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-1-集宁师范学院浅谈发展中的电力电子技术学号：201020730107班级：10级物电班姓名：刘瑞玲-2-目录摘要.............................................................1前言.............................................................2第一章电力电子技术的发展...............................31.1电力电子技术发展阶...................................31.1.1.晶闸管整流器时代.................................31.1.2.逆变器时代.......................................41.1.3.变频器时........................................31.1.4.现代电力时代....................................3第二章电力电子器件............................................42.1电力电子器件的详细分类..................................42.2几种常见电力电子器件的优缺点........................4第三章电力电子技术的应用.................................43.1国防装备................................................43.2一般工业................................................53.3交通运输.................................................53.4电力系统..................................................53.5信息通讯..................................................53.6家用电器..................................................63.7其他方面..................................................6第四章电力电子技术的最新进展............................64.1.1新型GTO器件-集成门极换流晶闸管.......................64.2IGBT模块的最新发展........................................74.2.1高功率沟槽栅结构IGBT(TrenchIGBT)模块...............74.3导体材料制造的新型功率器件.................................84.3.1碳化硅与碳化硅(SiC)功率器件......................8第五章电力电子技术的发展前景.................................85.1电力电子技术发展方向........................................8结束语............................................................9参考文献.........................................................9-3-浅谈发展中的电力电子技术摘要电力电子技术是一门综合性交强的交叉学科；是高新技术产业发展的主要基础技术之一是传统产业改革的重要手段。电力电子技术就是采用功率半导体器件对电能进行转换、控制和优化利用的技术，是电力、电子和控制之间的交叉学科，它的目前发展较为迅速，也是近代科学技术发展的一个重要标志，已在在电力、工业、交通、航空航天等诸多领域广泛应用。电力电子技术的发展方向，是从以低频技术处理问题为主的传统电力电子学，向以高频技术处理问题为主的现代电力电子学方向转变。电子元器件发展史其实就是一部浓缩的电子发展史。电力电子技术起始于五十年代末六十年代初的硅整流器件，其发展先后经历了整流器时代、逆变器时代和变频器时代，并促进了电力电子技术在许多新领域的应用。二十世纪发展最迅速，应用最广泛，成为近代科学技术发展的一个重要标志。本文简要回顾了电力电子技术发展史，论述了电力电子技术的创新、应用，也阐述了电力电子技术研究的内容及其应用,并对其发展前景进行了展望。认为该技术将对我国经济发展起到推动作用。关键词:电力电子技术发展史应用发展前景-4-前言电力电子技术是应用于电力领域的电子技术，它是利用电力电子器件对电能进行变换和控制的新兴学科，是介于电气工程三大主要领域——电力、电子和控制之间的交叉学科。在电力、工业、交通、航空航天等领域具有广泛的应用电力电子技术可以理解为功率强大，可供诸如电力系统那样大的电流、高电压场合应用的电子技术，它与传统的电子技术相比,其特殊之处不仅仅是因为它能够通过大电流和承受高电压，而且要考虑在大功率情况下,器件发热、运行效率的问题。电力电子技术的应用已经深入到工业生产和社会生活的各个方面，成为传统产业和高新技术领域不可缺少的关键技术，可以有效地节约能源。电力电子技术是目前发展较为迅速的一门学科，是高新技术产业发展的主要基础技术之一，是传统产业改造的重要手段。电力电子技术的发展是以电力电子器件为核心，伴随变换技术和控制技术的发展而发展的。电力电子技术的应用范围十分广泛。从人类对宇宙和大自然的探索，到国民经济的各个领域，再到我们的衣食住行，到处都能感受到电力电子技术的存在和巨大魅力。这也激发了一代又一代的学者和工程技术人员学习、研究电力电子技术并使其飞速发展。-5-第一章电力电子技术的发展传统电力电子技术是以低频技术处理的，现代电力电子的发展向着高频技术处理发展。其发展先后经历了整流器时代.逆变器时代和变频器时代，在不断的发展中促进了现代电力电子技术的广泛应用。电力电子技术在1947年晶体管诞生开始形成，接着1956的晶闸管的出现标志电力电子技术逐渐形成一门学科开始发展，以功率MOS-FET和IGBT为代表的.集高频.高压和大电流于一身的功率半导体复合器件的出现，表明已经进入现代电子电力技术发展时代。1.1电力电子技术发展阶段1.1.1.晶闸管整流器时代大功率的工业用电由工频（50Hz）交流发电机来提供的，在应用过程中，大约有20%的电能是以直流形式消费的，譬如电解（有色金属和化工原料需要直流电解）.牵引（电气机车.电传动的内燃机车.地铁机车.城市无轨电车等）.直流传动（轧钢.造纸等）等几大领域。大功率硅整流器能够高效率的把工频交流电转变为直流电，在20世纪60年代和70年代，大功率硅整流管和晶闸管的开发与应用快速发展。国内曾经掀起了各地大办硅整流器厂的热潮，当前我国大大小小的制造硅整流器的半导体厂家大多是那个时代建设的。这一时期称之为电力电子技术的晶闸管时代。1.1.2.逆变器时代七十年代出现了世界范围的能源危机,交流电机变频惆速因节能效果显著而迅速发展。变频调速的关键技术是将直流电逆变为0~100Hz的交流电。在七十年代到八十年代,随着变频调速装置的普及,大功率逆变用的晶闸管、巨型功率晶体管(GTR)和门极可关断晶闸管(GT0)成为当时电力电子器件的主角。类似的应用还包括高压直流输出,静止式无功功率动态补偿等。这时的电力电子技术已经能够实现整流和逆变,但工作频率较低,仅局限在中低频范围内。1.1.3.变频器时代20世纪80年代后，大规模和超大规模集成电路技术得到了广泛的应用，为电力电子技术的快速发展打下了良好的基础。集成电路技术的精细加工技术和高压大电流技术有机结合应用。以功率MOSFET和IGBT为代表的集高频.高压和大电流于一身的功率半导体复合器件以及以低频技术处理问题为主的传统电力电子学正在向高频技术处理问题为主的现代电力电子学转变。这种现象表明，传统电力电子技术已经进入现代电力电子变频器时代。这一时期，各种新型器件应用大规模集成电路技术，向复合化.模块化的方向发展，让电力电子器件结构紧凑.体积缩小，同时能够综合不同器件的优点。这些新型器件的发展，为交流电机变频调速提供了较高的频率，使其性能更加完善可靠，同时使现代电子技术不断向高频化发展，为用电设备的高效节材节能.实现小型轻量化.机电一体化和智能化打下了重要的技术基础。1.1.4.现代电力时代20世纪以来，电力电子作为自动化.节材.节能.机电一体化.智能化的基础，正朝着应用技术高频化.产品性能绿色化.硬件结构模块化的现代化方向发-6-展。在1995年，功率MOSFET和GTR在功率半导体器件出现并广泛被人们应用，功率器件和电源单元的模块化，使用方便，缩小整机体积，器件承受的电应力降至最低，提高系统的可靠性。电子电力技术具有全控化.电路形式弱电化.集成化.高频化和数字化的特点。更能带来节能.节省材料和减少污染的经济效益和生态效益，能控制精度高.避免模拟信号的畸变失真，减小杂散信号的干扰，改善了工作条件。第二章电力电子器件2.1电力电子器件的详细分类可以分为半控型器件、全控型器件和不可控型器件，其中晶闸管为半控型器件，承受电压和电流容量在所有器件中最高；电力二极管为不可控器件，结构和原理简单，工作可靠；还可以分为电压驱动型器件和电流驱动型器件，其中GTO、GTR为电流驱动型器件，IGBT、电力MOSFET为电压驱动型器件。2.2几种常见电力电子器件的优缺点器件优点缺点IGBT开关速度高，开关损耗小，具有耐脉冲电流冲击的能力，通态压降较低，输入阻抗高，为电压驱动，驱动功率小开关速度低于电力MOSFET,电压，电流容量不及GTOGTR耐压高，电流大，开关特性好，通流能力强，饱和压降低开关速度低，为电流驱动，所需驱动功率大，驱动电路复杂，存在二次击穿问题GTO电压、电流容量大，适用于大功率场合，具有电导调制效应，其通流能力很强电流关断增益很小，关断时门极负脉冲电流大，开关速度低，驱动功率大，驱动电路复杂，开关频率低电力MOSFET开关速度快，输入阻抗高，热稳定性好，所需驱动功率小且驱动电路简单，工作频率高，不存在二次击穿问题电流容量小，耐压低，一般只适用于功率不超过10kW的电力电子装置第三章电力电子技术的应用电力电子技术应用范围十分广泛,国防、工业、交通运输、能源、通信系统、电力系统、计算机系统、新能源系统以及家用电器等无不渗透着电力电子技术的成果。3.1国防装备目前，电力电子技术在现代化国防中得到越来越多的应用，已成为该领域的核心技术之一，它应用在现代化国防中特种供电电源.电力驱动.推进和控制等领域。在快中子堆.磁约束核聚变.激光.航空航天和航母等前沿技术中，超大功率.高性能的变流器及其控制系统是必不可少的核心部件和基础。-7-以舰船为例，目前国外舰船上的发电.舰船电力推进.特机和辅助机械电力拖动.武器装备.通信导航.电池充电.照明及生活用电等几乎所有电力.通信设备都己大量采用电力电子技术。目前在2-3万吨级核动力破冰船和航母上都己有几万千瓦级的整流器供电的直流电力推进装置和几千千瓦的交交变频装置，在数千吨级的潜艇上己有几千千瓦级的逆变器供电的交流电力推进系统，以大功率半导体静止型逆变器为基础的400Hz中频电源在个别舰艇上己形成电网，相应的UPS在舰艇上的应用己达到上百千瓦。在舰船通信和武器装备中开关电源己被广泛使用，几十千瓦以下的特辅机变频调速传动系统也有较多应用。3.2一般工业：工业中大量应用各种交直流电动机。直流电动机有良好的调速性能，给其供电的可控整流电源或直流斩波电源都是电力电子装置。近年来，由于电力电子变频技术的迅速发展，使得交流电机