電力電子技術應用與發展

一、電力電子技術概述
電力電子技術是一門具有很強應用性的新興學科，電力技術、電子技術和控制技術是其基本組成。通常來講，電力技術涉及的主要是發電、輸配電及電力應用，電子技術涉及的主要是各種電路組成的電子系統、設備及電子器件，電力電子技術器件是電力電子技術的基礎，而電氣電力技術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，電力電子技術對人們生活的影響越來越深刻。當前，電力電子技術主要包括：變頻控制器、交流高壓凈化電源、開關穩壓電源、逆變電源等。且隨著電力電子技術的迅速發展，其已經被廣泛應用于現代通訊、生物工程、計算機、工業控制、國防安全等多個領域。
二、電力電子技術的發展
近年來，我國的電子電子技術取得了迅速的發展，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的電力電子器件，其中低檔產品已經趨于成熟，且出口數量相當可觀。電力電子技術是通過對電子器件的應用來現多種的電能控制和變換的，通過電力電子技術來制造電力電子裝置，可用弱電來控制強電，具有降耗、節能、省材、用電質量提高等優點?？梢哉f，正式因為電力電子技術諸多優勢的存在，才使其成為傳統產業改造和新興產業的基礎。但反觀，相比于發達國家，我國在電力電子器件質量和品種上的差距仍非常大，尚缺乏生產新一代電力電子器件的能力。這情況下，為同我國國民經濟發展的基本需要相適應，就必須在新型電力電子器件的開發生產方面下功夫，并將其盡快地推至市場。
在未來的一段時期內，對于四大類電力電子器件的研發應當成為電力電子行業的工作重心，它們是當今技術水平的代表，且有著良好的市場前景。在實際的器件研發當中，注重對關鍵技術的突破，來推進技術的不斷創新：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產品的開發。在高壓擴散技術、全壓接技術、高壓器件設計、表面造型保護等關鍵技術上有所突破；其次，加快對ICCT產品的開發。著眼于CCT的設計、硬門極觸發設計、封裝技術、均勻擴散技術、精密光刻挖槽技術、保護技術、造型技術、制造技術及透明發射極制造技術等急需解決的方面；再次，加大對工藝裝備復雜、技術難度大的IGBT產品的開發，將大功率電力電子技術同大規模集成電路制造技術有機結合在一起。且高壓器件設計技術、IGBT芯片的封裝測試技術和高壓場環技術是當下需要著手解決的；zui后，加快對大功率速軟二極管的開發，將自建電場雜志濃度擴散技術、雜質分布控制技術及電場基區厚度截止等難題盡快解決。

三、電力電子技術的應用分析
（一）工業領域中的應用
工業領域中，交直流電動機的應用十分普遍，如大型鼓風機、數控機床伺服電機等。當前，在大量冶金工業中，電力電子技術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，在水電廠的蓄能機組中，應用現代電力電子技術科對大型機組工作狀態、調速作出改變。此外，工業領域的有很多高溫場合，而在高溫環境下，電力電子裝置的應用有著十分嚴格的散熱要求。然而隨著電力電子器件頻率不斷提高、容量不斷增加，器件發熱問題就凸顯出來，尤其是在一些高溫應用場合，如散熱措施不適當，就很有可能造成器件溫度超過所允許的zui高溫。結合高工作溫度、大容量的應用場合，提出了液態冷卻，其相比于氣體冷卻和油冷，可提高兩個數量級的導熱系數，其散熱效率比較如表1所示。
通過實踐表明，該水冷裝置的故障率很低，且具有體積小、冷卻效率高、無污染等顯著優勢?？梢哉f，該裝置在工業領域的應用推廣，為電力電子技術的應用提供了基礎保障，從而使器件潛力得到充分發揮。
（二）交通運輸中的應用
電力電子技術在電氣化鐵道中有著廣泛應用，整流裝置被應用于直流機車中，交流機中應用變頻裝置。同時，鐵道車輛中，直流斬波器的應用也十分廣泛，在磁懸浮列車的未來發展，電力電子技術扮演者重要角色。除電機的牽引轉動外，各種車輛輔助電源同電力電子技術也密不可分，電動汽車電機的驅動與交換就是憑借電力電子裝置來現的，且在蓄電池充電
過程，也需要電力電子裝置的參與來完成。船舶、飛機均需要很多電源，且有著不同要求，故它們同電力電子技術難以分割。而如果將電梯也視作交通運輸的話，且也需要電力電子技術的參與，以往，直流調速系統在電梯中普遍應用，而近年來，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，電力電子技術有著非常廣泛的應用，相關數據表明，在用戶電能的zui終使用中，發達國家的電力電子變流裝置至少對60%以上的電能作出過至少一次的處理。而電力系統的現代化發展中，電力電子技術同樣是作為關鍵技術而存在的，扮演者直觀重要的角色，不夸張的來講，如脫離了電力電子技術，現代化的電力系統將難以想象。在大容量、長距離的輸電中，直流輸電有著很大優勢，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，逐漸發展起來的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是現代控制技術與電力電子技術的有機結合，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，促進系統穩定水平和輸電能力的有效提高。近年來，ASCTS開始在美國、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光效率高、體積小，有大量能源節約，故被稱之為“節能燈”且正在對傳統的日光燈、白熾燈進行取代。家用電器中，電力電子技術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的支持?？梢哉f，電力電子技術在家用電器中的廣泛應用，使其日益貼近我們的生活。