電源技術(shù)的創(chuàng)新與發(fā)展

1、電源技術(shù)的創(chuàng)新與發(fā)展        1 引言 人類的經(jīng)濟(jì)活動(dòng)已經(jīng)到了工業(yè)經(jīng)濟(jì)時(shí)代，并正在轉(zhuǎn)入高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)迅猛發(fā)展的時(shí)期。電源是位于市電（單相或三相）與負(fù)載之間，向負(fù)載提供優(yōu)質(zhì)電能的供電設(shè)備, 是工業(yè)的基礎(chǔ)。 電源技術(shù)是一種應(yīng)用功率半導(dǎo)體器件，綜合電力變換技術(shù)、現(xiàn)代電子技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)的多學(xué)科的邊緣交叉技術(shù)。隨著科學(xué)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(xué)、電機(jī)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(mén)多學(xué)科互相滲透的綜合性技術(shù)學(xué)科。他對(duì)現(xiàn)代通訊、電子儀器、計(jì)算機(jī)、工業(yè)自動(dòng)化、電力工程

2、、國(guó)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(dāng)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(duì)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(xiàng)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(xiàng)高新技術(shù)，而且還是其他多項(xiàng)高新技術(shù)的發(fā)展基礎(chǔ)。電源技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)的進(jìn)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(lái)深遠(yuǎn)的影響。 電源，如今已時(shí)非常重要的基礎(chǔ)科技和產(chǎn)業(yè)，從日常生活到最尖端的科技，都離不開(kāi)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(lái)的。 2 電源技術(shù)的創(chuàng)新 1947年底晶體管問(wèn)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(chǔ)上問(wèn)世，從而揭開(kāi)了電源技術(shù)長(zhǎng)足發(fā)展的序幕。半個(gè)世紀(jì)以來(lái)，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(duì)象的二次電源。開(kāi)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(kāi)關(guān)頻率達(dá)到兆赫級(jí)的高頻開(kāi)關(guān)電源。為高頻變換提供了物質(zhì)基礎(chǔ)，促進(jìn)了現(xiàn)代電源技術(shù)的繁榮和發(fā)展。高頻化帶來(lái)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(dòng)態(tài)反應(yīng)，進(jìn)一步提高電源進(jìn)入更廣闊的領(lǐng)域特別是高新技術(shù)領(lǐng)域，進(jìn)一步擴(kuò)展了它的應(yīng)用范圍。 （2）新理論、新技術(shù)的指導(dǎo) 諧振變換、移相諧振、零開(kāi)關(guān)PWM、零過(guò)渡PWM等電路拓?fù)淅碚?；功率因?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(jī)監(jiān)控等新技術(shù)。指導(dǎo)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(chǎng)效應(yīng)晶體管（MOSFET）、智能IGBT功率模塊（IPM）、MOS柵控晶閘管（MCT）、靜電感應(yīng)晶體管（SIT）、超快恢復(fù)二極管、無(wú)感電容器、無(wú)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(jìn)產(chǎn)品升級(jí)換代。 （4）控制的智能化 控制電路、驅(qū)動(dòng)電路、保護(hù)電路采用集成組件。控制電路采用全數(shù)字化。控制手段用微處理器和單片機(jī)組成的軟件控制方式，達(dá)到了較高的智能化程度，并且進(jìn)一步提高了電源設(shè)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(diǎn)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(jī)電源，功率集成技術(shù)簡(jiǎn)化了電源的結(jié)構(gòu)。已經(jīng)在通訊、電力獲得廣泛的應(yīng)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(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范 電源設(shè)備要進(jìn)入市場(chǎng)，今天的市場(chǎng)意識(shí)超越區(qū)域融貫全球的一體化市場(chǎng)，必須遵從能源、環(huán)境、電磁兼容、貿(mào)易協(xié)定等共同準(zhǔn)則，電源設(shè)

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(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的認(rèn)證。 3 電源技術(shù)的發(fā)展 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，對(duì)電源技術(shù)的要求越來(lái)越高，規(guī)格品種越來(lái)越廣。特種電源（或稱工業(yè)電源）應(yīng)用的對(duì)象具有多樣性、新穎性和復(fù)雜性，要求特種電源設(shè)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(xué)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(dòng)交流異步電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速，已在電氣傳動(dòng)中占據(jù)越來(lái)越重要的地位，并且已獲得巨大的節(jié)能效果。應(yīng)用于產(chǎn)業(yè)自動(dòng)化、風(fēng)機(jī)、

7、水泵流量控制，細(xì)紗機(jī)、捻紗機(jī)程序控制，恒壓供水和多泵并聯(lián)，造紙機(jī)械同步控制，最大功率達(dá)500kW。將交流變頻調(diào)速技術(shù)應(yīng)用于空調(diào)器中，具有舒適、節(jié)能等優(yōu)點(diǎn)。 （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(shè)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(xué)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(jī)電源 高頻逆變式整流焊機(jī)電源是一種高性能、高效率、省材料的新型焊機(jī)電源，代表了當(dāng)今焊機(jī)電源的發(fā)展方向

8、。由于焊機(jī)電源的工作條件惡劣，頻繁地處于短路、燃弧、開(kāi)路交替變化之中，因此高頻逆變式整流焊機(jī)電源的工作可靠性成為關(guān)鍵問(wèn)題。額定焊接電流可達(dá)500A。多用等離子體切割焊機(jī)切割電流達(dá)2090A，焊接電流為5320A。 （4）中頻感應(yīng)加熱電源 中頻感應(yīng)加熱電源可廣泛應(yīng)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(guó)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(shè)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(hù)、控制、應(yīng)急燈光照明等各類低壓電器設(shè)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(yīng)各種負(fù)載。同時(shí)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(yáng)能及風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)專用逆變電源等。 （7）達(dá)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(yīng)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(xué)方面用于X光機(jī)、CT等大型設(shè)備?？蒲猩嫌糜诟吣芪锢?、等離子體物理。軍事上雷達(dá)發(fā)射器。最高電壓可達(dá)800kV。 （8）熒光燈鎮(zhèn)流器 電子鎮(zhèn)流器的核心是一個(gè)高頻電壓發(fā)生器。當(dāng)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(dá)到節(jié)能目的。功率因數(shù)提高到接近1的水平。 （9）動(dòng)態(tài)靜止無(wú)功補(bǔ)償裝置 動(dòng)態(tài)靜止無(wú)功補(bǔ)償裝置在電壓等級(jí)、裝置容量