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摘要：电力电子及开关电源技术因应用需求不断向前发展，新技术的出现又会使许多应用产品更新换代，还会开拓更多更新的应用领域。开关电源高频化、模块化、数字化、绿色化等的实现，将标志着这些技术的成熟，实现高效率用电和高品质用电相结合。
关键词：电力电子 发展 技术应用
一、前言
电力电子及开关电源技术因应用需求不断向前发展，新技术的出现又会使许多应用产品更新换代，还会开拓更多更新的应用领域。开关电源高频化、模块化、数字化、绿色化等的实现，将标志着这些技术的成熟，实现高效率用电和高品质用电相结合。
现代电源技术是应用电力电子半导体器件，综合自动控制、计算机（微处理器）技术和电磁技术的多学科边缘交又技术。在各种高质量、高效、高可靠性的电源中起关键作用，是现代电力电子技术的具体应用。
当前，电力电子作为节能、节才、自动化、智能化、机电一体化的基础，正朝着应用技术高频化、硬件结构模块化、产品性能绿色化的方向发展。在不远的将来，电力电子技术将使电源技术更加成熟、经济、实用，实现高效率和高品质用电相结合。
二、电力电子技术的发展
近年来，我国电力电子器件的发展十分迅速，已由早期的小功率、半控、低频器件发展到现在的超大功率、全控、高频器件。目前国内生产的电力电子器件仍以晶闸管为主，中低档的产品业已成熟，并有相当的批量出口。
由于电力电子技术是应用电力电子器件来实现对电能的多种变换和控制，采用这项技术制造的电力电子装置实现了用弱电控制强电的功能，具有节能、降耗、省材，提高用电质量的优点。因此，电力电子技术被认为是新兴产业和改造传统产业的基础，也是新一代的高新技术。同国外相比，目前我国电力电子器件的品种和质量存在很大的差距，新一代的电力电子器件尚缺少生产能力。为适应我国国民经济高速发展的需要，必须加大力度支持新型电力电子器件的开发和生产，并尽快推向市场。
今后一个时期，电力电子行业技术工作的重点是，下大力进行市场前景看好、能代表当今技术水平的四大类电力电子器件的研究开发，突破关键技术，加快技术创新步伐。
（1）加速开发高档大功率晶闸管、快速晶闸管、双向晶闸管、高频晶闸管、逆导晶闸管等高新技术产品。突破高压器件设计、高压扩散技术、表面造型保护技术和全压接等关键技术。
（2）加速开发IGCT产品。下大力急需解决GCT的设计、均匀扩散技术、透明发射极制造技术、精密光刻挖槽技术、表面造型及保护技术、封装技术和硬门极触发设计及制造技术。
（3）加速开发技术难度大、工艺装备复杂的IGBT产品。将大规模集成电路制造技术和大功率电力电子技术紧密结合在一起。当前要解决的是高压器件的设计技术、高压场环技术和IGBT的芯片封装与测试技术。
（4）加速开发大功率快速软恢复二极管。尽快解决具有自建电场的杂质浓度分布扩散技术、电场截止基区厚度及杂质分布控制技术等难题。
三、电力电子技术的应用
3.1一般工业
工业中大量应用各种交直流电动机。直流电动机有良好的调速性能，给其供电的可控整流电源或直流斩波电源都是电力电子装置。近年来，由于电力电子变频技术的迅速发展，使得交流电机的调速性能可与直流电机相媲美，交流调速技术大量应用并占据主导地位。大至数千kW的各种轧钢机，小到几百W的数控机床的伺服电机，以及矿山牵引等场合都广泛采用电力电子交直流调速技术。一些对调速性能要求不高的大型鼓风机等近年来也采用了变频装置，以达到节能的目的。还有些不调速的电机为了避免起动时的电流冲击而采用了软起动装置，这种软起动装置也是电力电子装置。电化学工业大量使用直流电源，电解铝、电解食盐水等都需要大容量整流电源。电镀装置也需要整流电源。电力电子技术还大量用于冶金工业中的高频、中频感应加热电源、淬火电源及直流电弧炉电源等场合。
3.2交通运输
电气化铁道中广泛采用电力电子技术。电气机车中的直流机车中采用整流装置，交流机车采用变频装置。直流斩波器也广泛用于铁道车辆。在未来的磁悬浮列车中，电力电子技术更是一项关键技术。除牵引电机传动外，车辆中的各种辅助电源也都离不开电力电子技术。电动汽车的电机靠电力电子装置进行电力变换和驱动控制，其蓄电池的充电也离不开电力电子装置。一台高级汽车中需要许多控制电机，它们也要靠变频器和斩波器驱动并控制。飞机、船舶需要很多不同要求的电源，因此航空和航海都离不开电力电子技术。如果把电梯也算做交通运输，那么它也需要电力电子技术。以前的电梯大都采用直流调速系统，而近年来交流变频调速已成为主流。
3.3电力系统
电力电子技术在电力系统中有着非常广泛的应用。据估计，发达国家在用户最终使用的电能中，有60%以上的电能至少经过一次以上电力电子变流装置的处理。电力系统在通向现代化的进程中，电力电子技术是关键技术之一。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆可以毫不夸张地说，如果离开电力电子技术，电力系统的现代化就是不可想象的。直流输电在长距离、大容量输电时有很大的优势，其送电端的整流阀和受电端的逆变阀都采用晶闸管变流装置。近年发展起来的柔性交流输电（FACTS）也是依靠电力电子装置才得以实现的。无功补偿和谐波抑制对电力系统有重要的意义。晶闸管控制电抗器（TCR）、晶闸管投切电容器（TSC）都是重要的无功补偿装置。近年来出现的静止无功发生器（SVG）、有源电力滤波器（APF）等新型电力电子装置具有更为优越的无功功率和谐波补偿的性能。在配电网系统，电力电子装置还可用于防止电网瞬时停电、瞬时电压跌落、闪变等，以进行电能质量控制，改善供电质量。
在变电所中，给操作系统提供可靠的交直流操作电源，给蓄电池充电等都需要电力电子装置。
3.4电子装置用电源
各种电子装置一般都需要不同电压等级的直流电源供电。通信设备中的程控交换机所用的直流电源以前用晶闸管整流电源，现在已改为采用全控型器件的高频开关电源。大型计算机所需的工作电源、微型计算机内部的电源现在也都采用高频开关电源。在各种电子装置中，以前大量采用线性稳压电源供电，由于高频开关电源体积小、重量轻、效率高，现在已逐渐取代了线性电源。因为各种信息技术装置都需要电力电子装置提供电源，所以可以说信息电子技术离不开电力电子技术。
3.5家用电器
照明在家用电器中占有十分突出的地位。由于电力电子照明电源体积小、发光效率高、可节省大量能源，通常被称为“节能灯”，它正在逐步取代传统的白炽灯和日光灯。变频空调器是家用电器中应用电力电子技术的典型例子。电视机、音响设备、家用计算机等电子设备的电源部分也都需要电力电子技术。此外，有些洗衣机、电冰箱、微波炉等电器也应用了电力电子技术。电力电子技术广泛用于家用电器使得它和我们的生活变得十分贴近。
3.6水厂自动化控制
水厂中广泛应用自动化控制技术。一个典型的自动化控制系统，从采集信号的传感器到进行信号处理运算的控制器，再到执行运算结果的执行机构，都基于电力电子技术和高性能微处理器的发展。水厂的自动化控制内的硬件配置一般有CPU、AI模块、AO模块、DI模块、DO模块，以及通讯模块、电源模块、显示器和模块支架等等。从取水泵房开始，经过加药系统、加氯系统、滤池系统，到送水泵站，都可以有系统进行自动控制。提高了自来水厂的出水水质，降低能耗，增加了企业经济效益。
3.7其他
不间断电源（UPS）在现代社会中的作用越来越重要，用量也越来越大，在电力电子产品中已占有相当大的份额。航天飞行器中的各种电子仪器需要电源，载人航天器中为了人的生存和工作，也离不开各种电源，这些都必需采用电力电子技术。传统的发电方式是火力发电、水力发电以及后来兴起的核能发电。能源危机后，各种新能源、可再生能源及新型发电方式越来越受到重视。其中太阳能发电、风力发电的发展较快，燃料电池更是备受关注。太阳能发电和风力发电受环境的制约，发出的电力质量较差，常需要储能装置缓冲，需要改善电能质量，这就需要电力电子技术。当需要和电力系统联网时，也离不开电力电子技术。为了合理地利用水力发电资源，近年来抽水储能发电站受到重视。其中的大型电动机的起动和调速都需要电力电子技术。超导储能是未来的一种储能方式，它需要强大的直流电源供电，这也离不开电力电子技术。现在，在1kW以下，甚至几十W以下的功率范围内，电力电子技术的应用也越来越广，其地位也越来越重要。这已成为一个重要的发展趋势，值得引起人们的注意。
四、电力电子技术目前在我国存在的主要问题
虽然我国电力电子的开发研究已有50年历史，过去已经取得了长足的进步，但是与超大规模集成电路的发展一样，该领域科技发展速度太快，加之我国财力和原有基础薄弱等因素的限制，特别是当前面临国外高科技冲击等原因，我国电力电子有种被“边缘化”的趋势：即各行各业都迫切需要它，但是，各应用领域均没将其作为研究重点，国内解决不了的就依靠进口！
当前存在的主要问题是：目前我国生产的大多数电力电子产品和装置还主要基于晶闸管；虽然也能制造一些高技术的电力电子产品和装置，但是它们均是采用国外生产的电力电子器件和组件多以组装集成的方式制造的；特别是先进的全控型电力电子器件则全部依赖进口，而许多关系到国民经济命脉和国家安全的若干关键领域中的核心技术、软、硬件和关键设备，国外均是对我国进行控制和封锁的。特别是关系到国民经济命脉和国家安全的若干关键领域中的核心技术与国外先进水平的差距更大，迅速改变这一现状是我们面临的挑战和义不容辞的任务。
结束语
电力电子技术的应用范围十分广泛。从人类对宇宙和大自然的探索，到国民经济的各个领域，再到我们的衣食住行，到处都能感受到电力电子技术的存在和巨大魅力。这也激发了一代又一代的学者和工程技术人员学习、研究电力电子技术并使其飞速发展。
参考文献：
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论文作者:程坤
论文发表刊物:《建筑细部》2018年第27期
论文发表时间:2019/7/30
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