電子電力技術(shù)的發(fā)展史

       一般認為，電力電子技術(shù)的誕生是以1957年美國通用電氣公司研制出**個晶閘管為標志的。但在晶閘管出現(xiàn)以前，用于電力變換的電子技術(shù)就已經(jīng)存在了。晶閘管出現(xiàn)前的時期可稱為電力電子技術(shù)的史前期或黎明期。

       1904年出現(xiàn)了電子管，它能在真空中對電子流進行控制，并應用于通信和無線電，從而開啟了電子技術(shù)用于電力領(lǐng)域的先河。后來出現(xiàn)了水銀整流器，它把水銀封于管內(nèi)，利用對其蒸氣的點弧可對大電流進行控制，其性能和晶閘管已經(jīng)非常相似。當然，水銀整流器所用的水銀對人體有害，另外，水銀整流器的電壓隆落也很高，很不理想。20 世紀30年代~50年代，是水銀整流器發(fā)展迅速并大量應用的時期。在這一時期，水銀整流器廣泛用于電化學工業(yè)、電氣鐵道直流變電所以及軋鋼用直流電動機的傳動，甚至用于直流輸電。這一時期，各種整流電路、逆變電路、周波變流電路的理論已經(jīng)發(fā)展成熟并廣為應用。在晶閘管出現(xiàn)以后的相當長一段時期內(nèi)，所使用的電路形式仍然是這些形式。

       在這一時期，把交流變?yōu)橹绷鞯姆椒ǔy整流器外，還有發(fā)展更早的電動機-直流發(fā)電機組，即變流機組。和旋轉(zhuǎn)變流機組相對應，靜止變流器的稱呼從水銀整流器開始而沿用至今。

       1947年，美國著名的貝爾實驗室**了晶體管，引發(fā)了電子技術(shù)的一場革命。 *先用于電力領(lǐng)域的半導體器件是硅極管。 晶閘管出現(xiàn)后， 由于其優(yōu)越的電氣性能和控制性能，使之很快就取代了水銀整流器和旋轉(zhuǎn)變流機組，并且其應用范圍迅速擴大。電化學工業(yè)、鐵道電氣機車、鋼鐵工業(yè)(軋鋼用電氣傳動、感應加熱等)、電力工業(yè)(直流輸電、無功補償?shù)?的迅速發(fā)展也給晶閘管的發(fā)展提供了用武之地。電力電子技術(shù)的概念和基礎(chǔ)就是由于晶閘管及晶閘管變流技術(shù)的發(fā)展而確立的。

       晶閘管是通過對門極的控制能夠使其導通而不能使其關(guān)斷的器件，屬于半控型器件。對晶閘管電路的控制方式主要是相位控制方式，簡稱相控方式。晶閘管的關(guān)斷通常依靠電網(wǎng)電壓等外部條件來實現(xiàn)。這就使得晶閘管的應用受到了很大的局限。

       20世紀70年代后期，以門極可關(guān)斷晶閘管(GTO)、電力雙極型晶體管(BJT)和電力場效應晶體管(Power-MOSFET)為代表的全控型器件迅速發(fā)展。這些器件都屬于全控型器件。全控型器件的特點是，通過對門極(基極、柵極)的控制既可使其開通又可使其關(guān)斷。此外，這些器件的開關(guān)速度普遍高于晶閘管，可用于開關(guān)頻率較高的電路。這些優(yōu)越的特性使電力電子技術(shù)的面貌煥然新，把電力電子技術(shù)推進到一個新的發(fā)展階段。

       與晶閘管電路的相位控制方式相對應，采用全控型器件的電路的主要控制方式為脈沖寬度調(diào)制(PWM)方式。相對于相位控制方式，可稱之為斬波控制方式，簡稱斬控方式。PWM控制技術(shù)在電力電子變流技術(shù)中占有十分重要的位置，它在逆變、直流斬波、整流、交流-     交流控制等所有電力電子電路中均可應用。它使電路的控制性能大為改善，使以前難以實現(xiàn)的功能也得以實現(xiàn)，對電力電子技術(shù)的發(fā)展產(chǎn)生了深遠的影響。

       在20世紀80年代后期，以絕緣柵極雙極型晶體管(IGBT)為代表的復合型器件異軍突起。IGBT 屬于全控型器件，它是MOSFET和BJT的復合。它把MOSFET的驅(qū)動功率小、開關(guān)速度快的優(yōu)點和BJT的通態(tài)壓降小、載流能力大、可承受電壓高的優(yōu)點集于一身，性能十分優(yōu)越，使之成為現(xiàn)代電力電子技術(shù)的主導器件。與IGBT相對應，MOS 控制晶閘管( MCT)和集成門極換流晶閘管( IGCT)都是MOSFET和GTO的復合，它們也綜合了MOSFET和GTO兩種器件的優(yōu)點。其中IGCT也取得了相當?shù)某晒?，已?jīng)獲得大量應用。

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