現(xiàn)代電源技術(shù)發(fā)展綜述

1、現(xiàn)代電源技術(shù)發(fā)展綜述1、現(xiàn)代電源技術(shù)的發(fā)展概況現(xiàn)代電源技術(shù)的發(fā)展方向，是從以低頻技術(shù)為主的傳統(tǒng)電源技術(shù)，向以 高頻技術(shù)為主的現(xiàn)代電源技術(shù)方向轉(zhuǎn)變。電源技術(shù)始于上世紀(jì)的四十年代末 五十年代初的硅整流器件，其發(fā)展先后經(jīng)歷了整流器時代、逆變器時代和變 頻器時代，并促進(jìn)了電源技術(shù)在許多新領(lǐng)域的應(yīng)用。八十年代末期和九十年 代初期發(fā)展起來的、以功率 MOSFE和IGBT為代表的、集高頻、高電壓和大 電流于一身的功率半導(dǎo)體復(fù)合器件，表明傳統(tǒng)電源技術(shù)已經(jīng)進(jìn)入現(xiàn)代電源時 代。1.1 整流器時代大功率的工業(yè)用電由工頻（50Hz）交流發(fā)電機提供，但是大約2040%的電能是以直流形式消費的，其中最典型的是電解、牽引和

2、直流傳動三大領(lǐng) 域。大功率硅整流器能有效的把工頻交流電轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟?，因此在六十年?和七十年代，大功率硅整流管和晶閘管的開發(fā)與應(yīng)用得以大力發(fā)展。但是， 大功率整流器件也存在許多缺點， 比如轉(zhuǎn)換效率低， 體積龐大， 散熱量大等。1.2 逆變器時代七十年代，變頻技術(shù)因節(jié)能效果顯著而迅速發(fā)展。 變頻器的關(guān)鍵技術(shù)是： 半導(dǎo)體器件的通斷作用，將工頻電源逆變?yōu)榱硪环N頻率的電能的控制裝置。 在七十年代到八十年代，隨著變頻調(diào)速裝置的普及，大功率電力電子器件成 為當(dāng)時電機調(diào)速的主角。這時的電力電子技術(shù)已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)整流和逆變，但 工作頻率較低，使得設(shè)備的體積依然龐大，功率器件的損耗也較大，轉(zhuǎn)換效率不夠高，僅僅局限

3、在中低頻率范圍內(nèi)使用。1.3 變頻器時代 進(jìn)入八十年代，大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路技術(shù)的迅猛發(fā)展，為電源技 術(shù)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。MOSFE和IGBT的相繼問世，是傳統(tǒng)的電力電子向現(xiàn) 代電力電子轉(zhuǎn)變的標(biāo)志。新型器件的發(fā)展不僅為交流電機變頻調(diào)速提供了較 高的頻率，使其性能更加完善可靠， 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，實現(xiàn)小型化，機電一體化和智能化提供了重要的 技術(shù)基礎(chǔ)。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，特別是微電子技術(shù)的發(fā)展，電器設(shè)備的種類越來 越多，任何電器設(shè)備都離不開電源，電源正發(fā)揮著舉足輕重的作用，同時隨 著電源應(yīng)用的普及，以及科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，特別是一些先進(jìn)的儀器對電源提

4、 出了更新、更高的要求，使原來的電路技術(shù)特別是整流技術(shù)的效率大大下降 而不再適用。因此，必須采用新的器件，研究新的電路?，F(xiàn)代電力電子技術(shù)的發(fā)展方向， 是從以低頻技術(shù)處理問題為主的傳統(tǒng)電 力電子學(xué)，向以高頻技術(shù)處理問題為主的現(xiàn)代電力電子學(xué)方向轉(zhuǎn)變。電力電 子技術(shù)起始于五十年代末六十年代初的硅整流器件，其發(fā)展先后經(jīng)歷了整流 器時代、逆變器時代和變頻器時代，并促進(jìn)了電力電子技術(shù)在許多新領(lǐng)域的 應(yīng)用。八十年代末期和九十年代初期發(fā)展起來的、以功率MOSFE和IGBT為代表的、集高頻、高壓和大電流于一身的功率半導(dǎo)體復(fù)合器件，表明傳統(tǒng)電 力電子技術(shù)已經(jīng)進(jìn)入現(xiàn)代電力電子時代。2、現(xiàn)代電力電子技術(shù)的發(fā)展概況2.

5、1 整流器時代大功率的工業(yè)用電由工頻 （50Hz） 交流發(fā)電機提供，但是大約 20%的電能 是以直流形式消費的，其中最典型的是電解（ 有色金屬和化工原料需要直流電解） 、牽引 （電氣機車、電傳動的內(nèi)燃機車、地鐵機車、城市無軌電車等）和直流傳動 （軋鋼、造紙等 ） 三大領(lǐng)域。大功率硅整流器能夠高效率地把工頻 交流電轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟?，因此在六十年代和七十年代，大功率硅整流管和晶閘 管的開發(fā)與應(yīng)用得以很大發(fā)展。當(dāng)時國內(nèi)曾經(jīng)掀起了 - 股各地大辦硅整流器 廠的熱潮，目前全國大大小小的制造硅整流器的半導(dǎo)體廠家就是那時的產(chǎn) 物。2.2 逆變器時代 七十年代出現(xiàn)了世界范圍的能源危機，交流電機變頻惆速因節(jié)能效果顯

6、 著而迅速發(fā)展。變頻調(diào)速的關(guān)鍵技術(shù)是將直流電逆變?yōu)?100Hz的交流電。在七十年代到八十年代， 隨著變頻調(diào)速裝置的普及， 大功率逆變用的晶閘管、 巨型功率晶體管（GTR）和門極可關(guān)斷晶閘管（GTO）成為當(dāng)時電力電子器件的 主角。類似的應(yīng)用還包括高壓直流輸出，靜止式無功功率動態(tài)補償?shù)?。這時 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)。2.3 變頻器時代 進(jìn)入八十年代，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)。將集成電路技術(shù)的精細(xì)加工技術(shù)和高壓大電 流技術(shù)有機結(jié)合，出現(xiàn)了一批全新的全控型功率器件、首先是功率 M0SFET 的問世

7、，導(dǎo)致了中小功率電源向高頻化發(fā)展， 而后絕緣門極雙極晶體管 （IGBT） 的出現(xiàn)，又為大中型功率電源向高頻發(fā)展帶來機遇。MOSFE和IGBT的相繼 問世，是傳統(tǒng)的電力電子向現(xiàn)代電力電子轉(zhuǎn)化的標(biāo)志。據(jù)統(tǒng)計，到 1995 年 底，功率MOSFET和GTR在功率半導(dǎo)體器件市場上已達(dá)到平分秋色的地步， 而用IGBT代替GTR在電力電子領(lǐng)域巳成定論。新型器件的發(fā)展不僅為交流 電機變頻調(diào)速提供了較高的頻率，使其性能更加完善可靠，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)材節(jié)能，實現(xiàn)小型輕量化，機 電一體化和智能化提供了重要的技術(shù)基礎(chǔ)。3、不間斷電源UPS的發(fā)展與應(yīng)用UPS 電源是一種供電較為

8、穩(wěn)定、 安全的電源設(shè)備， 它是一種利用計算機、 通信系統(tǒng)等現(xiàn)代高科技技術(shù)進(jìn)行分析和控制的不間斷高性能電源，該電源的 使用層面比較廣泛，可以被應(yīng)用于很多的用電設(shè)備，比如工業(yè)用電、企業(yè)用 電等等。正處于發(fā)展中狀態(tài)的中國，所有行業(yè)都還存在較多未開發(fā)的空白領(lǐng) 域，未來的UPS電源市場發(fā)展是不可限量的。當(dāng)前，國家和政府正在大力推行節(jié)能減排，要求社會生產(chǎn)和生活活動應(yīng) 當(dāng)在減低能源消耗和環(huán)境污染的前提下進(jìn)行，人們和企業(yè)、其它社會團體也 逐漸意識到了環(huán)境保護和能源節(jié)約的重要性。節(jié)能減排理念的深化從某種層 面拓展了 UPS電源市場的發(fā)展；此外，半導(dǎo)體技術(shù)等相關(guān)技術(shù)的發(fā)展更是為 UPS電源設(shè)備的生產(chǎn)和市場發(fā)展奠定

9、可良好的技術(shù)基礎(chǔ)。3.1信息設(shè)備用UPS電源系統(tǒng)。近年來， 計算機技術(shù)的發(fā)展以及網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的完善使得計算機設(shè)備的應(yīng)用 層面越來越廣泛，無論在企業(yè)管理、工業(yè)生產(chǎn)，甚至是國家行政部門的工作 中，都有使用到計算機設(shè)備以及相關(guān)的附屬產(chǎn)品，計算機設(shè)備雖然為人們帶 來了便利，但是該設(shè)備的使用與社會電力供應(yīng)質(zhì)量發(fā)生了矛盾， 斷電情況下， 會造成嚴(yán)重的問題，因此，計算機的使用需要一個持續(xù)的電源供應(yīng)，保證設(shè) 備的持續(xù)運行。UPS電源設(shè)備在信息設(shè)備中的應(yīng)用極大程度的保障了信息設(shè) 備的安全性、穩(wěn)定性和持續(xù)性。其應(yīng)用領(lǐng)域如： IT 、金融、信息產(chǎn)業(yè)、交通 管理、航天航空行業(yè)、數(shù)據(jù)管理、通信行業(yè)等等。有了 UPS電源設(shè)備

10、的保護， 在瞬時斷電情況下，UPS電源設(shè)備會立即向?qū)?yīng)系統(tǒng)提供電力供應(yīng)，且不存 在間斷時間，有效的保護了用戶的操作。3.2工業(yè)動力用UPS電源系統(tǒng)。工業(yè)生產(chǎn)或者工業(yè)運行中，UPS電源設(shè)備主要連接到重要的用電設(shè)備中， 保證設(shè)備的持續(xù)運行，其應(yīng)用領(lǐng)域如：礦產(chǎn)開發(fā)、有色金屬、軍事、食品醫(yī) 療、石油與化工生產(chǎn)、建筑施工等等， UPS電源設(shè)備的主要作用是作為此類 重要用電系統(tǒng)的信號裝置、繼電保護、分合閘、自動裝置等的交、直流不間 斷電源設(shè)備，為相應(yīng)的系統(tǒng)提供持續(xù)穩(wěn)定的電力供應(yīng)。工業(yè)用的UPS電源設(shè)備是同類產(chǎn)品中較為高端的產(chǎn)品，售價也比較高，由于需要向較多的大功率 設(shè)備提供電源，因此其所采用的技術(shù)較為高端復(fù)雜，比如大功率能量變換的 電力電子技術(shù)、交流電源并聯(lián)冗余技術(shù)以及數(shù)字化控制技術(shù)、大功率產(chǎn)品制 造技術(shù)等等。從工業(yè)層面來說，一般的工業(yè)企業(yè)很少有實力應(yīng)用此類高端的 UPS電源產(chǎn)品，當(dāng)然，由于產(chǎn)品生產(chǎn)具有較高的技術(shù)難度，而且成本較高， 也很少有企業(yè)能夠進(jìn)入這類高端產(chǎn)品的生產(chǎn)制造領(lǐng)域，相關(guān)的服務(wù)市場、元 件供應(yīng)市場和技術(shù)市場還有待完善。4、總結(jié)隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，特別是電子技術(shù)的發(fā)展，電器設(shè)備的種類越 來越多，任何電器設(shè)備都離不開電源，電源正發(fā)揮著舉足輕重的作用，同時 隨著不間斷電源UPS應(yīng)用的普及，以及科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，特別是一些特殊領(lǐng) 域?qū)﹄娫刺岢隽烁叩囊螅?UPS電源設(shè)備在