文档介绍：电力电子技术的发展及在电力系统中应用
冯启业
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摘要:电力电子器件的发展对电力电子技术的发展起着决定性的作用,因此,电力电子技术的发展史是以电力电子器件的发展史为纲的。而电力电子技术的不断发展,新材料、新结构器件的陆续诞生,计算机技术的进步为现代控制技术的实际应用提供了有力的支持,在各行各业中的应用越来越广泛。电力电子技术在电力系统中的应用研究与实际工程也取得了可喜成绩。
关键词:电力电子技术电力电子器件晶闸管电力系统直流输电
正文:
电力电子技术是应用于电力领域的电子技术。具体地说,就是使用电力电子器件对电能进行变换和控制的技术,主要用于电力变换。目前所用的电力电子器件均用半导体制成,故也称电力半导体器件。通常把电力电子技术分为电力电子器件制造技术(理论基础是半导体物理)和变流技术(理论基础是电路理论)两个分支。电力电子器件的制造技术是电力电子技术的基础,而变流技术则是电力电子技术的核心。
电力电子技术的发展史
自 20 世纪50 年代末第一只晶闸管问世以来,电力电子技术开始登上现代电气传动技术舞台,以此为基础开发的可控硅整流装置,是电气传动领域的一次革命,使电能的变换和控制从旋转变流机组和静止离子变流器进入由电力电子器件构成的变流器时代,这标志着电力电子技术的诞生。在随后的40 余年里,电力电子技术在器件、变流电路、控制技术等方面都发生了日新月异的变化,在国际上,电力电子技术是竞争最激烈的高新技术领域。
电力电子器件的发展对电力电子技术的发展起着决定性的作用,因此,电力电子技术的发展史是以电力电子器件的发展史为纲的。1957年美国通用电气公司研制出第一个晶闸管为电力电子技术的诞生奠定了基础。晶闸管自诞生以来,电力电子器件已经走过了五十多年的概念更新、性能换代的发展历程。
第一代电力电子器件
以电力二极管和晶闸管(SCR)为代表的第一代电力电子器件,以其体积小、功耗低等优势首先在大功率整流电路中迅速取代老式的汞弧整流器,取得了明显的节能效果,并奠定了现代电力电子技术的基础。电力二极管对改善各种电力电子电路的性能、降低电路损耗和提高电源使用效率等方面都具有非常重要的作用。目前,硅整流管已形成普通整流管、快恢复整流管和肖特基整流管三种主要类型。晶闸管诞生后,其结构的改进和工艺的改革,为新器件的不断出现提供了条件。由晶闸管及其派生器件构成的各种电力电子系统在工业应用中主要解决了传统的电能变换装置中所存在的能耗大和装置笨重等问题,因而大大提高电能的利用率,同时也使工业噪声得到一定程度的控制。
第二代电力电子器件
自20世纪70 年代中期起,电力晶体管(GTR)、可关断晶闸管(GTO)、电力场控晶体
管(功率MOSFET)、静电感应晶体管(SIT)、MOS 控制晶闸管(MCT)、绝缘栅双极晶体管(IGBT)等通断两态双可控器件相继问世,电力电子器件日趋成熟。一般将这类具有自关断能力的器件称为第二代电力电子器件。全控型器件的开关速度普遍高于晶闸管,可用于开关频率较高的电路。
第三代电力电子器件
进入20 世纪90 年代以后,为了使电力电子装置的结构紧凑、体积减少,常常把若干个电力电子器件及必要的辅助元件做成模块的形式,这给应用带来了很大的方便。后来,又把驱动、控制、保护电路和功率器件集