电力电子技术的首要运用范畴

发表时间:2022-05-17作者:亚博体彩手机客户端

  现代计算机和通讯等都依赖于开关模式改换器的直流电源,这些电源设备可所以笔记本电脑的电池办理改换器,也可所以服务器簇的冗余供电的多改换器电源,或是程控交换机的电源。它们具有多路独立输出、多电压等级的特色,以供应计算机及其外设和显示屏之需。这种小功率电源体系的规划也处处渗透着电力电子技术的最新成果。

  分布式供电技术。给计算机体系供电的分布式结构电源.包含个离线式有源功率因数校对(PFC)电路和后级的不同负载点的多个DC/DC.改换器。这种结构因运用中心电压级来进行功率分N而不同干传统的隆压功率改换结构。近期会选用12V的电压总线V 的电压总线,经过各 DC/DC. 改换器把能量传递到各独立的功用板或子体系中。

  高动态呼应、低电压(2 V以下,乃至1V以下)输出的高功能计算机电源体系正在开发之中。这就需求高功率密度、低功耗、高功率的功能指标,以及同步整流、多相多重、板上功率改换以及板级互联等新技术。到 2004年头,国外实验室已开宣布70 A/1.2V、功率87%的局功能电源。在不久的将来,一种更先进的芯片级的互联技术和功率改换技术将会呈现在世人面前。

  通讯工业是供电电源和电池的最大用户之一,运用范围从无绳电话的小电源到超高牢靠性的后备电源体系。例如,保持中心作业区电话网络通讯的典型电源体系是一个5kW的功率改换器,它由一个前端离线功率因数纠正(PFC)升压改换器和两个2.5kW 的前向改换器组成。前端离线 PFC升压改换器确保电源体系的牢靠供电.后端的前向改换器给电线V的配电总线供给大电流输出。该范畴乃至有其自己首要的年会——国际通讯动力会议(INternational TELecommunication Energy Conference,INTELEC)。

  太空中电能的发生和贮存都很困难,电源在规划上的约束,比方分量、功率和牢靠性等的严格要求,能够说把对电力电子技术研究的尽力面向了极致。

  太阳能申池、料申池、执申核能,申池组和飞轮,是卫屋和太空探测器的首要电源和储能设备。在绝大多数情况下,因这些电源功率小日电特性不稳定,因此有必要运用电力电子技术把这些动力转化成可用的方法,才干满意运用的要求。

  现代太空电源体系十分巨大。例如,一个典型的通讯卫星就配备稀有百个独立直流电源,为每个网络节点供给最牢靠的电能;国际太空站上,用以保持科学探究使命和生命支持体系的冗余电源和馈电设备反常杂乱。在太空上。因为一切电能损耗的热量都经过辐射冷却的方法散发到太空中,这些电源体系在高温差和强辐射的环境下要确保其牢靠性,其挑战性是巨大的.所以电源体系的热办理特别重要。当今许多底子的由力由子改换由路 开端都是为太空体系规划的,如前期的DC/DC改换器和燃料电池,便是为20 世纪 60年代的太空方案而开发的.其间包含阿波罗登月方案。当今.美国航空航天局.欧洲的大空署,以及它们的首要技术供货商,都是先进电力电子技术的国际巨子。

  在 20世纪 90年代中期曾经,大多数调速体系都由选用晶闸管和双向晶闸管器材的改换器供电,最典型的是晶闸管-直流电机调速体系。20世纪 70年代功率晶体管面世后,在功率等级较低的电机中逐渐选用了功率晶体管改换器.以取得较好的申电机调速功能。20世纪 90年代中期以来,大功率IGBT的运用,以及 IGBT逆变技术的老练和开展,敏捷在相关功率等级的运用范畴代替了晶闸管和双向晶闸管。前期的逆变器,首要用于步进电机.打印机,机器人以及磁盘驱动器等小功率运用中。在大中功率段常用的交一向一交逆亦器有两类。

  IGRT变频器和GTO变额器。这些逆变器开端首要用于20~100kW等级的由机传动体系中。如电动轿车电机传动体系、电力机车的辅佐传动体系。跟着器材容量和设备功率的添加,逐渐运用于容量为300~1 000 kW 及其以上的电机传动中,如地铁列车和高速电动车组的牵引传动体系中。因为设备功率大,低压时电流很大不经济,所以一般用中压(1~10kV)。这两种器材各有优缺山.IGBT开关频率高.但导通压隆和损耗大;GTO电压高,电流大,导通压降小.但开关损耗大、开关频率低。

  但考虑到驱动等要素,总体上IGBT要受欢迎得多。针对IGBT和 GTO的优缺点,扬长避短,开宣布了IGCT(集成门极换向晶闸管),它的电压、电流、导通压降和 GTO附近,门极电压驱动,开关快、频率高,像IGBT。现在,商品化的IGBT逆变器现已做到1 000 kW以上,而像舰船潜艇一类的数千千瓦等更高容量的电机传动体系逆变器依然须选用GTO 或 IGCT。IGCT逆变器在俄国和韩国已有运用,我国也已实验成功。三相逆变器在大功率电机中的真实实用化,极大地推进了沟通电机调速的开展。

  电力体系是电力电子技术运用的一个重要范畴。近年来电力电子器材和计算机技术的快速开展,使已有的研究成果和技术不断得到改进。最早成功运用于电力体系的大功率电力电子技术是高压自流输电(HVDC))。

  1986年美国电力科学研穿院提出了灵敏沟通输由(FACTS)概念,相继呈现了一致潮流操控器等多种设备。

  1988年提出了定制电力(Customer Power)的概念。电力电子技术在电力体系中的运用,如在发电环节中的运用,包含大型发电机的停止励磁操控,水力、风力发申机的变速恒频励磁等。在输电环节中高压直流输电(HVDC)和轻型高压直流输电(HVDC Light)技术。近年来,轻型直流输电选用IGBT组成换流器运用在脉宽调制技术进行无源逆变;灵敏沟通输电(FACTS)技术是一项根据电力电子技术与现代操控技术对沟通输电体系的阻抗、电压及相位施行灵敏、快速调理的输电技术。

  在配电体系中的运用,如动态无功发生器、电力有源滤波器等,以加强供电牢靠性和进步电能质量。电能质量操控既要满意对电压形率,谐波和不对称度的要求。又要按捺各种瞬态的动摇和十扰。电力电子技术和现代操控技术在配申体系中的运用.是在FACT各项成敦技术的基础上开展起来的电能质量操控新技术。

  轿车工业范畴已成为电力电子技术的首要增加占之—。现在人们习惯上说的治车由子实际上便是轿车工业中的电力电子技术。电力电子在新一代轿车上首要运用于以下方面;用电力电子开关器材代替传统的机械开关和继电器;用电力电子操控体系对车上负载进行精细操控∶运用电力电子技术改造原有的12V电源体系,使之成为多电压体系;运用合适电力申千操控的、更先进的驱动申动机。估计在不久的将来.从小功率的车窗 座椅操控。到大功率电传动体系,都蕴涵着电力电子技术的最新成果。

  电子焚烧器,电压调理器,电动机驱动操控和音响体系是当时电力电子技术在轿车工业中最遍及的运用。现代轿车选用电子焚烧体系,关键燃气缸里的混合气体需求几千伏的电压,运用升压改换器和耦合变压器正在代替传统的火花塞。全电子操控的电助力驾驭体系正在某些车型上选用、这种体系运用电力电子技术操控电机,帮忙滚动驾驭杆,改进了驾驭呼应速度,下降了能耗,并消除了皮带传动的噪声,正在代替传统的皮带传动的液压泵。

  电制冷空调体系也开端在轿车上配备。轿车头灯的强光灯和尾灯的高亮度LED灯也需求电力电子技术以有用的方法传递电能。一个严重的技术进步是要进步轿车电控体系的电压等级,近期将选用40-50 V等级代替现在的 10~15V等级。比方,轿车音响体系立体声功率放大器一般能传递 40W乃至更大的功率,但12V的供电电源在8 Q的扬声器上最大只能发生18 W的输出,选用电力电子升压改换器可给功率放大器电路供给更高的电压,使之到达家用音响的效果。

  在电动轿车和混合动力轿车的主电气体系中.电力申子都起着决议件的效果。纯电动轿车具有高功能、零排放,低成本的长处.但现在仍受电池的阳约束。混合动力轿车选用各式各样的规划方案,把发动机和电驱动体系结合在一起,充分发挥各自的长处。两种轿车的能量操控单元都是逆变器和 DC/DC. 改换器,其容量在千瓦级以上。

  选用更高电压、传递更大电流的新式充电器现已诞生。比方一种称为 Hughes 的感应充电器就很有新意。它运用一种相似乒乓球拍的不导电磁性决定进行感应充电。该磁性决定相当于变压器的一次侧,它把工频电压转变为80 kHz 的沟通电。电动轿车中的充电埠相当于变压器的二次侧,它把高频沟通电进行整流和调理.然后对轿车里的电池组进行充电电力电子技术更是电动轿车的中心技术之一,最为首要的是驱动电动机的电传动体系。轿车电传动体系一般由电力电子改换器、电池和操控体系构成。现在新式的电动轿车选用感应电动机,无刷永磁电动机开关磁阳电动机等多种方法.容量从几十到几百干瓦不等,正在逐渐代替传统的直流电动机驱动。电力电子改换技术的开展为轿车的新式传动方法供给了坚实的技术确保。

  照明是人类文明的永久需求。电光源在 100多年里阅历了白炽灯一向管荧光灯—高压放电灯—节能荧光灯—无灯丝灯等几代产品。

  20世纪 80年代,跟着电力电子变频技术的开展老练,高频运用又促进某些更新一代电光源的诞生,从此,电力电子在绿色照明中开端占有重要的一席之地。能够说,照明技术的敏捷革新,是电力电子技术在其间起了首要效果。

  一个典型的比如是,紧凑型节能灯和电子镇流器的面世,吹响了以照明节能为中心的绿色照明的前奏曲。选用不同成分的稀土荧光粉可制成各种色温的气体放电节能灯,发光率比惯例荧光灯进步一一倍,能够做成各种形状便干紧率设备,代替白炽灯T。可节电75%~80%选用电力电子技术做成的电子镇流器实际上是一个电子变频器(从50 Hz改换到30 kHz以上)加一个高频电感镇流器。

  因为频率进步,di/dt 高,不再需求装备起辉器,在供电电压下降或环境温度较低的场合也能使灯管正常作业,此外,在几十千赫频率下消除了气体放电灯的烁和音颗噪声。 选用申子镇流器后,高频电感比工频电感分量减轻几十倍,节约资料 80%左右,灯管的实际作业寿数延伸3~5倍.一起能供给更好的牢靠性、更低的损耗、更高的亮度。因为电子镇流器体积小、反响快,它能够在照相机闪光灯和轿车灯等运用范畴中运用。应该说,电子镇流器是电力电子高频化运用中的一个典型产品,许多的电力电子新技术——功率因数校对、谐波按捺、零电压开关、多种维护等都能够在高功能电子镇流器中得到运用而进步其牢靠性和改进运转参数。

  在全球气候变化和国际石油、煤炭等化石动力日益紧缺的今日,低耗高效和寻觅开发新动力是底子出路,因此,可再生动力以及燃料电池遭到国际各国的高度重视。再生动力是指可自行再生的动力,如日光能、风能、潮汐能、地热能以及生物废料能等。从燃料电池、微燃气轮机.风能,太阳能和潮汐能等新动力中得到的一次电能,难以直接被规范的电气负载运用.所以.将其高数而经济地转化为民生用电 。已成为先进科技国家兼环保和发电的重要工业方针。电力电子是处理动力问题的关键技术,它对新动力的开发、转化、运送、贮存和运用等各方面发挥着重要效果。

  太阳能发电站一般有两种方法。一种方法是把太阳能转化为热液体后再发电,如太阳能热电厂。由液体加热体系发生蒸汽以推进涡轮或发电机热厂中的热能位贮存设备可确保接连发电;另一种方法是直接把太阳能转化为电能,太阳能光伏变频器把太阳能电池板取得的原始低电压直流电改换为所需求的沟通电,或直接供负载运用,或将电能馈入市电。光伏发电有广阔的商场开展潜力,先进国家不只方针性地开展太阳能技术,并且立法拟定法规来规范工业安全规范。太阳能电池板取得的电压巨细和功率与许多要素有关,如太阳照耀视点、云层遮挡水平、时节气候变化等,所以要对光伏发电的中心直流电压进行可调的升压改换处理。

  跟着再生动力技术的开展,分布式发电体系将得到事大的开展空间。所谓分布式发电体系是指∶借由比方风力发电、太阳能发电.天然气发电等区域性发电体系衔接而成的公共发电体系。微电子技术、电力电子技术运用于电力网络与输配电体系,构成一个智能型分布式再生动力网络。讲一步的开展是再生动力网络与信息网络结合构成个整合信自和电力网络的未来生活环境,完成电能的网络化。