機車牽引領域電力電子器件的發(fā)展

自1957年晶閘管問世，標志著電力電子技術的誕生，從此電子技術向兩個分支發(fā)展。一支是以晶體管集成電路為核心形成對信息處理的微電子技術，其發(fā)展特點是集成度愈來愈高，集成規(guī)模越來越大，功能越來越全。另一支是以晶閘管為核心形成對電力處理的電力電子技術，其發(fā)展特點是晶閘管的派生器件越來越多，功率越來越大，性能越來越好。

傳統(tǒng)的電力電子器件已發(fā)展到相當成熟的階段，但在實際中卻存在兩個制約其繼續(xù)發(fā)展的致命因素。一是控制功能上的欠缺，因為通過門極只能控制其開通而不能控制其關斷，屬于半控型器件。二是此類器件立足于分立元件結(jié)構，開通損耗大，工作頻率難以提高，一般情況下難以高于400Hz，因而大大地限制了其應用范圍。因此，半控制器件的發(fā)展已處于停滯狀態(tài)。

到了70年代末，可關斷晶閘管(GTO)器件日趨成熟，標志著電力電子器件已經(jīng)從半控型器件發(fā)展到全控制型器件。

進入80年代以后，伴隨著GTO器件的發(fā)展及成熟，MOS器件的開發(fā)則繁花似錦。絕緣柵雙極晶體管(IGBT)獨占鰲頭。至此電力電子器件又從電流控制型器件發(fā)展到電壓控制型器件。90年代，電力電子器件又在向智能化、模塊化方向發(fā)展，力求將電力器件與驅(qū)動電路、保護電路、檢測電路等集成在一個芯片或模塊內(nèi)，使裝置更趨小型化、智能化，其典型器件是IPM。而IGCT器件既具有IGBT器件的開關特性，同時又具有GTO器件的導通特性，且制造成本較低(與GTO和IGBT相比)，可以獲得和 GTO晶閘管一樣的產(chǎn)量，即其集IGBT與GTO二者優(yōu)勢于一身，預計今后會在更多的工業(yè)和牽引領域中發(fā)揮作用。

總之，電力電子器件的發(fā)展經(jīng)歷了從半控到全控、從電流控制型到電壓控制型、從單個元件到模塊化再到智能化的發(fā)展過程。

一、牽引領域三種主導電力電子器件應用特性比較

從應用角度出發(fā)，對GTO、IGBT、IGCT這三種主導電力電子器件的主要性能比較。

GTO電壓、電流容量大，適用于大功率場合，具有電導調(diào)制效應;IGBT開關速度高，開關損耗小，具有耐脈沖電流沖擊的能力，通態(tài)壓降較低，輸入阻抗高，為電壓驅(qū)動，驅(qū)動功率小;IGCT具有前兩者的有點于一身，具有高阻斷電壓和低通損耗。

二、據(jù)電力電子器件的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢，預計在今后幾年，電力電子器件將在以下方面取得進展：

1.已進入實用化的全控型器件將在功率等級、易于驅(qū)動和更高工作頻率這三個方面繼續(xù)改善和提高。

2.由于MCT、IGBT、IGCT等器件的大容量化及實用化，在更多的領域，IGBT和IGCT將取代GTO。

3.IGCT等新型混合器件將逐步得以推廣應用。

4.功率集成電路將會有更進一步的發(fā)展。這將預示著電力電子技術將躍入一個新的時代。

5.新型半導體材料Si C的問世，將預示著在不遠的將來會誕生一種集高耐壓、大電流、高開關速度、無吸收電路、簡單的門極驅(qū)動、低損耗等所有優(yōu)點于一身的新型Si C電力器件。

三、電力電子器件在變流技術及機車牽引領域的應用

80年代以前，在機車牽引領域，電力電子器件主要用于直流傳動系統(tǒng)中的整流器和斬波器以及輔助傳動系統(tǒng)。電力電子器件主要是晶閘管。

進入80年代以后，隨著機車技術的發(fā)展，交流傳動技術日趨成熟。