一般認(rèn)為,電力電子技術(shù)的誕生是以1957年美國通用電氣公司研制出**個(gè)晶閘管為標(biāo)志的。但在晶閘管出現(xiàn)以前,用于電力變換的電子技術(shù)就已經(jīng)存在了。晶閘管出現(xiàn)前的時(shí)期可稱為電力電子技術(shù)的史前期或黎明期。
1904年出現(xiàn)了電子管,它能在真空中對電子流進(jìn)行控制,并應(yīng)用于通信和無線電,從而開啟了電子技術(shù)用于電力領(lǐng)域的先河。后來出現(xiàn)了水銀整流器,它把水銀封于管內(nèi),利用對其蒸氣的點(diǎn)弧可對大電流進(jìn)行控制,其性能和晶閘管已經(jīng)非常相似。當(dāng)然,水銀整流器所用的水銀對人體有害,另外,水銀整流器的電壓隆落也很高,很不理想。20 世紀(jì)30年代~50年代,是水銀整流器發(fā)展迅速并大量應(yīng)用的時(shí)期。在這一時(shí)期,水銀整流器廣泛用于電化學(xué)工業(yè)、電氣鐵道直流變電所以及軋鋼用直流電動機(jī)的傳動,甚至用于直流輸電。這一時(shí)期,各種整流電路、逆變電路、周波變流電路的理論已經(jīng)發(fā)展成熟并廣為應(yīng)用。在晶閘管出現(xiàn)以后的相當(dāng)長一段時(shí)期內(nèi),所使用的電路形式仍然是這些形式。
在這一時(shí)期,把交流變?yōu)橹绷鞯姆椒ǔy整流器外,還有發(fā)展更早的電動機(jī)-直流發(fā)電機(jī)組,即變流機(jī)組。和旋轉(zhuǎn)變流機(jī)組相對應(yīng),靜止變流器的稱呼從水銀整流器開始而沿用至今。
1947年,美國著名的貝爾實(shí)驗(yàn)室**了晶體管,引發(fā)了電子技術(shù)的一場革命。 *先用于電力領(lǐng)域的半導(dǎo)體器件是硅極管。 晶閘管出現(xiàn)后, 由于其優(yōu)越的電氣性能和控制性能,使之很快就取代了水銀整流器和旋轉(zhuǎn)變流機(jī)組,并且其應(yīng)用范圍迅速擴(kuò)大。電化學(xué)工業(yè)、鐵道電氣機(jī)車、鋼鐵工業(yè)(軋鋼用電氣傳動、感應(yīng)加熱等)、電力工業(yè)(直流輸電、無功補(bǔ)償?shù)?的迅速發(fā)展也給晶閘管的發(fā)展提供了用武之地。電力電子技術(shù)的概念和基礎(chǔ)就是由于晶閘管及晶閘管變流技術(shù)的發(fā)展而確立的。
晶閘管是通過對門極的控制能夠使其導(dǎo)通而不能使其關(guān)斷的器件,屬于半控型器件。對晶閘管電路的控制方式主要是相位控制方式,簡稱相控方式。晶閘管的關(guān)斷通常依靠電網(wǎng)電壓等外部條件來實(shí)現(xiàn)。這就使得晶閘管的應(yīng)用受到了很大的局限。
20世紀(jì)70年代后期,以門極可關(guān)斷晶閘管(GTO)、電力雙極型晶體管(BJT)和電力場效應(yīng)晶體管(Power-MOSFET)為代表的全控型器件迅速發(fā)展。這些器件都屬于全控型器件。全控型器件的特點(diǎn)是,通過對門極(基極、柵極)的控制既可使其開通又可使其關(guān)斷。此外,這些器件的開關(guān)速度普遍高于晶閘管,可用于開關(guān)頻率較高的電路。這些優(yōu)越的特性使電力電子技術(shù)的面貌煥然新,把電力電子技術(shù)推進(jìn)到一個(gè)新的發(fā)展階段。
與晶閘管電路的相位控制方式相對應(yīng),采用全控型器件的電路的主要控制方式為脈沖寬度調(diào)制(PWM)方式。相對于相位控制方式,可稱之為斬波控制方式,簡稱斬控方式。PWM控制技術(shù)在電力電子變流技術(shù)中占有十分重要的位置,它在逆變、直流斬波、整流、交流- 交流控制等所有電力電子電路中均可應(yīng)用。它使電路的控制性能大為改善,使以前難以實(shí)現(xiàn)的功能也得以實(shí)現(xiàn),對電力電子技術(shù)的發(fā)展產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響。
在20世紀(jì)80年代后期,以絕緣柵極雙極型晶體管(IGBT)為代表的復(fù)合型器件異軍突起。IGBT 屬于全控型器件,它是MOSFET和BJT的復(fù)合。它把MOSFET的驅(qū)動功率小、開關(guān)速度快的優(yōu)點(diǎn)和BJT的通態(tài)壓降小、載流能力大、可承受電壓高的優(yōu)點(diǎn)集于一身,性能十分優(yōu)越,使之成為現(xiàn)代電力電子技術(shù)的主導(dǎo)器件。與IGBT相對應(yīng),MOS 控制晶閘管( MCT)和集成門極換流晶閘管( IGCT)都是MOSFET和GTO的復(fù)合,它們也綜合了MOSFET和GTO兩種器件的優(yōu)點(diǎn)。其中IGCT也取得了相當(dāng)?shù)某晒?,已?jīng)獲得大量應(yīng)用。
鄭州日佳全數(shù)字感應(yīng)加熱設(shè)備的逆變部分模塊,采用的就是英飛凌的N溝道IGBT,其通流能力強(qiáng),開關(guān)速度塊,熱穩(wěn)定性好,所需驅(qū)動功率小,因此安全節(jié)能環(huán)保。目前日佳所有的數(shù)字機(jī)型已全部采用IGBT,并裝配成淬火機(jī),中頻爐,退火機(jī),釬焊機(jī),高頻爐等多種機(jī)型。