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現代同桌的手指在里🔞面转动的写作业呢㊙️電(dian)力電子及電源技(jì)術的發展
發布時(shí)間：2025-12-10 浏覽數：
現代電(dian)源技術是應用電(diàn)力電子半導體器(qi)件,綜合自動控制(zhi)👣、計算機(微處理器(qi))技術和電磁技術(shu)的多學科邊緣交(jiāo)叉技術⚽。在各🐆種高(gāo)質量、高效、高可靠(kào)性的電源☀️中起關(guān)鍵作用,是現代電(dian)力電子技術的具(ju) 體應用。
當前,電力(lì)電子作爲節能、節(jiē)才、自動化、智能化(hua)、機電一🈲體💘化的基(jī)礎,正朝着應用技(jì)術高頻化、硬件結(jie)構模塊化、産品性(xing)能綠色化的方向(xiang)發展。在不遠的将(jiāng)來,電力電子技術(shù)将使電源技術更(geng)加🌈成熟、經 濟、實用(yòng),實現高效率和高(gao)品質用電相結合(hé)。
1. 電力電子技術的(de)發展
現代電力電(diàn)子技術的發展方(fāng)向,是從以低頻技(ji)術處理問題爲主(zhǔ)的傳統電力電子(zǐ)學,向以高頻技術(shù)處理😄問題🐉爲主的(de)現代電力電子學(xue)方向轉變。電力電(diàn)子技術起始于五(wǔ)十🏃🏻年代末六十年(nian)✔️代初的矽整流器(qi)件,其發展先後經(jing)曆了整流器時代(dài)、逆變器時代和變(bian)頻器時代,并促進(jin)了電力電子技術(shù)在許多新領域的(de)應用。八十年代末(mo)期和九十年代初(chu)期發展起來的、以(yi)功率MOSFET和IGBT爲代表的(de)、集高頻、高壓和大(da)電流于一身的功(gong)率半導體複合器(qì)件,表明傳統電力(li)電子技術已經進(jìn)入現代電力電子(zǐ)時代。
1.1 整流器時代(dai)
大功率的工業用(yong)電由工頻(50Hz)交流發(fa)電機提供,但是大(dà)約☂️20%的電能是以直(zhi)流形式消費的,其(qí)中最典型的是電(diàn)解(有色金屬和化(hua)工原料需要直流(liú)電解)、牽引(電氣機(jī)💔車、電傳動的内燃(rán)機車🔱、地鐵機🌈車、城(chéng)市無軌📐電車等)和(hé)直流傳動㊙️(軋鋼、造(zào)紙等)三大領✉️域。大(dà)功率矽整流器能(néng)🔴夠高效率地把工(gong)頻交流電轉變爲(wèi)直流電,因此在六(liu)十年代和七十年(nian)代,大功率矽整流(liú)管和晶閘管的開(kāi)發與應用得以很(hěn)大發展。當時國内(nèi)❌曾經掀起了一股(gu)各地大辦矽整流(liú)器廠的熱潮,目前(qian)全國大大小小的(de)制造矽整流器的(de)半導體廠家就是(shi)那時的産📱物。
1.2 逆變(biàn)器時代
七十年代(dài)出現了世界範圍(wéi)的能源危機,交流(liú)電機變✔️頻調速因(yin)節能效果顯著而(er)迅速發展。變頻調(diao)速的關鍵技術是(shì)✍️将直流電逆變爲(wei)0~100Hz的交流電。在七十(shí)年代到💃🏻八十年代(dai),随着變頻調速裝(zhuāng)置的普及,大功率(lü)逆變用的晶閘管(guǎn)、巨型功率晶體管(guan)(GTR)和門極可關📧斷晶(jing)閘管(GT0)成🔴爲當時電(dian)力電子器件的主(zhu)角。類似的應用還(hái)包括高壓直流輸(shu)出,靜止式無功功(gong)率動态補償等。這(zhè)🛀時的電力電子技(ji)術已經能夠實現(xiàn)整流⛱️和逆變,但工(gong)作頻率較低,僅局(ju)限在中低頻範圍(wei)内。
1.3 變頻器時代
進(jìn)入八十年代,大規(guī)模和超大規模集(jí)成電路技術的迅(xun)‼️猛發展,爲現代電(diàn)力電子技術的發(fā)展奠定了基礎。将(jiang)集成電路技🎯術的(de)精細加工技術和(hé)高壓大電流技術(shù)有機結合,出現了(le)一批全新的全控(kong)型功率器件、首先(xiān)是功率🔞M0SFET的問世,導(dǎo)🏃🏻♂️緻了中小功率電(diàn)源🏃🏻向高頻化發展(zhan),而後絕緣門極雙(shuāng)極晶體管(IGBT)的出現(xiàn)👈,又爲大中型功率(lǜ)電源向高頻發展(zhǎn)帶來機遇。MOSFET和IGBT的相(xiang)繼問世,是傳統的(de)電力電子向現代(dài)電力電子轉化的(de)标志。據統計,到1995年(nián)底,功率M0SFET和GTR在功率(lü)半導體器♉件市場(chǎng)上已達到平分秋(qiū)色的⛷️地步,而用IGBT代(dai)替GTR在電💋力電子領(lǐng)域巳成定論。新☂️型(xing)器件的發展不僅(jǐn)爲交🌐流電機變頻(pin)調速提供了較🧑🏾🤝🧑🏼高(gāo)的頻率,使其性能(néng)更加完善可靠,而(ér)且使現代電子技(ji)術不斷向高頻化(huà)🚶♀️發展,爲用電設備(bèi)的高效節材節能(neng),實✔️現小型輕量化(huà),機電一體化和智(zhi)✔️能化提供了重要(yào)的技術基礎。
2. 現代(dài)電力電子的應用(yong)領域
2.1 計算機高效(xiào)率綠色電源
高速(sù)發展的計算機技(jì)術帶領人類進入(ru)了信息社會,同時(shí)也👌促進了電源技(ji)術的迅速發展。八(ba)十年代,計算機全(quan)🆚面采用了開關電(diàn)源,率先完成計算(suan)機電源換代。接着(zhe)開關電源🌈技術相(xiàng)繼進人了電子、電(diàn)器設備領域。
計算(suàn)機技術的發展,提(tí)出綠色電腦和綠(lü)色電源。綠色電腦(nao)🈲泛指對環境無害(hài)的個人電腦和相(xiàng)關産品，綠色電源(yuan)系指與綠色電💞腦(nǎo)相關的高效省電(dian)電源,根據美❌國環(huán)境保護署l992年12月10日(ri)“能源之星"計劃規(guī)定,桌上型個人電(diàn)腦或相關的外圍(wei)設備,在📐睡眠狀态(tài)⛹🏻♀️下的耗電量若小(xiǎo)于30瓦,就🈲符合綠色(se)電腦的要求,提高(gāo)電源效率是降低(di)電源消耗的根本(běn)途徑。就目前效率(lü)爲75%的200瓦開關電源(yuan)而言,電源自🛀身要(yào)消耗50瓦的✨能✔️源。
2.2 通(tong)信用高頻開關電(dian)源
因通信設備中(zhong)所用集成電路的(de)種類繁多,其電源(yuán)電壓也各不相同(tong),在通信供電系統(tǒng)中采用高功率密(mi)度的高頻DC-DC隔🈲離電(diàn)源模塊,從中間母(mǔ)線電壓(一般爲48V直(zhi)流)變換成所需的(de)☁️各種直流電壓🌂,這(zhè)樣可大大減小損(sun)耗、方便維護,且安(ān)裝、增🔆加非常方便(biàn)。一般都可直接裝(zhuang)在标準控制闆上(shang),對二次電源的要(yào)求是💛高功率密度(du)。因通信容量的不(bu)斷增加,通信電源(yuan)容量也将不斷增(zēng)加。
2.3 直流-直流(DC/DC)變換(huan)器
DC/DC變換器将一個(gè)固定的直流電壓(ya)變換爲可變的直(zhi)流⛹🏻♀️電壓,這種技術(shù)被廣泛應用于無(wú)軌電車、地鐵列車(chē)、電動車㊙️的無級變(biàn)速和控制,同時使(shǐ)上述控制獲得加(jiā)速平穩、快速響應(yīng)的性能,并同時🙇♀️收(shou)到節約電能的效(xiào)果。用直流斬波器(qì)代替變阻器可節(jie)約電能(20~30)%。直流斬波(bo)器不僅能起調‼️壓(yā)的作用(開☀️關電源(yuán)), 同時還能起到有(you)😍效地抑制電網側(ce)🚶諧波電流噪聲☎️的(de)作用。
通信電源的(de)二次電源DC/DC變換器(qì)已商品化,模塊采(cǎi)用高頻PWM技術,開關(guān)頻率在500kHz左右,功率(lü)密度爲5W~20W/in3。随着大規(guī)模集😘成電路的☁️發(fā)展,要求電源模塊(kuai)實現小型化,因此(cǐ)就要不斷提高開(kai)關頻率和✌️采用新(xin)的電路拓撲結構(gou),目前已有一些公(gong)司研制生産了采(cǎi)用零電流開關和(he)零電壓開關技術(shù)的二次電源模塊(kuài),功率密⚽度有較大(dà)幅度㊙️的提高。
2.4 不間(jian)斷電源(UPS)
不間斷電(diàn)源(UPS)是計算機、通信(xìn)系統以及要求提(tí)供不⁉️能🚩中斷場🐪合(he)所必須的一種高(gāo)可靠、高性能的電(diàn)源。交流市電輸入(ru)經整流器變成直(zhí)流,一部分能量給(gěi)蓄電池💛組充電,另(ling)一部分能量經逆(ni)變器變成交流,經(jing)轉換開關送到負(fù)載。爲了在逆變器(qi)故障時仍能向負(fù)載提供能量,另一(yi)路備用電源通過(guò)電源轉換開關來(lái)實現。
現代UPS普遍了(le)采用脈寬調制技(ji)術和功率M0SFET、IGBT等現代(dai)電力電子器件,電(diàn)源的噪聲得以降(jiàng)低,而效率和可靠(kao)🐪性得❤️以提高。微❗處(chu)理器軟💋硬件技術(shu)的引入,可以實現(xiàn)對UPS的智能化⛱️管理(li),進行遠程維護和(hé)遠程診斷。
目前在(zài)線式UPS的最大容量(liàng)已可作到600kVA。超小型(xíng)UPS發展也很迅速🚶,已(yi)經有0.5kVA、lkVA、2kVA、3kVA等多種規格(ge)的産品。
2.5 變頻器電(diàn)源
變頻器電源主(zhu)要用于交流電機(ji)的變頻調速,其在(zai)電氣傳動系統中(zhōng)占據的地位日趨(qu)重要,已獲得巨大(dà)的節能效果。變頻(pín)💋器電源主電路均(jun)采用交流-直流-交(jiao)流方案。工頻電源(yuan)通過整流器變👨❤️👨成(chéng)固定的直流電壓(ya),然後由大功率晶(jing)體管🐇或IGBT組成的PWM高(gao)頻變換器, 将直流(liú)電壓逆變成電壓(yā)、頻率可變的交流(liu)輸出,電源輸出波(bo)形近似于正弦波(bō),用于驅動交流🔞異(yi)步🌏電動機實現無(wu)級調速。
2.6 高頻逆(nì)變式整流焊機電(diàn)源
高頻逆變式整(zhěng)流焊機電源是一(yi)種高性能、高效、省(sheng)材🈚的新型‼️焊機電(diàn)源,代表了當今焊(hàn)機電源的發展方(fāng)向☁️。由于IGBT大容量模(mó)♊塊的商用化,這種(zhǒng)電源更有着廣闊(kuò)的應用前景。
逆變(biàn)焊機電源大都采(cai)用交流-直流-交流(liú)-直流(AC-DC-AC-DC)變換的😍方法(fǎ)。50Hz交流電經全橋整(zhěng)流變成直流,IGBT組成(chéng)的PWM高頻變換🔆部分(fèn)🚶将直流電逆變成(cheng)20kHz的高頻矩形波,經(jing)高頻⭐變壓器耦合(he), 整流濾波後成爲(wei)⚽穩定的😘直流,供電(diàn)弧使用。
由于焊機(jī)電源的工作條件(jiàn)惡劣,頻繁的處于(yú)短路、燃弧、開路💛交(jiao)替變化之中,因此(ci)高頻逆變式整流(liu)焊機電源的工作(zuò)可靠性問題成爲(wei)最關鍵的問題,也(ye)是用戶最關心的(de)問題。采用微處理(li)器做爲脈沖寬度(du)調制(PWM)的相關控制(zhì)器,通過對♻️多參數(shù)、多💁信息的提⁉️取與(yǔ)分析,達到預知系(xi)統各種工作狀👉态(tài)的目的,進而提前(qián)對系統👣做出調整(zheng)和處理,解決了目(mù)前大功率IGBT逆變電(dian)源可靠性。
國外逆(ni)變焊機已可做到(dào)額定焊接電流300A,負(fù)載持續📞率60%,全載電(dian)壓60~75V,電流調節範圍(wéi)5~300A,重量29kg。
2.7 大功率開關(guān)型高壓直流電源(yuán)
大功率開關型高(gāo)壓直流電源廣泛(fan)應用于靜電除🏒塵(chen)‼️、水㊙️質🙇🏻改良、醫用X光(guāng)機和CT機等大型設(she)備。電壓高達㊙️50~l59kV,電流(liú)達到⛷️0.5A以上,功率可(kě)達100kW。
自從70年代開始(shǐ),日本的一些公司(sī)開始采用逆變技(ji)術,将市電整流後(hòu)逆變爲3kHz左右的中(zhōng)頻,然後升壓。進入(ru)80年代,高頻開關電(diàn)源技術迅速發展(zhan)。德國西門子公司(sī)采用功率🏃晶體管(guan)做主開關元件💃🏻,将(jiang)電源的開關頻率(lǜ)提👌高到20kHz以上。并将(jiang)幹式變壓器技術(shù)成功的應用于高(gao)頻高壓電源,取消(xiao)了高壓變壓器油(you)箱,使變壓器系統(tong)的體積進一步減(jiǎn)小。
國内對靜電除(chú)塵高壓直流電源(yuán)進行了研制,市電(dian)經整流變👅爲直流(liú),采用全橋零電流(liu)開關串聯諧振逆(nì)變電路将直🙇♀️流電(diàn)壓逆變爲高頻電(diàn)壓,然後由高頻變(biàn)壓器升壓✔️,最後整(zheng)流爲直流高壓。在(zai)電阻負載條件下(xia),輸出直流電壓達(da)到55kV,電流達到15mA,工作(zuo)頻率爲25.6kHz。
2.8 電力有源(yuán)濾波器
傳統的交(jiao)流-直流(AC-DC)變換器在(zài)投運時,将向電網(wang)注入大量的💔諧波(bo)電流,引起諧波損(sǔn)耗和幹擾,同時還(hai)出現裝🚶♀️置網側功(gong)率因數惡化的現(xiàn)象,即所謂“電力公(gong)👄害”,例如,不可控整(zheng)流加電容濾波時(shí),網側三次諧波含(han)量可達(70~80)%,網側功率(lü)因數僅有0.5~0.6。
電力有(you)源濾波器是一種(zhǒng)能夠動态抑制諧(xie)波的新型電力電(dian)✌️子裝置,能克服傳(chuán)統LC濾波器的不足(zu),是一種很有發展(zhǎn)前🔱途的♈諧波抑制(zhi)手段。濾波器由橋(qiao)式開關功率變換(huan)器和具🈲體控制👈電(dian)路構㊙️成。與傳統開(kāi)關電源的區别是(shì):(l)不僅反饋輸出電(diàn)壓,還反饋輸入平(ping)均電流; (2)電流環基(ji)準信🛀号爲電壓環(huán)誤差信号與全波(bo)整流電壓🌍取樣信(xìn)号之乘積。
