一、什么是電力電子技術
廣而言之,電力電子技術就是應用于電力領域的電子技術。而電力電子技術又隸屬于電子技術,電子技術涵蓋信息電子技術與電力電子技術兩種技術。此處僅對電力電子技術做一下科普,信息電子技術暫不詳談。
電力電子技術就是使用電力電子器件對電能進行變換和控制的技術。鑒于目前常見的電力電子器件均由半導體材料制成,故其也稱之為電力半導體器件。
對于電力而言,主要涉及到的便是電力變換,而電力變換通常分為四大類:即交流變直流(AC-DC)、直流變交流(DC-AC)、直流變直流(DC-DC)以及交流變交流(AC-AC),具體如下表所示。
通常把電力電子技術分為電子電子器件制造技術和變流技術兩個分支,相對而言,電子電子器件制造技術是電力電子技術的基礎,而變流技術則是電子電子技術的核心。
二、電力電子技術的發展史
電力電子技術的發展史
一般認為,電力電子技術的誕生是以1957年美國通用電氣公司研制出的第一個晶閘管為標志的。但在晶閘管出現以前,用于電力變換的電子技術就已經存在了。晶閘管出現前的時期,可稱為電力電子技術的史前期或黎明期。
1947年,美國著名的貝爾實驗室發明了晶體管,引發了電子技術的一場革命。對晶閘管電路的控制方式而言,其主要是相位控制方式,簡稱為相控方式。20世紀70年代后期,以門極可關斷晶閘管(GTO)、電力雙極型晶體管(BJT)和電力場效應晶體管(Power-MOSFET)為代表的全控型器件得到迅速發展。
與晶閘管電路的相位控制方式相對應,采用全控型期間的電路的主要控制方式為脈沖寬度調制(PWM)方式。相對于相位控制方式,可稱之為斬波控制方式,簡稱斬控方式。
在20世紀80年代后期,以絕緣柵極雙極型晶體管(IGBT)為代表的復合型器件異軍突起。為了進一步使電力電子裝置的結構緊湊,體積減小,便衍現形成了電子集成電路(PIC)雖然PIC是電力電子技術發展的一個重要方向,但其仍然面臨著幾大難題,如電壓隔離(主電路為高壓,而控制電路為低壓)、熱隔離(主電路發熱嚴重)、電磁干擾(開關器件通斷高壓大電流,它和控制電路處于同一芯片)等。據此在除以PIC為代表的單片機集成技術外,電力電子集成技術發展的焦點是混合集成技術,即把不同的單個芯片集成封裝在一起,以至于在盡量集成化的同時,著重解決了如上所述的幾大難題。除單片機集成和混合集成之外,系統集成也是電力電子集成技術的一個重要方向,特別是對于超大功率集成技術更是如此。
總而言之,電力電子技術的應用十分廣泛。它不僅應用于一般工業,也廣泛用于交通運輸、電力系統、通信系統、計算機系統、新能源系統等。