一、電力電子裝置概要

　　電力電子裝置（powerelectronicequipment）由各類電力電子電路組成的裝置。用于大功率電能的變換和控制。又稱變流裝置。它包括整流器、逆變器、直流變流器、交流變流器、各類電源和開關(guān)、電機(jī)調(diào)速裝置、直流輸電裝置、感應(yīng)加熱裝置、無功補(bǔ)償裝置、電鍍電解裝置、家用電器變流裝置等。

　　其中，直流電源可由整流器或直流變流器組成，用于直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速、充電（備充電電源）、電鍍和科學(xué)儀器等的電源。交流電源可由變頻器（見交流變換電路）組成。分為變頻變壓電源（用于交流籠式異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速）、恒頻恒壓電源（用以構(gòu)成交流不停電電源）、交流穩(wěn)壓電源、中頻感應(yīng)加熱電源（電源輸出頻率達(dá)8千赫，用于感應(yīng)加熱和淬火）、高頻加熱電源（電源輸出頻率高于8千赫，用于淬火和焊接）等。利用電力電子器件的快速開關(guān)性能，可構(gòu)成靜止式無觸點(diǎn)大功率開關(guān)，代替?zhèn)鹘y(tǒng)的電磁式有觸點(diǎn)大功率開關(guān)。

　　二、電力電子新技術(shù)的發(fā)展

　　應(yīng)用技術(shù)高頻化（20kHz以上）、硬件結(jié)構(gòu)集成模塊化（單片集成模塊、混合集成模塊）、軟件控制數(shù)字化和產(chǎn)品性能綠色化（無電磁干擾和對電網(wǎng)無污染）是當(dāng)前電力電子新技術(shù)產(chǎn)品的四大發(fā)展方向。

　　1、電力電子應(yīng)用技術(shù)高頻化

　　我們知道，工頻（50Hz～60Hz）是發(fā)電的最佳頻率，但它不是用電的最佳頻率。如果電源頻率提高，磁路截面積可以減小，從而電機(jī)體積減小，重量減輕。這種效果對諸如變壓器、電抗器、鎮(zhèn)流器等各種電磁元件都是適用的。為此，電力電子器件高頻化是今后電力電子技術(shù)一個(gè)不容忽視的發(fā)展方向。頻率越高，發(fā)出來的波形就越接近理想值，這個(gè)可以用屏幕的分辨率來比喻，分辨率越高，顯示效果越好越接近真實(shí)值。

　　2、硬件結(jié)構(gòu)集成模塊化

　　早期的電力電子產(chǎn)品用分立元器件組成，功率器件安裝在散熱器上，附近安裝驅(qū)動(dòng)、檢測、保護(hù)等硬刷板，還有分立的無源元件。用分立元器件制造電力電子產(chǎn)品，設(shè)計(jì)周期長，加工勞動(dòng)強(qiáng)度大，可靠性差，成本高。因此電力電子產(chǎn)品逐步向模塊化，集成化方向發(fā)展，其目的是使尺寸緊湊，實(shí)現(xiàn)電力電子系統(tǒng)的小型化，縮短設(shè)計(jì)周期，并減小互連導(dǎo)線的寄生參數(shù)等。電力電子器件的模塊化和集成化，先后經(jīng)歷了功率模塊、單片集成模塊、智能功率模塊等發(fā)展階段。其中功率模塊與驅(qū)動(dòng)、保護(hù)、控制電路是分立的，而單片集成和智能功率模塊中的功率器件與驅(qū)動(dòng)、保護(hù)、控制等功能集成為一體。

　　3、軟件控制數(shù)字化

　　用數(shù)字化方法代替模擬控制，可以消除溫度漂移等常規(guī)模擬調(diào)節(jié)器難以克服的缺點(diǎn)，有利于參數(shù)整定和變參數(shù)調(diào)節(jié)，便于通過程序軟件的改變方便地調(diào)整控制方案和實(shí)現(xiàn)多種新型控制策略，同時(shí)可減少元器件的數(shù)目、簡化硬件結(jié)構(gòu)，從而提高系統(tǒng)的可靠性。此外，還可以實(shí)現(xiàn)運(yùn)行數(shù)據(jù)的自動(dòng)存儲(chǔ)和自動(dòng)診斷，有助于實(shí)現(xiàn)電力電子裝置運(yùn)行的智能化。

　　4、產(chǎn)品性能綠色化

　　電力電子設(shè)備的廣泛應(yīng)用同時(shí)，它給電力系統(tǒng)帶來的諧波污染和電磁干擾問題也不容忽視。其危害性日益暴露。此外，硬件電路中電壓和電流的急劇變化，使得電力電子器件承受很大的電應(yīng)力，會(huì)產(chǎn)生頻段很寬的電磁干擾信號，這些電磁干擾信號給周圍的電氣設(shè)備及電波造成嚴(yán)重的電磁干擾，對電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行和設(shè)備構(gòu)成相當(dāng)大的危害。

　　三、電力電子器件的最新發(fā)展

　　在未來，電力電子器件已進(jìn)入高頻化，標(biāo)準(zhǔn)模塊化，集成化和智能時(shí)代。從理論分析和實(shí)驗(yàn)證明電氣產(chǎn)品的體積與重量的縮小與供電頻率的平方根成反比，也就說，當(dāng)我們將50Hz的標(biāo)準(zhǔn)二頻大幅的提高之后，使用這樣工頻的電氣設(shè)備的體積與重量就能大大縮小，使電氣設(shè)備制造節(jié)約材料，運(yùn)行時(shí)節(jié)電就更加明顯，設(shè)備的系統(tǒng)性能亦大為改善，尤其是對航天工業(yè)其意義十分深遠(yuǎn)的。故電力電子器件的高頻化是今后電力電子技術(shù)創(chuàng)新的主導(dǎo)方向，而硬件結(jié)構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)模塊是器件發(fā)展的必然趨勢，目前先進(jìn)的模塊，已經(jīng)包括開關(guān)元件和與其反向并聯(lián)的續(xù)流二極管在內(nèi)及驅(qū)動(dòng)保護(hù)電路多個(gè)單元，并都以標(biāo)準(zhǔn)化和生產(chǎn)出系列產(chǎn)品，并且可以在一致性與可靠性上達(dá)到極高的水平。

　　四、電力電子裝置的應(yīng)用

　　1、在電力領(lǐng)域的應(yīng)用

　　電力電子技術(shù)在電力領(lǐng)域的應(yīng)用主要體現(xiàn)在發(fā)電、儲(chǔ)能、輸電和用電的過程中。在發(fā)電領(lǐng)域的應(yīng)用，例如環(huán)保型能源包括太陽能、風(fēng)能、地?zé)崮艿惹鍧嵞茉吹拈_發(fā)。眾所周知，這些能源的使用能解決一次能源的消耗更能保護(hù)環(huán)境。但是，在轉(zhuǎn)換成電能的過程中由于電壓和頻率的波動(dòng)很難得到廣泛的應(yīng)用。但是電力電子變換裝置則能把這些波動(dòng)的電力轉(zhuǎn)換成穩(wěn)定的電力輸出。大大提高了新能源的使用。在儲(chǔ)電領(lǐng)域的應(yīng)用，例如超導(dǎo)線圈的磁場儲(chǔ)能的研究。但是現(xiàn)在還沒解決交流電能和低電壓超大電流的直流電之間的轉(zhuǎn)換的難題。但是，如果這一問題得以解決將是儲(chǔ)能領(lǐng)域中重大的突破。在輸電領(lǐng)域的應(yīng)用，例如高壓直流輸電技術(shù)在遠(yuǎn)距離輸電或者跨海輸電的電力系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)等方面的應(yīng)用。在用電過程中的應(yīng)用，例如變頻電流的應(yīng)用以及高精度潔凈電源等各種電源的應(yīng)用中，結(jié)合電力電子技術(shù)后都能起到錦上添花的作用，很大程度上提高了其性能。

　　2、在國防設(shè)備中的應(yīng)用

　　國防力量的強(qiáng)弱象征著國家綜合實(shí)力的強(qiáng)弱。國防相關(guān)的科學(xué)技術(shù)一直是各國家關(guān)注的焦點(diǎn)。電力電子技術(shù)已經(jīng)發(fā)展為國防設(shè)備領(lǐng)域的核心科技之一。電力電子技術(shù)涉及到供電電源和功率驅(qū)動(dòng)等各個(gè)領(lǐng)域。另外，新一代航母中的電磁彈射技術(shù)的應(yīng)用中電力電子技術(shù)也發(fā)揮著重要的作用。高頻電力半導(dǎo)體及高頻變流技術(shù)在航天航空中的應(yīng)用在提高其性能減小驅(qū)動(dòng)功率的同時(shí)，大大減少了飛行器的體積和重量。

　　3、在交通運(yùn)輸中的應(yīng)用

　　在這個(gè)生活節(jié)奏不斷加快的社會(huì)，人們對于快捷便利的交通的需求逐日增加。交通問題是人們?nèi)粘ｊP(guān)心的問題之一。在鐵道交通中如磁懸浮技術(shù)，輕軌機(jī)車的自動(dòng)控制系統(tǒng)等的發(fā)展都涉及電力電子技術(shù)。不僅如此，電力電子技術(shù)在其他的交通方式，如船舶飛機(jī)等的發(fā)展過程中電力電子技術(shù)也起著舉足輕重的作用。

　　五、電力電子裝置的發(fā)展趨勢

　　1、電力電子技術(shù)的集成化

　　電力電子技術(shù)的集成化能滿足人們對方便、快捷、便于攜帶等的要求。電力電子技術(shù)的逐漸集成化有利于減小產(chǎn)品體積和重量，提高產(chǎn)品的功率密度和性能。滿足人們的更多新的需求。

　　2、電力電子技術(shù)的智能化

　　所謂智能化，是提高產(chǎn)品的自動(dòng)調(diào)節(jié)的能力。以減少人力物力。主要包括提高效率和功率以及調(diào)速范圍和性能等幾方面的智能化。各種電力電子器件的智能化對制造結(jié)構(gòu)簡單、功能齊全、運(yùn)行可靠的性高的產(chǎn)品提供了方便的服務(wù)。

　　3、電力電子技術(shù)的通用化

　　既然電力電子技術(shù)得到了很廣泛的應(yīng)用，那么使電力電子技術(shù)通用化就是提高電力電子技術(shù)的應(yīng)用范圍，減低生產(chǎn)制造的成本。

　　4、電力電子技術(shù)的信息化

　　信息化對經(jīng)濟(jì)的發(fā)展有著不可替代的作用。信息化一直是人們追求的目標(biāo)?，F(xiàn)代信息化技術(shù)也逐漸運(yùn)用到電力電子技術(shù)中。使得電力電子技術(shù)不但是能量的轉(zhuǎn)換和傳送裝置，也具備了信息傳送和交換的功能。

　　5、電力電子技術(shù)的綠色化

　　在倡導(dǎo)環(huán)境保護(hù)和節(jié)能減排的今天，科學(xué)技術(shù)的綠色化是人們關(guān)注的重心。電力電子技術(shù)在開發(fā)新能源發(fā)面的應(yīng)用是人們對綠色能源的追求。電力電子技術(shù)在太陽能、風(fēng)能、地?zé)崮艿葢?yīng)用也給了人們希望的曙光。只有科學(xué)技術(shù)的綠色化發(fā)展，才能實(shí)現(xiàn)社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展的目標(biāo)。