編者按:發(fā)展電力電子產(chǎn)業(yè)的首要是要節(jié)約電能。新型電力電子器件IGBT(絕緣柵雙極型功率管)已在工業(yè)控制、消費(fèi)電子、汽車電子等多個(gè)領(lǐng)域充當(dāng)了節(jié)能的“急先鋒”,而在新能源領(lǐng)域,電力電子器件也是不可或缺的元素。
發(fā)展電力電子產(chǎn)業(yè)的首要意義在于節(jié)約電能,因此,高效率是我們對(duì)電力電子器件的基本要求。新型電力電子器件IGBT(絕緣柵雙極型功率管)已在工業(yè)控制、消費(fèi)電子、汽車電子等多個(gè)領(lǐng)域充當(dāng)了節(jié)能的“急先鋒”,而在新能源領(lǐng)域,電力電子器件也是不可或缺的元素。
電力電子器件在其發(fā)展的初期(上世紀(jì)60年代-80年代)主要應(yīng)用于工業(yè)和電力系統(tǒng)。而近20年來(lái),隨著4C產(chǎn)業(yè)(通信、計(jì)算機(jī)、消費(fèi)電子、汽車)的蓬勃發(fā)展,電力電子器件的應(yīng)用范圍有了大幅度的擴(kuò)展,其技術(shù)已成為航空、航天、火車、汽車、通信、計(jì)算機(jī)、消費(fèi)電子、工業(yè)自動(dòng)化及其他科學(xué)與工業(yè)部門至關(guān)重要的基礎(chǔ)。
電力電子是節(jié)能關(guān)鍵技術(shù)
電力電子技術(shù)是實(shí)現(xiàn)高效節(jié)能、改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)并促進(jìn)機(jī)電一體化的關(guān)鍵技術(shù)。它是弱電控制與強(qiáng)電運(yùn)行之間、信息技術(shù)與先進(jìn)制造技術(shù)之間的橋梁,是我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的重要基礎(chǔ)技術(shù),是現(xiàn)代科學(xué)、工業(yè)和國(guó)防的重要支撐技術(shù)。電力電子器件是電力電子技術(shù)的基礎(chǔ)和核心,電力電子技術(shù)的發(fā)展是圍繞著各種新型電力電子器件的誕生和完善進(jìn)行的。
當(dāng)前,發(fā)展電力電子產(chǎn)業(yè)的首要意義在于節(jié)約電能。據(jù)統(tǒng)計(jì),我國(guó)用于電機(jī)的電能占我國(guó)總發(fā)電量的60%以上。如果全國(guó)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)都采用電力電子器件進(jìn)行變頻調(diào)速,電機(jī)耗費(fèi)的電能就可節(jié)能大約1/4到1/3,也就是說(shuō)可節(jié)約全國(guó)總發(fā)電量的15%至20%?!?節(jié)能和高效是電力電子技術(shù)的主要特征,這主要是因?yàn)殡娏﹄娮悠骷话愎ぷ髟谳^理想的開(kāi)關(guān)狀態(tài)。電力電子學(xué)與信息電子學(xué)在技術(shù)上主要的不同點(diǎn)就是功效問(wèn)題,對(duì)信息處理用的低電平電路很少要求其效率超過(guò)15%,而電力電子技術(shù)中的功率電路的效率則必須在85%以上。由此可見(jiàn),高效率是電力電子器件的根本要求。
IGBT在多個(gè)領(lǐng)域表現(xiàn)出色
要實(shí)現(xiàn)“十一五”規(guī)劃中提出的“單位國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值能源消耗比‘十五’期末降低20%左右”的目標(biāo),關(guān)鍵是要有效降低工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中那些大電流和高電壓應(yīng)用的功耗,如交流電機(jī)控制、逆變器、繼電器、開(kāi)關(guān)電源、變頻器、工業(yè)傳動(dòng)裝置、機(jī)車與列車用電源以及供暖系統(tǒng)傳動(dòng)裝置等工業(yè)自動(dòng)化應(yīng)用的能耗。
所有這些交流控制應(yīng)用都需要能夠產(chǎn)生大電流和高電壓的核心功率器件,作為新型電力電子器件的代表,IGBT(絕緣柵雙極型晶體管)越來(lái)越受到業(yè)界的重視。IGBT是MOS結(jié)構(gòu)的雙極器件,它兼具功率MOSFET(金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)晶體管)的高速性能和雙極晶體管的低電阻性能,具有電壓型控制、輸入阻抗大、驅(qū)動(dòng)功率小、開(kāi)關(guān)速度快、工作頻率高、安全工作區(qū)大等優(yōu)點(diǎn),這使得IGBT器件成為大功率工業(yè)自動(dòng)化應(yīng)用的理想功率開(kāi)關(guān)器件。IGBT的應(yīng)用范圍一般都在耐壓600V以上、電流10A以上、頻率1kHz以上的領(lǐng)域。
除了在工業(yè)控制領(lǐng)域的應(yīng)用之外,隨著人們節(jié)能意識(shí)的逐步增強(qiáng),消費(fèi)電子產(chǎn)品對(duì)于IGBT的需求量也迅速增長(zhǎng)。例如在感應(yīng)加熱的應(yīng)用上,IGBT就因其具有耐高壓和較高開(kāi)關(guān)頻率的特點(diǎn)而成為電磁爐中的關(guān)鍵組件;而變頻空調(diào)、變頻洗衣機(jī)等變頻家電也主要使用集驅(qū)動(dòng)電路、保護(hù)電路功能于一身的IGBT智能模塊,它簡(jiǎn)化了電路設(shè)計(jì);在照明應(yīng)用方面,IGBT也是高壓氣體放電燈(HID)、燈具調(diào)光器以及高頻鎮(zhèn)流燈所需的器件;在汽車電子領(lǐng)域,IGBT也已經(jīng)代替達(dá)林頓管成為汽車點(diǎn)火器的首選器件。
開(kāi)源也靠電力電子
在全球范圍內(nèi)解決能源短缺問(wèn)題,“開(kāi)源”和“節(jié)流”是兩條最根本的途徑。利用電力電子器件提高系統(tǒng)的效率,降低能耗,屬于“節(jié)流”的范疇;而開(kāi)發(fā)新能源,以替代煤、石油、天然氣等不可再生的能源,則屬于“開(kāi)源”的范疇。事實(shí)上,在“開(kāi)源”的領(lǐng)域,電力電子器件也起著重要作用。
太陽(yáng)能發(fā)電一直是人類探索新型能源的重要領(lǐng)域。近20年來(lái),我國(guó)光伏產(chǎn)業(yè)得到了快速發(fā)展,1990年-2007年,我國(guó)太陽(yáng)能電池的產(chǎn)量增長(zhǎng)了1641倍。2007年,我國(guó)太陽(yáng)能電池產(chǎn)量為821MW(兆瓦),占世界總產(chǎn)量的22%,位居世界第二。要將太陽(yáng)能發(fā)電機(jī)組產(chǎn)生的直流電并入電網(wǎng),就必須用逆變器將直流電轉(zhuǎn)化為交流電。而由于市場(chǎng)對(duì)可再生能源的需求上升,太陽(yáng)能逆變器的市場(chǎng)也在不斷增長(zhǎng)。而這些逆變器需要極高的效率和可靠性,對(duì)于需要1200V功率開(kāi)關(guān)的太陽(yáng)能逆變器來(lái)說(shuō),IGBT是理想的選擇。
電力電子技術(shù)突顯節(jié)能功效 新型器件嶄露頭角
時(shí)間:2008-07-15
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導(dǎo)語(yǔ):發(fā)展電力電子產(chǎn)業(yè)的首要意義在于節(jié)約電能,因此,高效率是我們對(duì)電力電子器件的基本要求。
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