電力電子器件的現(xiàn)狀及將來(lái)動(dòng)向
唐蘇亞
（漣水無(wú)線電廠，江蘇 漣水223400）
摘要：概述了電力電子器件的發(fā)展過(guò)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(dòng)向。
關(guān)鍵詞：電力電子器件；電力電子技術(shù)；動(dòng)向
中圖分類(lèi)號(hào)：tm301.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：a 文章編號(hào)：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(mén)新學(xué)科，廣泛應(yīng)用于機(jī)電一體化、電機(jī)傳動(dòng)、新能源、航天、核電、激光、材料等領(lǐng)域，現(xiàn)已成為各國(guó)競(jìng)相發(fā)展的一種高新技術(shù)。有關(guān)專(zhuān)家預(yù)言，在21世紀(jì)高度發(fā)展的自動(dòng)化領(lǐng)域內(nèi)，有兩項(xiàng)重要的技術(shù)，那就是計(jì)算機(jī)技術(shù)與電力電子技術(shù)。
電機(jī)傳動(dòng)是電力電子技術(shù)的****應(yīng)用領(lǐng)域，據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)約有交流電力機(jī)車(chē)0.1萬(wàn)輛，風(fēng)機(jī)水泵約150萬(wàn)臺(tái)，如改造成交流調(diào)速，那么每年可為國(guó)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(jiàn)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(guó)家“八五”朔間就已把發(fā)展電力電子技術(shù)列為重點(diǎn)項(xiàng)目，除了對(duì)引進(jìn)的第一代scr制造技術(shù)進(jìn)行消化、吸收外，同時(shí)又從國(guó)外引進(jìn)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(biāo)。預(yù)計(jì)“十五”期間，將是我國(guó)電力電子技術(shù)大發(fā)展和廣泛應(yīng)用的時(shí)期。
2 電力電子器件的發(fā)展過(guò)程
自50年代末晶閘管問(wèn)世以來(lái)，電力電子器件便登上了現(xiàn)代科技舞臺(tái)。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(guó)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(kāi)關(guān)器件，在交流傳動(dòng)和變頻電源的應(yīng)中受到限制，如果不附加強(qiáng)迫換流電路就無(wú)法應(yīng)用，流電路體積大、重、線路復(fù)雜，且關(guān)斷時(shí)間較長(zhǎng)、效率低，開(kāi)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(mén)極可關(guān)斷晶閘管(gto)、功率mos場(chǎng)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(diǎn)是既控制其導(dǎo)通，又能控制其關(guān)斷的
全控制開(kāi)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(wèn)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(diǎn)是把功率控制與輸出單元同邏輯控制、保護(hù)、傳感、測(cè)量等多功能單元集成起來(lái)，逐步增加其智能程度與功率輸出水平，促進(jìn)驅(qū)動(dòng)、伺服、步進(jìn)等運(yùn)動(dòng)控制的進(jìn)～步小型化、快速化和精密化，在汽車(chē)、機(jī)器人、數(shù)控機(jī)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(lèi)站在了第二次電子學(xué)革命的前沿。有關(guān)專(zhuān)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(chǎng)將達(dá)到400億美元。為此，近年來(lái)，不少國(guó)家都相繼組建了******電力電子研究中心，以迎接和推動(dòng)第二次電子學(xué)革命。
電力電子器件的發(fā)展過(guò)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(guó)首先制造出第一個(gè)5agto。之后，由于三相交流傳動(dòng)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(guó)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(lái)動(dòng)向 唐蘇亞率gto器件的樣品。這時(shí)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(xiàng)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(guó)外電氣公司生產(chǎn)的gto器件已達(dá)到3000a、4500v，美國(guó)已研制出10000a、8000v器件。投入運(yùn)行的gto交流變頻調(diào)速裝置已達(dá)到3000kva、3300v。隨著近年來(lái)高電壓、大功率gto器件的不斷問(wèn)世，使得它在牽引動(dòng)力、風(fēng)機(jī)、水泵和冶金軋鋼的變頻調(diào)速系統(tǒng)中獲得越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。同時(shí)，在直流斬波、ups、高頻和中頻感應(yīng)加熱電源、直流開(kāi)關(guān)等 |
