1、電力電子在生產(chǎn)生活中的應(yīng)用一、電力電子元器件概述電力電子器件(PowerElectronicDevice)又稱為功率半導(dǎo)體器件，用于電能變換和電能控制 電路中的大功率(通常指電流為數(shù)十至數(shù)千安，電壓為數(shù)百伏以上)電子器件。從八十年代末 期開始，電力電子元器件的發(fā)展先后經(jīng)歷了整流器時(shí)代、逆變器時(shí)代和變頻器時(shí)代，同時(shí)促 進(jìn)了電力電子技術(shù)在許多新興領(lǐng)域的應(yīng)用八十年代末期和九十年代初期發(fā)展起來的以功率MOSFET和IGBT為代表的集高頻、高 壓和大電流于一身的功率半導(dǎo)體復(fù)合器件，標(biāo)明傳統(tǒng)電力電子技術(shù)已經(jīng)進(jìn)入現(xiàn)代電力電子時(shí) 代包括變頻器、電能質(zhì)量類產(chǎn)品以及電子電源產(chǎn)品在內(nèi)的電力電子裝置對(duì)改造像電力、機(jī)

2、械、礦冶、交通、化工、輕紡在內(nèi)的傳統(tǒng)工業(yè)和對(duì)航天、激光、通信、機(jī)器人在內(nèi)的高新技 術(shù)產(chǎn)業(yè)以及目前國家扶持和支持的高效利用能源均至關(guān)重要二、電力電子元器件發(fā)展動(dòng)向隨著電力電子技術(shù)的不斷飛速發(fā)展，現(xiàn)代電力電子器件也向著大功率、易驅(qū)動(dòng)和高頻化 的方向快速穩(wěn)步的發(fā)展著。電力電子技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域也在不斷擴(kuò)大，特別是在電力、礦山、 冶金、煉鋼等重工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域，電力電子技術(shù)不斷發(fā)揮著其自身的優(yōu)勢。由于電力電子在國民經(jīng)濟(jì)中具有十分重要的地位，為了能夠合理高效地利用電能，現(xiàn)代 發(fā)達(dá)國家電能的75%要經(jīng)過變換或控制后使用。預(yù)計(jì)到了 21世紀(jì)末，這個(gè)數(shù)字將會(huì)上升至 95%以上。然而我國的電能轉(zhuǎn)換還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能達(dá)到應(yīng)用電力

3、電子技術(shù)才能達(dá)到的效果。到2010 年末，我國電力需求將會(huì)達(dá)到3.81億千瓦時(shí)，發(fā)電裝機(jī)總?cè)萘窟_(dá)到8.52億千瓦，由此我們 可以看出，電力電子技術(shù)在我國發(fā)展的潛力還是十分巨大的。三、電力電子技術(shù)在變頻器和電子電源的應(yīng)用1.具有2000-3000億元市場總?cè)萘康淖冾l器變頻器是利用電力半導(dǎo)體器件的通斷作用將工頻電源變換為另一頻率的電能控制裝 置，能實(shí)現(xiàn)對(duì)交流異步電機(jī)的軟起動(dòng)、變頻調(diào)速、提高運(yùn)轉(zhuǎn)精度、改變功率因素、過流 /過壓/過載保護(hù)等功能。是應(yīng)用變頻技術(shù)與微電子技術(shù)，通過改變電機(jī)工作電源的頻率 和幅度的方式來控制交流電動(dòng)機(jī)的電力傳動(dòng)元件。因此，變頻器也被成為“現(xiàn)代工業(yè)的 維生素”變頻器的市場空間

4、很大，在電力、紡織、印染、機(jī)械、石油化工等行業(yè)及工程中都 發(fā)揮著十分重要的作用。在中國，變頻器市場正處在一個(gè)高增長的過程。長久以來，中 國變頻器市場一直保持著12%-15%的增長率。而且在未來的5年內(nèi)依舊會(huì)保持在10% 以上的增長率，按照目前的發(fā)展速度和市場需求來看，至少在10年以后，中國的變頻 器市場才能逐步飽和由于變頻器市場的需求的不斷擴(kuò)大，發(fā)展速度的不斷增長，國內(nèi)生產(chǎn)企業(yè)在逐年增 加，國外的知名廠家也紛紛來華投資建廠。然而，國內(nèi)企業(yè)與國外大企業(yè)在技術(shù)上還存 在的較大的差距，對(duì)于一些高電壓，大容量的變頻器國內(nèi)還處在研制階段，核心技術(shù)受 制于人，國產(chǎn)變頻器所需要的半導(dǎo)體功率器件的生產(chǎn)幾乎為零

5、，不得不依靠進(jìn)口，這些 都為國產(chǎn)電力電子元器件的生產(chǎn)廠家既帶來了機(jī)遇同時(shí)也帶來了挑戰(zhàn)。2、具有170億元以上的電子電源市場電源包括電子電源和化學(xué)物理電源，與電力電子技術(shù)應(yīng)用相關(guān)的是電子電源。電子 電源是對(duì)公用電網(wǎng)或某種電能進(jìn)行變換和控制，向各種用電負(fù)載提供優(yōu)質(zhì)電能的供電設(shè) 備開關(guān)電源每年至少有50億元的市場規(guī)模。其中，DC/DC變換器模塊電源約占25%， AC/DC整流器約占75%。由于中國的通信事業(yè)投資比較集中，所以通信電源在開關(guān)電源 總額中所占的比例也較大，根據(jù)估算，全國開關(guān)電源總額達(dá)到100億元以上。而現(xiàn)代UPS普遍采用了脈寬調(diào)制技術(shù)和功率MOSFET、IGBT等現(xiàn)代電力電子器件， 使用

6、現(xiàn)代電力電子器件讓電源的噪聲得以降低，功率和可靠性增大。根據(jù)統(tǒng)計(jì)，2009年 到2011年中大功率UPS市場年增長率約5%，大中功率市場將成為UPS行業(yè)發(fā)展的主 要?jiǎng)恿λ?、新型材料的電力電子器?、高壓砷化鎵高頻整流二極管隨著變換器開關(guān)頻率的不斷提高，對(duì)快恢復(fù)二極管的要求也隨之提高。眾所周知， 砷化鎵二極管具有比硅二極管優(yōu)越的高頻開關(guān)特性，但是由于工藝技術(shù)等方面的原 因，砷化鎵二極管的耐壓較低，實(shí)際應(yīng)用受到局限。為適應(yīng)高壓、高速、高頻率和 低EMI的應(yīng)用需要，砷化鎵高頻整流二極管已經(jīng)研制成功。與硅快恢復(fù)二極管相 比，這種新型的二極管具有反向漏電流隨溫度變化小、開關(guān)損耗低、反向恢復(fù)性好 等顯著特

7、點(diǎn)。2、碳化硅功率器件SIC(碳化硅)是目前發(fā)展最成熟的寬禁帶半導(dǎo)體材料，在電力電子方面也是很重 要的，可制作出性能更加優(yōu)異的高溫(300C500C)、高頻、高功率、高速度、抗 輻射器件。SIC高功率、高壓器件對(duì)于公電輸運(yùn)和電動(dòng)汽車等設(shè)備的節(jié)能具有重要 意義。采用SIC的新器件將在今后510年內(nèi)出現(xiàn)，并將對(duì)半導(dǎo)體材料產(chǎn)生革命 性的影響SIC可以用來制造射頻和微波功率器件、高頻整流器、MESFET、MOSFET和 JFET等。SIC高頻功率器件已在Motorola公司研發(fā)成功，并應(yīng)用于微波和射頻裝 置；美國通用電氣公司正在開發(fā)SIC功率器件和高溫器件；西屋公司已經(jīng)制造出 了在26GHz頻率下工作的甚高頻MESFET； ABB公司正在研制用于工業(yè)和電力系 統(tǒng)的高壓、大功率SIC整流器和其他SIC低頻功率器件理論分析表明，SIC功率器件非常接近理想的功率器件。我們可以預(yù)見，各種 SIC器件的研發(fā)必將成為功率器件研究領(lǐng)域的主要潮流之一。但是我們也要清醒的 看到，SIC材料和功率器件的機(jī)理、理論和制造工藝均有大量的問題需要去解決， 它要真正給電力電子技術(shù)領(lǐng)域帶來新的革命，估計(jì)還需要時(shí)間的等待五、結(jié)論電力電子元器件的應(yīng)用已深入到工業(yè)生產(chǎn)和社會(huì)生活的各個(gè)方面，實(shí)際的需要必將極 大地推動(dòng)器件的不斷創(chuàng)新。電力電子器件正進(jìn)入以新型器件為主體的新一代電力電