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行業動態

電力電子技術突顯節能功效 新型器件嶄露頭角

文字:[大][中][小] 2015-10-14    瀏覽次數:2143    
 發展電力電子產業的首要意義在于節約電能,因此,高效率是我們對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)已在工業控制、消費電子、汽車電子等多個領域充當了節能的“急先鋒”,而在新能源領域,電力電子器件也是不可或缺的元素。

電力電子器件在其發展的初期(上世紀60年代-80年代)主要應用于工業和電力系統。而近20年來,隨著4C產業(通信、計算機、消費電子、汽車)的蓬勃發展,電力電子器件的應用范圍有了大幅度的擴展,其技術已成為航空、航天、火車、汽車、通信、計算機、消費電子、工業自動化及其他科學與工業部門至關重要的基礎。

電力電子是節能關鍵技術

電力電子技術是實現高效節能、改造傳統產業并促進機電一體化的關鍵技術。它是弱電控制與強電運行之間、信息技術與先進制造技術之間的橋梁,是我國國民經濟的重要基礎技術,是現代科學、工業和國防的重要支撐技術。電力電子器件是電力電子技術的基礎和核心,電力電子技術的發展是圍繞著各種新型電力電子器件的誕生和完善進行的。

當前,發展電力電子產業的首要意義在于節約電能。北京工業大學電子信息與控制工程學院亢寶位教授在接受《中國電子報》記者采訪時就曾表示:“為解決能源短缺的問題,除了‘開源’之外,‘節流’的潛力也是十分巨大的,而節流的首要措施就是電力電子器件的發展及其推廣應用。例如,據統計,我國用于電機的電能占我國總發電量的60%以上。如果全國電機的驅動都采用電力電子器件進行變頻調速,電機耗費的電能就可節能大約1/4到1/3,也就是說可節約全國總發電量的15%至20%?!?br />
中國電工技術學會電力電子學會副理事長兼秘書長白繼彬則告訴《中國電子報》記者,節能和高效是電力電子技術的主要特征,這主要是因為電力電子器件一般工作在較理想的開關狀態。電力電子學與信息電子學在技術上主要的不同點就是功效問題,對信息處理用的低電平電路很少要求其效率超過15%,而電力電子技術中的功率電路的效率則必須在85%以上。由此可見,高效率是電力電子器件的根本要求。

IGBT在多個領域表現出色

要實現“十一五”規劃中提出的“單位國內生產總值能源消耗比‘十五’期末降低20%左右”的目標,關鍵是要有效降低工業生產過程中那些大電流和高電壓應用的功耗,如交流電機控制、逆變器、繼電器、開關電源、變頻器、工業傳動裝置、機車與列車用電源以及供暖系統傳動裝置等工業自動化應用的能耗。

所有這些交流控制應用都需要能夠產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)越來越受到業界的重視。IGBT是MOS結構的雙極器件,它兼具功率MOSFET(金屬氧化物場效應晶體管)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、驅動功率小、開關速度快、工作頻率高、安全工作區大等優點,這使得IGBT器件成為大功率工業自動化應用的理想功率開關器件。IGBT的應用范圍一般都在耐壓600V以上、電流10A以上、頻率1kHz以上的領域。

除了在工業控制領域的應用之外,隨著人們節能意識的逐步增強,消費電子產品對于IGBT的需求量也迅速增長。例如在感應加熱的應用上,IGBT就因其具有耐高壓和較高開關頻率的特點而成為電磁爐中的關鍵組件;而變頻空調、變頻洗衣機等變頻家電也主要使用集驅動電路、保護電路功能于一身的IGBT智能模塊,它簡化了電路設計;在照明應用方面,IGBT也是高壓氣體放電燈(HID)、燈具調光器以及高頻鎮流燈所需的器件。此外,在汽車電子領域,IGBT也已經代替達林頓管成為汽車點火器的首選器件;而意法半導體亞太區模擬、功率及微機電系統事業部總監寶羅爾在接受《中國電子報》記者采訪時則表示,大電流IGBT也越來越多地應用到混合動力汽車的主轉換器中。

開源也靠電力電子

在全球范圍內解決能源短缺問題,“開源”和“節流”是兩條根本的途徑。利用電力電子器件提高系統的效率,降低能耗,屬于“節流”的范疇;而開發新能源,以替代煤、石油、天然氣等不可再生的能源,則屬于“開源”的范疇。事實上,在“開源”的領域,電力電子器件也起著重要作用。

太陽能發電一直是人類探索新型能源的重要領域。近20年來,我國光伏產業得到了快速發展,1990年-2007年,我國太陽能電池的產量增長了1641倍。2007年,我國太陽能電池產量為821MW(兆瓦),占世界總產量的22%,位居世界第二。要將太陽能發電機組產生的直流電并入電網,就得用逆變器將直流電轉化為交流電。而由于市場對可再生能源的需求上升,太陽能逆變器的市場也在不斷增長。而這些逆變器需要極高的效率和可靠性,對于需要1200V功率開關的太陽能逆變器來說,IGBT是理想的選擇。

在風力發電領域,電力電子器件在變流器中的應用也起到至關重要的作用。三菱電機機電(上海)有限公司總經理森敏在接受《中國電子報》記者采訪時表示:“風力發電變流器是連接發電機和電網的橋梁,通過變流器可以使風力發電機組風輪轉速跟隨風速進行改變,從而大限度地提高風能的利用效率,有效降低載荷,同時保證風輪及其所驅動的電機轉速變化時,輸出的電能頻率始終與電網頻率一致?!?
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