現(xiàn)代電源技術(shù)的發(fā)展與創(chuàng)新
現(xiàn)代電源技術(shù)是應用電力電子半導體器件,綜合自動控制、計算機(微處理器)技術(shù)和電磁技術(shù)的多學科邊緣交叉技術(shù)。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)的具體應用。
當前,電力電子作為節(jié)能、節(jié)才、自動化、智能化、機電一體化的基礎(chǔ),正朝著應用技術(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。在不遠的將來,電力電子技術(shù)將使電源技術(shù)更加成熟、經(jīng) 濟、實用,實現(xiàn)高效率和高品質(zhì)用電相結(jié)合。
電力電子技術(shù)的發(fā)展帶動了電源技術(shù)的發(fā)展,而電源技術(shù)的發(fā)展有效地促進了電源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。迄今為止電源制造業(yè)已成為非常重要的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè),并廣泛應用于各個部門,其發(fā)展趨勢為:繼續(xù)朝高頻、高效、高密度化、低壓、大電流化和多元化發(fā)展。而封裝結(jié)構(gòu)、外形尺寸日趨國際標準化,以適應全球一體化市場的要求,進而使電源產(chǎn)業(yè)進入國際市場。
急速向多元化技術(shù)發(fā)展
電源是實現(xiàn)電能變換和功率傳遞的主要設備,是一種技術(shù)含量高、知識面寬,更新?lián)Q代快的產(chǎn)品。此產(chǎn)品現(xiàn)今已廣泛應用到農(nóng)業(yè)、能源、交通、運輸、信息、航空、航天、航運、國防、教育、文化等領(lǐng)域。在當前信息時代,上述各行各業(yè)都在迅猛異常地發(fā)展,發(fā)展的同時又對電源產(chǎn)業(yè)提出了更多更高的要求。如節(jié)能、節(jié)電、節(jié)材、縮體、減重、防止污染、改善環(huán)境、可靠、安全等。這就迫使電源工作者在電源研發(fā)過程中不斷探索,尋求各種相關(guān)技術(shù),做出合格電源產(chǎn)品,以滿足各行各業(yè)的要求,從而又無形地帶動了相關(guān)技術(shù)的高速發(fā)展。而正由于這些技術(shù)的高速發(fā)展又推動了電源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。當前電源產(chǎn)業(yè)占主導地位的產(chǎn)品門類有:各種線性類穩(wěn)壓電源;通信用AC-DC開關(guān)電源;DC-DC開關(guān)電源;交流變頻調(diào)速電源;電解電鍍電源;高頻逆變式整流焊接電源;中頻感應加熱電源;電力操作電源;正弦波逆變電源;大功率高頻高壓直流穩(wěn)壓電源;綠色照明電源;化學電源;UPS電源;可靠高效低污染的光伏逆變電源;風光互補型電源等。而與電源相關(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);全諧振高頻軟開關(guān)變換技術(shù);同步整流技術(shù);高度智能化技術(shù);諸多的電磁兼容相關(guān)技術(shù);各種形式的功率因數(shù)校正技術(shù);各種保護技術(shù);并聯(lián)均流控制技術(shù);脈寬調(diào)制技術(shù);各種變頻調(diào)速技術(shù);各種智能監(jiān)測技術(shù);各種智能化充電技術(shù);微機控制技術(shù);各種集成化技術(shù);網(wǎng)絡技術(shù);各種形式的驅(qū)動技術(shù)和先進的工藝技術(shù)。
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)格品種越來越多,技術(shù)難度越來越大,涉及的學術(shù)領(lǐng)域也越來越廣。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。
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)在晶體管漸趨成熟的基礎(chǔ)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。
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。
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)代電源技術(shù),促進產(chǎn)品升級換代。
高頻變換是電源技術(shù)發(fā)展的主流
電源技術(shù)的精髓是電能變換,即利用電能變換技術(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20kHz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(chǔ),促進了現(xiàn)代電源技術(shù)的繁榮和發(fā)展。高頻化帶來的較直接的好處是降低原材料消耗,電源裝置小型化,加快系統(tǒng)的動態(tài)反應,進一步提高電源裝置的效率,有效抑制環(huán)境噪聲污染,并使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。
電源電路控制的模塊化、集成化、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?刂剖侄斡梦⑻幚砥骱蛦纹瑱C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。
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、電力獲得廣泛應用,并且派生出新的供電體制—分布式供電,使集中供電單一體制走向多元化。
電源技術(shù)的發(fā)展實際上是圍繞著提高效率、提高性能、小型輕量化、安全可靠、消除電力公害、減少電磁干擾和電噪聲的軌跡進行不懈研究。電源技術(shù)的創(chuàng)新,促進電源技術(shù)迅速發(fā)展,它將為生產(chǎn)和科技進步做出更大的貢獻,可以預言,電源技術(shù)和電源設備將成為新世紀的主導技術(shù)和主流產(chǎn)品。
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