电力整流器件项目产业界定及发展历程

第一节 电力整流器件项目界定

整流器是一个整流装置，简单的说就是将交流（AC）转化为直流（DC）的装置。它有两个主要功能：第一，将交流电（AC）变成直流电(DC)，经滤波后供给负载，或者供给逆变器；第二，给蓄电池提供充电电压。因此，它同时又起到一个充电器的作用。

电力整流器件属于国家统计局（3921）变压器、整流器和电感器制造

——指变压器、静止式变流器等电力电子设备和互感器的制造。

包括：变压器：电力变压器、变流变压器、干式变压器、箱式变压器、电炉变压器、试验变压器、矿用变压器、牵引用变压器、电源变压器、可调电源变压器等；变压器辅助设备：变压器有载调压开关、变压器油冷水冷却器等；般工业用电力变流装置：整流器、半导体逆变器、静止变频装置、稳压电源、稳定电源、不间断电源、牵引用变流器、电机调速用半导体变流器；互感器：电压互感器、电流互感器、组合互感器等；镇流器、电抗器、调压器等；上述产品的零件制造。

第二节 电力整流器件应用领域分析

在电力电子技术中，可控整流电路是非常重要的章节，整流电路是将交流电变为直流电的电路，其应用非常广泛。工业中大量应用的各种直流电动机的调速均采用电力电子装置;电气化铁道(电气机车、磁悬浮列车等)、电动汽车、飞机、船舶、电梯等交通运输工具中也广泛采用整流电力电子技术;各种电子装置如通信设备中的程控交换机所用的直流电源、大型计算机所需的工作电源、微型计算机内部的电源都可以利用整流电路构成的直流电源供电，可以说有电源的地方就有电力电子技术的设备。

大功率半导体器件主要产品具体适用范围

第三节 电力整流器件产业发展历程

一般认为，电力电子技术的开始是以1957年第一个晶闸管的诞生为标志的。但在晶闸管出现之前，电力电子技术就已经用于电力变换了。因此，晶闸管出现前的时期称为电力电子技术的史前期。

1876年出现了硒整流器。1904年出现了电子管，它能在真空中对电子流进行控制，并应用于通信和无线电，从而开创了电子技术之先河。1911年出现了金属封装水银整流器，它把水银封于管内，利用对其蒸气的点弧可对大电流进行有效控制，其性能与晶闸管类似。20世纪30~50年代，是水银整流器发展迅速并广泛应用时期。它广泛用于电化学工业、电气铁道直流变电所以及轧钢用直流电动机的传动。

20世纪50年代初，1953年出现了锗功率二极管；1954年出现了硅二极管，普通的半导体整流器开始使用；1957年诞生了晶闸管，一方面由于其变换能力的突破，另一方面实现了弱电对以晶闸管为核心的强电变换电路的控制，使之很快取代了水银整流器和旋转变流机组，进而使电力电子技术步入了功率领域。变流装置由旋转方式变为静止方式，具有提高效率、缩小体积、减轻重量、延长寿命、消除噪声、便于维修等优点。因此，其优越的电气性能和控制性能，在工业上引起一场技术革命。

在以后的20年内，随着晶闸管特性不断提高，晶闸管已经形成了从低电压、小电流到高电压、大电流的系列产品。同时研制出一系列晶闸管的派生器件，如快速晶闸管（FST）、逆导晶闸管（RCT）、双向晶闸管（TRIAC）、光控晶闸管（LTT）等器件，大大地推动各种电力变换器在冶金、电化学、电力工业、交通及矿山等行业中的应用，促进了工业技术的进步，形成了以晶闸管为核心的第一代电力电子器件，也称为传统电力电子技术阶段。

晶闸管通过对门极的控制可以使其导通，而不能使其关断，因此属于半控型器件。对晶闸管电路的控制方式主要是相位控制方式。即使在电流、电压这2个方面，晶闸管系列器件仍然有一定的发展余地，但因下述原因阻碍了它们的继续发展：①由于它是半控器件，要想关断它必须用强迫换相电路，结果使得电路复杂、体积增大、重量增加、效率较低以及可靠性下降；②由于器件的开关频率难以提高，一般低于400Hz，大大限制了它的应用范围；③由于相位运行方式使电网及负载上产生严重的谐波，不但电路功率因数降低，而且对电网产生“公害”。随着工业生产的发展，迫切要求新的器件和变流技术出现，以便改进或取代传统的电力电子技术。

20世纪70年代后期，以门极可关断晶闸管（GTO）、电力双极型晶体管（GTR）、电力场效应晶体管（Power MOSFET）为代表的第二代自关断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）的控制既可以使其开通，又可以使其关断。另外，这些器件的开关速度普遍高于晶闸管，可以用于开关频率较高的电路。全控器件优越的特性使其逐渐取代了变流装置中的晶闸管，把电力电子技术推进到一个新的发展阶段。

和晶闸管电路的相位控制方式想对应，采用全控型器件的电路主要控制方式为脉冲宽度调制（PWM）方式。PWM控制技术在电力电子变流技术中占有十分重要的地位。它使电路的控制性能大大改善，使以前难以实现的功能得以实现，对电力电子技术的发展产生了深远的影响。

20世纪80年代，出现了以绝缘栅双极型晶体管（IGBT）为代表的第三队复合型场控半导体器件，另外还有静电感应式晶体管（SIT）、静电感应式晶闸管（SITH）、MOS晶闸管（MCT）等。这些器件不仅有很高的开关频率，一般为几十到几百千赫兹，而且有更高的耐压性，电流容量大，可以构成大功率、高频的电力电子电路。

20世纪80年代后期，电力半导体器件的发展趋势是模块化、集成化，按照电力电子电路的各种拓扑结构，将多个相同的电力半导体器件或不同的电力半导体器件封装在一个模块中，这样可以缩小器件体积、降低成本、提高可靠性。现在已经出现了第四代电力电子器件——集成功率半导体器件（PIC），它将电力电子器件与驱动电路、控制电路及保护电路集成在一块芯片上，开辟了电力电子器件智能化的方向，应用前景广阔。目前经常使用的智能化功率模块（IPM），除了集成功率器件和驱动电路以外，还集成了过压、过流和过热等故障检测电路，并可将监测信号传送至CPU，以保证IPM自身不受损害。

电力电子技术的发展史

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