現代亚洲最大的🔞熟女水蜜桃AV网站🚩電(diàn)力電子及電源技(ji)術的發展
本文闡(chan)述了現代電力電(dian)子技術的發展過(guò)程,對電力電子技(ji)⛱️術的應用領域進(jin)行了描述,論述了(le) 現代電源技術的(de)發展趨勢。
現代電(dian)源技術是應用電(dian)力電子半導體器(qì)件,綜合自動控制(zhì)、計算機(微處理器(qì))技術和電磁技術(shù)的多學科邊緣💚交(jiao)叉技術。在各種高(gao)質量、高效、高可靠(kao)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(ji)礎,正朝着應用技(jì)術高頻化、硬件結(jié)構模塊📐化、産品性(xìng)能綠色化的方向(xiàng)發展。在不遠的将(jiang)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(he)。
1. 電力電子技術的(de)發展
1.1 整流器時代(dài)
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(zhí)流形式消費的,其(qí)中最典型的是電(dian)🤩解(有色金屬和化(huà)工原料需要直流(liu)電解)、牽引(電氣機(ji)車、電傳動的内燃(ran)機車、地鐵機車、城(cheng)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(nián)代,大功率矽☁️整流(liu)管和晶閘管的開(kāi)發與應用得以很(hěn)大發展。當時國内(nei)曾經掀起了一股(gǔ)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(shì)那時的産💰物。
七十年代(dai)出現了世界範圍(wei)的能源危機,交流(liu)電機💘變頻調速因(yin)節能效果顯著而(ér)迅速發展。變頻調(diao)速♻️的關鍵技🌍術是(shi)将直流電逆變爲(wèi)0~100Hz的交流電。在七十(shi)年代到八十年代(dai),随着🔞變頻調速裝(zhuang)置的普及,大功率(lǜ)逆變用的晶閘管(guan)、巨型功率晶體管(guǎn)(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(zhǔ)角。類似的應用還(hái)包括高壓直流輸(shu)出,靜止式無功功(gōng)率動态補償等。這(zhe)❌時的電力電子🔞技(jì)術已經能夠實現(xiàn)整流和🆚逆變,但工(gōng)作頻率較低,僅局(jú)限在中低頻範圍(wéi)内。
進(jin)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(dian)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(he)高壓大⁉️電流技術(shù)有機🐉結合,出現了(le)一批全新的全控(kòng)型功率器件、首先(xiān)是功率M0SFET的問世,導(dao)緻了中小功率電(dian)源向高頻化發展(zhǎn),而後絕緣門極雙(shuāng)極晶體管(IGBT)的出現(xiàn),又爲大中型功率(lü)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(nian)底,功率M0SFET和GTR在功率(lǜ)半導體器件市場(chang)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(xíng)器件的發展不僅(jin)爲交流電機變頻(pin)調速提供了較高(gao)的頻率,使其性能(neng)更加完善可靠,而(ér)且使現代電子技(jì)術不斷向高頻化(hua)發展,爲用電設備(bèi)的高效節材節能(néng),實現小型輕量化(hua),機電一體化和智(zhi)🤞能化提供了重要(yao)的技術基礎🐇。
2. 現代(dai)電力電子的應用(yòng)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(xiang)繼進人了電子、電(dian)器設備領域。
計算(suan)機技術的發展,提(ti)出綠色電腦和綠(lǜ)色電源。綠色電🐪腦(nao)泛指對環境無害(hai)的個人電腦和相(xiàng)關産品，綠色電源(yuán)系指🌈與綠色電🐇腦(nao)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(gui)定🙇🏻,桌上型個人電(dian)腦或相關的外圍(wei)設備,在睡眠狀态(tai)下的耗電量若小(xiǎo)于30瓦,就符合綠色(sè)電🔞腦的要求,提高(gao)電源效率🧡是降低(dī)電源消耗的根本(ben)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(yao)消耗50瓦的能源。
2.2 通(tōng)信用高頻開關電(dian)源
通信業的迅速(su)發展極大的推動(dòng)了通信電源的發(fā)展。高頻🐪小型化的(de)開關電源及其技(jì)術已成爲現代通(tong)信供電系統的主(zhǔ)‼️流。在通信領域中(zhong),通常将整流器稱(chēng)爲🔅一次電源,而将(jiang)直流-直流(DC/DC)變換器(qì)稱爲二次🈲電源。一(yi)次👌電源的作用是(shì)将單相或三相🚶交(jiāo)流電網變換成标(biao)稱🈲值爲48V的直流電(dian)源。目前在😘程控交(jiāo)換機♋用的一次電(dian)⭕源🔴中,傳統的相控(kòng)式穩壓電源己被(bei)高頻開關電源取(qu)代,高頻開關電源(yuán)(也稱爲開關型整(zheng)🚩流器SMR)通過MOSFET或IGBT的高(gao)頻工作,開關頻率(lǜ)一般控制在50-100kHz範圍(wei)内,實現高效率和(hé)小型化。近🚶幾年,開(kāi)關整流🔴器的功率(lǜ)容量不斷擴大,單(dan)機容量己從48V/12.5A、48V/20A擴大(da)到48V/200A、48V/400A。
因通信設備中(zhong)所用集成電路的(de)種類繁多,其電源(yuan)✔️電💚壓也❤️各不相同(tóng),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(mu)線電壓(一般爲48V直(zhi)流)變換成🙇🏻所需的(de)各種直🌈流電壓,這(zhe)樣可大大減小損(sun)耗、方便維護,且安(an)裝、增加非常方便(biàn)。一般都可直接裝(zhuang)在标準控制闆上(shàng),對二次電源的要(yào)求是🔴高功率密度(dù)。因通信容量的不(bú)🐆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(ge)固定的直流電壓(ya)變換爲可變的直(zhí)流電壓🔅,這種技術(shu)被廣泛應用于無(wu)軌電車、地鐵列車(che)、電動車的無級變(bian)速和控制,同時使(shi)上述控制獲得加(jiā)速平穩、快速響應(ying)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(yuan)), 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(qi)已商品化,模塊采(cai)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(gui)模集成電路的發(fā)展,要求電源模塊(kuài)實現小型化,因此(ci)就要不斷提高開(kāi)關頻率和采用新(xīn)的電路拓撲結構(gou),目前💰已有一些公(gōng)司研制生産了采(cǎi)用零電流🏃🏻開關和(hé)零電🌍壓開關技術(shu)的二次電源👌模塊(kuài),功率密度有較大(da)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(gao)可靠、高性能的電(dian)源。交流☁️市電輸入(rù)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(fu)載。爲了在逆變器(qì)故障時仍能向負(fù)載提供能量,另一(yi)路備用電源通過(guo)電源轉換🤟開關來(lai)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(kào)性得💰以提高。微處(chu)理器軟👅硬件技術(shù)的引入,可以實現(xian)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(liang)已可作到600kVA。超小型(xíng)UPS發展也很迅🤩速,已(yǐ)🌂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(zhǔ)要用于交流電機(jī)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(da)的節能效果🔴。變頻(pin)器電源主電路均(jun1)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(jīng)體管或IGBT組成的PWM高(gao)頻變換器, 将直流(liu)電壓逆變成電壓(ya)、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(wú)級調速。
國際上400kVA以(yi)下的變頻器電源(yuán)系列産品已經問(wen)世。八🧑🏾🤝🧑🏼十年代初期(qi),日本東芝公司最(zuì)先将交流變頻調(diao)速❄️技術應用⭕于空(kong)💚調器中。至1997年,其占(zhan)有率已達到日本(běn)家用空調的70%以上(shang)。變頻空調具有舒(shu)适、節能等優點。國(guó)内于90年代初期開(kai)始研究變頻空調(diao),96年✂️引進生産線生(sheng)産變頻空調器,逐(zhú)漸㊙️形成變頻空調(diao)開發生産熱點。預(yu)計到2000年🌈左右将形(xing)成高潮。變頻空調(diào)除了變頻電源外(wai),還要求有适合💁于(yú)變頻調速的壓縮(suo)機電機⚽。優化控制(zhi)策略,精選功能組(zu)件,是空調💋變頻電(dian)源研制的進一步(bu)發展方向。
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(yī)種高性能、高效、省(shěng)👌材的新型焊機電(diàn)源,代表了當今焊(hàn)機電源的發展方(fang)向⁉️。由于IGBT大容量模(mo)塊的商用化,這種(zhong)電源更有着✂️廣闊(kuo)的應用前景。
逆變(bian)焊機電源大都采(cǎi)用交流-直流-交流(liú)-直流(AC-DC-AC-DC)變換的😘方法(fa)。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(fen)将直流電逆變成(cheng)20kHz的高頻矩形波,經(jīng)高頻🐅變壓器耦合(hé), 整流濾波後成爲(wei)穩定的直流,供電(dian)弧使用。
由于焊機(ji)電源的工作條件(jian)惡劣,頻繁的處于(yú)短路、燃弧、開路交(jiao)替變化之中,因此(cǐ)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(yě)是用戶最關心的(de)問題。采用微處理(lǐ)器做爲脈沖寬度(dù)調制(PWM)的相關控制(zhi)器,通過對🔴多參數(shu)、多💜信息的提取與(yǔ)分析,達到預知系(xì)統🏃🏻各種工作狀态(tai)的目的,進🧑🏾🤝🧑🏼而提前(qián)對系統做出調整(zhěng)和處理,解決了目(mu)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(fu)載持續率60%,全載電(dian)壓60~75V,電流調節範圍(wei)5~300A,重量29kg。
2.7 大功率開關(guan)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(chén)、水🏃🏻質改良、醫用X光(guāng)機和CT機等大型設(shè)備。電壓高達50~l59kV,電流(liu)👉達到0.5A以上,功率可(ke)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(zhong)頻,然後升壓。進入(ru)80年代,高頻開關電(dian)源技術迅速發展(zhǎn)。德國西門子公司(sī)采用功率晶體管(guǎn)做主開關元件⁉️,将(jiāng)電源的開關頻率(lǜ)提高到20kHz以上。并将(jiang)幹式變壓器技術(shu)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(tǒng)🔆的體積進一步減(jiǎn)🐆小。
國内對靜電除(chu)塵高壓直流電源(yuan)進行了研制,市電(diàn)經整流🈚變爲直流(liu),采用全橋零電流(liú)開關串聯諧振逆(nì)變電路将直流電(dian)壓逆變爲高頻電(dian)壓,然後由高頻變(bian)壓器升壓📐,最後整(zhěng)流爲直流高壓。在(zài)電阻負載條件下(xià),輸出直流電壓達(dá)到55kV,電流達到15mA,工作(zuò)頻率爲25.6kHz。
2.8 電力有源(yuán)濾波器
傳統的交(jiāo)流-直流(AC-DC)變換器在(zài)投運時,将向電網(wǎng)注入大💯量⭕的諧波(bō)電流,引起諧波損(sun)耗和幹擾,同時還(hái)出現裝置網側功(gong)🏃♂️率因數惡化的現(xiàn)象,即所謂“電力公(gōng)😘害”,例如,不可控整(zhěng)流加電容濾波時(shi),網側三次諧波✍️含(han)量可達(70~80)%,網側功率(lǜ)🏒因數僅有⭕0.5~0.6。
電力有(you)源濾波器是一種(zhong)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(zú),是一☔種很有發👄展(zhan)前途的諧波抑制(zhi)手段。濾波器由橋(qiao)式開關功率變換(huàn)❤️器和具♌體控制電(diàn)路構成。與傳統開(kai)關電源的區别是(shi):(l)不㊙️僅反饋輸出電(dian)壓,還反饋輸入平(ping)均電流; (2)電流環基(jī)準信号爲電壓環(huan)誤差信号與🔴全波(bō)整流電📐壓取樣信(xìn)号之乘積。
