异步电动机调速与电力电子器件的简要发展历程

　

    由于直流电动机的调速性能和转矩控制性能较好20世纪30年代起，就开始使用直流调速系统。有最初的旋转变流机组控制发展成为电机放大机控制，在再进一步用晶闸管、电力晶体管控制。使系统快速性，可靠性和经济性不断提高。应用非常广泛然而，由于直流电动机具有电刷和换向器。所以制造工艺复杂、成本高、维护麻烦、单机容量和转速都受到了限制，她的局限性也逐渐显露出来。

    交流电动机中的异步电动机，具有结构简单、制造容易、运行可靠、维护方便、效率较高等一系列优点早就普遍应用与恒速运行的生产机械中。由于其调速习惯年能和转矩控制性能不够理想，长期以来难以推广使用。近30年来由于电力电子技术的发展，才出现各种类型的交流调速系统。例如：变频调速、串极调速、磁场定向控制调速和无换向起电动机调速系统。发明矢量控制后，使得交流调速系统逐步具备了宽的调速范围、高的稳态精度、快的动态响应以及在四象限可逆行等良好的技术性能。在调速性能方面完全可以与直流调速系统相媲美，所以才逐渐得到应用。计算机控制技术和现代控制理论应用与交流调速系统后为其发展创造了更加有利的条件。使交流调速系统成为当前发展和研究的重点。采用危机控制后用软件实现矢量控制算法。使硬件电路规范化。从而降低了成本，提高了可靠性。而且还有可能进一步实现更复杂的动力。交流传动正逐步取代支流传动而成为机电传动的主流。不过由于交流调速控制系统比较复杂，中小容量的转速设备装置价格偏高，实现四象限运行要比直流传动复杂。交流调速的上述缺点如果不能完全克服。直流调速仍会在许多场合继续发挥作用。
 

               
   电力电子器件的发展

    电力电子器件是推动电力电子技术发展的火车头。其应用装置大到三峡船闸启动、电气化机车运行，小到移动电话、心脏起搏装置，处处可见其踪影。铁路电气化牵引、工业生产中电力传动、再生能源发电、柔性输电系统、不停电电源、通信电源、电子照明、计算机电源、打印机电源、充电器、变频空调等各种家用电器电源等。这些电力电子产品已经应用到社会生产和生活各个方面。电力电子对于节能、减少环境污染、改善工作条件、节约原材料、降低成本和提高产量方面均起着十分重要的作用。

1947年美国贝尔实验室发明了晶体管，1956年美国由研制了最先用于电力领域的半导体器件，硅整流二极管。而后人们有开发出快恢复整流二极管和肖特基整流管，为了达到缩短整流管的正反向恢复时间来降低整流管的开关损耗。20世纪80年代，人们由开发出了同步整流管。

    1957年，美国通用公司研制出第一个晶闸管。自1957年晶闸管出现后，由于其优越的电气性能和控制性能，很快取代了水银整流器和旋转变流机组，并且其应用反费也是迅速扩大，电化学工业、铁道电气机车、钢铁工业（轧钢用电气传动，感应加热）、电力工业（支流输电，无功补偿等）的迅速发展也有里的推动了晶闸管的进步。

    晶闸管是通过对门级的控制能够使其导通而不能使其关断的器件，因而，属于半控型器件。对晶闸管电路的控制方式主要是相位控制方式，晶闸管的关段通常依靠电网电压等外部条件来实现，这就使晶闸管的应用受到局限。

    20世纪70年代后期，以门极关断晶闸管（GTO）电力双极型晶体管（GTR）和电力场效应晶体管（power—MOSFET）为代表的全控型器件迅速发展。全控型器件的特点是，通过对门极（基极，栅极）的控制既可使其开通由可使其关断/此外，这些器件的开关速度普遍高于晶闸管，可用于开关频率较高的电路。

    20世纪80年代后期，以绝缘栅极双极型晶体管（IGBT）为代表的复合型器件异军突起。IGBT是MOSFET和GTR的复合。它把MOSFET的驱动功率小，开关速度快的优点和GTR通态压降小，载流能力大的优点集与一身，性能十分优越，使之成为现代电力电子技术的主要器件。与IGBT相对应MOS控制晶闸管（MCT）和集成门极换六晶闸管（IGCT）都是MOSEFT和GTR的复合，它们也综合了MOSFET和GTR两器件的优点。

    为了使电力电子装置的结构紧凑、体积减小、轻量化，常常把若干个电力电子器件及必要的辅助元件做成的模块的形式，这给应用带来了很大的方便。后来把驱动控制保护电路和功率器件集成在一切，构成功率集成电路（PIC）目前功率集成电路的功率都还小，但这带百哦了电力电子技术发展的一个重要方向。随着全控型电力电子器件的不断进步，电力电子电路的工作频率也不断提高。同时，电力电子器件的开关损耗也随之增大。为了减小开关损耗，软开关技术应运而生，零电压开关（ZVS）和零电流开关（ZCS）就是软开关的最基本的形式。从理论上讲，采用软开关技术可使开关损耗为零，可以提高效率。另外，它也使得开关频率可以进一步提高。从而提高了电力电子装置的功率密度。