一文电力电子装置发展趋势

　　一、电力电子装置概要

　　电力电子装置（powerelectronicequipment）由各类电力电子电路组成的装置。用于大功率电能的变换和控制。又称变流装置。它包括整流器、逆变器、直流变流器、交流变流器、各类电源和开关、电机调速装置、直流输电装置、感应加热装置、无功补偿装置、电镀电解装置、家用电器变流装置等。

　　其中，直流电源可由整流器或直流变流器组成，用于直流电动机调速、充电（备充电电源）、电镀和科学仪器等的电源。交流电源可由变频器（见交流变换电路）组成。分为变频变压电源（用于交流笼式异步电动机调速）、恒频恒压电源（用以构成交流不停电电源）、交流稳压电源、中频感应加热电源（电源输出频率达8千赫，用于感应加热和淬火）、高频加热电源（电源输出频率高于8千赫，用于淬火和焊接）等。利用电力电子器件的快速开关性能，可构成静止式无触点大功率开关，代替传统的电磁式有触点大功率开关。

　　二、电力电子新技术的发展

　　应用技术高频化（20kHz以上）、硬件结构集成模块化（单片集成模块、混合集成模块）、软件控制数字化和产品性能绿色化（无电磁干扰和对电网无污染）是当前电力电子新技术产品的四大发展方向。

　　1、电力电子应用技术高频化

　　我们知道，工频（50Hz～60Hz）是发电的最佳频率，但它不是用电的最佳频率。如果电源频率提高，磁路截面积可以减小，从而电机体积减小，重量减轻。这种效果对诸如变压器、电抗器、镇流器等各种电磁元件都是适用的。为此，电力电子器件高频化是今后电力电子技术一个不容忽视的发展方向。频率越高，发出来的波形就越接近理想值，这个可以用屏幕的分辨率来比喻，分辨率越高，显示效果越好越接近真实值。

　　2、硬件结构集成模块化

　　早期的电力电子产品用分立元器件组成，功率器件安装在散热器上，附近安装驱动、检测、保护等硬刷板，还有分立的无源元件。用分立元器件制造电力电子产品，设计周期长，加工劳动强度大，可靠性差，成本高。因此电力电子产品逐步向模块化，集成化方向发展，其目的是使尺寸紧凑，实现电力电子系统的小型化，缩短设计周期，并减小互连导线的寄生参数等。电力电子器件的模块化和集成化，先后经历了功率模块、单片集成模块、智能功率模块等发展阶段。其中功率模块与驱动、保护、控制电路是分立的，而单片集成和智能功率模块中的功率器件与驱动、保护、控制等功能集成为一体。

　　3、软件控制数字化

　　用数字化方法代替模拟控制，可以消除温度漂移等常规模拟调节器难以克服的缺点，有利于参数整定和变参数调节，便于通过程序软件的改变方便地调整控制方案和实现多种新型控制策略，同时可减少元器件的数目、简化硬件结构，从而提高系统的可靠性。此外，还可以实现运行数据的自动存储和自动诊断，有助于实现电力电子装置运行的智能化。

　　4、产品性能绿色化

　　电力电子设备的广泛应用同时，它给电力系统带来的谐波污染和电磁干扰问题也不容忽视。其危害性日益暴露。此外，硬件电路中电压和电流的急剧变化，使得电力电子器件承受很大的电应力，会产生频段很宽的电磁干扰信号，这些电磁干扰信号给周围的电气设备及电波造成严重的电磁干扰，对电力系统的正常运行和设备构成相当大的危害。

　　三、电力电子器件的最新发展

　　在未来，电力电子器件已进入高频化，标准模块化，集成化和智能时代。从理论分析和实验证明电气产品的体积与重量的缩小与供电频率的平方根成反比，也就说，当我们将50Hz的标准二频大幅的提高之后，使用这样工频的电气设备的体积与重量就能大大缩小，使电气设备制造节约材料，运行时节电就更加明显，设备的系统性能亦大为改善，尤其是对航天工业其意义十分深远的。故电力电子器件的高频化是今后电力电子技术创新的主导方向，而硬件结构的标准模块是器件发展的必然趋势，目前先进的模块，已经包括开关元件和与其反向并联的续流二极管在内及驱动保护电路多个单元，并都以标准化和生产出系列产品，并且可以在一致性与可靠性上达到极高的水平。