論電力電子器件及其應用的現狀和發展

范長義

摘 要：本文著重概述電力電子器件，并回顧了電力電子器件的誕生，從第一代到第三代的整個的發展歷程， 并針對于當前電力電子器件在新能源行業和電力系統、軌道交通、電動汽車、工業電機等各行各業中的應用情況作了簡單的概述，對于在這個行業內的發展趨勢作出展望。

關鍵詞：電力電子器件;新型材料的電力電子器件;電力電子器件的應用

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.01.132

電力電子器件我們也稱之為功率半導體器件，以下簡稱為電子器件，主要作為電力設備中的大功率電子器件的功率轉換和控制。目前，電力電子器件已廣泛應用于機械行業、冶金業、電力系統等一系列領域中去。并擴展到汽車、家用電器、醫療設備和照明等各個生活領域中。二十一世紀，隨著技術的不斷更新，它作為信息產業與傳統產業之間的橋梁，一定會迎來一個新的發展趨勢。并且在國民經濟中占有非常重要的地位。

1 電力電子器件的應用發展

自上世紀50年代以來，世界上誕生了第一臺晶閘管，它標志著電力電子器件在現代電氣傳動的歷史舞臺上的到來。基于可控硅的可控硅整流器成為電力傳動行業的一個變革。

到了上世紀70年代，晶閘管已經發展成能夠承受高電壓和高電流的產品。這一代的半控裝置被稱為第一代電子電氣設備。然而，晶閘管的缺點是不能關閉。隨著電力電子器件的不斷進步，研制了一種全控型的GTR、GTO和MOSFET。這種類型的產品被稱為第二代電力電子設備。

之后便出現了第三代電子器件，主要為絕緣柵雙極晶體管。第三代電子器件具有頻率快、反射速度快、能耗低等特點。近年來，微電子技術與電力電子器件開始相結合，創造出一種多功能、更智能、更高效的全控性能集成器件。電流整流器可以改善電性能、降低電路能量損耗和提高電流效率方面起著重要作用。

上世紀70年代，GTR產品推出時便大獲成功。它的額定值達到當時非常高的標準，同時擁有非常強大的靈活性，而且還具備開關能耗低、時間短等多個優點。它在中等容量和頻率電路中起著很重要的作用。第三代絕緣柵雙極晶體管可以控制電壓，具有輸入電阻大、驅動功率小的優點，有非常大的發展潛力。

2 電力電子器件的應用現狀

2.1 電力系統

電力系統是電力電子器件應用中最重要和最有潛力的領域。在電能的產生和傳輸以及分配使用的整個過程中，電力電子設備得到了廣泛的應用。從用電的角度看，要利用電力電子技術改造節能技術，提高能效;從發電、輸電、配電的角度看，利用電子器件來提高發電效率，提高電力傳輸和配電質量是十分必要的。

2.2 軌道交通

地軌交通的牽引系統中，電力電子器件的應用按市場管理可以分為以下三個方面：主傳動、輔助傳動和控制輔助電源這三個系統。電力電子設備的容量和性能的提高，包裝形式的改進，減少了傳動系統，促進了牽引電力傳動系統的發展。其實在交流馬達中的驅動應用，可以用于運輸、牽引等設備中，與直流馬達相比，交流馬達有價格便宜、噪音小、效率高等優勢，目前越來越多的領域中，都采用交流馬達作為驅動來應用。

2.3 電動車節能

電動汽車作為最大的電能消耗載體，在節能方面的要求非常高。在我國的重要規劃中，電機系統節能問題被列為重點工程。隨著電力電子器件與計算機技術和自動控制技術等新興技術的不斷發展，電力的傳輸方面的技術也面臨著重大改革，直流調速很快就會被交流調速所取代。眾所都知，電動汽車主要用電池供電，依靠電動電子裝置進行電力交換和行駛。因此，電池的充電與這項技術是密不可分的。

2.4 航空與國防工業

電力電子設備廣泛應用于國防工業，主要用于能源、環境、制造、運輸等相關行業。特別是先進的能源技術、激光技術、高端數控機床以及與國家安全和國防相關的基礎制造技術，是許多重要的國防工業。電氣電子設備在現代國防中得到了廣泛的應用。現代防御設備的特殊電源、電力傳輸、推進和控制都涉及到電力和電子核心技術。

2.5 民用消費電子產品

電子裝置在消費電子產品中的應用主要集中在各種家用電器的電機上，如洗衣機、冰箱、空調等的驅動感應加熱、照明驅動和各種電子產品的電源供應等。在家用電器中，主要依靠變頻技術來實現高性能和節能。

2.6 工業生產

在工業生產中，電子電力器件也應用廣泛，比如在軋鋼與造紙等領域方面都有應用。通過此技術的應用，能夠大大的提高工業生產的效率，降低損耗，提高經濟效益。不同的電子器件有不同的效果 ，比如，SIT及SITH的應用是可以提高電子管效率的，通過應用，可以減輕對于電子管的損耗，保證企業經濟效益。

3 結論

今后，電力電子器件這一行業也將會迎來一個良好的發展，自主創新是電力電子器件發展的持久動力。我們不難看出，任何行業的發展都需要不斷的創新，只有不斷的通過自主創新，以創新精神來引領企業發展，掌握核心的技術，才是提高企業競爭力的核心;通過自主創新，才能擺脫低水平的重復建設和低價惡性的現狀，企業的進一步發展和擴大才能快速的追趕發達國家。縮小我們同發達國家之間的技術方面的差距，促進新一代電子設備在中國的出現，電力工業必須加強自身的創新。未來幾年，整個行業將以尖端技術為重點，努力打造自主品牌，加大科技研發和投資力度，并積極主動的推動自主創新能力。電子器件的研發人才和關鍵技術的掌握才是其發展的決定性因素，而且必定會促進電力電子器件行業的快速發展。進而以電力電子裝置理論為基礎，推動了傳統產業和高科技產業的快速發展。

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