現代電(diàn)力電子及電源技(jì)韩国和日本免费不卡在🔞线V🌈術的發展
點擊次(ci)數： 更新時間：2025-12-10
本文(wén)闡述了現代電力(li)電子技術的發展(zhǎn)過程,對電💁力電子(zǐ)技術的應用領域(yù)進行了描述,論述(shù)了 現代電源技術(shu)的發🥵展趨勢。
現代(dai)電源技術是應用(yong)電力電子半導體(ti)器件,綜合自動控(kòng)制、計算機(微處理(li)器)技術和電磁技(ji)術的多學科邊緣(yuán)交叉技術。在各🌈種(zhong)高質量、高效、高可(ke)靠性的電源中起(qi)關鍵作用,是現代(dài)電力電♌子技術的(de)具 體應用。
當前,電(dian)力電子作爲節能(neng)、節才、自動化、智能(néng)化、機電一體化的(de)基礎,正朝着應用(yòng)技術高頻化、硬件(jiàn)結構模塊化、産品(pǐn)性能綠色化的方(fang)向發展。在不遠的(de)将來,電力電子技(jì)術将使電源技術(shu)更加成熟、經 濟、實(shí)用,實現高♊效率和(hé)高品質用電相結(jie)合。
1. 電力電子技術(shu)的發展
現代電力(li)電子技術的發展(zhǎn)方向,是從以低頻(pin)技術處理問題爲(wei)主的傳統電力電(diàn)子學,向以高頻技(jì)術處理問題爲主(zhǔ)的現代電力電子(zi)學方向轉變。電力(lì)電子技術起始于(yu)五十年代末六十(shí)年代初的矽整流(liú)器件,其🎯發展先後(hòu)經曆了整流器時(shi)代、逆變器時代和(hé)變頻器時代,并促(cu)進♈了電力電子技(ji)術在許多新領域(yu)的應用。八十年代(dài)末期和九十年代(dai)初期發展起來的(de)、以功率MOSFET和IGBT爲代表(biǎo)的、集高頻、高壓和(he)大電流于一身的(de)功率半🌈導體複合(hé)器件,表明傳統電(dian)力💛電子技術❓已經(jīng)進入現代電力電(diàn)子時代。
1.1 整流器時(shí)代
大功率的工業(yè)用電由工頻(50Hz)交流(liú)發電機提供,但是(shi)大約20%的❄️電能是以(yǐ)直流形式消費的(de),其中最典型的是(shi)電解(有色金屬和(hé)化工原料需要直(zhi)流電解)、牽引(電氣(qì)機車、電傳✂️動的内(nèi)燃機車、地鐵機👄車(chē)、城市無軌電車等(deng))和💞直流傳動(軋鋼(gang)、造紙等)三大領域(yu)。大功率🚩矽整流器(qi)能夠高效率地把(bǎ)工頻交流電轉變(bian)爲直流電,因此在(zài)六十年代和七十(shí)年代,大功率矽整(zhěng)流管和晶閘管的(de)開發與應用得以(yǐ)很大發展。當時國(guo)内曾經掀起了一(yī)股各地大辦矽整(zheng)流器🈲廠的熱潮,目(mù)前全國大大小小(xiǎo)的🍓制造矽整流器(qi)的半導體廠🔞家就(jiu)是那時的産物。
1.2 逆(nì)變器時代
七十年(nian)代出現了世界範(fàn)圍的能源危機,交(jiāo)流電機變頻調速(sù)因節能效果顯著(zhe)而迅速發展。變頻(pin)調速的關鍵技術(shu)是将直流電逆變(bian)爲0~100Hz的交流電。在七(qi)十年代到🤞八十年(nián)代,随着變頻調速(sù)裝置的普及,大功(gōng)率逆變用的晶閘(zhá)管、巨型功率🔴晶體(ti)管(GTR)和門極可關斷(duàn)晶閘管(GT0)成爲當時(shí)電力電子器件的(de)主角。類似的應用(yong)還包括㊙️高🈲壓直流(liu)輸出,靜🐅止式無功(gōng)功率❄️動态📞補償等(deng)。這時的電力電子(zi)技術已經能夠實(shí)現整流和逆變,但(dàn)工作頻率📐較低,僅(jin)局限在中低頻範(fan)圍内🙇🏻。
1.3 變頻器時代(dài)
進入八十年代,大(da)規模和超大規模(mo)集成電路技術的(de)迅猛發展,爲現代(dai)電力電子技術的(de)發展奠定了基礎(chu)。将集成電⛷️路技💋術(shu)的精細加工技術(shu)和高壓大電流技(jì)術有機結合,出現(xiàn)了一批全新的全(quan)控型功率器件、首(shǒu)先是功率M0SFET的問世(shi),導緻了中小功率(lǜ)電源向高頻化發(fa)㊙️展,而後絕緣門極(jí)雙極晶體管(IGBT)的出(chū)現⭐,又爲大中型👌功(gōng)率電源向高頻發(fā)展帶來機遇。MOSFET和IGBT的(de)相繼問世,是傳統(tǒng)的電力🔞電子向現(xiàn)代電力電子轉🧑🏾🤝🧑🏼化(huà)㊙️的标志。據統計,到(dao)❓1995年底,功率M0SFET和GTR在功(gōng)率半導體器💘件市(shì)場上已達到平分(fen)秋色的地步,而用(yong)IGBT代替GTR在電✊力電子(zǐ)領域巳成⭐定論。新(xin)型器件的發展不(bú)僅爲交✨流電機變(biàn)頻調速提供了較(jiao)高的頻率,使其性(xing)能更加完⭐善可靠(kào),而且使現代電子(zǐ)技術不斷向高頻(pin)化發展,爲用⛷️電設(shè)備的高效節材節(jie)🏃能,實現小型輕量(liàng)化,機電一體化和(hé)智能化提供了重(zhong)要的技術基礎🈲。
2. 現(xian)代電力電子的應(ying)用領域
2.1 計算機高(gao)效率綠色電源
高(gao)速發展的計算機(jī)技術帶領人類進(jìn)入了信息社會,同(tóng)👉時🧑🏾🤝🧑🏼也❗促進了電源(yuán)技術的迅速發展(zhǎn)。八十年代,計算機(ji)全面采用了🔞開關(guan)電源,率先完成計(ji)算機電源換代。接(jiē)着開關電源技術(shù)相♍繼進人了電子(zǐ)、電器設備領域📞。
計(jì)算機技術的發展(zhǎn),提出綠色電腦和(he)綠色電源。綠色電(dian)腦👅泛指對環境無(wú)害的個人電腦和(he)相關産品，綠色電(dian)源系指與綠色電(dian)腦相關的高效省(sheng)電電源,根據美國(guó)環境保護署l992年12月(yue)10日“能源之星"計劃(huà)規定,桌上型個人(ren)電腦或相關的外(wài)圍設備,在睡眠狀(zhuàng)态下的耗電量🤩若(ruo)小于30瓦,就符合綠(lü)色電腦的要求,提(tí)🐪高電源效率是🥵降(jiàng)低電源消耗的根(gen)本途徑。就目前效(xiào)率爲75%的200瓦開關電(dian)源而言,電源自身(shen)要消耗50瓦的🌈能源(yuan)。
2.2 通信用高頻開關(guān)電源
通信業的迅(xùn)速發展極大的推(tui)動了通信電源的(de)發展。高🈚頻小♻️型化(huà)的開關電源及其(qí)技術已成爲現代(dai)通信供電系統的(de)主流。在通信領域(yù)中,通常将整流器(qì)稱爲一次電源,而(ér)将直流-直流(DC/DC)變換(huàn)器稱爲二次電源(yuán)。一次電源的作用(yong)是将單相或三相(xiang)交流電網🈲變換成(chéng)标稱值爲48V的直流(liu)電源。目前在程控(kòng)交換機❗用的一次(cì)電源🆚中,傳統的相(xiàng)控式穩壓電源己(jǐ)被高🛀🏻頻開關電源(yuán)取代,高頻開關電(diàn)源(也稱爲開關型(xing)整流器SMR)通過MOSFET或IGBT的(de)高頻工作,開關頻(pín)率一般控制在50-100kHz範(fàn)圍内,實現高效率(lǜ)和小型化。近幾年(nián),開關整流🙇🏻器的❓功(gong)率容量不斷擴大(dà),單機容量己從48V/12.5A、48V/20A擴(kuo)大到48V/200A、48V/400A。
因通信設備(bèi)中所用集成電路(lù)的種類繁多,其電(dian)源電🙇♀️壓♻️也各不相(xiang)同,在通信供電系(xì)統中采用高功率(lǜ)💁密度的高頻DC-DC隔離(lí)電源模塊,從中間(jian)母線電壓(一般爲(wei)48V直流)變換成所需(xū)的🔆各種直流電壓(yā),這樣可大大減小(xiǎo)損耗、方便維護,且(qiě)安裝、增加非常方(fang)便。一般都可直接(jie)裝在标準控制闆(pan)上,對二次電源的(de)要求是🔞高功率密(mì)度。因通信容量的(de)不斷增加,通信電(diàn)源容量也将不斷(duàn)增加。
2.3 直流-直流(DC/DC)變(bian)換器
DC/DC變換器将一(yi)個固定的直流電(dian)壓變換爲可變的(de)直流電🏃♂️壓,這種技(ji)術被廣泛應用于(yu)無軌電車、地鐵列(lie)車、電動車的無級(jí)變🔴速和🤟控制,同時(shí)使上述控制獲得(dé)加速平穩、快㊙️速響(xiang)應的性能,并同時(shí)💰收到節約電能的(de)效果。用直流斬🔴波(bo)器代替變阻器可(kě)😄節約電能(20~30)%。直流斬(zhǎn)波器不僅能起調(diào)壓的作用(開關電(diàn)源), 同時🈲還能起到(dào)有效地抑制電網(wǎng)側諧波電流噪聲(sheng)的作用。
通信電源(yuán)的二次電源DC/DC變換(huan)器已商品化,模塊(kuai)采用高頻PWM技術,開(kāi)關頻率在500kHz左右,功(gong)率密度爲5W~20W/in3。随着大(da)規模集成電路的(de)發展,要求電源模(mo)塊實現小型化,因(yin)此就要不斷提🌈高(gāo)開關🈚頻率和采用(yòng)新的電路拓撲結(jié)構,目前已有一些(xie)公司研制生産了(le)采用零電流開關(guān)和零電壓開關技(ji)術的二次電源模(mó)塊,功率密度有較(jiào)大幅度的提高。
2.4 不(bu)間斷電源(UPS)
不間斷(duan)電源(UPS)是計算機、通(tōng)信系統以及要求(qiú)提供不能中斷場(chang)合🈲所必須的一種(zhong)高可靠、高性能的(de)電源。交流市電輸(shū)入經整流器變成(chéng)直流,一部分能量(liàng)給蓄電池🍉組充電(dian)✉️,另一部🙇🏻分能量經(jīng)逆變器變成交流(liú),經轉換開🈲關送到(dào)負載。爲了在逆變(bian)器故障時仍能向(xiang)負載提供能量,另(lìng)一路備用電源通(tōng)㊙️過電源轉換👉開關(guān)來實現。
現代UPS普遍(biàn)了采用脈寬調制(zhi)技術和功率M0SFET、IGBT等現(xiàn)代電力電子👉器件(jiàn),電源的噪聲得以(yǐ)降低,而效率和可(ke)靠性得以提高。微(wei)處理器軟硬件技(jì)術的引入,可以實(shí)㊙️現對UPS的智能化管(guǎn)理,進行遠程維護(hù)和遠程診斷。
目前(qián)在線式UPS的最大容(rong)量已可作到600kVA。超小(xiao)型UPS發展也很迅速(su),已經有0.5kVA、lkVA、2kVA、3kVA等多種規(guī)格的産品。
2.5 變頻器(qì)電源
變頻器電源(yuán)主要用于交流電(diàn)機的變頻調速,其(qí)在電氣傳動⭐系統(tǒng)中占據的地位日(rì)趨重要,已獲得巨(ju)大的節能🚩效果。變(bian)頻📐器電源主電路(lù)均采用交流-直流(liu)-交流方案。工🧡頻電(diàn)源🏃♀️通過整流器變(bian)成固定的直流電(dian)壓,然後由大功率(lǜ)晶體管或IGBT組成的(de)⛹🏻♀️PWM高頻變換器, 将直(zhí)流電壓逆變成電(diàn)壓、頻率可變的交(jiao)流輸出,電源輸出(chu)波形近似于正弦(xian)波,用于驅動交流(liu)異步電動機實現(xiàn)無級調速。
國際上(shang)400kVA以下的變頻器電(diàn)源系列産品已經(jing)問世。八十❄️年代初(chu)‼️期,日本東芝公司(si)最先将交流變頻(pin)調速技術應用于(yú)空調器🈲中。至1997年,其(qí)占有率已達到日(ri)本家用空調的70%以(yǐ)上。變頻空調具有(yǒu)舒适、節能等優點(diǎn)。國内于90年代初期(qī)開始研究變頻空(kōng)調,96年引進生産⭕線(xiàn)生産變頻空調器(qi),逐漸形成變頻空(kong)調開發生産熱點(diǎn)。預計到2000年左右将(jiang)形成高潮。變頻空(kōng)調除了變頻電源(yuán)外,還要求有适合(he)于變頻調速的壓(ya)縮機電機。優化控(kòng)制策略,精💁選功能(néng)組件,是空調變頻(pin)電源研制的進一(yī)步發展方🏃向。
2.6 高頻(pín)逆變式整流焊機(ji)電源
高頻逆變式(shì)整流焊機電源是(shì)一種高性能、高效(xiào)、省材的新型焊機(ji)電源,代表了當今(jin)焊機電源的發展(zhǎn)方向👌。由于🌈IGBT大容量(liang)模塊的商用化,這(zhè)種電源更有着廣(guǎng)闊的應用前景。
逆(ni)變焊機電源大都(dou)采用交流-直流-交(jiāo)流-直流(AC-DC-AC-DC)變換的方(fāng)法。50Hz交流電經全橋(qiáo)整流變成直流,IGBT組(zu)成的PWM高頻變換部(bù)分将直流電逆變(bian)成20kHz的高頻矩形波(bo),經高頻變壓器耦(ou)合, 整流濾波後成(chéng)爲穩定的直流,供(gong)電弧使用。
由于焊(hàn)機電源的工作條(tiao)件惡劣,頻繁的處(chu)于短路、燃弧、開路(lu)交🎯替變化之中,因(yīn)此高頻逆變式整(zheng)流焊🍓機電源的♈工(gong)作可靠☔性問題成(cheng)爲最關鍵的問題(tí),也💋是用戶最關心(xin)的問題。采用微處(chu)理器做爲脈沖寬(kuān)度調制(PWM)的相關控(kòng)制器,通過對🐕多參(cān)數、多信息的提🤟取(qu)與分析,達🐉到預知(zhi)系統各種工作狀(zhuang)态的目的,進而提(tí)前對系統做出調(diào)整和處🙇🏻理,解決了(le)目前大功率IGBT逆變(biàn)電源可靠性。
國外(wài)逆變焊機已可做(zuò)到額定焊接電流(liu)300A,負載持續🔞率60%,全載(zai)電壓60~75V,電流調節範(fàn)圍5~300A,重量29kg。
2.7 大功率開(kai)關型高壓直流電(dian)源
大功率開關型(xíng)高壓直流電源廣(guǎng)泛應用于靜電除(chú)塵、水質改良、醫用(yong)X光機和CT機等大型(xíng)設備。電壓高達50~l59kV,電(dian)流達到0.5A以上🆚,功率(lǜ)可達100kW。
自從70年代開(kai)始,日本的一些公(gong)司開始采用逆變(bian)技術,将市電整流(liú)後逆變爲3kHz左右的(de)中頻,然後升壓。進(jìn)入80年代,高頻開關(guān)電源技術迅速發(fa)展。德國西門子公(gong)司采用功率💛晶體(ti)管做主開關元件(jiàn),将電源的開🐇關頻(pin)率提高到20kHz以上。并(bìng)将幹式🤞變壓器技(ji)📐術成功的🏒應用于(yu)高頻高壓電源,取(qǔ)消了高壓變💃壓器(qì)油箱,使🏃變壓器系(xì)統的🏃♀️體積進一步(bù)減小。
國内對靜電(dian)除塵高壓直流電(dian)源進行了研制,市(shi)電經整流⭐變爲直(zhí)流,采用全橋零電(dian)流開關串聯諧振(zhen)逆變電路将直🔞流(liú)電壓逆變爲高頻(pin)電壓,然後由高頻(pin)變壓器升壓,最後(hou)整流爲直流高壓(yā)。在電阻負載條件(jiàn)下,輸🏃🏻出直流電壓(yā)達到55kV,電流達到15mA,工(gōng)作頻率爲25.6kHz。
2.8 電力有(yǒu)源濾波器
傳統的(de)交流-直流(AC-DC)變換器(qi)在投運時,将向電(dian)網注入大🈲量🚶♀️的諧(xie)波電流,引起諧波(bō)損耗和幹擾,同時(shi)還出現裝置網🏃♀️側(cè)功率因數惡🌈化的(de)現象,即所謂“電力(lì)公❤️害”,例如,不可控(kòng)整流加電容濾波(bo)時,網側三次諧波(bō)含量可達💚(70~80)%,網側功(gōng)率因數僅有0.5~0.6。
電力(lì)有源濾波器是一(yi)種能夠動态抑制(zhi)諧波的新型電力(li)電子裝置,能克服(fu)傳統LC濾波器的不(bu)足,是一種很🈲有發(fa)展前✌️途的諧波抑(yì)制手段。濾波器由(you)橋式開關功率變(biàn)換器和具體控制(zhi)電路構成。與傳統(tǒng)開關電源的區别(bié)是:(l)不僅反饋輸出(chū)電壓,還反饋輸入(rù)平均電流; (2)電流環(huan)基準信号爲電壓(ya)環誤差信号與📞全(quán)波整流電壓取樣(yang)信号之乘積。
