kaiyun官方网站电工电子技术应用与发展现代电源技术是应用电力电子半导体器件,综合自动控制、计算机(微处理器)技术和电磁技 术的多学科边缘交又技术。在各种高质量、高效、高可靠性的电源中起关键作用,是现代电力电 子技术的具 体应用。 当前,电力电子作为节能、节才、自动化、智能化、机电一体化的基础,正朝着应用技术高频化、硬件结构模块化、产品性能绿色化的方向发展。在不远的将来,电力电 子技术将使电源技术更加成熟、经 济、实用,实现高效率和高品质用电相结合。

　　1. 电力电子技术的发展 现代电力电子技术的发展方向,是从以低频技术处理问题为主的传统电力电子学,向以高频 技术处理问题为主的现代电力电子学方向转变。 电力电子技术起始于五十年代末六十年代初的硅 整流器件,其发展先后经历了整流器时代、 逆变器时代和变频器时代,并促进了电力电子技术在许 多新领域的应用。八十年代末期和九十年代初期发展起来的、以功率 MOSFET 和 IGBT 为代表的、 集高频、高压和大电流于一身的功率半导体复合器件,表明传统电力电子技术已经进入现代电力 电子时代。 1.1 整流器时代 大功率的工业用电由工频(50Hz)交流发电机提供,但是大约 20%的电能是以直流形式消费的, 其中最典型的是电解(有色金属和化工原料需要直流电解)、 牵引(电气机车、 电传动的内燃机车、 地铁机车、城市无轨电车等)和直流传动(轧钢、造纸等)三大领域。大功率硅整流器能够高效率 地把工频交流电转变为直流电,因此在六十年代和七十年代,大功率硅整流管和晶闸管的开发与 应用得以很大发展。 当时国内曾经掀起了-股各地大办硅整流器厂的热潮,目前全国大大小小的制 造硅整流器的半导体厂家就是那时的产物。 1.2 逆变器时代 七十年代出现了世界范围的能源危机,交流电机变频惆速因节能效果显著而迅速发展kaiyun官方网站。变频 调速的关键技术是将直流电逆变为 0~100Hz 的交流电。在七十年代到八十年代,随着变频调速装 置的普及,大功率逆变用的晶闸管、巨型功率晶体管(GTR)和门极可关断晶闸管(GT0)成为当时电 力电子器件的主角。类似的应用还包括高压直流输出,静止式无功功率动态补偿等。这时的电力 电子技术已经能够实现整流和逆变,但工作频率较低,仅局限在中低频范围内。 1.3 变频器时代 进入八十年代,大规模和超大规模集成电路技术的迅猛发展,为现代电力电子技术的发展奠 定了基础。将集成电路技术的精细加工技术和高压大电流技术有机结合,出现了一批全新的全控 型功率器件、首先是功率 M0SFET 的问世,导致了中小功率电源向高频化发展,而后绝缘门极双极 晶体管(IGBT)的出现,又为大中型功率电源向高频发展带来机遇。 MOSFET 和 IGBT 的相继问世,是 传统的电力电子向现代电力电子转化的标志。 据统计,到 1995 年底,功率 M0SFET 和 GTR 在功率半 导体器件市场上已达到平分秋色的更多资料访问六剑客职教园： 地步,而用 IGBT 代替 GTR 在电力 电子领域巳成定论。新型器件的发展不仅为交流电机变频调速提供了较高的频率,使其性能更加完善可靠,而且使现代电子技术不断向高频化发展,为用电设备的高效节材节能,实现小型轻量化, 机电一体化和智能化提供了重要的技术基础。 2. 现代电力电子的应用领域 2.1 计算机高效率绿色电源 高速发展的计算机技术带领人类进入了信息社会,同时也促进了电源技术的迅速发展kaiyun官方网站。八十 年代,计算机全面采用了开关电源,率先完成计算机电源换代。接着开关电源技术相继进人了电 子、电器设备领域。 计算机技术的发展,提出绿色电脑和绿色电源。绿色电脑泛指对环境无害的个人电脑和相关 产品， 绿色电源系指与绿色电脑相关的高效省电电源,根据美国环境保护署 l992 年 6 月 17 日“能 源之星计划规定,桌上型个人电脑或相关的外围设备,在睡眠状态下的耗电量若小于 30 瓦,就符 合 绿色电脑的要求,提高电源效率是降低电源消耗的根本途径。就目前效率为 75%的 200 瓦开关电 源而言,电源自身要消耗 50 瓦的能源。 2.2 通信用高频开关电源 通信业的迅速发展极大的推动了通信电源的发展。 高频小型化的开关电源及其技术已成为现 代通信供电系统的主流kaiyun体育下载官网。 在通信领域中,通常将整流器称为一次电源,而将直流-直流(DC/DC)变换 器称为二次电源。 一次电源的作用是将单相或三相交流电网变换成标称值为 48V 的直流电源。 目 前在程控交换机用的一次电源中,传统的相控式稳压电源己被高频开关电源取代,高频开关电源 (也称为开关型整流器 SMR)通过 MOSFET 或 IGBT 的高频工作,开关频率一般控制在 50-100kHz 范 围内,实现高效率和小型化kaiyun官方网站。 近几年,开关整流器的功率容量不断扩大,单机容量己从 48V/12.5Akaiyun、 48V/20A 扩大到 48V/200A、48V/400A。 因通信设备中所用集成电路的种类繁多,其电源电压也各不相同,在通信供电系统中采用高 功率密度的高频 DC-DC 隔离电源模块,从中间母线V 直流)变换成所需的各种直流 电压,这样可大大减小损耗、 方便维护,且安装、 增加非常方便。 一般都可直接装在标准控制板上, 对二次电源的要求是高功率密度。因通信容量的不断增加,通信电源容量也将不断增加。 2.3 直流-直流(DC/DC)变换器 DC/DC 变换器将一个固定的直流电压变换为可变的直流电压,这种技术被广泛应用于无轨电 车kaiyun、地铁列车、电动车的无级变速和控制,同时使上述控制获得加速平稳、快速响应的性能,并同 时收到节约电能的效果。 用直流斩波器代替变阻器可节约电能(20~30)%。 直流斩波器不仅能起调 压的作用(开关电源), 同时还能起到有效地抑制电网侧谐波电流噪声的作用。 通信电源的二次电源 DC/DC 变换器已商品化,模块采用高频 PWM 技术,开关频率在 500kHz 左 右,功率密度为 5W~20W/in3kaiyun体育全站入口。 随着大规模集成电路的发展,要求电源模块实现小型化,因此就要不 断提高开关频率和采用新的电路拓扑结构,目前已有一些公司研制生产了采用零电流开关和零电 压开关技术的二次电源模块,功率密度有较大幅度的提高。 2.4 不间断电源(UPS) 不间断电源(UPS)是计算机、通信系统以及要求提供不能中断场合所必须的一种高可靠、高