高低温环境下对电力电子技术产生的影响

　　如今，电力电子学已经逐渐应用到了各行各业，同时还包括了一些新技术，比如高温环境下出现的新型碳化硅电力电子器件，这些器件冷却时间较短，模块功率和散热模块相对复杂，因此，很多专家对于低温环境下的电力电子技术和高温超导技术展开了分析，为极限温度下的电力电子技术发展趋势展开了深入研究。

　　关键词：电力电子技术,极限温度,碳化硅

　　1 高低温下的功率电路器件

　　从目前的角度来看，大部分电力电子设备在100摄氏度以内进行工作，大部分电路元件和电路结构需要控制在一定范围内，当工作温度过高或者过低时，各个元件的特性都会出现新的变化，电路会出现新的变化，因此在讨论技术之前，我们需要对电力电路中的一些器件进行研究分析，在低温情况下的表现给出相应分析。

　　从目前的角度来看，电力电子中标志是目前最主要的器件，这些器件会受到温度的影响，如果高频电子电路中出现了MOSFET，我们可以说这种温度系统相对比较正常，如果器件温度越高，电阻通态也会随着增加，正温度系数能够减少热件中的电流，导致电流会以低温的形式流向各个器件当中，避免由于温度过高，导致器件失控，从MOSFET中能够看出，该器件具有负温度系数，采用并联单位结构，需要解决可靠性问题。

　　电感、变压器是电子装置中主要的元件。按照传统角度思想来分析，大部分电磁元件体积相对较大，在元件运行中会发热，因此电路设计经常出现短路问题，会根据散热条件的具体情况，适当增加绕线中的电流，电感和变压器所产生的热量也会增大。一旦磁铁的材料温度得到了一个提高，那么铁磁材料会转化成一种弱磁性物质，可以把转化的温度当做居里点。按照磁铁相关理论，一旦温度升高，超过原有的居里点，那么铁磁材料磁畴在运动过程中会出现破坏现象，导致整个电脑完全被破坏，这个时候铁磁物质转化成磁导，并且磁性相对较强，磁性会始终保持不变。

　　所以磁性元件的设计制造显得相对比较重要，并没有体积过小，重量较轻耐温高的铁磁元件，一般新型开关器件的作用是不能够完全表现出来的。很多地区或者厂家选择使用磁性元件，是因为该元件工作温度一般情况下不超过100摄氏度，在极为特殊情况下可能会达到150摄氏度。为了能够更好的提高这一温度指标，世界各地对该工作温度做出了详细研究。同时美国空军也制处1.5kW，可以在超过300摄氏度温度环境下运行超过600小时时间，这完全依靠变换器中的变压器。这种变压器一般会采用居里温度超过300摄氏度以上的锰新材料，经过反复仿真，把这种变压器投入到市场当中。

　　2 SIC器件及其应用

　　经过最近这些年的研究，发现硅器件是基础的电力电子技术，该元件一直不断改进当中，更应该降低通态和开关损耗，提高工作频率和器件的集成。从目前的角度来看，硅器件的结构和设计相对比较完善，在高温度情况下，其发展潜力也十分有限。

　　SIC电力电子器件的诞生主要是因为碳和硅之间的组合，所以SIC器件会对电场进行10倍的击穿，而且导热性是其3倍，这让SIC器件具有更高的性能，击穿场强能够帮助电力器件掺杂更多更薄，浓度更大的电子产物，这恰恰降低了通态电阻的性能，同时也减少了电阻的消耗，还可以提高器件工作频率。我们发现导热性能够让SIC器件在固定温度情况下得到比较高的开关的容量。另外，该材料的温度最高可以达到600摄氏度。这些特定内容都决定了SIC器件能够在电子技术中的应用价值，电力电子器件在发展过程中，功率频率可以更好的反映处器件水平的研究进展，以及使用状态。SIC材料在很多种电子器件中都得到了明显应用。

　　3 新型冷却和散热技术

　　随着目前电力电元容量逐渐增加，从中能看出频率也会出现一定变动，导致器件中的问题展现的比较明显，尤其是在温度比较高的情况下，没有合适的散热措施，那么很有可能会导致器件上出现了一些损伤，所以对于电路设计，合理选择冷却或更好的散热方式来进行设计，应该把潜能发到顶点，这是目前我们目前必须完成的任务，对于电力设备器件应该按照传热学原理制作，是为了能够更好的设计一种热阻，尽可能的降低热流通路，让器件在发出热量的时候把热流散发出去，当保证器件运行时，内部温度始终都保持在稳定范围内。

　　按照长期的打算，可以根据空气制冷的原理，来制定一套简单便捷方式进行实施，这种方法使用起来相对比较广泛，如果仔细观察冷却形式，能够看出空气冷却是一种自冷的方式，自冷式制定可以当做是假装散热的一种简单方式，即使散热效率比较低，同时具有简单的结构进行可靠性的处理，一般比较适合20A以下器件或者简单的装置作为电流的器件，同时可以采用备风机作为主要的散热装置，这种电流装置能够承载大量容量，操作起来比较复杂，噪声比较大，在维护的过程中已经严重阻碍了电流的流动。

　　在高温的情况下，电力电子装置由于散热条件影响，导致电力出现不稳定现象，会影响到装置的运行，甚至会破坏装置，在我们仔细研究中，发现在温度较低的环境下，功率开关器件会影响到通态阻的运行，那么開关损耗也会出现减少，低温更有利于热量的散发，所以整个装置效率会受到严重影响，目前高温超导体是低温领域中比较常用的材料，低温环境下低温电子装置具有特殊性。

　　按照目前的情况来看，电力技术已经逐渐延伸到各个领域当中，很多低温场所中能够看到电力技术的身影，例如海洋中的地质考核，需要对生物种群进行研究，需要对石油勘探。这些工作环境一般会维持在零下80度到0度之间。有些工作场合电力电子设备各种科学考察仪器，在这种低温情况下散热相对比较好。

　　4 结束语

　　本文主要用三方面对极限温度下的电力技术进行全面分析，总的来说，电力技术所设计到的领域相对比较广泛，在这里我们只能简单的说出一些所涉及到的内容，目前开始向高海拔以及外太空进行拓展。在这种极端的环境下，高温和低温会对电力系统产生很大的影响。所以为了进一步拓展人类生存空间，我们需要了解功率器件，对电力电子电路和控制方法进行全面研究。

　　参考文献

　　[1]城轨辅助变流器热设计方法研究[J].铁道标准设计，2016(08).

　　[2]陈思哲，盛况.4700V碳化硅PiN整流二极管[J].电工技术学报，2015(22).

　　[3]何骏伟，陈思哲，任娜，等.4500V碳化硅SBD和JFET功率模块的制备与测试[J].电工技术学报，2015(17).

　　[4]邹高域，赵争鸣，袁立强，等.双PWM变换器的系统安全工作区及其应用[J].电力自动化设备，2014(03).

　　[5]易润华，冀春涛.大功率点焊逆变器热设计与仿真[J].焊接技术，2013(10).

　　[6]何文志，丘东元，肖文勋，等.高频大功率开关电源结构的热设计[J].电工技术学报，2013(02).

　　[7]严晓湘，贺风华.矿用隔爆型变频器功率器件热损计算及散热设计[J].煤矿机械，2013(01).

　　[8]任峰.变频器的温升与试验方法分析[J].企业技术开发，2012(28).

　　相关阅读：电力方面见刊快速的杂志有吗?