机车牵引领域电力电子器件的发展.doc

自1957年晶闸管问世，标志着电力电子技术的诞生，从此电子技术向两个分支发展。一支是以晶体管集成电路为核心形成对信息处理的微电子技术，其发展特点是集成度愈来愈高，集成规模越来越大，功能越来越全。另一支是以晶闸管为核心形成对电力处理的电力电子技术，其发展特点是晶闸管的派生器件越来越多，功率越来越大，性能越来越好。 传统的电力电子器件已发展到相当成熟的阶段，但在实际中却存在两个制约其继续发展的致命因素。一是控制功能上的欠缺，因为通过门极只能控制其开通而不能控制其关断，属于半控型器件。二是此类器件立足于分立元件结构，开通损耗大，工作频率难以提高，一般情况下难以高于400Hz，因而大大地限制了其应用范围。因此，半控制器件的发展已处于停滞状态。 到了70年代末，可关断晶闸管(GTO)器件日趋成熟，标志着电力电子器件已经从半控型器件发展到全控制型器件。 进入80年代以后，伴随着GTO器件的发展及成熟，MOS器件的开发则繁花似锦。绝缘栅双极晶体管(IGBT)独占鳌头。至此电力电子器件又从电流控制型器件发展到电压控制型器件。90年代，电力电子器件又在向智能化、模块化方向发展，力求将电力器件与驱动电路、保护电路、检测电路等集成在一个芯片或模块内，使装置更趋小型化、智能化，其典型器件是IPM。而IGCT器件既具有IGBT器件的开关特性，同时又具有GTO器件的导通特性，且制造成本较低(与GTO和IGBT相比)，可以获得和 GTO晶闸管一样的产量，即其集IGBT与GTO二者优势于一身，预计今后会在更多的工业和牵引领域中发挥作用。 总之，电力电子器件的发展经历了从半控到全控、从电流控制型到电压控制型、从单个元件到模块化再到智能化的发展过程。 一、牵引领域三种主导电力电子器件应用特性比较 从应用角度出发，对GTO、IGBT、IGCT这三种主导电力电子器件的主要性能比较。 GTO电压、电流容量大，适用于大功率场合，具有电导调制效应；IGBT开关速度高，开关损耗小，具有耐脉冲电流冲击的能力，通态压降较低，输入阻抗高，为电压驱动，驱动功率小；IGCT具有前两者的有点于一身，具有高阻断电压和低通损耗。 二、据电力电子器件的发展现状及趋势，预计在今后几年，电力电子器件将在以下方面取得进展： 1.已进入实用化的全控型器件将在功率等级、易于驱动和更高工作频率这三个方面继续改善和提高。 2.由于MCT、IGBT、IGCT等器件的大容量化及实用化，在更多的领域，IGBT和IGCT将取代GTO。 3.IGCT等新型混合器件将逐步得以推广应用。 4.功率集成电路将会有更进一步的发展。这将预示着电力电子技术将跃入一个新的时代。 5.新型半导体材料Si C的问世，将预示着在不远的将来会诞生一种集高耐压、大电流、高开关速度、无吸收电路、简单的门极驱动、低损耗等所有优点于一身的新型Si C电力器件。 三、电力电子器件在变流技术及机车牵引领域的应用 80年代以前，在机车牵引领域，电力电子器件主要用于直流传动系统中的整流器和斩波器以及辅助传动系统。电力电子