一、概述

電力電子技術是利用電力電子器件對電能進行變換及控制的一種現(xiàn)代技術，基本功能包括：整流(交流變成直流)、逆變(直流變成交流)、斬波(直流變成直流)、變頻(改變供電頻率)、開關和智能控制等。它使電網(wǎng)的工頻電能最終轉換成不同性質、不同用途的電能，以適應千變?nèi)f化的用電裝置的不同需要。

電力電子技術自上個世紀中期誕生以來得到了迅速的發(fā)展，在國民經(jīng)濟中已經(jīng)具有十分重要的地位，目前約75%以上的電能須經(jīng)電力電子處理以后才能投入使用，面臨的環(huán)境和能源問題也需要高效的發(fā)電、電力變換和控制技術來解決，因此電力電子技術作為一項基礎技術越來越重要。電力電子技術行業(yè)主要涉及三個領域：電力電子元器件、電力電子裝置、電力電子技術的應用。

電力電子元器件的發(fā)展先后經(jīng)歷了從二極管到MOSFET和IGBT的一系列發(fā)展歷程，現(xiàn)階段大功率元器件還主要依賴進口。

電力電子裝置種類繁多、行業(yè)應用范圍極廣。電力電子裝置主要包括三大類產(chǎn)品：變頻器、電能質量類產(chǎn)品以及電子電源產(chǎn)品。

電力電子技術的應用涉及發(fā)電、輸電、配電、用電等各個環(huán)節(jié)，特別在新材料、新能源行業(yè)市場容量巨大，且都處于快速成長的初期。

四川英杰電氣股份有限公司一直致力于電子電源類產(chǎn)品研發(fā)、生產(chǎn)、銷售與服務，主要涉及電力電子裝置及應用領域，是英杰人長期關注和發(fā)展的方向。

二、電力電子器件的發(fā)展

一代器件造就一代電力電子裝置與應用，新的裝置與應用又促進著電力電子器件的發(fā)展，讓我們來簡要回顧一下常用的幾類電力電子器件：

功率二極管：

大功率的工業(yè)用電由工頻(50Hz)交流發(fā)電機提供，但是大約20%的電能是以直流形式消費的，其中最典型的是電解、牽引和直流傳動等領域。功率二極管是上世紀六十年代開始發(fā)展起來的;今天，在現(xiàn)代電力電子裝置中仍然扮演著重要的角色，除了大功率工頻整流的基本功能之外，功率二極管還日益肩負著高頻整流、續(xù)流、隔離、箝位、吸收等越來越多的功能。

晶閘管：

在大功率和特大功率的工業(yè)應用中，晶閘管以其耐壓高、電流大、通態(tài)壓降小、通態(tài)功耗低等優(yōu)勢被廣泛應用，是這一領域的主力器件，英杰電氣在高壓大功率晶閘管的應用方面有十幾年的應用案例與經(jīng)驗積累。

絕緣柵雙極晶體管(IGBT)與功率場效應管(MOSFET)：

上世紀八十年代，大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路技術的迅猛發(fā)展，為現(xiàn)代電力電子技術的發(fā)展奠定了基礎，將集成電路的精細加工技術和高壓大電流技術有機結合，出現(xiàn)了一批全新的全控型功率器件、首先是功率MOSFET的問世，導致了中小功率電源向高頻化發(fā)展，而后絕緣柵雙極晶體管(IGBT)的出現(xiàn)，又為大中型功率電源向高頻發(fā)展帶來機遇。MOSFET和IGBT的相繼問世，是傳統(tǒng)的電力電子向現(xiàn)代電力電子轉化的標志。

英杰電氣緊隨時代潮流，一直致力于IGBT和MOSFET的工業(yè)應用，依靠該類器件開發(fā)出一大批綠色高效的電力電子裝置。

三、電力電子技術的應用效果

節(jié)能效果明顯：

電力電子技術天生具有節(jié)能的效果，現(xiàn)階段我國的能源總產(chǎn)量中，煤炭占67%、石油占22.7%、其余大多來自水電等發(fā)電方式。將電力電子技術應用在新能源系統(tǒng)中，發(fā)展風能、光伏等清潔能源，節(jié)能效果非常明顯，能有效改變我國以煤炭為主的能源結構。

綠色可靠：

采用全新電力電子裝置，如有源電力濾波器(APF)或PWM整流器，可以實現(xiàn)接近1的功率因數(shù)和接近0的諧波含量，實現(xiàn)對電網(wǎng)的零污染。

若采用電力電子器件開發(fā)無觸點開關等，不但可大大降低用電設備的起停沖擊能耗，還可延長設備的使用壽命，充分體現(xiàn)了電力電子裝置的可靠性。

精確控制與自動化：

早期的控制電路使用分立元器件，屬于模擬控制電路，系統(tǒng)的參數(shù)由各分立元件的參數(shù)決定，存在元器件數(shù)量多、控制精度低、動態(tài)響應慢、系統(tǒng)的調試復雜、靈活性差、參數(shù)整定不方便、溫度漂移嚴重、容易老化、參數(shù)的穩(wěn)定性差等缺點，導致電源系統(tǒng)在環(huán)境條件穩(wěn)定的實驗室工作尚可，難以在復雜工況條件下可靠運行。

新型電力電子系統(tǒng)采用數(shù)字控制技術，以實現(xiàn)快速、高精度、靈活、多功能、智能化的控制和人機界面和通訊等功能，四川英杰電氣股份有限公司一直致力于全數(shù)字化產(chǎn)品的研發(fā)與應用。

數(shù)字化具有以下特點：

高度的靈活性：

可以方便、快速地升級，且可以實現(xiàn)多值/多波形程序控制。此外，數(shù)字系統(tǒng)可以采用同一套硬件控制電路，組合成不同的軟件模塊，以選擇不同的控制策略、控制參數(shù)。

高度的智能化：

采用軟件編程，不僅實現(xiàn)了經(jīng)典的PID控制算法，而且也實現(xiàn)了自調整參數(shù)PID、自適應控制等現(xiàn)代、智能控制算法以提高裝置性能和工藝質量。由于數(shù)字化的存儲數(shù)據(jù)量較大，可以很方便地對歷史記錄進行追溯。

通信能力強：

微處理器集成了各種串口通信接口或現(xiàn)場總線模塊，因此可以很方便地與其他設備或上位機進行大量的數(shù)據(jù)交換，采用通訊端口，對裝置實現(xiàn)遠程監(jiān)控、遠程故障診斷等功能。

四、新能源、新材料行業(yè)概述

能源，是人類生存的基本要素，也是國民經(jīng)濟和社會發(fā)展的主要物質基礎，能源安全則是國家經(jīng)濟安全的基本支撐。能源短缺，尤其優(yōu)質能源短缺，始終困擾著經(jīng)濟高速發(fā)展的中國，越來越成為制約我國經(jīng)濟發(fā)展的瓶頸。目前我國能源生產(chǎn)總量居世界第三，能源消費總量及溫室氣體排放僅次于美國位居世界第二。

通常，石油、天然氣、煤炭等化石類能源稱為一次性能源，不可再生，其開采、運輸、儲存、使用過程中存在不同程度的大氣、環(huán)境污染及生態(tài)破壞，已嚴重危害人類的生存環(huán)境。而太陽能、風能、水能、海洋能、生物質能、地熱能等非化石類能源均屬于過程性能源，不僅可以再生，且清潔無污染或低污染，蘊藏量巨大，我們統(tǒng)稱為新能源。

我國現(xiàn)階段的能源能源結構中：煤炭約占67%，石油22 .7%，其余來自水電等，而美國能源消費中煤炭僅占12%，歐洲發(fā)達國家更少至5%。長期以煤炭為主的能源結構，使我國二氧化硫、二氧化碳、煙塵、固體廢物的排放始終位于世界前列，其直接后果就是大氣、水污染，造成地區(qū)甚至區(qū)域性的生態(tài)環(huán)境破壞。不少專家指出，解決我國能源短缺的根本出路在于發(fā)展可再生新能源。

實際上，我國的可再生能源儲量十分可觀，技術可開發(fā)的水電資源達3.78億千瓦時;大部分地區(qū)的年日照時間在2000小時以上;我國海岸線漫長，潮汐能資源達2億千瓦時;每年可作為能源使用的秸稈達3億噸以上。風能陸地理論可開發(fā)總量(10m高度)為32億kW，實際可開發(fā)裝機容量約2.53億kW，僅次于美國和俄羅斯，居世界第3位，是我國目前發(fā)電總量的1.3倍，海上可開發(fā)的風能資源達7.5億kW，具商業(yè)化、規(guī)?；l(fā)展的潛力。

現(xiàn)階段主要的新能源方案如下：

風能發(fā)電：風輪機技術已經(jīng)很成熟，且沒有任何污染排放。其工作不需要用水，占地少。由于

風資源分布很廣泛，風能可以在很多地區(qū)得到利用。

圖一：常見風力發(fā)電結構示意圖

太陽能聚熱發(fā)電：聚熱發(fā)電廠沒有排放和不產(chǎn)生廢料，能充分利用豐富的資源，環(huán)境影響甚微。

地熱發(fā)電：地熱資源聚集在特定地區(qū)，占用面積很少，卻能產(chǎn)生很多電能;沒有污染，排放也

非常少。

潮汐發(fā)電：潮汐能可預見、很可靠，且提前幾年可測量。

太陽能光伏發(fā)電：太陽能板布置非常靈活，可以充分利用豐富的陽光資源。

圖二：常見并網(wǎng)型光伏結構框圖

新材料領域非常廣泛，英杰電氣現(xiàn)階段主要在光電材料、玻璃纖維、碳纖維、特種金屬、人工寶石等領域提供電力電子解決方案。

五、英杰電氣及電力電子產(chǎn)品特點簡介

四川英杰電氣股份有限公司成立于1996年，是專業(yè)的工業(yè)電源、功率控制系統(tǒng)及裝置的設計與制造企業(yè)。

公司是國家級高新技術企業(yè)，擁有省級企業(yè)技術中心，設立了院士專家工作站。通過多年的技術積累，已形成了完善的技術創(chuàng)新體系，擁有眾多的專利技術，并建立了完善的質保體系，公司自2002年起通過了ISO9001質量管理體系認證、國家3C認證及歐盟CE認證，是電熔焊機國家標準起草單位之一。

公司自成立以來，始終以自主研發(fā)、生產(chǎn)、銷售為核心，產(chǎn)品廣泛應用于石油、化工、冶金、機械、建材等傳統(tǒng)行業(yè)及核電、光伏、光電、碳纖維、特種金屬材料、LED新光源等新興行業(yè)，產(chǎn)品已銷往世界多個國家和地區(qū)，優(yōu)質的產(chǎn)品質量和高效的客戶服務是公司永恒的目標。

圖三：產(chǎn)品核心——嵌入DSP或單片機芯片的數(shù)字化控制方案

專業(yè)設計研發(fā)能力：英杰電氣具有四川省級企業(yè)技術中心，有各類技術人員100余人，設有硬件設計、軟件設計、結構工藝設計、新產(chǎn)品測試、項目設計、知識產(chǎn)權管理等專業(yè)。在“創(chuàng)新是企業(yè)發(fā)展源動力”的理念下，在產(chǎn)品創(chuàng)新、知識產(chǎn)權等方面取得了重大成果，多年來已開發(fā)了10幾個系列數(shù)十種規(guī)格的各類電源產(chǎn)品;經(jīng)過多年的技術積累與沉淀，公司已取得授權專利34項，另有10余項正在申報中。

先進的裝配生產(chǎn)線、產(chǎn)品測試線，嚴格的現(xiàn)場管理和質量控制。英杰電氣基于ISO9001：2008和CCC質量控制的要求，建立并不斷優(yōu)化生產(chǎn)管理流程、企業(yè)質量控制標準。公司擁有較為完備的研試儀器設備(數(shù)字存儲示波器、電能質量分析儀、EMC測試設備等)，具備良好的試驗測試條件。[!--empirenews.page--]

圖四：部分運行中的測試設備

六、英杰電氣電力電子產(chǎn)品的應用

l 在新能源行業(yè)的應用：

在單晶硅生產(chǎn)方面，英杰電氣所研制生產(chǎn)的單晶爐加熱直流電源已經(jīng)通過按相關國際標準進行的嚴格檢驗，大批量為國內(nèi)外知名單晶爐設備生產(chǎn)企業(yè)和終端用戶提供配套電源，已經(jīng)成為國內(nèi)單晶爐電源系統(tǒng)的領跑者。

該電源使用大功率IGBT模塊或晶閘管模塊，利用專利諧波治理技術，高級DSP控制核心，電源高效節(jié)能，具有精度高、穩(wěn)定性好、功率因數(shù)高、諧波低、功能完善、調節(jié)方便、體積小、重量輕等優(yōu)點。是太陽能光伏硅材料生產(chǎn)的重要設備。

圖五：批量生產(chǎn)的單晶爐電源

在多晶硅生產(chǎn)方面，高壓啟動電源、還原爐電源、鑄錠爐電源經(jīng)過嚴格的測試已經(jīng)有多批次陸續(xù)投入運行使用，得到了客戶的高度認可。該系列電源根據(jù)硅棒排布及功率曲線進行設計，還原電源有1臺控制柜、n臺功率柜組成。為提高系統(tǒng)功率因數(shù)、降低諧波含量以及提高還原變壓器的利用率，還原電源采用多種電壓等級，疊層控制輸出。該系列電源是高壓大功率晶閘管在電力電子系統(tǒng)中的成功應用。

圖六：英杰電氣還原電源成套解決方案

在核電方面，通過嚴格的質量體系建設和安全性設計試驗，我公司推出的核電專用電源已經(jīng)成功應用于陽江、防城港等核電現(xiàn)場。

圖七：核電應用

在薄膜硅碲化鎘爐電源方面，英杰電氣提供薄膜硅碲化鎘爐專用電源產(chǎn)品，為薄膜太陽能提供供電設備。

在光伏逆變器方面，英杰電氣提供單三相光伏逆變器，以32位專用DSP作為控制核心，主回路采用IGBT功率模塊，優(yōu)化的主回路結構，安全可靠。適用于小型太陽能光伏系統(tǒng)，光伏并網(wǎng)發(fā)電電站、小型光伏電站、風光互補電站、大型光電建筑等場合。逆變器采用寬范圍直流電壓輸入，轉換效率高達98%，最大功率點跟蹤效率大于99%，電流諧波小于3%，是一類高效節(jié)能的新型電力電子裝置。

圖八：單、三相光伏逆變器

l 在新材料行業(yè)的應用：

在LED寶石爐電源方面，隨著光學產(chǎn)業(yè)和LED產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展，作為光學鏡片和LED襯底原材料的藍寶石晶體市場需求加劇，而尤以占市場份額70%的泡生法工藝生產(chǎn)的藍寶石晶體為主。英杰電氣根據(jù)藍寶石的生長特性，運用長期積累的電源生產(chǎn)經(jīng)驗精心設計，生產(chǎn)寶石爐專用高穩(wěn)定電源，使用大功率IGBT模塊或晶閘管模塊制造。

圖九：寶石爐電源

在玻璃纖維材料方面，根據(jù)玻璃纖維材料行業(yè)的特點，不斷創(chuàng)新，推出貼近用戶需求的系列化產(chǎn)品。采用全數(shù)字化晶閘管方案，具有恒溫、恒壓、恒流等多種控制方式，實現(xiàn)全有效值檢測及輸出。

圖十：玻璃纖維專用電源應用現(xiàn)場

在鋁箔化成與腐蝕方面，提供鋁箔化成和腐蝕類電源，采用大功率晶閘管技術生產(chǎn)。

圖十一：鋁箔化成電源

七、結束語

新能源、新材料產(chǎn)業(yè)是一個蓬勃發(fā)展的新興產(chǎn)業(yè)，作為國內(nèi)最專業(yè)的電源研發(fā)生產(chǎn)企業(yè)之一，作為一家身處新能源、新材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展高地的高新技術企業(yè)，英杰渴望與國內(nèi)外優(yōu)秀的裝備制造廠商一道不懈努力，為中國的能源與材料事業(yè)做出貢獻，讓科技更好地為人類服務!。