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文檔簡介
1、電源技術(shù)的創(chuàng)新與發(fā)展 1 引言 人類的經(jīng)濟活動已經(jīng)到了工業(yè)經(jīng)濟時代,并正在轉(zhuǎn)入高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)迅猛發(fā)展的時期。電源是位于市電(單相或三相)與負載之間,向負載提供優(yōu)質(zhì)電能的供電設備, 是工業(yè)的基礎。 電源技術(shù)是一種應用功率半導體器件,綜合電力變換技術(shù)、現(xiàn)代電子技術(shù)、自動控制技術(shù)的多學科的邊緣交叉技術(shù)。隨著科學技術(shù)的發(fā)展,電源技術(shù)又與現(xiàn)代控制理論、材料科學、電機工程、微電子技術(shù)等許多領(lǐng)域密切相關(guān)。目前電源技術(shù)已逐步發(fā)展成為一門多學科互相滲透的綜合性技術(shù)學科。他對現(xiàn)代通訊、電子儀器、計算機、工業(yè)自動化、電力工程
2、、國防及某些高新技術(shù)提供高質(zhì)量、高效率、高可靠性的電源起著關(guān)鍵作用。 當代許多高新技術(shù)均與市電的電壓、電流、頻率、相位、和波形等基本參數(shù)的變換和控制相關(guān),電源技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)對這些參數(shù)的精確控制和高效率的處理,特別是能夠?qū)崿F(xiàn)大功率電能的頻率變換,從而為多項高新技術(shù)的發(fā)展提供有力的支持。因此,電源技術(shù)不但本身是一項高新技術(shù),而且還是其他多項高新技術(shù)的發(fā)展基礎。電源技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)的進一步發(fā)展必將為大幅度節(jié)約電能、降低材料消耗以及提高生產(chǎn)效率提供重要的手段,并為現(xiàn)代生產(chǎn)和現(xiàn)代生活帶來深遠的影響。 電源,如今已時非常重要的基礎科技和產(chǎn)業(yè),從日常生活到最尖端的科技,都離不開電源技術(shù)的參與和支持,電源技術(shù)也正是
3、在這種環(huán)境中一步步發(fā)展起來的。 2 電源技術(shù)的創(chuàng)新 1947年底晶體管問世,隨后不到十年,可控硅整流器(SCR,現(xiàn)稱晶閘管)在晶體管逐趨成熟的基礎上問世,從而揭開了電源技術(shù)長足發(fā)展的序幕。半個世紀以來,電源技術(shù)的發(fā)展不斷創(chuàng)新。 (1)高頻變化是電源技術(shù)發(fā)展的主流 電源技術(shù)的精髓是電能變換,即利用電能變化技術(shù),將市電或電池等一次電源變換成適用于各種用電對象的二次電源。開關(guān)電源在電源技術(shù)中占有重要地位,從10kHz發(fā)展到高穩(wěn)定度、大容量、小體積、開關(guān)頻率達到兆赫級的高頻開關(guān)電源。為高頻變換提供了物質(zhì)基礎,促進了現(xiàn)代電源技術(shù)的繁榮和發(fā)展。高頻化帶來了最直接的好處是降低原材料消耗、電源裝置小型化、加快
4、系統(tǒng)的動態(tài)反應,進一步提高電源進入更廣闊的領(lǐng)域特別是高新技術(shù)領(lǐng)域,進一步擴展了它的應用范圍。 (2)新理論、新技術(shù)的指導 諧振變換、移相諧振、零開關(guān)PWM、零過渡PWM等電路拓撲理論;功率因數(shù)校正、有源箝位、并聯(lián)均流、同步整流、高頻磁放大器、高速編程、遙感遙控、微機監(jiān)控等新技術(shù)。指導了現(xiàn)代電源技術(shù)的發(fā)展。 (3)新器件、新材料的支撐 絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)、功率場效應晶體管(MOSFET)、智能IGBT功率模塊(IPM)、MOS柵控晶閘管(MCT)、靜電感應晶體管(SIT)、超快恢復二極管、無感電容器、無感電阻器、新型鐵氧體、非晶和微晶軟磁合金、納米晶軟磁合金等元器件,裝備了現(xiàn)代電源技
5、術(shù),促進產(chǎn)品升級換代。 (4)控制的智能化 控制電路、驅(qū)動電路、保護電路采用集成組件??刂齐娐凡捎萌珨?shù)字化。控制手段用微處理器和單片機組成的軟件控制方式,達到了較高的智能化程度,并且進一步提高了電源設備的可靠性。 (5)電源電路的模塊化、集成化 電源技術(shù)發(fā)展的特點是電源電路的模塊化、集成化。單片電源和模塊電源取代整機電源,功率集成技術(shù)簡化了電源的結(jié)構(gòu)。已經(jīng)在通訊、電力獲得廣泛的應用,并且派生出新的供電體制-分布式供電,是集中供電單一體制走向多元化。 (6)電源設備的標準規(guī)范 電源設備要進入市場,今天的市場意識超越區(qū)域融貫全球的一體化市場,必須遵從能源、環(huán)境、電磁兼容、貿(mào)易協(xié)定等共同準則,電源設
6、備生產(chǎn)廠家必須接受安全、EMC、環(huán)境、質(zhì)量體系等種種標準規(guī)范的認證。 3 電源技術(shù)的發(fā)展 隨著科學技術(shù)的發(fā)展,對電源技術(shù)的要求越來越高,規(guī)格品種越來越廣。特種電源(或稱工業(yè)電源)應用的對象具有多樣性、新穎性和復雜性,要求特種電源設備不僅要保證內(nèi)在性能的完美,而且要賦于其各式各樣特定的外特性以及和外部的接口方式,這就決定了特種電源技術(shù)必須兼收并蓄眾多學科的精華,融匯各行各業(yè)的科技成果。特種電源輸入多為交流市電,輸出有直流、交流或脈沖形式。 (1)交流變頻調(diào)速器 交流變頻調(diào)速器電源驅(qū)動交流異步電動機實現(xiàn)無級調(diào)速,已在電氣傳動中占據(jù)越來越重要的地位,并且已獲得巨大的節(jié)能效果。應用于產(chǎn)業(yè)自動化、風機、
7、水泵流量控制,細紗機、捻紗機程序控制,恒壓供水和多泵并聯(lián),造紙機械同步控制,最大功率達500kW。將交流變頻調(diào)速技術(shù)應用于空調(diào)器中,具有舒適、節(jié)能等優(yōu)點。 (2)電解、電鍍電源 電解、電鍍電源要求穩(wěn)流、穩(wěn)壓。電解生產(chǎn)需要消耗巨大的直流電能,由大功率整流設備供給,采用晶閘管穩(wěn)流,有載調(diào)壓加飽和電抗器穩(wěn)流方式,最大輸出容量:3350V,5150kA。脈沖電源用作金屬表面電化學處理,輸出容量:0100V,104000A。逆變式真空離子鍍膜電源性能的優(yōu)劣直接影響鍍膜質(zhì)量的高低。 (3)高頻逆變式整流焊機電源 高頻逆變式整流焊機電源是一種高性能、高效率、省材料的新型焊機電源,代表了當今焊機電源的發(fā)展方向
8、。由于焊機電源的工作條件惡劣,頻繁地處于短路、燃弧、開路交替變化之中,因此高頻逆變式整流焊機電源的工作可靠性成為關(guān)鍵問題。額定焊接電流可達500A。多用等離子體切割焊機切割電流達2090A,焊接電流為5320A。 (4)中頻感應加熱電源 中頻感應加熱電源可廣泛應用于各行業(yè)的金屬熔煉、表面淬火處理以及透熱彎管等領(lǐng)域。至今仍主要采用快速或高頻晶閘管,頻率為500Hz80kHz,功率為1003000kW,與國外產(chǎn)品相比有一定差距。 (5)電力操作電源 電力操作電源是為發(fā)電廠、水電站及500kV、220kV、110kV、35kV等各類變電站提供直流的電源設備,包括供給短路器分合閘及二次回路的儀器儀表、
9、繼電保護、控制、應急燈光照明等各類低壓電器設備用電。最大輸出電源315V,最大輸出電流120A。 (6)正弦波逆變電源 正弦波逆變電源要求精度穩(wěn)壓、穩(wěn)頻,并要求波形品質(zhì)。400Hz中頻逆變電源三相容量3090kVA,穩(wěn)壓精度2%,穩(wěn)頻精度0.1%, 波形失真小于3%,能適應各種負載。同時發(fā)展了郵電通訊專用逆變電源,電力系統(tǒng)、發(fā)電廠及直流電池屏專用逆變電源,車船載逆變電源,太陽能及風力發(fā)電系統(tǒng)專用逆變電源等。 (7)達功率高頻高壓直流電源 大功率高頻高壓直流電源得到廣泛的應用,如工業(yè)上用于環(huán)保的靜電除塵、污水處理、激光器等。醫(yī)學方面用于X光機、CT等大型設備。科研上用于高能物理、等離子體物理。軍事上雷達發(fā)射器。最高電壓可達800kV。 (8)熒光燈鎮(zhèn)流器 電子鎮(zhèn)流器的核心是一個高頻電壓發(fā)生器。當熒光燈工作在幾千赫的較高頻率下,將燈和高頻電路匹配,能夠較大幅度地提高光效而達到節(jié)能目的。功率因數(shù)提高到接近1的水平。 (9)動態(tài)靜止無功補償裝置 動態(tài)靜止無功補償裝置在電壓等級、裝置容量
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