現代(dai)電力電歪歪漫画🔞免费登录界面弹窗入口🌈子及(jí)電源技術的(de)發展
點擊次(cì)數： 更新時間(jiān)：2025-12-10
本文闡述了(le)現代電力電(diàn)子技術的發(fā)展過程,對電(dian)💘力電子技術(shu)的應用領域(yu)進行了描述(shu),論述了 現代(dài)電源🌐技術的(de)發展趨勢。
現(xiàn)代電源技術(shu)是應用電力(lì)電子半導體(ti)器件,綜合自(zì)動控制、計算(suan)機(微處理器(qi))技術和電磁(ci)技術的多學(xué)科邊緣🧡交叉(chā)技術。在各☀️種(zhǒng)高質量、高效(xiao)、高可靠性的(de)電源中起關(guan)鍵作用,是現(xian)代電力電子(zi)技術的具 體(ti)應用。
當前,電(dian)力電子作爲(wei)節能、節才、自(zi)動化、智能化(huà)、機電一體化(hua)的基礎,正朝(chao)着應用技術(shù)高頻化、硬件(jiàn)結構模塊化(huà)、産品性🔆能綠(lǜ)色化🌈的方向(xiang)發展。在不遠(yuan)的将來,電力(lì)🈚電子技術将(jiāng)使🚩電源技術(shù)更加成熟、經(jing) 濟、實用,實現(xiàn)高效率和高(gāo)品質用電相(xiàng)結合。
1. 電力電(dian)子技術的發(fā)展
現代電力(lì)電子技術的(de)發展方向,是(shì)從以低頻技(jì)術處理問題(ti)爲主的傳統(tǒng)電力電子學(xue),向以高頻技(jì)術🌏處理問題(tí)爲主的現♋代(dài)電力電子學(xué)方向轉變。電(dian)力電子技術(shù)起始于五十(shi)🏃🏻年代末六十(shi)年代初的矽(xī)整流器件,其(qi)發展先後🚩經(jīng)曆了整流器(qì)時代、逆變器(qì)時🐅代和變頻(pin)器時代,并促(cù)進👌了電力電(dian)子技術在許(xu)多新領域的(de)應用。八十年(nián)代末期和九(jiǔ)十年代初期(qi)發展起來的(de)、以功率MOSFET和IGBT爲(wei)代表的、集高(gāo)頻、高壓和大(dà)電流于一身(shēn)的功率半❤️導(dǎo)體複合器件(jiàn),表明傳統電(diàn)力電子技術(shu)已經進入現(xian)代電力電子(zǐ)時代。
1.1 整流器(qì)時代
大功率(lǜ)的工業用電(dian)由工頻(50Hz)交流(liu)發電機提供(gòng),但是大約20%的(de)電能是以直(zhi)流形式消費(fei)的,其中最典(diǎn)型的是電解(jiě)(有✨色金屬和(hé)化工原料需(xu)要直流電解(jiě))、牽引(電氣機(ji)車、電傳🏃🏻動的(de)内燃機車、地(dì)鐵機車、城市(shi)無軌電車等(deng))和直流傳動(dòng)(軋鋼、造紙等(děng))三大領域。大(da)功率🍓矽整流(liú)器能夠高效(xiao)率地🈲把工頻(pin)交流電轉變(bian)爲直流電,因(yin)此在六十年(nián)代和七十♍年(nián)代,大功率矽(xi)整流管和晶(jing)閘管的開👅發(fa)與應🏃♀️用得以(yǐ)很🌏大發展。當(dāng)時國内曾經(jing)掀起了一股(gu)各地大辦矽(xī)整流器廠的(de)熱潮,目前全(quán)國大大小小(xiao)的制造矽👄整(zhěng)流器的半導(dao)體廠家就是(shi)那時的産🐉物(wu)。
1.2 逆變器時代(dai)
七十年代出(chu)現了世界範(fan)圍的能源危(wei)機,交流電機(ji)變頻調👨❤️👨速因(yīn)節能效果顯(xiǎn)著而迅速發(fā)展。變頻調速(su)🔞的關鍵技術(shù)是将直流電(dian)♈逆變爲0~100Hz的交(jiao)流電。在七十(shi)年代到八十(shí)年代,随着變(biàn)頻調速裝置(zhì)☀️的普及,大功(gōng)率逆變用的(de)晶閘管、巨型(xíng)功率晶體管(guan)(GTR)和門極可關(guān)斷晶閘管(GT0)成(chéng)爲當時電力(li)電子器件的(de)主角。類似的(de)應用還包括(kuo)高✌️壓直流輸(shu)出,靜👅止式無(wú)功功率❗動态(tài)補償等。這時(shi)的電力電子(zǐ)技術已經能(neng)夠實現整流(liú)和逆變,但工(gōng)作頻率較低(di),僅局限在中(zhōng)㊙️低頻範圍内(nei)。
1.3 變頻器時代(dai)
進入八十年(nian)代,大規模和(hé)超大規模集(jí)成電路技術(shù)的迅😘猛發展(zhan),爲現代電力(lì)電子技術的(de)發展奠定了(le)基礎🈲。将集🐪成(chéng)電路技術的(de)精細加工技(jì)術和高壓大(dà)電流技術有(you)機結合,出現(xian)了一批全新(xīn)🧡的全控型功(gong)率器件、首先(xian)是功率M0SFET的問(wèn)世,導🙇♀️緻了中(zhong)小功率電源(yuan)💚向高頻化發(fā)展,而後絕緣(yuan)🌈門極雙極晶(jing)體管(IGBT)的出現(xiàn),又爲大中型(xing)功率電源向(xiang)高頻發展帶(dai)來機遇。MOSFET和IGBT的(de)相繼問世,是(shi)傳統的電力(li)電子向現代(dai)電力電子轉(zhuǎn)🈲化的标志。據(ju)統計,到1995年底(dǐ),功率M0SFET和GTR在功(gong)率半導體器(qì)🔅件市場上已(yǐ)達到平分⭐秋(qiū)色的地步,而(er)用IGBT代替GTR在電(dian)☂️力電子領域(yù)巳成🈲定論。新(xīn)型器件的發(fa)展不僅爲交(jiāo)流電機變頻(pin)調速提供了(le)較高的頻率(lü),使其性能更(gèng)加完🧑🏾🤝🧑🏼善可靠(kào),而且使現代(dài)電子技術不(bu)斷向高頻化(hua)發展,爲用電(diàn)設備的高效(xiao)節材節😍能,實(shi)👣現小型輕量(liang)化,機電一體(ti)化和智🏃能化(huà)提供了重要(yào)的技術基🌏礎(chǔ)。
2. 現代電力電(diàn)子的應用領(lǐng)域
2.1 計算機高(gao)效率綠色電(dian)源
高速發展(zhan)的計算機技(jì)術帶領人類(lei)進入了信息(xi)社會,同時😍也(ye)促進了電源(yuan)技術的迅速(sù)發展。八十年(nián)代,計算機全(quán)面采用了開(kāi)關電源,率先(xian)完成計算機(jī)電源換代。接(jiē)着開關電源(yuan)技術相繼進(jin)人了電子、電(diàn)器設備領域(yù)。
計算機技術(shù)的發展,提出(chu)綠色電腦和(he)綠色電源。綠(lǜ)色電腦泛指(zhi)對環境無害(hai)的個人電腦(nao)和相關産品(pǐn)，綠色電源系(xi)指與綠色電(dian)腦相關的高(gāo)效省電電源(yuan),根據美國環(huan)境保護署l992年(nián)12月10日“能源之(zhī)星"計劃規定(ding),桌上型個人(ren)電腦或相關(guān)的外圍設備(bei),在睡眠狀态(tài)下的耗電量(liàng)若小于30瓦,就(jiù)符合綠色電(dian)腦的要求,提(tí)高電源效率(lǜ)是降低電源(yuan)消耗🌂的根本(ben)途徑。就目前(qián)💜效率爲75%的⛹🏻♀️200瓦(wǎ)開關電源而(er)🔱言,電源自身(shen)要消耗50瓦的(de)能源。
2.2 通信用(yong)高頻開關電(diàn)源
通信業的(de)迅速發展極(jí)大的推動了(le)通信電源的(de)發展。高頻小(xiǎo)型化的開關(guān)電源及其技(ji)術已成爲現(xiàn)代通信供電(diàn)系統的主流(liu)。在通信領域(yu)中,通常将整(zhěng)流❤️器稱爲一(yi)次電源,而将(jiang)直流-直流(DC/DC)變(biàn)換器稱爲二(er)次電源。一次(ci)電源的作用(yong)是将單🙇🏻相或(huo)三相交流電(diàn)網變換成标(biao)稱值爲48V的直(zhi)流電源。目前(qián)在程控交換(huàn)機❗用的一次(cì)電源中,傳統(tong)的相控式穩(wěn)壓電源己被(bèi)高頻開關電(dian)源取代,高頻(pin)開關電源(也(yě)稱爲開關型(xing)整流器SMR)通過(guo)MOSFET或IGBT的高頻🔞工(gōng)作,開關頻率(lǜ)一般❓控制在(zài)50-100kHz範圍内,實現(xian)高效率和小(xiao)型化。近幾年(nian),開關整流器(qì)的功率容量(liàng)不斷擴大,單(dān)機容量己從(cóng)48V/12.5A、48V/20A擴大到48V/200A、48V/400A。
因通(tong)信設備中所(suo)用集成電路(lu)的種類繁多(duō),其電源電🌐壓(ya)也各🏃不🔅相同(tong),在通信供電(diàn)系統中采用(yòng)高功率密度(dù)的高頻DC-DC隔離(lí)電🔆源模塊,從(cong)中間母線電(diàn)壓(一般爲48V直(zhi)流❤️)變換成所(suǒ)需的✨各種直(zhí)💋流電壓,這樣(yàng)可大大⛹🏻♀️減小(xiao)損耗、方便維(wei)護,且安裝、增(zēng)加非常方便(bian)。一般都可直(zhí)接裝在标準(zhun)控制闆上,對(duì)二次電源的(de)要求是🍉高功(gōng)率密度。因通(tong)信容量的不(bú)斷增加,通信(xìn)電源容量也(yě)将不斷增加(jia)。
2.3 直流-直流(DC/DC)變(biàn)換器
DC/DC變換器(qì)将一個固定(dìng)的直流電壓(yā)變換爲可變(biàn)的直流♉電壓(yā),這種技術被(bei)廣泛應用于(yu)無軌電車、地(di)鐵列車、電動(dòng)車㊙️的無級變(bian)速和控制,同(tong)時使上述控(kòng)制獲📞得加速(sù)㊙️平穩、快速響(xiǎng)應的性能㊙️,并(bing)同時收到節(jiē)約電能的效(xiao)果🈲。用直流斬(zhan)波器代替變(biàn)阻器可節約(yuē)電能(20~30)%。直流斬(zhan)波器不僅能(neng)起調壓的作(zuo)用(開關電源(yuan)), 同時📱還能起(qi)到有效地抑(yì)制電網側諧(xié)波電流噪聲(shēng)🛀的作用。
通信(xin)電源的二次(ci)電源DC/DC變換器(qì)已商品化,模(mo)塊采用高頻(pín)PWM技術,開關頻(pin)率在500kHz左右,功(gōng)率密度爲5W~20W/in3。随(suí)着大規模集(ji)💜成電路的發(fa)展,要求電源(yuán)模塊實現小(xiǎo)型化,因此就(jiu)要不斷提高(gao)開關頻率和(he)🍓采用新的電(diàn)路拓撲結構(gou),目前已有一(yi)些公司研制(zhi)生産了采用(yong)零電流開關(guan)和零電🥰壓開(kai)關技術的二(er)次電源模塊(kuai),功率密度有(yǒu)較大幅度🚩的(de)提高。
2.4 不間斷(duan)電源(UPS)
不間斷(duàn)電源(UPS)是計算(suàn)機、通信系統(tong)以及要求提(tí)供不🌏能中斷(duàn)🈲場合所必須(xū)的一種高可(ke)靠、高性能的(de)電源。交流市(shi)電輸入經整(zhěng)流器變成直(zhi)流,一部分能(néng)量給蓄電池(chí)組充電,另一(yi)部分能量🌈經(jing)逆變🚶器變成(chéng)交流,經轉換(huàn)開關送到負(fu)載。爲了在逆(ni)變器故障時(shí)仍能向負載(zǎi)提供能量,另(lìng)一路備用電(diàn)源通過電源(yuán)轉換🥰開關來(lái)實現😍。
現代UPS普(pǔ)遍了采用脈(mò)寬調制技術(shù)和功率M0SFET、IGBT等現(xiàn)代電力電子(zi)器件,電源的(de)噪聲得以降(jiang)低,而效率和(he)可靠性得以(yi)提高。微處理(li)器軟硬件技(ji)術的引入,可(kě)以實🈲現對UPS的(de)💜智能化管理(lǐ),進行遠程維(wei)護和⚽遠程診(zhěn)斷。
目前在線(xiàn)式UPS的最大容(rong)量已可作到(dào)600kVA。超小型UPS發展(zhan)也很迅速,已(yǐ)經有0.5kVA、lkVA、2kVA、3kVA等多種(zhǒng)規格的産品(pǐn)。
2.5 變頻器電源(yuán)
變頻器電源(yuan)主要用于交(jiāo)流電機的變(bian)頻調速,其在(zai)電氣傳動系(xi)統中占據的(de)地位日趨重(zhong)要,已獲得巨(ju)大的💛節能👄效(xiào)果。變頻😄器電(dian)源主電路均(jun1)采用交流-直(zhí)流-交流方案(an)。工頻電源通(tong)過整流器變(biàn)成固定的直(zhí)流電壓,然後(hou)由大功率晶(jing)體管或IGBT組成(cheng)的PWM高頻變換(huàn)🤟器, 将直流電(diàn)壓逆變成電(dian)壓、頻率可變(bian)的交流輸出(chū)💞,電源輸出波(bo)形‼️近似于正(zheng)弦波,用于驅(qu)動交流異步(bu)電動機實🏃現(xiàn)無級調速。
國(guo)際上400kVA以下的(de)變頻器電源(yuan)系列産品已(yi)經問世。八十(shi)年代初💃🏻期,日(ri)本東芝公司(si)最先将交流(liú)變頻調速技(jì)術應用🎯于空(kong)調器中。至1997年(nián),其占有率已(yǐ)達到日本💔家(jiā)用空🧡調的70%以(yǐ)🔞上。變頻空調(diào)具有舒适、節(jie)能等優點🔅。國(guo)内于90年🔞代初(chū)期開🈲始研究(jiu)變頻空調,96年(nián)引進生産🚶♀️線(xian)生産變頻空(kōng)調器,逐漸形(xing)成變頻空調(diao)開發生産熱(re)點。預計到2000年(nian)左右将形成(chéng)高潮。變頻空(kong)調除了變頻(pin)電源外,還要(yào)求有适合于(yú)變頻調速的(de)壓縮機電機(ji)🌍。優化控制策(cè)略,精🍓選功能(néng)組件,是空調(diào)變頻電源研(yán)制的進一步(bù)發展方向。
2.6 高(gao)頻逆變式整(zhěng)流焊機電源(yuán)
高頻逆變式(shi)整流焊機電(diàn)源是一種高(gāo)性能、高效、省(sheng)材的新型焊(hàn)機電源,代表(biǎo)了當今焊機(ji)電源的發展(zhǎn)方向。由于🔞IGBT大(da)容量模💯塊的(de)商用化,這種(zhong)電源更有着(zhe)廣闊的應用(yòng)前🏃♀️景。
逆變焊(han)機電源大都(dou)采用交流-直(zhi)流-交流-直流(liú)(AC-DC-AC-DC)變換的方法(fa)🍉。50Hz交流電經全(quán)橋整流變成(chéng)直流,IGBT組成的(de)PWM高頻變換部(bu)分将直流電(dian)逆變成20kHz的高(gao)頻矩形波,經(jīng)高頻變壓器(qì)♈耦合, 整流濾(lü)波後成爲⭕穩(wen)定的直流,供(gong)電弧使用。
由(yóu)于焊機電源(yuan)的工作條件(jiàn)惡劣,頻繁的(de)處于短路、燃(rán)弧、開路交替(tì)變化之中,因(yin)此高頻逆變(bian)式整流焊機(ji)電源的🤟工作(zuo)可靠性問❓題(ti)成爲最關鍵(jiàn)的問題,也是(shì)用戶最關心(xin)的問題。采用(yong)微🙇🏻處理器🈲做(zuò)爲脈沖寬度(du)調制(PWM)的相關(guān)控制器,通過(guo)對🔞多參數、多(duō)信息的提取(qu)與分析,達到(dao)預知系統各(gè)種工作狀态(tài)的目的,進而(er)提前對系統(tong)㊙️做出調整和(he)處理,解決了(le)目前大功率(lü)IGBT逆變電源可(kě)靠性。
國外逆(nì)變焊機已可(ke)做到額定焊(han)接電流300A,負載(zai)持續率60%,全載(zai)♋電壓60~75V,電流調(diào)節範圍5~300A,重量(liang)29kg。
2.7 大功率開關(guan)型高壓直流(liú)電源
大功率(lü)開關型高壓(yā)直流電源廣(guang)泛應用于靜(jing)電除塵、水質(zhì)改良、醫用X光(guāng)機和CT機等大(dà)型設備。電壓(yā)高達50~l59kV,電流🧑🏾🤝🧑🏼達(da)到0.5A以上,功率(lǜ)可達100kW。
自從70年(nián)代開始,日本(běn)的一些公司(sī)開始采用逆(ni)變技術💋,将🐉市(shì)‼️電整流後逆(ni)變爲3kHz左右的(de)中頻,然後升(sheng)壓。進入80年代(dai),高頻開關電(dian)源技術迅速(sù)發展。德國西(xi)門子公司采(cai)用功率✂️晶體(tǐ)管做主開關(guan)元件,将電源(yuán)的開🧑🏽🤝🧑🏻關頻率(lǜ)提高到20kHz以上(shang)。并将幹式變(bian)壓器技術成(cheng)功的應用于(yu)高頻高壓電(diàn)源,取消了高(gāo)壓變壓器油(yóu)箱,使🐕變壓器(qì)系統的體積(ji)進一步減小(xiao)。
國内對靜電(dian)除塵高壓直(zhi)流電源進行(háng)了研制,市電(dian)👅經整流變爲(wei)直流,采用全(quan)橋零電流開(kai)關串聯諧振(zhèn)逆變電路将(jiang)直流電壓逆(nì)變爲高頻電(diàn)壓,然後由高(gao)💰頻變壓器升(sheng)壓,最後整🐇流(liu)爲直流高壓(ya)⁉️。在電阻負載(zǎi)條件下,輸出(chu)直流電壓達(dá)到55kV,電流達到(dao)15mA,工作頻率爲(wèi)25.6kHz。
2.8 電力有源濾(lü)波器
傳統的(de)交流-直流(AC-DC)變(biàn)換器在投運(yun)時,将向電網(wang)注入大量的(de)諧波電流,引(yǐn)起諧波損耗(hao)和幹擾,同時(shí)還出現裝置(zhì)網側功🔞率因(yin)🐕數惡化的現(xian)象,即所謂“電(diàn)力公害”,例如(ru),不可控整流(liú)加電容濾波(bo)時,網側三次(ci)諧波含量可(ke)達(70~80)%,網側功率(lǜ)✉️因數僅有0.5~0.6。
電(dian)力有源濾波(bō)器是一種能(neng)夠動态抑制(zhì)諧波的新型(xíng)🌐電力電子裝(zhuāng)置,能克服傳(chuan)統LC濾波器的(de)不足,是一種(zhǒng)很有發展前(qian)途的諧波㊙️抑(yi)制手段。濾波(bō)器由橋式⁉️開(kai)關功率變換(huan)器和具體控(kong)制電路構成(chéng)。與傳統開關(guan)電源的區别(bié)是:(l)不僅反饋(kui)輸出電壓,還(hái)反饋輸入平(ping)均電流; (2)電🌍流(liú)環基準信🌈号(hào)爲電壓環誤(wu)差信号與全(quán)波整流電壓(yā)取樣信号之(zhī)乘積。
