電力電子技術(shù)應用與發(fā)展

一、電力電子技術(shù)概述
電力電子技術(shù)是一門(mén)具有很強應用性的新興學(xué)科，電力技術(shù)、電子技術(shù)和控制技術(shù)是其基本組成。通常來(lái)講，電力技術(shù)涉及的主要是發(fā)電、輸配電及電力應用，電子技術(shù)涉及的主要是各種電路組成的電子系統、設備及電子器件，電力電子技術(shù)器件是電力電子技術(shù)的基礎，而電氣電力技術(shù)的應用就是對電力電子器件的電能控制與轉換。邁入新世紀，作為一種高新技
術(shù)，電力電子技術(shù)對人們生活的影響越來(lái)越深刻。當前，電力電子技術(shù)主要包括：變頻控制器、交流高壓凈化電源、開(kāi)關(guān)穩壓電源、逆變電源等。且隨著(zhù)電力電子技術(shù)的迅速發(fā)展，其已經(jīng)被廣泛應用于現代通訊、生物工程、計算機、工業(yè)控制、國防安全等多個(gè)領(lǐng)域。
二、電力電子技術(shù)的發(fā)展
近年來(lái)，我國的電子電子技術(shù)取得了迅速的發(fā)展，完成了由當初半控、低頻、小功率器件向全控、高頻、超大功率的轉變。當前，晶閘管仍是我國主要生產(chǎn)的電力電子器件，其中低檔產(chǎn)品已經(jīng)趨于成熟，且出口數量相當可觀(guān)。電力電子技術(shù)是通過(guò)對電子器件的應用來(lái)現多種的電能控制和變換的，通過(guò)電力電子技術(shù)來(lái)制造電力電子裝置，可用弱電來(lái)控制強電，具有降耗、節能、省材、用電質(zhì)量提高等優(yōu)點(diǎn)?？梢哉f(shuō)，正式因為電力電子技術(shù)諸多優(yōu)勢的存在，才使其成為傳統產(chǎn)業(yè)改造和新興產(chǎn)業(yè)的基礎。但反觀(guān)，相比于發(fā)達國家，我國在電力電子器件質(zhì)量和品種上的差距仍非常大，尚缺乏生產(chǎn)新一代電力電子器件的能力。這情況下，為同我國國民經(jīng)濟發(fā)展的基本需要相適應，就必須在新型電力電子器件的開(kāi)發(fā)生產(chǎn)方面下功夫，并將其盡快地推至市場(chǎng)。
在未來(lái)的一段時(shí)期內，對于四大類(lèi)電力電子器件的研發(fā)應當成為電力電子行業(yè)的工作重心，它們是當今技術(shù)水平的代表，且有著(zhù)良好的市場(chǎng)前景。在實(shí)際的器件研發(fā)當中，注重對關(guān)鍵技術(shù)的突破，來(lái)推進(jìn)技術(shù)的不斷創(chuàng )新：首先，加速對大功率晶閘管、逆導晶閘管、雙向晶閘管、快速晶閘管、高頻晶閘管等高新技術(shù)產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)。在高壓擴散技術(shù)、全壓接技術(shù)、高壓器件設計、表面造型保護等關(guān)鍵技術(shù)上有所突破；其次，加快對ICCT產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)。著(zhù)眼于CCT的設計、硬門(mén)極觸發(fā)設計、封裝技術(shù)、均勻擴散技術(shù)、精密光刻挖槽技術(shù)、保護技術(shù)、造型技術(shù)、制造技術(shù)及透明發(fā)射極制造技術(shù)等急需解決的方面；再次，加大對工藝裝備復雜、技術(shù)難度大的IGBT產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)，將大功率電力電子技術(shù)同大規模集成電路制造技術(shù)有機結合在一起。且高壓器件設計技術(shù)、IGBT芯片的封裝測試技術(shù)和高壓場(chǎng)環(huán)技術(shù)是當下需要著(zhù)手解決的；zui后，加快對大功率速軟二極管的開(kāi)發(fā)，將自建電場(chǎng)雜志濃度擴散技術(shù)、雜質(zhì)分布控制技術(shù)及電場(chǎng)基區厚度截止等難題盡快解決。

三、電力電子技術(shù)的應用分析
（一）工業(yè)領(lǐng)域中的應用
工業(yè)領(lǐng)域中，交直流電動(dòng)機的應用十分普遍，如大型鼓風(fēng)機、數控機床伺服電機等。當前，在大量冶金工業(yè)中，電力電子技術(shù)也被廣泛應用于直流電弧爐電源、淬火電源、中高頻感應加熱電源中。同時(shí)，在水電廠(chǎng)的蓄能機組中，應用現代電力電子技術(shù)科對大型機組工作狀態(tài)、調速作出改變。此外，工業(yè)領(lǐng)域的有很多高溫場(chǎng)合，而在高溫環(huán)境下，電力電子裝置的應用有著(zhù)十分嚴格的散熱要求。然而隨著(zhù)電力電子器件頻率不斷提高、容量不斷增加，器件發(fā)熱問(wèn)題就凸顯出來(lái)，尤其是在一些高溫應用場(chǎng)合，如散熱措施不適當，就很有可能造成器件溫度超過(guò)所允許的zui高溫。結合高工作溫度、大容量的應用場(chǎng)合，提出了液態(tài)冷卻，其相比于氣體冷卻和油冷，可提高兩個(gè)數量級的導熱系數，其散熱效率比較如表1所示。
通過(guò)實(shí)踐表明，該水冷裝置的故障率很低，且具有體積小、冷卻效率高、無(wú)污染等顯著(zhù)優(yōu)勢?？梢哉f(shuō)，該裝置在工業(yè)領(lǐng)域的應用推廣，為電力電子技術(shù)的應用提供了基礎保障，從而使器件潛力得到充分發(fā)揮。
（二）交通運輸中的應用
電力電子技術(shù)在電氣化鐵道中有著(zhù)廣泛應用，整流裝置被應用于直流機車(chē)中，交流機中應用變頻裝置。同時(shí)，鐵道車(chē)輛中，直流斬波器的應用也十分廣泛，在磁懸浮列車(chē)的未來(lái)發(fā)展，電力電子技術(shù)扮演者重要角色。除電機的牽引轉動(dòng)外，各種車(chē)輛輔助電源同電力電子技術(shù)也密不可分，電動(dòng)汽車(chē)電機的驅動(dòng)與交換就是憑借電力電子裝置來(lái)現的，且在蓄電池充電
過(guò)程，也需要電力電子裝置的參與來(lái)完成。船舶、飛機均需要很多電源，且有著(zhù)不同要求，故它們同電力電子技術(shù)難以分割。而如果將電梯也視作交通運輸的話(huà)，且也需要電力電子技術(shù)的參與，以往，直流調速系統在電梯中普遍應用，而近年來(lái)，電梯中應用方式也主要集中在交流變頻調速。
（三）電力系統中的應用
在電力系統中，電力電子技術(shù)有著(zhù)非常廣泛的應用，相關(guān)數據表明，在用戶(hù)電能的zui終使用中，發(fā)達國家的電力電子變流裝置至少對60%以上的電能作出過(guò)至少一次的處理。而電力系統的現代化發(fā)展中，電力電子技術(shù)同樣是作為關(guān)鍵技術(shù)而存在的，扮演者直觀(guān)重要的角色，不夸張的來(lái)講，如脫離了電力電子技術(shù)，現代化的電力系統將難以想象。在大容量、長(cháng)距離的輸電中，直流輸電有著(zhù)很大優(yōu)勢，晶閥管變流裝置在送電端整流閥與受電端逆變閥中均有應用。近年來(lái)，逐漸發(fā)展起來(lái)的FACTS（柔性交流輸電）也是在電力電子裝置的參與下才得以現的。FACTS是現代控制技術(shù)與電力電子技術(shù)的有機結合，可對電力系統的電壓、相位角、參數、功率潮流作連續性調控，從而使得輸電損耗大幅降低，促進(jìn)系統穩定水平和輸電能力的有效提高。近年來(lái)，ASCTS開(kāi)始在美國、日本、巴西、瑞典等國的重要超高壓輸電工程中應用，其典型運用如表2所示。
（四）家用電器中的應用
家用電器中照明的地位十分突出，因電力電子照明電源發(fā)光效率高、體積小，有大量能源節約，故被稱(chēng)之為“節能燈”且正在對傳統的日光燈、白熾燈進(jìn)行取代。家用電器中，電力電子技術(shù)應用的典型例子是變頻空調器，且電視機、家用計算機、音響設備等電子設備的電源部分也均需要電力電子技術(shù)的支持?？梢哉f(shuō)，電力電子技術(shù)在家用電器中的廣泛應用，使其日益貼近我們的生活。