現代電力(lì)電子及亚洲精品🚩久久久久久成人㊙️電(diàn)源技術的(de)發展
點擊(ji)次數： 更新(xīn)時間：2025-12-10
本文(wen)闡述了現(xian)代電力電(dian)子技術的(de)發展過程(chéng),對電力電(dian)子技🔴術的(de)應用領域(yu)進行了描(miáo)述,論述了(le) 現代電源(yuán)🌈技術的發(fa)展趨勢。
現(xiàn)代電源技(jì)術是應用(yòng)電力電子(zi)半導體器(qì)件,綜合💁自(zì)動控❌制、計(ji)算機(微處(chu)理器)技術(shù)和電磁技(ji)術的多學(xué)科🔞邊緣🈲交(jiao)叉技術。在(zài)各種高質(zhi)量、高效、高(gao)可靠性的(de)電源中起(qi)關🛀鍵作用(yong),是現代電(dian)力電子技(jì)術的具 體(tǐ)應用。
當前(qian),電力電子(zǐ)作爲節能(neng)、節才、自動(dong)化、智能化(huà)、機電一體(tǐ)化的基礎(chǔ),正朝着應(yīng)用技術高(gao)頻化、硬件(jiàn)結構模塊(kuài)化、産品性(xing)能綠色化(hua)的方向發(fā)展。在不遠(yuan)的将🐪來,電(dian)力電子技(jì)術将使電(diàn)源技術更(geng)加成熟、經(jing) 濟、實用,實(shi)現高效率(lǜ)和高💘品質(zhi)用電相結(jie)合。
1. 電力電(diàn)子技術的(de)發展
現代(dai)電力電子(zǐ)技術的發(fā)展方向,是(shi)從以低頻(pin)技術處理(li)問題爲主(zhǔ)的傳統電(diàn)力電子學(xue),向以高頻(pín)技術處理(li)問題爲主(zhǔ)👣的現代電(diàn)🤞力電子學(xue)方向轉變(bian)。電力電子(zi)技術起始(shi)于五十年(nián)代末六十(shi)年代初的(de)矽整👈流器(qì)件,其發展(zhan)先後經曆(lì)了整流器(qì)時代、逆變(biàn)器時代和(he)變頻器時(shí)代,并促進(jin)了電力電(diàn)子技術在(zai)許多新領(ling)域的應用(yòng)。八十年代(dài)末期㊙️和九(jiu)十年代初(chū)⭐期發🥰展起(qi)來的、以功(gong)率MOSFET和IGBT爲代(dài)表的、集高(gao)頻、高壓和(he)大電流于(yú)一身的功(gong)率半☂️導體(ti)複合器件(jian),表明傳統(tǒng)電力電子(zi)技術已經(jing)進入現代(dai)電力電子(zi)時代。
1.1 整流(liú)器時代
大(dà)功率的工(gōng)業用電由(you)工頻(50Hz)交流(liú)發電機提(ti)供,但是大(da)約20%的⭕電能(neng)是以直流(liu)形式消費(fei)的,其中最(zuì)典型的是(shi)電解(有色(se)金屬和化(huà)工原料需(xu)要直流電(diàn)解)、牽引(電(dian)氣機☔車、電(dian)傳動的内(nei)燃機車、地(dì)鐵機車、城(cheng)市無軌電(diàn)車等)和直(zhí)流傳動(軋(zha)鋼、造紙等(deng))三大領域(yù)。大功率矽(xī)整流器能(néng)🐉夠高效率(lǜ)地把工頻(pin)交流電轉(zhuan)變爲直🤟流(liu)電,因此在(zai)六十年代(dai)和七十年(nian)代,大功率(lǜ)矽整流管(guan)和晶閘管(guǎn)的開😄發與(yǔ)應用得以(yǐ)很大發展(zhǎn)。當時國内(nèi)⁉️曾經掀起(qǐ)了一股各(gè)地大辦矽(xi)整流💛器廠(chang)的熱潮,目(mù)前全國✊大(da)大小小的(de)制造矽整(zhěng)流器的半(ban)導體廠家(jia)就是那時(shí)的産物。
1.2 逆(nì)變器時代(dài)
七十年代(dài)出現了世(shì)界範圍的(de)能源危機(ji),交流電機(ji)變頻調速(sù)因節能效(xiao)果顯著而(ér)迅速發展(zhan)。變頻調速(su)的關鍵技(jì)🌂術是将直(zhi)🎯流電🤟逆變(bian)爲0~100Hz的交流(liú)電。在七十(shí)📞年代到八(ba)十年代,随(sui)着變頻調(diào)💰速裝置的(de)普及,大功(gong)率逆變用(yong)👄的晶閘管(guǎn)、巨型功率(lü)晶體管(GTR)和(he)門極可關(guan)🏃🏻♂️斷晶閘管(guan)(GT0)成🏒爲當時(shí)電力電子(zǐ)器件的🚩主(zhǔ)角。類似的(de)✂️應用還包(bao)括高壓直(zhi)流輸出,靜(jing)止式無功(gong)功率動态(tài)補償等。這(zhè)時的電力(lì)電子技術(shu)已經能夠(gou)實現整流(liu)和❤️逆變,但(dàn)工作頻率(lü)較低,僅局(jú)限在中📧低(di)頻範圍内(nèi)。
1.3 變頻器時(shi)代
進入八(bā)十年代,大(dà)規模和超(chao)大規模集(ji)成電路技(jì)術的迅猛(meng)發展🧡,爲現(xian)代電力電(dian)子技術的(de)發展奠定(dìng)了基礎。将(jiang)集成電路(lù)技術的精(jīng)細加工技(jì)術和高壓(ya)大電流技(ji)術有機結(jie)合,出現了(le)一批全新(xīn)♈的全控型(xíng)功率器件(jiàn)、首先是功(gōng)率M0SFET的問世(shi),導🏒緻了中(zhōng)小功率電(dian)源向高頻(pin)化發♌展,而(er)後絕緣門(mén)極雙極晶(jīng)💯體管(IGBT)的出(chū)現,又爲大(da)中型功率(lǜ)電源向高(gao)頻發展帶(dai)來機遇🈚。MOSFET和(hé)IGBT的相繼問(wèn)世,是傳統(tong)的電力電(diàn)子向現代(dài)電力電子(zǐ)轉化的标(biāo)志。據統計(jì),到1995年底,功(gong)率M0SFET和GTR在功(gōng)率😄半導體(tǐ)器件市場(chǎng)上已達到(dao)平分秋色(sè)的地步,而(ér)用IGBT代替GTR在(zai)電力電子(zǐ)領域巳成(cheng)定論。新型(xing)器件的發(fā)展不僅爲(wei)交㊙️流電機(ji)變頻調速(su)提供了較(jiào)高的頻率(lü),使其性能(néng)更加完善(shàn)可靠,而且(qie)使現代電(diàn)子技👣術不(bú)斷向高頻(pin)化發展,爲(wei)用電設備(bei)的高效節(jie)材節✨能,實(shí)現小型輕(qing)量化,機電(dian)一體化和(hé)智能化提(tí)供了重🔆要(yao)的技術基(ji)礎。
2. 現代電(dian)力電子的(de)應用領域(yù)
2.1 計算機高(gāo)效率綠色(se)電源
高速(su)發展的計(jì)算機技術(shu)帶領人類(lèi)進入了信(xin)息社會,同(tong)👌時也促進(jìn)了電源技(jì)術的迅速(su)發展。八十(shi)年代🧑🏽🤝🧑🏻,計算(suàn)🧑🏽🤝🧑🏻機全面采(cǎi)用了開關(guan)電源,率先(xian)完成計算(suan)機電源換(huàn)代。接着開(kāi)關電源技(ji)術相繼進(jin)人🏃了電子(zi)、電器設備(bèi)領域。
計算(suàn)機技術的(de)發展,提出(chū)綠色電腦(nǎo)和綠色電(dian)源。綠色電(diàn)腦🌈泛指對(dui)環境無害(hài)的個人電(dian)腦和相關(guan)産品，綠色(se)電源系指(zhi)與綠🌈色電(diàn)腦相關的(de)高效省電(dian)電源,根據(jù)美國環境(jìng)保護署l992年(nian)12月10日“能源(yuán)之❄️星"計劃(huà)規定💜,桌上(shang)型個人電(diàn)腦或相關(guan)的外圍設(shè)備,在睡眠(mián)狀态下的(de)耗電量若(ruò)小于30瓦,就(jiu)符合綠色(sè)電腦的要(yao)求,提高電(diàn)源效率⛷️是(shi)降低電源(yuan)消耗的根(gen)本途徑。就(jiu)目前效率(lü)爲75%的200瓦開(kāi)關電源而(ér)📞言,電源自(zi)🧑🏾🤝🧑🏼身要消耗(hào)50瓦的能源(yuan)。
2.2 通信用高(gāo)頻開關電(diàn)源
通信業(yè)的迅速發(fā)展極大的(de)推動了通(tong)信電源的(de)發展。高📱頻(pin)小型化的(de)開關電源(yuan)及其技術(shù)已成爲現(xian)代通信供(gòng)電👉系統的(de)主流。在通(tong)信領域中(zhōng),通常将整(zhěng)流器稱爲(wèi)一次電源(yuan),而将直流(liu)-直流(DC/DC)變換(huàn)器稱爲二(er)次電源。一(yī)次電源的(de)作用是将(jiāng)單💛相或三(sān)相交流電(dian)網✉️變換成(cheng)标稱值爲(wei)48V的直流💛電(diàn)源。目前在(zài)😍程控交換(huàn)機用的一(yī)次電源中(zhōng),傳統的相(xiang)控式穩壓(yā)電源己被(bèi)高🚶♀️頻開關(guān)電源取代(dai)👈,高頻開關(guan)電源(也稱(cheng)爲開關型(xing)整流🤩器SMR)通(tōng)過MOSFET或IGBT的高(gao)頻工作,開(kai)關頻率一(yī)般🔱控制在(zài)50-100kHz範圍内,實(shi)現高效率(lǜ)和小型化(hua)。近幾年,開(kāi)關整流器(qi)的功率容(róng)量不斷擴(kuò)👈大,單機容(róng)量己從48V/12.5A、48V/20A擴(kuò)大❤️到48V/200A、48V/400A。
因通(tōng)信設備中(zhong)所用集成(cheng)電路的種(zhǒng)類繁多,其(qi)電源電壓(ya)也各不❌相(xiang)同,在通信(xin)供電系統(tong)中采用高(gao)功率密度(dù)的高👈頻DC-DC隔(gé)離電源模(mó)🥰塊,從中間(jiān)母線電壓(ya)(一般爲48V直(zhí)流👨❤️👨)變換成(chéng)所需的各(gè)種直流電(diàn)壓,這樣可(ke)大大減小(xiao)損耗♌、方便(biàn)維護,且安(an)裝、增加非(fēi)常方便。一(yī)般都🌐可直(zhí)接裝在标(biāo)準控制闆(pan)上,對二次(ci)電源的要(yào)求是高功(gōng)率密度。因(yin)通信容量(liàng)的不斷增(zēng)加,通信電(diàn)源容量也(yě)将不斷增(zēng)加。
2.3 直流-直(zhí)流(DC/DC)變換器(qi)
DC/DC變換器将(jiāng)一個固定(ding)的直流電(diàn)壓變換爲(wei)可變的直(zhí)🤞流電壓,這(zhe)種技術被(bèi)廣泛應用(yong)于無軌電(dian)車、地鐵列(lie)㊙️車、電動車(chē)🧑🏽🤝🧑🏻的無級變(biàn)⛱️速和控制(zhi),同時使上(shang)述控制獲(huo)❗得加速平(píng)穩、快速響(xiang)應的性能(neng),并同時☁️收(shōu)到節約電(diàn)💰能的效果(guǒ)☂️。用直流斬(zhan)波器代替(tì)變阻器可(ke)節約電能(néng)(20~30)%。直流斬波(bō)器不僅能(neng)起調壓的(de)作用(開關(guan)電源), 同時(shí)還能起到(dào)有效地抑(yi)制電網側(cè)諧波電流(liú)噪聲的作(zuo)❗用。
通信電(dian)源的二次(cì)電源DC/DC變換(huàn)器已商品(pin)化,模塊采(cǎi)用高📧頻PWM技(ji)🧡術,開關頻(pín)率在500kHz左右(you),功率密度(du)爲5W~20W/in3。随着大(da)規模集成(cheng)電路的發(fa)展,要求💋電(diàn)源模塊實(shí)現小型化(hua),因此就要(yào)不斷提高(gāo)開關頻率(lü)和👣采用新(xīn)的電路拓(tuo)撲結構,目(mù)前已有一(yi)些公司研(yan)制生産了(le)采用零電(dian)流💞開關和(he)零電壓開(kai)關技術😍的(de)二次電源(yuán)模塊,功率(lü)密度有較(jiào)大幅度的(de)提高。
2.4 不間(jian)斷電源(UPS)
不(bu)間斷電源(yuan)(UPS)是計算機(ji)、通信系統(tǒng)以及要求(qiú)提供不能(néng)🔞中斷🛀場合(hé)所必須的(de)一種高可(ke)靠、高性能(neng)的電源。交(jiāo)流⛱️市電輸(shu)入⭐經整流(liu)器變成直(zhi)流,一部分(fèn)能量給蓄(xu)電池⛹🏻♀️組充(chōng)電,另一部(bu)😘分能量👣經(jīng)逆變器變(biàn)成交流,經(jīng)轉換開關(guān)送到負載(zai)。爲了在逆(nì)變器故障(zhàng)時仍能向(xiang)負載提供(gòng)能量,另一(yī)路備用電(diàn)源通過電(diàn)源轉換🐇開(kai)關來實現(xian)。
現代UPS普遍(bian)了采用脈(mo)寬調制技(ji)術和功率(lü)M0SFET、IGBT等現代電(dian)力電子💃🏻器(qi)件☀️,電源的(de)噪聲得以(yi)降低,而效(xiao)率和可靠(kao)性得以提(ti)高。微處理(lǐ)器軟硬件(jian)技術的引(yin)入,可以實(shí)🚩現對UPS的智(zhì)能化管理(li),進🛀🏻行遠程(cheng)維護和㊙️遠(yuǎn)程診斷。
目(mù)前在線式(shì)UPS的最大容(rong)量已可作(zuo)到600kVA。超小型(xing)UPS發展也很(hen)迅速,已經(jīng)🌈有0.5kVA、lkVA、2kVA、3kVA等多種(zhǒng)規格的産(chan)品。
2.5 變頻器(qì)電源
變頻(pín)器電源主(zhǔ)要用于交(jiāo)流電機的(de)變頻調速(sù),其在電✔️氣(qì)傳動系統(tǒng)中占據的(de)地位日趨(qū)重要,已獲(huo)得巨大的(de)節能效果(guo)。變頻器電(dian)源主電路(lu)均采用交(jiao)流-直流-交(jiao)流方案。工(gong)㊙️頻電源通(tong)過整流器(qì)變成固定(ding)的直流電(dian)壓,然後由(yóu)大功率晶(jīng)體管或IGBT組(zǔ)成的PWM高頻(pín)變換器, 将(jiāng)直流電壓(yā)逆變成電(diàn)😘壓、頻率可(ke)變的交流(liu)輸出,電源(yuan)輸出波形(xing)近似于正(zheng)弦波,用于(yu)驅動交流(liú)異步電動(dong)機實現無(wú)級調速。
國(guo)際上400kVA以下(xià)的變頻器(qì)電源系列(lie)産品已經(jing)問世。八十(shí)年代初期(qi),日本東芝(zhi)公司最先(xiān)将交流變(biàn)頻調速技(ji)術應用于(yú)空調器中(zhōng)。至🏃♂️1997年,其占(zhàn)有率已達(da)到日本家(jia)用空調的(de)70%以🌈上。變頻(pin)空調具🏃🏻有(yǒu)舒适、節能(néng)等優點。國(guo)内于90年代(dài)初期開始(shǐ)研究變頻(pín)空調,96年引(yin)進生産線(xian)生産變頻(pín)空調器,逐(zhú)漸形成變(bian)頻空調開(kāi)發生産✊熱(re)點。預計到(dào)2000年👄左右将(jiāng)形成高潮(cháo)。變頻空調(diao)除了變頻(pín)電源外,還(hái)要求有适(shi)合于變頻(pín)調速的壓(yā)縮機電機(ji)。優化控制(zhi)策略,精選(xuǎn)功能組件(jian),是空🌈調變(biàn)頻電源研(yan)制的進一(yi)步發展方(fāng)向。
2.6 高頻逆(ni)變式整流(liú)焊機電源(yuan)
高頻逆變(bian)式整流焊(han)機電源是(shi)一種高性(xing)能、高效、省(shěng)材的☎️新型(xing)焊📐機電源(yuan),代表了當(dang)今焊機電(dian)源的發展(zhǎn)🌐方向㊙️。由于(yu)IGBT大容♋量模(mó)塊的商用(yong)化,這種電(diàn)源更有着(zhe)廣闊的⚽應(yīng)用前景。
逆(nì)變焊機電(diàn)源大都采(cai)用交流-直(zhí)流-交流-直(zhí)流(AC-DC-AC-DC)變換的(de)方😄法。50Hz交📐流(liú)電經全橋(qiáo)整流變成(chéng)直流,IGBT組成(chéng)的PWM高頻變(bian)換部分将(jiang)直♋流電逆(nì)變❌成20kHz的高(gao)頻矩形波(bō),經高頻變(bian)壓器耦合(he), 整流濾波(bo)後成爲穩(wen)定的直流(liu),供電弧使(shi)用。
由于焊(han)機電源的(de)工作條件(jiàn)惡劣,頻繁(fán)的處于短(duǎn)路、燃弧、開(kai)💚路交🏃♂️替變(bian)化之中,因(yin)此高頻逆(ni)變式整流(liú)焊👨❤️👨機電🌈源(yuán)的工作⁉️可(ke)靠性問題(ti)成爲最關(guan)鍵的問題(tí),也是用戶(hù)最關心的(de)問題♻️。采用(yòng)微🍉處理器(qì)做爲脈沖(chong)寬度調制(zhi)(PWM)的相關控(kong)制器,通過(guò)對多參數(shù)、多信息的(de)提取與分(fèn)析,達到預(yù)知系統💘各(gè)種工作狀(zhuang)态的目的(de),進而提前(qian)對系統做(zuò)出調整和(hé)處理,解決(jué)了目前大(dà)功率IGBT逆變(bian)電源可靠(kào)性。
國外逆(ni)變焊機已(yǐ)可做到額(é)定焊接電(diàn)流300A,負載持(chí)續👣率60%,全載(zǎi)電壓60~75V,電流(liú)調節範圍(wei)5~300A,重量29kg。
2.7 大功(gōng)率開關型(xíng)高壓直流(liú)電源
大功(gōng)率開關型(xing)高壓直流(liu)電源廣泛(fan)應用于靜(jìng)電除🐕塵、水(shuǐ)💰質改良、醫(yī)用X光機和(hé)CT機等大型(xing)設備。電壓(yā)高達🈲50~l59kV,電流(liú)達到0.5A以上(shàng),功率可達(da)100kW。
自從70年代(dài)開始,日本(ben)的一些公(gong)司開始采(cai)用逆變技(jì)術,将㊙️市電(dian)💔整流後逆(ni)變爲3kHz左右(yòu)的中頻,然(ran)後升壓。進(jin)入80年代,高(gāo)頻開關電(diàn)源技術迅(xun)速發展。德(dé)國西門子(zǐ)公司采用(yong)功率🏃晶體(tǐ)管做主開(kāi)📐關元件,将(jiāng)電源的開(kāi)關頻率提(tí)高到20kHz以上(shàng)。并将幹式(shi)♈變壓器技(jì)術成功的(de)應用于高(gao)頻高壓電(dian)源,取消了(le)高壓變壓(ya)器油箱,使(shi)❄️變壓器系(xì)統的體積(ji)進一步減(jian)小。
國内對(duì)靜電除塵(chén)高壓直流(liú)電源進行(hang)了研制,市(shì)電💘經整流(liú)變爲直流(liu),采用全橋(qiao)零電流開(kāi)關串聯諧(xie)振逆變電(dian)路将直流(liú)電壓逆🤩變(bian)爲高頻電(diàn)壓,然後由(you)高🤟頻變壓(ya)器升壓,最(zuì)後整流爲(wei)直流高壓(ya)。在電阻負(fù)載條件下(xià),輸出直流(liú)電壓達到(dào)55kV,電❓流達到(dào)15mA,工作頻率(lǜ)爲25.6kHz。
2.8 電力有(you)源濾波器(qì)
傳統的交(jiāo)流-直流(AC-DC)變(biàn)換器在投(tou)運時,将向(xiang)電網注入(ru)大量的✏️諧(xie)波電流,引(yǐn)起諧波損(sun)耗和幹擾(rao),同時還出(chu)現裝置網(wang)側功♈率因(yīn)數惡化的(de)現象,即所(suo)謂“電力公(gong)♋害”,例如🤟,不(bu)可控整流(liu)加電容濾(lǜ)波時,網側(cè)三次諧波(bo)含量可達(da)(70~80)%,網側功率(lü)因數僅有(you)㊙️0.5~0.6。
電力有源(yuan)濾波器是(shì)一種能夠(gòu)動态抑制(zhi)諧波的新(xīn)型♉電力電(dian)子裝置,能(néng)克服傳統(tong)LC濾波器的(de)不足,是一(yī)種很有發(fa)展前途的(de)諧波💰抑制(zhi)手段。濾波(bo)器由橋式(shi)💚開關功🙇🏻率(lü)變換器和(he)具體控制(zhi)電路構成(chéng)。與傳統開(kai)關電源的(de)區别是:(l)不(bú)僅反饋輸(shu)出電壓,還(hai)反饋輸入(rù)✉️平均電流(liu); (2)電流環基(jī)準信号爲(wei)電壓環誤(wù)差信号與(yǔ)全波整流(liú)電壓取樣(yang)信号之乘(chéng)積。
