電力電子器件的現(xiàn)狀及將來動向
唐蘇亞
（漣水無線電廠，江蘇 漣水223400）
摘要：概述了電力電子器件的發(fā)展過程以及應(yīng)用和研制水平，指出自關(guān)斷化、大功率化、高頻化、智能化將是今后
電力電子器件的發(fā)展動向。
關(guān)鍵詞：電力電子器件；電力電子技術(shù)；動向
中圖分類號：tm301.2 文獻標識碼：a 文章編號：1001-6848(2000)05-0032-03
1概 述
電力電子技術(shù)是近年迅速發(fā)展的一種高新技術(shù)，它是集電力技術(shù)、微電子技術(shù)和信息控制技術(shù)于一體的一門新學(xué)科，廣泛應(yīng)用于機電一體化、電機傳動、新能源、航天、核電、激光、材料等領(lǐng)域，現(xiàn)已成為各國競相發(fā)展的一種高新技術(shù)。有關(guān)專家預(yù)言，在21世紀高度發(fā)展的自動化領(lǐng)域內(nèi)，有兩項重要的技術(shù)，那就是計算機技術(shù)與電力電子技術(shù)。
電機傳動是電力電子技術(shù)的****應(yīng)用領(lǐng)域，據(jù)統(tǒng)計，我國約有交流電力機車0.1萬輛，風(fēng)機水泵約150萬臺，如改造成交流調(diào)速，那么每年可為國家節(jié)約32億kwh和700億kwh，相當(dāng)于三峽工程建成后發(fā)電量的一半，可見節(jié)電潛力之巨大。
電力電子器件是發(fā)展電力電子技術(shù)的關(guān)鍵器件，國家“八五”朔間就已把發(fā)展電力電子技術(shù)列為重點項目，除了對引進的第一代scr制造技術(shù)進行消化、吸收外，同時又從國外引進幾條gtr和gto生產(chǎn)線，如gtr、gto、mosfet、igbt和mct等，并制訂了具體目標。預(yù)計“十五”期間，將是我國電力電子技術(shù)大發(fā)展和廣泛應(yīng)用的時期。
2 電力電子器件的發(fā)展過程
自50年代末晶閘管問世以來，電力電子器件便登上了現(xiàn)代科技舞臺。第一代電力電子器件主要是scr，70年代被列為節(jié)能技術(shù)在全國推廣。然而，scr畢竟是一種只能控制其導(dǎo)通而不能控制關(guān)斷的半控型開關(guān)器件，在交流傳動和變頻電源的應(yīng)中受到限制，如果不附加強迫換流電路就無法應(yīng)用，流電路體積大、重、線路復(fù)雜，且關(guān)斷時間較長、效率低，開關(guān)損耗大，加之scr工作頻率低，因而限制了它的應(yīng)用范圍。
70年代以后陸續(xù)發(fā)明的功率晶體管(gtr)、門極可關(guān)斷晶閘管(gto)、功率mos場效應(yīng)管(power mos fet)、絕緣柵極晶閘管(igbt)、靜電感應(yīng)晶體管(sit)和靜電感應(yīng)晶閘管(sith)等，現(xiàn)在統(tǒng)稱為第二代電力電子器件或功率集成器件，它們的共同特點是既控制其導(dǎo)通，又能控制其關(guān)斷的
全控制開關(guān)囂件，由于不需要換流電路，故體積、重量較之scr有大幅度下降。
第三代電力電子器件是問世于80年代中期的斯瑪特功率集成電路( spic)和高壓集成電路( hvic)，它們的特點是把功率控制與輸出單元同邏輯控制、保護、傳感、測量等多功能單元集成起來，逐步增加其智能程度與功率輸出水平，促進驅(qū)動、伺服、步進等運動控制的進～步小型化、快速化和精密化，在汽車、機器人、數(shù)控機床、柔性加工系統(tǒng)及航空、航天上得到廣泛的應(yīng)用。這種斯瑪特集成電路的出現(xiàn)，使人類站在了第二次電子學(xué)革命的前沿。有關(guān)專家預(yù)言，2000年，以spic為代表的高壓和功率集成電路，在全世界的商業(yè)市場將達到400億美元。為此，近年來，不少國家都相繼組建了******電力電子研究中心，以迎接和推動第二次電子學(xué)革命。
電力電子器件的發(fā)展過程如圖1所示。
3 電力電子器件的研制水平的應(yīng)用概況
3.1 gto
1962年美國首先制造出第一個5agto。之后，由于三相交流傳動變頻調(diào)速技術(shù)的迫切需求以及半導(dǎo)體制造工藝的飛速發(fā)展，70年代末期美國首先突破了傳統(tǒng)制造工藝的限制，采用半導(dǎo)體微電子集成化工藝和高壓技術(shù)工藝相結(jié)合，研制出高電壓、大功電力電子器件的現(xiàn)狀及將來動向 唐蘇亞率gto器件的樣品。這時期的gto的****水平為600a，1300v。隨后，為了滿足變頻調(diào)速發(fā)展的需要，日本的日立、東芝、三菱公司很快掌握了這項技術(shù)，于1980年前后都研制出1000a、2500v水平的gto器件，并很快地在1984年就研制出2500a、4500v水串的gto器件。目前，國外電氣公司生產(chǎn)的gto器件已達到3000a、4500v，美國已研制出10000a、8000v器件。投入運行的gto交流變頻調(diào)速裝置已達到3000kva、3300v。隨著近年來高電壓、大功率gto器件的不斷問世，使得它在牽引動力、風(fēng)機、水泵和冶金軋鋼的變頻調(diào)速系統(tǒng)中獲得越來越廣泛的應(yīng)用。同時，在直流斬波、ups、高頻和中頻感應(yīng)加熱電源、直流開關(guān)等 |
