变流技术与半导体电力变流器

之后，又走到一起了。

（4）第四阶段

以SPIC、HVIC等功率集成电路为代表的发展阶段，使电力电子技术与微电子技术更紧密地结合在了一起，是将全控型电力电子器件与驱动电路、控制电路、传感电路、保护电路、逻辑电路等集成在一起的高度智能化的功率集成电路。它实现了器件与电路的集成，强电与弱电、功率流与信息流的集成，成为机和电之间的智能化接口，机电一体化的基础单元，预计PIC的发展将会使电力电子技术实现第二次革命，进入全新的智能化时代。这一阶段还处在初期发展中。

2半导体电力变流器

21变流技术的应用范围

变流技术发展到今天，其应用范围大致分为5个方面。

（1）整流：实现AC/DC变换；

（2）逆变：实现DC/AC变换；

（3）变频：实现AC/AC(AC/DC/AC)变换；

（4）斩波：实现DC/DC(AC/DC/DC)变换；

（5）静止式固态断路器：实现无触点的开关、断路器的功能，控制电能的通断。

22变流技术的发展

变流技术的发展，已经历了三个阶段。

（1）第一阶段

第一阶段是基于电子管、离子管（闸流管、汞弧整流器、高压汞弧阀）的发展与应用，当时把这一学科称作工业电子学（IndustrialElectronics)。这一阶段的研究工作，主要是集中在整流、逆变和变频技术的开发上。变流技术的应用领域主要是直流传动，直流牵引，电化、电冶、中频、高频淬火、加热，高压直流输电等。由于直流传动，直流牵引，电化电冶在变流技术应用中占有压倒的优势，因此，那时将直流传动、牵引、电化称作变流行业的三大支柱。其实从变流技术的分类来看，它属于整流变换，是变流技术的一小部分。

（2）第二阶段

第二阶段是基于硅整流管、晶闸管的发展与应用，主要是晶闸管。在我国始于20世纪60年代初，电力电子学（PowerElectronics）问世，并取代了工业电子学。由于变流技术的基本理论——整流、逆变、变频技术的研究，可以说在第一阶段已经完成，这已不是第二阶段的研究主题。这一阶段主要是针对硅整流管、晶闸管取代电子管、离子管以后出现的新问题，（如硅整流管、晶闸管的阻断电压不高，通态电流不大，耐受过电压、过电流冲击能力不强，应用中稍有异常状况出现，便会造成器件永久性损坏）开展的应用研究，诸如：触发电路的研究、器件并联均流措施的研究、器件串联均压措施的研究、器件换相过程中防止开通过电流、关断过电压的缓冲（阻尼）电路的研究、变流装置过电压保护、过电流保护、过热保护的研究，以及器件的热容量与变流系统故障时系统短路电流及快速熔断器短路容量的保护配合研究等。随着器件制造水平的不断提高，变流装置保护措施的不断完善，使得硅整流管、晶闸管在变流装置中的应用技术日趋成熟。

如同任何新生事务的发展都是势不可挡一样，硅整流管、晶闸管在变流技术中的应用与发展，亦是势不可挡。它很快便取代了汞弧整流器在变流技术中的地位，使我国进入了电力电子技术的开发与应用阶段，而我国的汞弧整流器制造业在完成自己的历史使命后于1972年正式停产。它不仅在所谓变流技术三大支柱产业中完全取代了汞弧整流器，并且功率更大，即使在高压直流输电领域，世界上第一个高压晶闸管换流阀于1970年在瑞典哥特兰岛直流输电工程中投运，宣告了高压汞弧阀在高压直流输电领域中历史使命的终结。除此而外，它还取代了用于电镀、蓄电池充电、发电厂（站）与变电站直流系统的电动机—发电机组；取代了发电机的直流励磁机组。

这一时期，随着整流管特别是晶闸管制造技术水平的不断提高，半导体变流技术所涉及的应用领域不断得到扩展。例如，快速晶闸管的开发大大促进了中频感应加热、熔炼、淬火电源（1kHz～8kHz）的发展；为国防建设和高科技研究服务的晶闸管低频电源、400Hz中频电源、高精度稳压电源与稳流电源相继开发出来；还有许多应用领域，不再赘述。

以晶闸管应用为核心的这一发展阶段，无论是整流、逆变、变频，其变换都是通过对晶闸管的门极进行移相控制（α、β）而实现的，即相控型的变换技术。由于晶闸管属于非自关断（全控）器件，它又是电流型控制器件，所以在高频应用领域，它还无法取代闸流管和电子管，只在低频大功率领域占优势。

在这一阶段，关于实现DC/DC变换的斩波技术的研究已经开展，并且率先应用在直流牵引调速中。公交无轨电车上所用的晶闸管调速，即是DC/DC变换应用的实例。只不过由于晶闸管是半控器件，将其用在DC/DC变换中，为了强迫其关断，主电路、控制电路较为复杂，但是其节能效果是显著的。

（3）第三阶段

第三阶段是基于全控型电力半导体器件的发展与