極限溫度下的電力電子技術的發展與應用

　　隨著社會發展，電力電子技術日新月異，各種新技術不斷涌現，本文對未來電力電子技術在極限溫度下的發展做出了趨勢上的研究。

　　《陜西電力》(月刊)創刊于1973年，由陜西省電力公司主辦。是國內外公開發行的全國性科技刊物，包括火力發電、水力發電、供電與配電、電網、電站設計與生產、建設、科研開發等多項領域。作為西北五省(區)電力行業科技信息交流主渠道和帶頭期刊，受到各級領導的重視和廣大科技工作者的歡迎，充分體現西北電力生產建設的技術水平。

　　1高低溫下的功率電路器件

　　從目前的角度來看，大部分電力電子設備在100攝氏度以內進行工作，大部分電路元件和電路結構需要控制在一定范圍內，當工作溫度過高或者過低時，各個元件的特性都會出現新的變化，電路會出現新的變化，因此在討論技術之前，我們需要對電力電路中的一些器件進行研究分析，在低溫情況下的表現給出相應分析。從目前的角度來看，電力電子中標志是目前最主要的器件，這些器件會受到溫度的影響，如果高頻電子電路中出現了MOSFET，我們可以說這種溫度系統相對比較正常，如果器件溫度越高，電阻通態也會隨著增加，正溫度系數能夠減少熱件中的電流，導致電流會以低溫的形式流向各個器件當中，避免由于溫度過高，導致器件失控，從MOSFET中能夠看出，該器件具有負溫度系數，采用并聯單位結構，需要解決可靠性問題。電感、變壓器是電子裝置中主要的元件。按照傳統角度思想來分析，大部分電磁元件體積相對較大，在元件運行中會發熱，因此電路設計經常出現短路問題，會根據散熱條件的具體情況，適當增加繞線中的電流，電感和變壓器所產生的熱量也會增大。一旦磁鐵的材料溫度得到了一個提高，那么鐵磁材料會轉化成一種弱磁性物質，可以把轉化的溫度當做居里點。按照磁鐵相關理論，一旦溫度升高，超過原有的居里點，那么鐵磁材料磁疇在運動過程中會出現破壞現象，導致整個電腦完全被破壞，這個時候鐵磁物質轉化成磁導，并且磁性相對較強，磁性會始終保持不變。所以磁性元件的設計制造顯得相對比較重要，并沒有體積過小，重量較輕耐溫高的鐵磁元件，一般新型開關器件的作用是不能夠完全表現出來的。很多地區或者廠家選擇使用磁性元件，是因為該元件工作溫度一般情況下不超過100攝氏度，在極為特殊情況下可能會達到150攝氏度。為了能夠更好的提高這一溫度指標，世界各地對該工作溫度做出了詳細研究。同時美國空軍也制處1.5kW，可以在超過300攝氏度溫度環境下運行超過600小時時間，這完全依靠變換器中的變壓器。這種變壓器一般會采用居里溫度超過300攝氏度以上的錳新材料，經過反復仿真，把這種變壓器投入到市場當中。

　　2SIC器件及其應用

　　經過最近這些年的研究，發現硅器件是基礎的電力電子技術，該元件一直不斷改進當中，更應該降低通態和開關損耗，提高工作頻率和器件的集成。從目前的角度來看，硅器件的結構和設計相對比較完善，在高溫度情況下，其發展潛力也十分有限。SIC電力電子器件的誕生主要是因為碳和硅之間的組合，所以SIC器件會對電場進行10倍的擊穿，而且導熱性是其3倍，這讓SIC器件具有更高的性能，擊穿場強能夠幫助電力器件摻雜更多更薄，濃度更大的電子產物，這恰恰降低了通態電阻的性能，同時也減少了電阻的消耗，還可以提高器件工作頻率。我們發現導熱性能夠讓SIC器件在固定溫度情況下得到比較高的開關的容量。另外，該材料的溫度最高可以達到600攝氏度。這些特定內容都決定了SIC器件能夠在電子技術中的應用價值，電力電子器件在發展過程中，功率頻率可以更好的反映處器件水平的研究進展，以及使用狀態。SIC材料在很多種電子器件中都得到了明顯應用。

　　3新型冷卻和散熱技術

　　隨著目前電力電元容量逐漸增加，從中能看出頻率也會出現一定變動，導致器件中的問題展現的比較明顯，尤其是在溫度比較高的情況下，沒有合適的散熱措施，那么很有可能會導致器件上出現了一些損傷，所以對于電路設計，合理選擇冷卻或更好的散熱方式來進行設計，應該把潛能發到頂點，這是目前我們目前必須完成的任務，對于電力設備器件應該按照傳熱學原理制作，是為了能夠更好的設計一種熱阻，盡可能的降低熱流通路，讓器件在發出熱量的時候把熱流散發出去，當保證器件運行時，內部溫度始終都保持在穩定范圍內。按照長期的打算，可以根據空氣制冷的原理，來制定一套簡單便捷方式進行實施，這種方法使用起來相對比較廣泛，如果仔細觀察冷卻形式，能夠看出空氣冷卻是一種自冷的方式，自冷式制定可以當做是假裝散熱的一種簡單方式，即使散熱效率比較低，同時具有簡單的結構進行可靠性的處理，一般比較適合20A以下器件或者簡單的裝置作為電流的器件，同時可以采用備風機作為主要的散熱裝置，這種電流裝置能夠承載大量容量，操作起來比較復雜，噪聲比較大，在維護的過程中已經嚴重阻礙了電流的流動。在高溫的情況下，電力電子裝置由于散熱條件影響，導致電力出現不穩定現象，會影響到裝置的運行，甚至會破壞裝置，在我們仔細研究中，發現在溫度較低的環境下，功率開關器件會影響到通態阻的運行，那么開關損耗也會出現減少，低溫更有利于熱量的散發，所以整個裝置效率會受到嚴重影響，目前高溫超導體是低溫領域中比較常用的材料，低溫環境下低溫電子裝置具有特殊性。按照目前的情況來看，電力技術已經逐漸延伸到各個領域當中，很多低溫場所中能夠看到電力技術的身影，例如海洋中的地質考核，需要對生物種群進行研究，需要對石油勘探。這些工作環境一般會維持在零下80度到0度之間。有些工作場合電力電子設備各種科學考察儀器，在這種低溫情況下散熱相對比較好。

　　4結束語

　　本文主要用三方面對極限溫度下的電力技術進行全面分析，總的來說，電力技術所設計到的領域相對比較廣泛，在這里我們只能簡單的說出一些所涉及到的內容，目前開始向高海拔以及外太空進行拓展。在這種極端的環境下，高溫和低溫會對電力系統產生很大的影響。所以為了進一步拓展人類生存空間，我們需要了解功率器件，對電力電子電路和控制方法進行全面研究。