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現(xiàn)代電源技術(shù)發(fā)展綜述
來(lái)源: | 作者:pmoaf1d4f | 發(fā)布時(shí)間: 2017-04-27 | 8073 次瀏覽 | 分享到:
       現(xiàn)代電源技術(shù)是應(yīng)用電力電子半導(dǎo)體器件、綜合自動(dòng)控制、計(jì)算機(jī)(微處理器)技術(shù)和電磁技術(shù)的多學(xué)科邊緣交又技術(shù)。它在各種高質(zhì)量、高效、高可靠性的電源中起關(guān)鍵作用,是現(xiàn)代電力電子技術(shù)的具體應(yīng)用。
  當(dāng)前,電力電子作為節(jié)能、自動(dòng)化、智能化、機(jī)電一體化的基礎(chǔ),正朝著應(yīng)用技術(shù)高頻化、硬件結(jié)構(gòu)模塊化、產(chǎn)品性能綠色化的方向發(fā)展。在不遠(yuǎn)的將來(lái),電力電子技術(shù)將使電源技術(shù)更加成熟、經(jīng)濟(jì)、實(shí)用,實(shí)現(xiàn)高效率和高品質(zhì)用電相結(jié)合。
一、現(xiàn)代電源技術(shù)發(fā)展
1.現(xiàn)代電源技術(shù)概況
        現(xiàn)代電源技術(shù)應(yīng)用范圍廣泛,特別是它綜合了多種學(xué)科的先進(jìn)的知識(shí),能為高新技術(shù)的發(fā)展提供有力的支撐。
電源的種類按照不同的分類標(biāo)準(zhǔn)來(lái)看,主要有以下幾種:按輸入-輸出分為AC-AC、AC-DC、DC-DC、DC-AC;按工作狀態(tài)分為線性電源、開(kāi)關(guān)電源、二極管穩(wěn)壓電源;按同負(fù)載連接穩(wěn)壓方式分為串聯(lián)型穩(wěn)壓電源、并聯(lián)型穩(wěn)壓電源。在各種電源中開(kāi)關(guān)電源以其體積小、效率高、環(huán)路PWM控制、輸出短路和過(guò)載保護(hù)等特性已占領(lǐng)了電源市場(chǎng),在電力電子技術(shù)的應(yīng)用及各種電源系統(tǒng)中,開(kāi)關(guān)電源技術(shù)均處于核心地位。電源設(shè)備用以實(shí)現(xiàn)電能變換和功率傳遞,是一種技術(shù)含量高、知識(shí)面寬、更新?lián)Q代快的產(chǎn)品。
2.電源技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)
        隨著電力電子技術(shù)的不斷發(fā)展,電力電子器件的不斷更新升級(jí),現(xiàn)代電源技術(shù)勢(shì)必會(huì)得到不斷的發(fā)展,其發(fā)展的主要趨勢(shì)是:
首先,技術(shù)的模塊化、智能化。電源技術(shù)模塊化有兩方面的含義, 其一是指功率器件的模塊化, 其二是指電源單元的模塊化。新型電源將其各種模塊集成在一起,使開(kāi)關(guān)電源的體積進(jìn)一步縮小,提高了器件的穩(wěn)定性和系統(tǒng)的可靠性。輸出穩(wěn)壓電路模塊化,使電源在實(shí)際應(yīng)用中更加靈活、方便、智能。
其次,技術(shù)的多元化,數(shù)字化?,F(xiàn)代電子技術(shù)是一門(mén)綜合性技術(shù)學(xué)科,電源技術(shù)的發(fā)展與相關(guān)技術(shù)的發(fā)展是相互促進(jìn)的。與電源相關(guān)的技術(shù)有高頻變換技術(shù)、功率轉(zhuǎn)換技術(shù)、數(shù)字化控制技術(shù)、全諧振高頻軟開(kāi)關(guān)變換技術(shù)、同步整流技術(shù)、高度智能化技術(shù)、電磁兼容技術(shù)等,為了不斷進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新,電源技術(shù)要了解相關(guān)行業(yè)的技術(shù)水平和動(dòng)態(tài),及時(shí)更新知識(shí)技能。
最后,技術(shù)的綠色化。在工業(yè)化進(jìn)程中,環(huán)境友好越來(lái)越受到全社會(huì)的關(guān)注。因此電源技術(shù)的低能耗、低污染、高效率已成為發(fā)展的必然趨勢(shì)。使新的電源技術(shù)能夠節(jié)約能源消耗,減少對(duì)環(huán)境的污染,同時(shí)提高用電效率,避免能源浪費(fèi)。20世紀(jì)末,各種有源濾波器和有源補(bǔ)償器的方案誕生,能夠修正功率因數(shù),為21世紀(jì)批量生產(chǎn)各種綠色電源產(chǎn)品奠定了基礎(chǔ)。
二、現(xiàn)代電力電子技術(shù)的發(fā)展
1.現(xiàn)代電力電子技術(shù)的發(fā)展歷程
        電力電子技術(shù)是利用電力電子器件對(duì)電能進(jìn)行控制和轉(zhuǎn)換的學(xué)科。它是電力、電子、控制三大電氣工程技術(shù)領(lǐng)域之間的交叉學(xué)科。隨著科技的發(fā)展,電力電子技術(shù)和現(xiàn)代控制理論、材料科學(xué)、電機(jī)工程、微電子技術(shù)等許多領(lǐng)域密切相關(guān),已逐步發(fā)展成為一門(mén)多學(xué)科相互滲透的綜合性技術(shù)學(xué)科。
現(xiàn)代電力電子技術(shù)的發(fā)展經(jīng)歷了整流器時(shí)代、逆變器時(shí)代和變頻器時(shí)代,各種電力電子器件不斷更新,也促進(jìn)了電力電子技術(shù)在許多新領(lǐng)域的應(yīng)用。
具體的發(fā)展歷程是:
        第一,整流器時(shí)代。大功率的工業(yè)用電由工頻(50Hz)交流發(fā)電機(jī)提供,但是大約有20%的電能是以直流形式消費(fèi)的,其中最典型的是電解、牽引和直流傳動(dòng)這三大領(lǐng)域。在這個(gè)階段,大功率硅整流管和晶閘管的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用得到了很大發(fā)展。
        第二,逆變器時(shí)代。二十世紀(jì)七十年代,由于微機(jī)的發(fā)展,使電力電子裝置得以進(jìn)一步朝智能化的方向發(fā)展。隨著電力電子電路的發(fā)展和完善,由晶閘管組成的多種不同類型的電力電子裝置不斷出現(xiàn)。大功率逆變用的晶閘管、門(mén)極可關(guān)斷晶閘管和巨型功率晶體管是當(dāng)時(shí)電力電子器件的主角。這時(shí)的電力電子技術(shù)已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)整流和逆變,但工作頻率較低,僅局限在中低頻范圍內(nèi)。
        第三,變頻器時(shí)代。八十年代大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路技術(shù)的迅猛發(fā)展,為現(xiàn)代電力電子技術(shù)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。集成電路技術(shù)的精細(xì)加工技術(shù)和高壓大電流技術(shù)有機(jī)結(jié)合,產(chǎn)生了一批全新的全控型功率器件。MOSFET和IGBT的相繼問(wèn)世,是傳統(tǒng)的電力電子向現(xiàn)代電力電子轉(zhuǎn)化的標(biāo)志。新型器件的發(fā)展不僅使交流電機(jī)性能更加完善可靠,而且使現(xiàn)代電子技術(shù)不斷向高頻化發(fā)展,為用電設(shè)備的高效節(jié)能,實(shí)現(xiàn)小型輕量化,機(jī)電一體化和智能化提供了重要的技術(shù)基礎(chǔ)。
2.現(xiàn)代電力電子技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)
        在當(dāng)代的知識(shí)社會(huì)中強(qiáng)調(diào)技術(shù)創(chuàng)新,我國(guó)政府和企業(yè)也不斷加大創(chuàng)新意識(shí),將創(chuàng)新視為企業(yè)工作的主導(dǎo)內(nèi)容。電力電子技術(shù)是一項(xiàng)生命力旺盛的技術(shù),與多種學(xué)科相互滲透,因而建立電氣工業(yè)的技術(shù)創(chuàng)新機(jī)制,發(fā)展先進(jìn)的電力電子技術(shù),對(duì)于優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、推動(dòng)新型電氣工業(yè)升級(jí)和帶動(dòng)我國(guó)工業(yè)領(lǐng)域的技術(shù)創(chuàng)新具有重要作用。
二十世紀(jì)90年代電力電子器件的研究和開(kāi)發(fā),已進(jìn)入高頻化,標(biāo)準(zhǔn)模塊化,集成化和智能時(shí)代。以目前的形勢(shì)來(lái)看,電力電子技術(shù)主要發(fā)展趨勢(shì)將仍是是高頻化和智能化。高頻化和變頻技術(shù)的發(fā)展,將使機(jī)電設(shè)備向高頻化方向發(fā)展,提高響應(yīng)速度,實(shí)現(xiàn)最佳工作效率,并能實(shí)現(xiàn)無(wú)噪音且兼具全新的功能和用途。而智能化的進(jìn)展,會(huì)促進(jìn)信息處理與功率處理的合一,促進(jìn)電子技術(shù)的發(fā)展。
三、開(kāi)關(guān)電源的發(fā)展及應(yīng)用
        開(kāi)關(guān)電源(Switching power supply)是利用現(xiàn)代電力電子技術(shù),控制開(kāi)關(guān)管開(kāi)通和關(guān)斷的時(shí)間比率,維持穩(wěn)定輸出電壓的一種電源,開(kāi)關(guān)電源一般由脈沖寬度調(diào)制(PWM)控制IC和MOSFET構(gòu)成。應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)化控制、軍工設(shè)備、科研設(shè)備、LED照明、工控設(shè)備、通訊設(shè)備、電力設(shè)備、儀器儀表、醫(yī)療設(shè)備、半導(dǎo)體制冷制熱、空氣凈化器、電冰箱、液晶顯示器、LED燈具、通訊設(shè)備、視聽(tīng)產(chǎn)品、安防、電腦機(jī)箱、數(shù)碼產(chǎn)品和儀器類等領(lǐng)域。
        開(kāi)關(guān)電源高頻化是其發(fā)展的方向,高頻化使開(kāi)關(guān)電源小型化,并使開(kāi)關(guān)電源進(jìn)入更廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域,特別是在高新技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用,推動(dòng)了開(kāi)關(guān)電源的發(fā)展前進(jìn),產(chǎn)品不斷向著輕、小、薄、低噪聲、高可靠、抗干擾的方向發(fā)展。
        現(xiàn)代電力電子技術(shù)是開(kāi)關(guān)電源技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)。隨著新型電力電子器件和適于更高開(kāi)關(guān)頻率的電路拓?fù)涞牟粩喑霈F(xiàn),現(xiàn)代電源技術(shù)將在實(shí)際需要的推動(dòng)下快速發(fā)展。在傳統(tǒng)的應(yīng)用技術(shù)下,由于功率器件性能的限制而使開(kāi)關(guān)電源的性能受到影響,為了極大發(fā)揮各種功率器件的特性,使器件性能對(duì)開(kāi)關(guān)電源性能的影響減至最小,新型的電源電路拓?fù)浜托滦偷目刂萍夹g(shù),可使功率開(kāi)關(guān)工作在零電壓或零電流狀態(tài),從而可大大的提高工作頻率,提高開(kāi)關(guān)電源工作效率,設(shè)計(jì)出性能優(yōu)良的開(kāi)關(guān)電源。
  總而言之,電力電子及開(kāi)關(guān)電源技術(shù)因應(yīng)用需求不斷向前發(fā)展,新技術(shù)的出現(xiàn)又會(huì)使許多應(yīng)用產(chǎn)品更新?lián)Q代,還會(huì)開(kāi)拓更多更新的應(yīng)用領(lǐng)域。開(kāi)關(guān)電源高頻化、模塊化、數(shù)字化、綠色化等的實(shí)現(xiàn),將標(biāo)志著這些技術(shù)的成熟,實(shí)現(xiàn)高效率用電和高品質(zhì)用電相結(jié)合。這幾年,隨著通信行業(yè)的發(fā)展,以開(kāi)關(guān)電源技術(shù)為核心的通信用開(kāi)關(guān)電源,僅國(guó)內(nèi)有數(shù)百億人民幣的市場(chǎng)需求,吸引了國(guó)內(nèi)外一大批科技人員對(duì)其進(jìn)行開(kāi)發(fā)研究。開(kāi)關(guān)電源代替線性電源和相控電源是大勢(shì)所趨,因此,同樣具有幾十億產(chǎn)值需求的電力操作電源系統(tǒng)的國(guó)內(nèi)市場(chǎng)正在啟動(dòng),并將很快發(fā)展起來(lái)。還有其它許多以開(kāi)關(guān)電源技術(shù)為核心的專用電源、工業(yè)電源正在等待著人們?nèi)ラ_(kāi)發(fā)。
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