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110KV保护测控装置

电力电子器件和电力电子变换器

发布时间:2022-07-24 00:43:03 来源:欧宝平台app下载 作者:欧宝体育安全吗

  人类有效地利用电能可以追溯到19世纪。在19世纪后半叶法拉第等人发现电磁感应现

  象,并由麦克斯韦等人总结分析得到电磁场理论,从而奠定了近代电磁学和电工技术的基

  础。自此之后的百年时间,人类基于电磁场理论发展出了两大工业分支:以电机和输配电为

  代表的电力工业与以电话和无线电为代表的电信产业。这两大分支在20世纪上半叶极大地

  自20世纪中叶以来,半导体技术得到了飞速的发展,将过去一百年间连续的、线性的

  电工理论推广到离散的、非线性的领域。在此基础上电力工业和电信产业两大工业分支也发

  生了深刻的变化。在电信产业领域,大量的电子元器件开始得到应用,继而产生了电子计算

  机、集成电路和人工智能等高新技术。毫不夸张地说,现代社会被半导体技术推到了“零

  和一”的时代。半导体技术在电信领域的巨大推动力,是由于半导体电子器件强大的信息

  处理能力。而对于电力工业,处理的对象是能量而非信息,因此半导体技术在电力工业的影

  响要滞后于电信领域若干年。但是最近几十年电力工业在半导体技术的推动下也发生了深刻

  电力工业过去儿十年的发展依赖于电机和变压器等设备,实现电能与机械能或者电能与

  电能的转换,这样的转换是连续的、线性的。半导体器件开始在电能变换中的应用始于功率

  二极管器件的使用。功率二极管的基本物理原理与基于PN结的普通二极管是一致的,能够

  正向导通电流,反向阻断电流。功率一极管可以用于将交流转换为直流的整流变换,但是只

  应用功率二极管的电路是不控型的电路,只能实现简单的功能。1957 年,美国通用电气

  (GE)公司发明了晶闸管(Thyristor), 第一次改变了传统电能变换的特性。晶闸管是一种

  固态开关器件,基于半导体硅材料,在物理结构上是P-N-P-N的四层结构。它可以实现较

  小的导通电阻和较大的阻断电阻,并日可以通过门极控制导通。因此晶闸管可以用于可控型

  的整流电路,实现交流-直流变换,故晶闸管俗称为可控硅(SCR)。 在此之后,晶闸管陆

  续被应用于直流一交流变换(逆变)、交流-交流变换(变频、调压)以及直流直流变换

  电力电子技术这一学科开始出现,并得到了发展。晶闸管作为第代电力电子开关器件,在数十年内主导了电力电子技术。但是它有一个

  明显的问题:门极可以通过外部控制信号触发开通,但是无法通过门极的外部信号触发美

  主动开关器件。为了有效地关断晶闸管,需要外接辅助换相电路,这也是早期的电力电子变

  换技术的一个主要研究内容。为了解决这个问题,电力半导体研究人员在普通晶闸管结构上

  进行了改进,发展出了门极关断晶闸管(GTO)。它不仅可以通过]极触发电流导通,还可

  以通过门极触发电流关断,真正实现了开关全控。GTO器件是一种具备 主动开关能力的高

  GTO器件的主要问题是门极驱动通过电流触发开关,门极驱动较为困难,开关速度受

  到限制。在GTO结构的基础上,最近二十年通过集成门极驱动,发展出了发射极关断晶闸

  管(ETO)和集成门极换流可关断晶闸管(IGCT)等器件。它们的核心还是晶闸管结构,

  但是其门极以低电感模式集成了驱动电路,对用户来说,驱动更加简单方便,开关速度也能

  显著提高。近些年来IGCT开始应用在各类高压大容量的电能变换场合,显示出了优越的

  构,与晶闸管同时期出现的另一种电力半导体器件是晶体管。晶体管主要包括双极结型晶体

  管(BIT) 和场效应品体管(FET) 两种。双极结型晶休管是由两个PN结结合在一起形成

  的PNP型或者NPN型半导体器件,通过外部输人基极电流改变其导电特性来控制外电路电

  流,场放应品体管是通过外部施加控制电压产生电场,利用电场效应改变导电特性,从面控

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