电力电子技术的发展趋势及应用摘要：随着科学技术的发展，电力电子技术也取得了飞速发展，其在各种电气自动化系统和电控装置中的应用也日益广泛。
该文通过介绍电力电子技术的发展及应用，阐述了电力电子技术在国民经济中的重要作用及其发展趋势。
关键词：电力电子技术；应用；趋势中图分类号：tp3 文献标识码：a 文章编号：1009-3044（2013）05-1190-021 电力电子技术应用概况电力电子技术是利用电力电子器件实现工业规模电能变换的技术，有时也称为功率电子技术。
一般情况下，它是将一种形式的工业电能转换成另一种形式的工业电能。
是建立在电子学、电工原理和自动控制三大学科上的新兴学科，其主要应用范围主要有以下几个方面。
1.1 一般电源电源是提供电能的装置。
电源因可以将其它形式的能转换成电能，所以把这种提供电能的装置叫做电源。
常见的电源是干电池（直流电）与家用的110v-220v 交流电源。
电源是向电子设备提供功率的装置，也称电源供应器，它提供计算机中所有部件所需要的电能。
电源功率的大小，电流和电压是否稳定，将直接影响计算机的工作性能和使用寿命。
当前优质的电源一般具有fcc、美国ul和中国长城等多国认证标志。
这些认证是认证机构根据行业内技术规范对电源制定的专业标准，包括生产流程、电磁干扰、安全保护等，凡是符合一定指标的产品在申报认证通过后，才能在包装和产品表面使用认证标志，具有一定的权威性。
一般电源又可分为开关电源、逆变电源、交流稳压电源、直流稳压电源、dc/dc电源、通信电源、模块电源、变频电源、ups电源、净化电源、pc电源、整流电源、加热电源、焊接电源/电弧电源、电镀电源、网络电源、功率电源、变压器电源。
不间断电源（英文简称ups）是一种含有储能装置，以逆变器为主要组成部分的恒压恒频的不间断电源。
主要用于给单台计算机、计算机网络系统或其它电力电子设备提供不间断的电力供应。
当市电输入正常时，ups 将市电稳压后供应给负载使用，此时的ups就是一台交流市电稳压器，同时它还向机内电池充电；当市电中断（事故停电）时， ups 立即将机内电池的电能，通过逆变转换的方法向负载继续供应220v交流电，使负载维持正常工作并保护负载软、硬件不受损坏。
ups 设备通常对电压过大和电压太低都提供保护。
它是针对中国电网环境、网络监控和网络系统、医疗系统等对电源的可靠性要求，克服中、大型计算机网络系统集中供电所造成的供电电网环境日益恶劣的问题，以全新的数字技术研制出的第三代工频纯在线式智能型ups。
直流电源，是维持电路中形成稳恒电流的装置。
如干电池、蓄电池、直流发电机等。
它可以保障计算机系统在停电之后继续工作一段时间以使用户能够紧急存盘，使用户不致因停电而影响工作或丢失数据。
在通信领域中，最常见的技术是采用高频开关电源，通过mosfet 或igbt的高频工作，开关频率一般控制在50-100khz范围内，实现高效率和小型化。
工作原理是输入滤波器将电网存在的杂波过滤，同时也阻碍本机产生的杂波反馈到公共电网。
将电网交流电源通过整流与滤波直接整流为较平滑的直流电，供下一级变换。
将整流后的直流电通过逆变器变为高频交流电，这是高频开关电源的核心部分，频率越高，体积、重量与输出功率之比越小。
根据负载需要，调整参数，再次通过整流与滤波提供稳定可靠的直流电源。
它的控制电路一方面从输出端取样，经与设定标准进行比较，然后去控制逆变器，改变其频率或脉宽，达到输出稳定，另一方面，根据测试电路提供的资料，经保护电路鉴别，提供控制电路对整机进行各种保护措施。
对于大型电解电镀电源，传统的电路非常庞大而笨重，如果采用高频开关电源技术，其体积和重量都会大幅度下降，而且可极大提高电源利用效率、节省材料、降低成本。
在电动汽车和变频传动中，更是离不开开关电源技术，通过开关电源改变用电频率，从而达到近于理想的负载匹配和驱动控制。
高频开关电源技术，更是各种大功率开关电源（逆变焊机、通讯电源、高频加热电源、激光器电源、电力操作电源等）的核心技术。
分布式电源供电系统，一个主要部件是以igbt为内核的先进混合集成的小功率部件，另一个关键部件则是芯片上集合有1000个以上电子元件的大规模控制集成电路，这种电源供电系统构成大功率供电电源，起到了强电（频率一般是50hz（赫），称“工频”，意即工业用电的频率）与弱电（频率往往是高频或特高频，以khz（千赫）、mhz（兆赫）计）的最佳配合效果。
分布供电方式的优点有满足特殊场合的需求，如：不适宜铺设电网的西部等偏远地区或散布的用户；安全稳定性较其它供电方式强；大大地提高供电可靠性；为可再生能源的利用开辟了新的方向。
目前已在信息信号设备、航空航天领域、工业plc控制等方面被使用，超高速型集成电路的低电压电源（3.3v）较为理想的供电方式就是采用这样的技术。
预测它将在导电体铺上金属的电镀方法上、冶金工业中使用的电解电源、铁路干线中的电力机车牵引电源等方面也有着不错的发展前景。
1.2 专用电源1.2.1 高频逆变式整流焊机电源逆变焊机电源大都采用交流（ac）-直流（dc）-交流（ac）-直流（dc）变换的方法。
这种技术在20世纪70年代面世以来发展迅速，在20世纪80年代在发达国家获得普遍应用，目前利用这种技术的设备使用比例已达到60%～70%。
工作过程是将三相或单相50hz 工频交流电整流、滤波后得到一个较平滑的直流电，由 igbt 或场效应管组成的逆变电路将该直流电变为15～100khz 的交流电，经中频主变压器降压后，再次整流滤波获得平稳的直流输出焊接电流（或再次逆变输出所需频率的交流电）。
逆变焊割设备的控制电路由给定电路和驱动电路等组成，通过对电压、电流信号的回馈进行处理，实现整机循环控制，采用脉宽调制pwm 为核心的控制技术，从而获得快速脉宽调制的恒流特性和优异的工艺效果。
未来的发展趋势优势为降低技术开发成本，缩短产品开发与生产周期；降低主要器件的功耗、优化结构，进一步小型化、集约化，提高精度、可靠性和一致性。
1.2.2 大功率开关型高压直流电源大功率开关型高压直流电源，在静电除尘、纯感应设备、加热器冷开机、冲击电流大的电器设备和电动汽车电机测试等方面被应用。
高达50—l59千伏的电压，电流在0.5安培以上，功率可达100千瓦。
静电除尘高压直流电源的工作原理是将工频交流电经过整流器变换为直流电，通过高频pwm（脉冲宽度调制）信号控制开关管，将那个直流加到开关变压器初级上，开关变压器次级感应出高频电压，经整流滤波供给负载，输出部分通过一定的电路反馈给控制电路，控制pwm占空比，以达到稳定输出的目的。
1.3 电力牵引及传动控制1.3.1 直流-直流（dc/dc）变换器直流-直流dc/dc变换器将一个范围或固定值的直流电压变换为另一个可变或固定值的直流电压。
这种技术随应用领域的不同，其个体也出现很大差异；功率达几千瓦的转换器，体积自然很庞大，而功率小的可以做成小巧的模块。
1.3.2 变频器电源变频器电源主要用于交流电机的变频调速，其在电气传动系统中占据的地位日趋重要，已获得巨大的节能效果。
变频器是一个驱动系统中的一部份，其中重要的组件包括交流电动机、驱动控制器（即变频器）本身以及变频器的操作接口。
变频器电源主电路均采用交流-直流-交流方案。
它是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装置，能实现对交流机的有效地限制交流异步电动机起动时的起动电流、调整电动机转速的连续平滑调速、提高运转精度、改变功率因数、过流/过压/过载保护等功能。
1.4 电力系统应用1.4.1 高压直流输电（hvdc）是利用稳定的直流电具有无感抗，无同步问题等优点而采用的大功率远距离直流输电。
输电过程为直流。
常用于海底电缆输电，非同步运行的交流系统之间的连络等方面。
是不增加系统的短路容量便于实现两大电力系统的非同期联网运行和不同频率的电力系统的联网；利用直流系统的功率调制能提高电力系统的阻尼，抑制低频振荡，提高并列运行的交流输电线的输电能力。
它的主要缺点是直流输电线路难于引出分支线路绝大部分只用于端对端送电。
1.4.2 柔性输电技术（facts）柔性交流输电系统又称为灵活交流输，能有效提高交流系统的安全稳定性。
柔性交流输电技术的设备可分为串联补偿装置、并联补偿装置和综合控制装置。
其主要内容是在输电系统的主要部位，采用具有单独或综合功能的电力电子装置，对输电系统的主要参数（如电压、相位差、电抗等）进行灵活快速的适时控制，以期实现输送功率合理分配，降低功率损耗和发电成本，大幅度提高系统稳定和可靠性。
1.5 电力有源滤波器电力有源滤波器是一种用于动态抑制谐波、补偿无功的新型电力电子装置，它能够对大小和频率都变化的谐波以及变化的无功进行补偿，之所以称为有源，该装置需要提供电源，其应用可克服lc 滤波器等传统的谐波抑制和无功补偿方法的缺点（传统的只能固定补偿），实现了动态跟踪补偿，而且可以既补谐波又补无功。
这种电源的优势有两点，一是能够输出低纹波电流，增加高电流响应速度。
二是提高系统耐压，这种耐压技术优势使他目前常应用于较高电压系统。
2 电力电子器件发展趋势纵观几十年的发展历史，自半导体器件登上历史舞台以后，推动电力电子技术发展的革新。
晶闸管等电力半导体器件电力电子发展中起到了重要的作用。
进入70年代，半控型晶闸管开始形成由低电压小电流到高电压大电流的系列产品，被称为第一代电力电子器件。
随着电力电子技术理论研究和半导体制造工艺水平的不断提高，先后研制出电力晶体管、可关断晶闸管、金氧半场效晶体管等自关断全控型第二代电力电子器件。
近期研制的以绝缘栅双极晶体管（igbt）为代表的第三代电力电子器件，开始向大容量高频率、响应快、低损耗方向发展，这又是一个飞跃。
步入90年代后，复杂化、模块化、智能化、功率集成的电力电子器件成为了发展方向，以此形成了电力电子技术的理论研究、器件开发研制、应用的高新技术领域等，在国际上形成了新的技术热门。
目前世界上许多大公司已开发出智能化功率模块，国际整流器公司也有较为成熟的产品出台。
例如，日本新电元公司的ipm智能化功率模块的主要特点是：主电路的结构简单，开关速度高和驱动电流小的igbt是其功率芯片采用的主要技术，且自带电流传感器，防止过电流和短路电流，给功率芯片保驾护航；电源电路和驱动电路在内部配线上达到最佳配线，解决了浪涌电压、噪声影响的问题；当故障发生时能通过自身安全保护措施及时关断功率器件并发出故障信号，对芯片实施双重保护，以保证其运行的可靠性。
近些年，随着我国科学技术的迅猛发展，具有我国自主知识产权的非穿通型高压大电流绝缘栅双极晶体管（npt igbt）芯片系列产品和高压大电流外延型超快软恢复二极管（fred）芯片系列产品项日前在常州通过了多个部门的专家鉴定。