男人🚩同性solo🌈 現代電力電子及電源技術的發展_行業動态

本(ben)文闡述(shu)了現代(dai)電力電(dian)子技術(shù)的發展(zhan)過程,對(dui)電力電(dian)子☁️技術(shù)的應用(yong)領域進(jìn)行了描(miao)述,論述(shu)了現代(dai)電源技(ji)術🈲的發(fa)展趨勢(shì)。

現代電(dian)源技術(shu)是應用(yòng)電力電(dian)子半導(dǎo)體器件(jian),綜合自(zi)動控制(zhì)⛹🏻‍♀️、計算機(jī)(微處理(li)器)技術(shu)和電磁(cí)技術的(de)多學科(kē)🐉邊緣交(jiāo)叉技術(shu)。在各種(zhǒng)高質量(liàng)、高效、高(gao)可靠性(xìng)的電源(yuan)中起關(guan)鍵作用(yong),是現代(dai)電力電(dian)子技術(shu)的具體(ti)應用。

當(dang)前,電力(li)電子作(zuò)爲節能(néng)、節才、自(zi)動化、智(zhi)能化、機(jī)電一體(tǐ)化的基(ji)🎯礎,正朝(chao)着應用(yong)技術高(gāo)頻化、硬(yìng)件結構(gou)模塊化(huà)、産品性(xing)能綠色(sè)化的方(fāng)向發展(zhǎn)。在不遠(yuǎn)的将來(lái),電力♋電(dian)子技術(shu)将使電(dian)源技術(shù)更加成(chéng)熟、經濟(ji)、實用,實(shí)現高效(xiào)率和高(gao)品質用(yòng)電💃相結(jie)合。

1. 電力(lì)電子技(ji)術的發(fā)展

現代(dài)電力電(dian)子技術(shù)的發展(zhǎn)方向,是(shì)從以低(dī)頻技術(shu)處理👨‍❤️‍👨問(wen)題爲主(zhu)的傳統(tǒng)電力電(dian)子學,向(xiang)以高頻(pín)技術處(chù)理問題(tí)爲主的(de)現代電(dian)力電子(zǐ)學方向(xiang)轉變。電(diàn)力💋電子(zǐ)技術起(qǐ)始于五(wǔ)十年代(dai)末六十(shi)年代初(chū)的矽整(zheng)流器件(jiàn),其發展(zhan)先後經(jing)曆了整(zheng)流器時(shi)代、逆變(biàn)器時代(dai)和變頻(pin)器時代(dai),并促進(jin)💔了電力(lì)電子技(jì)術在許(xǔ)多🎯新領(ling)域的應(yīng)用。八十(shi)年代末(mò)期🚩和九(jiu)十年代(dài)初期發(fā)展起來(lai)的、以功(gōng)率💁MOSFET和IGBT爲(wèi)代✏️表的(de)、集高頻(pin)、高壓和(he)大電流(liu)于一身(shen)的功率(lǜ)半導體(ti)複合器(qì)件,表明(ming)傳統電(dian)力電子(zǐ)技術已(yǐ)經進入(rù)現代電(dian)力👌電子(zi)時代。

1.1 整(zhěng)流器時(shi)代

大功(gong)率的工(gong)業用電(diàn)由工頻(pín)(50Hz)交流發(fā)電機提(tí)供,但是(shì)大約20%的(de)電能是(shi)以直流(liú)形式消(xiao)費的,其(qi)中最典(dian)型的是(shì)電解(有(yǒu)🔞色金屬(shu)和化工(gōng)原料需(xu)要直流(liu)電解)、牽(qian)引(電氣(qì)機車、電(dian)傳動的(de)内燃機(jī)車🈲、地鐵(tiě)機車、城(chéng)市無軌(gui)電車等(děng))和直流(liú)傳動(軋(zha)鋼、造紙(zhi)等)三大(da)領域。大(da)功率矽(xī)整流器(qì)能夠高(gao)效率地(di)把工頻(pín)交流電(diàn)轉變爲(wèi)直流電(diàn),因此在(zài)六🍓十年(nian)代和七(qi)十年代(dài),大功率(lü)矽整流(liú)🧡管和晶(jing)閘管的(de)開發與(yǔ)應用得(dé)以很大(da)發展。當(dāng)時國内(nei)🈲曾經掀(xiān)起了一(yi)股各地(di)大辦矽(xī)整流⛹🏻‍♀️器(qi)廠的熱(re)潮,目前(qian)全國大(dà)大小小(xiao)的制造(zao)矽整流(liú)器的半(ban)導體廠(chǎng)🍓家就是(shi)那時的(de)産物。

1.2 逆(ni)變器時(shí)代

七十(shí)年代出(chū)現了世(shì)界範圍(wéi)的能源(yuan)危機,交(jiāo)流電機(ji)變頻調(diao)速因節(jie)能效果(guǒ)顯著而(ér)迅速發(fā)展。變頻(pín)調速的(de)關鍵技(ji)術是将(jiang)直流電(diàn)逆變爲(wei)0~100Hz的交流(liu)電。在七(qi)十年代(dài)到八十(shi)年代,随(sui)着👄變頻(pin)調速裝(zhuang)置的普(pǔ)及,大功(gong)💘率逆變(biàn)用的晶(jing)閘管、巨(ju)型功率(lü)晶體管(guǎn)(GTR)和門極(jí)可關❤️斷(duan)晶閘管(guǎn)(GT0)成爲當(dāng)時電力(lì)電子器(qi)件的主(zhǔ)角。類似(sì)的應用(yòng)還包括(kuò)高壓直(zhí)流輸出(chu),靜止式(shì)無功功(gong)率動态(tài)💋補償等(deng)。這時的(de)電力電(diàn)子技術(shù)已經能(neng)夠實現(xian)整流和(hé)逆變,但(dan)工作頻(pín)率較低(dī),僅局限(xian)在中低(di)頻範圍(wei)内。

1.3 變頻(pin)器時代(dai)

進入八(bā)十年代(dai),大規模(mo)和超大(dà)規模集(ji)成電路(lu)技術的(de)迅🌈猛發(fa)展,爲現(xian)代電力(lì)電子技(ji)術的發(fa)展奠定(ding)了基礎(chǔ)。将集成(chéng)電路技(ji)術的精(jīng)細加工(gong)技術和(he)高壓大(da)電流技(jì)😍術有機(ji)結合,出(chu)現了一(yi)批全新(xīn)的全控(kong)型功率(lü)器件、首(shou)🔞先是功(gong)率M0SFET的問(wèn)世,導✨緻(zhi)了中小(xiǎo)功率電(dian)源向高(gāo)頻化發(fā)展,而後(hòu)絕緣門(mén)極雙極(ji)晶體管(guan)(IGBT)的出現(xian)💃,又爲大(dà)中型功(gong)率電源(yuán)向高頻(pín)發展帶(dài)來機遇(yu)。MOSFET和IGBT的相(xiàng)繼問世(shi)📐,是傳統(tǒng)的電力(lì)電子向(xiàng)現代電(diàn)力電子(zi)轉化的(de)标志。據(ju)統計,到(dao)1995年底,功(gōng)率M0SFET和GTR在(zai)功率半(ban)導體器(qì)❄️件市場(chang)上🔴已達(dá)到平分(fen)秋色的(de)地步,而(er)用IGBT代替(tì)GTR在電🙇‍♀️力(li)電子領(ling)域巳成(chéng)定論。新(xīn)型器件(jiàn)的發展(zhǎn)✊不僅爲(wei)交流電(diàn)機變頻(pín)調速提(tí)供了較(jiao)高的頻(pin)率,使其(qi)性能更(gèng)加完善(shan)可靠,而(ér)且使現(xian)代電子(zi)技術不(bu)斷向高(gāo)頻化發(fa)展,爲用(yòng)電設備(bei)的高效(xiao)節材節(jiē)⚽能,實現(xian)小型輕(qīng)量💞化,機(jī)電一體(tǐ)化🐅和智(zhì)💜能化提(ti)供了重(zhòng)要的技(ji)術基礎(chu)📧。

2. 現代電(dian)力電子(zi)的應用(yòng)領域

2.1 計(jì)算機高(gao)效率綠(lü)色電源(yuán)

高速發(fa)展的計(ji)算機技(jì)術帶領(lǐng)人類進(jìn)入了信(xìn)息社會(hui),同時也(yě)促☂️進了(le)電源技(ji)術的迅(xun)速發展(zhan)。八十年(nián)代🚩,計算(suan)機全😄面(miàn)采用了(le)開關電(diàn)源,率先(xiān)完成計(ji)算機電(dian)源換代(dai)。接着開(kai)👌關電源(yuán)技術相(xiàng)💃繼進人(ren)了電子(zi)、電器設(shè)備領域(yu)。

計算機(jī)技術的(de)發展,提(ti)出綠色(sè)電腦和(he)綠色電(diàn)源。綠色(se)電🚶‍♀️腦泛(fàn)🏃🏻‍♂️指對環(huán)境無害(hài)的個人(rén)電腦和(hé)相關産(chǎn)品，綠色(se)電源系(xi)指與綠(lü)色電腦(nao)相關的(de)高效省(sheng)電電源(yuán),根據美(mei)國環境(jing)保護署(shu)l992年12月10日(rì)“能源之(zhi)星"計劃(huà)規定,桌(zhuo)上型個(ge)人電腦(nǎo)或相關(guan)的外圍(wéi)設備,在(zai)睡眠狀(zhuang)态下的(de)耗電量(liàng)若小于(yu)30瓦,就符(fú)合綠色(sè)電腦的(de)要求,提(ti)💔高電源(yuán)效率是(shi)降低電(diàn)源消耗(hao)的根本(běn)途徑。就(jiù)目前效(xiào)率爲75%的(de)200瓦開關(guān)電源而(ér)言,電源(yuán)自身要(yào)消耗50瓦(wa)的能源(yuán)。

通信業(yè)的迅速(su)發展極(jí)大的推(tuī)動了通(tong)信電源(yuan)的發㊙️展(zhǎn)。高頻小(xiǎo)📱型化的(de)開關電(diàn)源及其(qi)技術已(yi)成爲現(xian)代通信(xin)🏃‍♀️供電系(xi)統的主(zhu)流。在㊙️通(tong)信領域(yù)中,通常(chang)将整流(liu)器稱爲(wèi)一次電(dian)源,而将(jiāng)💋直流-直(zhi)流(DC/DC)變換(huàn)器稱爲(wèi)二次㊙️電(diàn)源。一次(cì)電源的(de)作用是(shi)将單相(xiang)或三相(xiàng)交流電(dian)網變換(huàn)成标稱(cheng)值爲48V的(de)直流✨電(diàn)源。目前(qián)在程控(kong)交換機(jī)🐪用的一(yi)次電源(yuán)中,傳統(tǒng)的相控(kong)🏃‍♀️式穩壓(ya)電源己(ji)被高頻(pín)開關電(diàn)📱源取代(dai),高頻開(kai)關電源(yuán)(也稱爲(wèi)開關型(xíng)整流器(qi)SMR)通過MOSFET或(huò)IGBT的高頻(pín)工作,開(kai)關頻率(lü)一般控(kòng)制在50-100kHz範(fàn)圍内,實(shi)現高效(xiào)率和小(xiao)型化。近(jin)幾年,開(kai)關整流(liu)器的功(gōng)率容量(liang)不斷擴(kuò)大,單機(jī)容量己(ji)從48V/12.5A、48V/20A擴大(dà)🌈到48V/200A、48V/400A。

因通(tōng)信設備(bei)中所用(yong)集成電(dian)路的種(zhong)類繁多(duō),其電源(yuan)電壓也(yě)各不相(xiang)同,在通(tōng)信供電(diàn)系統中(zhōng)采用高(gao)功率密(mì)度🍉的高(gao)頻DC-DC隔🧑🏽‍🤝‍🧑🏻離(li)電源模(mo)塊,從中(zhong)間母線(xian)電壓(一(yī)般爲48V直(zhi)流)變換(huàn)成所需(xū)的‼️各種(zhǒng)直🎯流電(dian)壓,這樣(yang)可大大(da)減小損(sun)耗、方便(biàn)維護,且(qie)安裝、增(zeng)加非常(cháng)方🆚便。一(yī)般都可(ke)直接裝(zhuang)在标準(zhǔn)控制闆(pan)上,對二(èr)次電源(yuán)的要求(qiu)是❓高功(gōng)率密度(du)。因通信(xìn)容量的(de)不♊斷增(zeng)加,通信(xin)電源容(rong)量也将(jiāng)不斷增(zeng)加。

2.3 直流(liú)-直流(DC/DC)變(bian)換器

DC/DC變(bian)換器将(jiang)一個固(gù)定的直(zhi)流電壓(ya)變換爲(wèi)可變的(de)直🎯流電(dian)壓,這種(zhǒng)技術被(bei)廣泛應(yīng)用于無(wu)軌電車(chē)、地鐵列(lie)💘車、電動(dong)車的無(wú)級變速(su)和控制(zhì),同時使(shi)上述控(kong)制獲♍得(de)加速平(píng)穩、快🧑🏽‍🤝‍🧑🏻速(su)響應的(de)性能,并(bìng)同時收(shou)到節約(yue)電能的(de)效果🐉。用(yòng)直流斬(zhǎn)波器代(dai)替🌂變阻(zǔ)器可節(jiē)約電能(neng)(20~30)%。直流斬(zhan)波器不(bu)僅能起(qǐ)調壓的(de)作用(開(kāi)關電源(yuán)), 同時還(hai)能起到(dao)有效地(dì)抑制電(dian)網側諧(xié)波電流(liú)噪聲♉的(de)作用。

通(tōng)信電源(yuán)的二次(cì)電源DC/DC變(biàn)換器已(yǐ)商品化(hua),模塊采(cai)用高頻(pín)PWM技😄術,開(kai)🚶關頻率(lü)在500kHz左右(you),功率密(mi)度爲5W~20W/in3。随(sui)着大規(gui)模集成(cheng)電路的(de)發展,要(yao)求電源(yuan)模塊實(shí)現小型(xing)化,因此(ci)就要🏃‍♀️不(bú)斷提高(gāo)開關頻(pín)率和采(cǎi)用新🥰的(de)電路拓(tuo)撲結構(gòu),目前已(yi)有一些(xiē)公司研(yán)制😄生産(chan)了采用(yòng)零電流(liú)❗開關和(hé)零電📐壓(ya)開關技(ji)術的二(èr)次電源(yuán)模塊,功(gōng)率密度(dù)有較大(dà)幅度㊙️的(de)提高。

2.4 不(bu)間斷電(diàn)源(UPS)

不間(jiān)斷電源(yuán)(UPS)是計算(suan)機、通信(xin)系統以(yǐ)及要求(qiu)提供不(bu)能中斷(duàn)場🐅合所(suǒ)必須的(de)一種高(gāo)可靠、高(gao)性能的(de)電源。交(jiāo)流市電(diàn)輸入經(jing)整🧑🏽‍🤝‍🧑🏻流器(qì)變成直(zhí)流,一部(bu)分能量(liàng)給蓄電(diàn)池組充(chong)電🌍,另一(yī)部分能(néng)量經逆(nì)變器變(bian)成交流(liu),經轉換(huan)開😘關送(song)到負載(zǎi)。爲了在(zài)☂️逆變器(qì)故障時(shí)仍能向(xiàng)負載提(ti)供🏃能量(liang),另一路(lù)備用電(diàn)源通過(guo)電源轉(zhuǎn)換開關(guan)來實現(xian)。

現代UPS普(pǔ)遍了采(cǎi)用脈寬(kuan)調制技(jì)術和功(gong)率M0SFET、IGBT等現(xian)代電力(lì)電子器(qì)件,電源(yuan)的噪聲(shēng)得以降(jiang)低,而效(xiao)率和可(ke)靠性得(de)💚以提高(gāo)。微🌈處理(lǐ)器軟硬(ying)件技術(shu)的引入(rù),可以實(shi)現對UPS的(de)智能化(hua)管理,進(jìn)行遠程(chéng)🐪維護和(he)遠程診(zhěn)斷。

目前(qian)在線式(shi)UPS的最大(da)容量已(yi)可作到(dao)600kVA。超小型(xíng)UPS發展也(ye)很迅速(sù),已經有(yǒu)0.5kVA、lkVA、2kVA、3kVA等多種(zhong)規格的(de)産品。

變頻(pin)器電源(yuan)主要用(yòng)于交流(liu)電機的(de)變頻調(diao)速,其在(zài)電🔴氣傳(chuán)動系統(tǒng)中占據(jù)的地位(wei)日趨重(zhòng)要,已獲(huò)得巨大(dà)的節能(neng)效果。變(bian)頻器電(diàn)源主電(dian)路均采(cai)用交流(liú)-直流-交(jiao)流🙇‍♀️方案(an)。工頻電(dian)源通過(guo)整流器(qi)變成固(gù)定的直(zhí)流電壓(ya),然後由(you)大功🧡率(lǜ)晶體管(guan)或IGBT組成(chéng)的PWM高頻(pin)變換器(qì), 将直流(liu)電壓逆(nì)變成電(dian)壓、頻率(lǜ)可變的(de)交流輸(shu)出🐪,電源(yuán)輸出波(bō)形近似(sì)于正弦(xián)波,用于(yú)驅動交(jiao)流異步(bu)🐅電動機(jī)實現無(wú)級🌈調速(su)。

國際上(shang)400kVA以下的(de)變頻器(qì)電源系(xì)列産品(pin)已經問(wèn)世。八十(shi)年代初(chu)期,日本(ben)東芝公(gong)司最先(xiān)将交流(liu)變頻調(diào)速👅技術(shu)🔆應用于(yu)空調器(qi)中。至🌈1997年(nián),其占有(you)率已達(dá)到日本(běn)家用空(kong)調的70%以(yǐ)上。變頻(pín)空調具(jù)有舒适(shi)、節能等(deng)優點。國(guó)内于90年(nián)💋代初期(qi)開🧡始研(yán)究變頻(pin)空調,96年(nian)引進生(shēng)産📐線生(shēng)産變頻(pin)空調器(qi),逐漸形(xíng)成變頻(pín)空⭐調開(kāi)發生産(chǎn)🥵熱點。預(yu)計到2000年(nian)左右将(jiang)形成高(gao)潮。變頻(pín)空調除(chu)了變✌️頻(pin)電源外(wài),還要求(qiú)有适合(he)于變頻(pín)調速的(de)壓縮機(jī)電機。優(you)化控制(zhì)策略,精(jing)選功能(neng)組件,是(shi)空調變(biàn)頻電源(yuán)✌️研制的(de)進一步(bù)發展方(fāng)向。

2.6 高頻(pin)逆變式(shi)整流焊(hàn)機電源(yuan)

逆變(bian)焊機電(dian)源大都(dou)采用交(jiāo)流-直流(liú)-交流-直(zhi)流(AC-DC-AC-DC)變換(huàn)的方法(fǎ)。50Hz交流📞電(dian)經全橋(qiao)整流變(bian)成直流(liu),IGBT組成的(de)PWM高頻變(bian)換部分(fen)🧑🏽‍🤝‍🧑🏻将直流(liú)電🔞逆變(bian)成20kHz的高(gāo)頻矩形(xing)波,經高(gao)頻變壓(yā)器耦合(hé), 整⁉️流濾(lü)波後成(cheng)爲穩定(dìng)的直流(liu),供電弧(hu)📱使用。

由(you)于焊機(jī)電源的(de)工作條(tiáo)件惡劣(liè),頻繁的(de)處于短(duan)路、燃弧(hú)、開路交(jiāo)替變化(hua)之中,因(yīn)此高頻(pin)逆變式(shi)整流焊(hàn)機電源(yuán)的工作(zuò)可靠性(xing)問題成(cheng)爲最關(guan)鍵的問(wen)題,也是(shì)用戶🧡最(zuì)關心的(de)問題。采(cai)用微🏃處(chù)理器做(zuò)爲脈沖(chòng)寬度調(diao)制(PWM)的相(xiang)關控制(zhi)🚶器,通過(guo)對多參(can)數、多信(xin)息的提(ti)💞取與分(fèn)析,達到(dào)預知系(xì)統各種(zhǒng)工作狀(zhuàng)态的目(mù)的,進而(er)提前對(duì)系統💘做(zuo)出調整(zhěng)和處理(lǐ),解決了(le)目前大(dà)功率IGBT逆(ni)變電源(yuan)可靠性(xìng)。

國外逆(ni)變焊機(jī)已可做(zuò)到額定(dìng)焊接電(dian)流300A,負載(zǎi)持續率(lü)60%,全載電(diàn)🔞壓60~75V,電流(liú)調節範(fan)圍5~300A,重量(liàng)29kg。

2.7 大功率(lǜ)開關型(xíng)高壓直(zhi)流電源(yuán)

大功率(lǜ)開關型(xíng)高壓直(zhi)流電源(yuán)廣泛應(yīng)用于靜(jing)電除塵(chén)♊、水質☔改(gǎi)良、醫用(yong)X光機和(hé)CT機等大(dà)型設備(bei)。電壓高(gāo)達50~l59kV,電流(liu)✊達到0.5A以(yǐ)上,功率(lü)可達100kW。

自(zi)從70年代(dai)開始,日(ri)本的一(yī)些公司(sī)開始采(cǎi)用逆變(bian)技術,将(jiang)市電🈲整(zhěng)流後逆(nì)變爲3kHz左(zuǒ)右的中(zhong)頻,然後(hou)升壓。進(jìn)入80年代(dai),高頻開(kāi)💁關電源(yuán)技術迅(xùn)速發展(zhǎn)。德國西(xī)門子公(gong)司采用(yòng)功率晶(jing)體管做(zuo)主開關(guan)元件☂️,将(jiāng)電源的(de)開關頻(pín)率提高(gao)到20kHz以上(shang)。并将幹(gan)式變壓(ya)器技術(shù)成功的(de)應用于(yu)高頻高(gāo)壓電源(yuán),取消了(le)高壓變(bian)壓器油(yóu)箱,使⚽變(bian)壓器系(xi)統🔞的體(tǐ)積進一(yī)步減小(xiao)。

國内對(dui)靜電除(chu)塵高壓(yā)直流電(dian)源進行(háng)了研制(zhi),市電✨經(jing)整流變(biàn)爲直流(liu),采用全(quán)橋零電(dian)流開關(guan)串聯諧(xié)振逆變(biàn)電路将(jiang)直☔流電(dian)壓逆變(biàn)爲高頻(pin)電壓,然(rán)後由高(gāo)頻變壓(ya)器升壓(ya),最後整(zheng)流爲直(zhi)流高壓(ya)。在電阻(zǔ)負載條(tiáo)件下,輸(shu)出直流(liú)電壓達(dá)到55kV,電流(liu)達到15mA,工(gōng)作頻率(lǜ)爲🏃‍♂️25.6kHz。

2.8 電力(li)有源濾(lü)波器

傳(chuán)統的交(jiao)流-直流(liú)(AC-DC)變換器(qi)在投運(yùn)時,将向(xiàng)電網注(zhù)入大量(liang)的諧波(bo)電流,引(yǐn)起諧波(bō)損耗和(he)幹擾,同(tóng)時還出(chu)現裝置(zhi)網側功(gōng)率因✊數(shù)惡化的(de)現象,即(ji)所謂“電(diàn)力公害(hai)”,例如💁,不(bu)可控整(zheng)流加💃🏻電(diàn)容濾💞波(bō)時,網側(ce)三次諧(xie)波含量(liang)可達(70~80)%,網(wang)側功率(lü)因數僅(jǐn)有0.5~0.6。

電力(lì)有源濾(lǜ)波器是(shi)一種能(neng)夠動态(tai)抑制諧(xie)波的新(xin)型電力(lì)⛹🏻‍♀️電子裝(zhuāng)置,能克(ke)服傳統(tong)LC濾波器(qi)的不足(zu),是一🔞種(zhong)很有發(fā)展前途(tu)的諧波(bō)抑制手(shǒu)段。濾波(bō)器由橋(qiao)式開關(guan)功率變(biàn)換器和(he)具體控(kong)制電路(lù)構成。與(yu)傳統開(kāi)🐅關電源(yuan)的區别(bie)是:(l)不僅(jin)反饋輸(shū)出電壓(ya),還反饋(kuì)輸入平(píng)均電流(liú); (2)電流環(huan)基準信(xìn)❗号爲電(diàn)壓環誤(wù)差信号(hao)與😘全波(bo)整流電(dian)壓取樣(yàng)信号之(zhi)乘積。

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