔助器件做成模塊 的形式，后來又把驅(qū)動，控制，保

3、護(hù)電路和功率器件集成在一起，構(gòu)成功 率集成電路（PIC）。目前PIC的功率都還較小但這代表了電力電子技術(shù)發(fā) 展的一個重要方向。利用電力電子器件實現(xiàn)工業(yè)規(guī)模電能變換的技術(shù)，有時也稱為功率電 子技術(shù)。一般情況下，它是將一種形式的工業(yè)電能轉(zhuǎn)換成另一種形式的工 業(yè)電能。例如，將交流電能變換成直流電能或?qū)⒅绷麟娔茏儞Q成交流電能； 將工頻電源變換為設(shè)備所需頻率的電源；在正常交流電源中斷時，用逆變 器（見電力變流器）將蓄電池的直流電能變換成工頻交流電能。應(yīng)用電力 電子技術(shù)還能實現(xiàn)非電能與電能之間的轉(zhuǎn)換。例如，利用太陽電池將太陽 輻射能轉(zhuǎn)換成電能。與電子技術(shù)不同，電力電子技術(shù)變換的電能是作為能 源而不是作為信

4、息傳感的載體。因此人們關(guān)注的是所能轉(zhuǎn)換的電功率。電力電子技術(shù)是建立在電子學(xué)、電工原理和自動控制三大學(xué)科上的新 興學(xué)科。因它本身是大功率的電技術(shù)，又大多是為應(yīng)用強(qiáng)電的工業(yè)服務(wù)的， 故常將它歸屬于電工類。電力電子技術(shù)的內(nèi)容主要包括電力電子器件、電 力電子電路和電力電子裝置及其系統(tǒng)。電力電子器件以半導(dǎo)體為基本材料， 最常用的材料為單晶硅；它的理論基礎(chǔ)為半導(dǎo)體物理學(xué)；它的工藝技術(shù)為半導(dǎo)體器件工藝。近代新型電力電子器件中大量應(yīng)用了微電子學(xué)的技術(shù)。電力電子電路吸收了電子學(xué)的理論基礎(chǔ)，根據(jù)器件的特點和電能轉(zhuǎn)換的要 求，又開發(fā)出許多電能轉(zhuǎn)換電路。這些電路中還包括各種控制、觸發(fā)、保 護(hù)、顯示、信息處理、繼電接觸

5、等二次回路及外圍電路。利用這些電路， 根據(jù)應(yīng)用對象的不同，組成了各種用途的整機(jī)，稱為電力電子裝置。這些 裝置常與負(fù)載、配套設(shè)備等組成一個系統(tǒng)。電子學(xué)、電工學(xué)、自動控制、 信號檢測處理等技術(shù)常在這些裝置及其系統(tǒng)中大量應(yīng)用。應(yīng)用一般工業(yè)：交直流電機(jī)、電化學(xué)工業(yè)、冶金工業(yè)交通運(yùn)輸：電氣化鐵道、電動汽車、航空、航海電力系統(tǒng)：高壓直流輸電、柔性交流輸電、無功補(bǔ)償電子裝置電源：為信息電子裝置提供動力家用電器：“節(jié)能燈”、變頻空調(diào)其他：UPS、航天飛行器、新能源、發(fā)電裝置作用優(yōu)化電能使用。通過電力電子技術(shù)對電能的處理，使電能的使用 達(dá)到合理、高效和節(jié)約，實現(xiàn)了電能使用最佳化。例如，在節(jié)電方面，針 對風(fēng)機(jī)水泵

6、、電力牽引、軋機(jī)冶煉、輕工造紙、工業(yè)窯爐、感應(yīng)加熱、電焊、化工、電解等14個方面的調(diào)查，潛在節(jié)電總量相當(dāng)于 1990年全國發(fā) 電量的16%，所以推廣應(yīng)用電力電子技術(shù)是節(jié)能的一項戰(zhàn)略措施，一般節(jié)能 效果可達(dá)10%-40%，我國已將許多裝置列入節(jié)能的推廣應(yīng)用項目。改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)和發(fā)展機(jī)電一體化等新興產(chǎn)業(yè)。據(jù)發(fā)達(dá)國家預(yù)測，今后將有95%的電能要經(jīng)電力電子技術(shù)處理后再使用，即工業(yè)和民用的各種 機(jī)電設(shè)備中，有95%與電力電子產(chǎn)業(yè)有關(guān)，特別是，電力電子技術(shù)是弱電控制強(qiáng)電的媒體，是機(jī)電設(shè)備與計算機(jī)之間的重要接口，它為傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)和新 興產(chǎn)業(yè)采用微電子技術(shù)創(chuàng)造了條件，成為發(fā)揮計算機(jī)作用的保證和基礎(chǔ)。（3）電力電子技

7、術(shù)高頻化和變頻技術(shù)的發(fā)展，將使機(jī)電設(shè)備突破工頻 傳統(tǒng)，向高頻化方向發(fā)展。實現(xiàn)最佳工作效率，將使機(jī)電設(shè)備的體積減小 幾倍、幾十倍，響應(yīng)速度達(dá)到高速化，并能適應(yīng)任何基準(zhǔn)信號，實現(xiàn)無噪 音且具有全新的功能和用途。（4）電力電子智能化的進(jìn)展，在一定程度上將信息處理與功率處理合 一，使微電子技術(shù)與電力電子技術(shù)一體化，其發(fā)展有可能引起電子技術(shù)的 重大改革。有人甚至提出，電子學(xué)的下一項革命將發(fā)生在以工業(yè)設(shè)備和電 網(wǎng)為對象的電子技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域，電力電子技術(shù)將把人們帶到第二次電子革 命的邊緣。進(jìn)展從20世紀(jì)50年代中到70年代末，以大功率硅二極管、雙極型功率晶 體管和品閘管應(yīng)用為基礎(chǔ)（尤其是品閘管）的電力電子技術(shù)

8、發(fā)展比較成熟。 70年代末以來，兩個方面的發(fā)展對電力電子技術(shù)引起了巨大的沖擊。其一 為微機(jī)的發(fā)展對電力電子裝置的控制系統(tǒng)、故障檢測、信息處理等起了重 大作用，今后還將繼續(xù)發(fā)展；其二為微電子技術(shù)、光纖技術(shù)等滲透到電力電 子器件中，開發(fā)出更多的新一代電力電子器件。其中除普通品閘管向更大 容量（6500伏、3500安）發(fā)展外，門極可關(guān)斷品閘管（GTO）電壓已達(dá)4500 伏，電流已達(dá)25003000安；雙極型品體管也向著更大容量發(fā)展，80年 代中后期其工業(yè)產(chǎn)品最高電壓達(dá)1400伏，最大電流達(dá)400安，工作頻率比品閘管高得多，采用達(dá)林頓結(jié)構(gòu)時電流增益可達(dá)75200。隨著光纖技術(shù)的 發(fā)展，美國和日本于19811982年間相繼研制成光控品閘管并用于直流輸 電系統(tǒng)。這種光控管與電觸發(fā)的品閘管相比，簡化了觸發(fā)電路，提高了絕 緣水平和抗干擾能力，可使變流設(shè)備向小型、輕量方向發(fā)展，既降低了造 價，又提高運(yùn)行的可靠性。同時，場控電力電子器件也得到發(fā)展，如功率 場效應(yīng)品體管（power MOSFET）和功率靜電感應(yīng)品體管（SIT）已達(dá)千伏級和數(shù) 十至數(shù)百安級的電壓、電流等級，中小容量的工作頻率可達(dá)兆赫級。由場 控和雙極型合成的新一代電力電子器件，如絕緣柵雙極型品體管（IGT或IGBT ）和MOS控制品閘管（MCT ）也正在興起，容量也已