探究我國(guó)現(xiàn)代電力電子以及電源技術(shù)的發(fā)展

張耕華

隨著社會(huì)工業(yè)發(fā)展的需要，電力電子技術(shù)在不斷的發(fā)展，以適應(yīng)工業(yè)和社會(huì)發(fā)展對(duì)于能源的要求，本文筆者通過(guò)分析電力電子的發(fā)展和發(fā)展趨勢(shì)以及電力電子技術(shù)在電源領(lǐng)域的應(yīng)用，來(lái)進(jìn)一步論述電力電子的發(fā)展趨勢(shì)。

【關(guān)鍵詞】電力電子 電源 發(fā)展趨勢(shì)

1 電力電子的發(fā)展及發(fā)展趨勢(shì)

電力電子技術(shù)是利用電力電子元件對(duì)電能進(jìn)行控制和轉(zhuǎn)換的學(xué)科。電力電子技術(shù)已經(jīng)與其他技術(shù)相結(jié)合成為一門(mén)交叉的科學(xué)，它經(jīng)歷了三個(gè)階段：整流器時(shí)期、逆變器時(shí)期、變頻器時(shí)期，隨著電力電子器件和技術(shù)的更新，使得其在很多領(lǐng)域都得到應(yīng)用。

1.1 整流器時(shí)期

隨著美國(guó)通用電氣研制了第一個(gè)工業(yè)用的晶閘管，從而開(kāi)啟了整流器時(shí)代。上個(gè)世紀(jì)50年代工業(yè)用電基本上是50HZ的交流電，但是像電解、牽引、直流傳動(dòng)都需要直流電提供動(dòng)力，于是基于晶閘管基礎(chǔ)上的硅整流器就應(yīng)運(yùn)而生了，它能把工頻交流電轉(zhuǎn)化為直流電，極大的促進(jìn)了工業(yè)的發(fā)展。

1.2 逆變器時(shí)期

由于20世紀(jì)70年代出現(xiàn)了世界性的能源危機(jī)，晶閘管作為半控型器件，不能自動(dòng)斷開(kāi)，因此也不能適應(yīng)企業(yè)的需要。交流電機(jī)變頻調(diào)速因節(jié)能效果顯著而迅速發(fā)展，這些自開(kāi)斷的全控型器件也得到了極大的發(fā)展，但是由于技術(shù)限制，發(fā)展也有限。

1.3 變頻器時(shí)期

在八十年代隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，大規(guī)模和超大規(guī)模的集成電路的發(fā)展標(biāo)志著現(xiàn)代電力電子時(shí)代的來(lái)臨，其中以MOSFET和IGBT為代表。它們的出現(xiàn)使得電頻從低頻向高頻轉(zhuǎn)化，同時(shí)也使設(shè)備向小、輕等方面發(fā)展。

現(xiàn)代電力電子技術(shù)的研究核心任然是電源技術(shù)，目前現(xiàn)代電力電子技術(shù)正向規(guī)模化和集成化發(fā)展；現(xiàn)代電力電子技術(shù)正從低頻向高頻發(fā)展；現(xiàn)代電力電子技術(shù)向全控化和數(shù)字化轉(zhuǎn)變；現(xiàn)代電力電子技術(shù)正向著綠色化轉(zhuǎn)變。

目前我國(guó)政府和企業(yè)都在強(qiáng)調(diào)創(chuàng)新的作用，現(xiàn)代電力電子技術(shù)的發(fā)展使得其與多個(gè)領(lǐng)域的科學(xué)相結(jié)合，其發(fā)展創(chuàng)新將會(huì)惠及多個(gè)領(lǐng)域，目前現(xiàn)代電力電子技術(shù)也是向著智能化和綠色化的方面去發(fā)展。這樣的發(fā)展不僅能夠?yàn)槲覈?guó)工業(yè)發(fā)展提高效率而且能夠帶來(lái)環(huán)境方面的保護(hù)。

2 電源技術(shù)的發(fā)展及發(fā)展趨勢(shì)

開(kāi)關(guān)電源的前身是線性穩(wěn)壓電源。電源的種類(lèi)按照不同的分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)來(lái)看，主要有以下幾種：按輸入-輸出分為AC-AC、AC-C、DC-C、DC-C；按同負(fù)載連接穩(wěn)壓方式分為串聯(lián)型穩(wěn)壓電源、并聯(lián)型穩(wěn)壓電源；按工作狀態(tài)分為線性電源、開(kāi)關(guān)電源、二極管穩(wěn)壓電源。在我們生活中，大多數(shù)電子裝置、電氣控制設(shè)備的工作電源是直流電源。隨著計(jì)算機(jī)等電子裝備的集成度的增加，體積越來(lái)越小而功率卻越來(lái)越大來(lái)取代了體積龐大的線性電源開(kāi)關(guān)。新型的電力電子技術(shù)給電源開(kāi)關(guān)的發(fā)展提供了物質(zhì)基礎(chǔ)，20世紀(jì)60年代末，高耐壓、大電流的雙極型電力晶體管的出現(xiàn)，使得采用高工作頻率的開(kāi)關(guān)電源得以問(wèn)世。

開(kāi)關(guān)頻率的提高有利于開(kāi)關(guān)電源的體積減小、重量減輕。最早期的開(kāi)關(guān)頻率僅僅是幾千赫茲隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展開(kāi)關(guān)的頻率逐漸提高，當(dāng)頻率達(dá)到10kHz左右時(shí)，變壓器、電感等磁性元件發(fā)出很刺耳的噪聲。為了降低噪聲，科研人員不斷研發(fā)最終使得開(kāi)關(guān)頻率突破了人耳聽(tīng)覺(jué)極限的20kHz，隨著電力MOSFET的應(yīng)用，開(kāi)關(guān)電源和開(kāi)關(guān)頻率進(jìn)一步提高，使得電源體積更小，重量更輕，功率密度進(jìn)一步提高。IGBT可以看成是MOSFET和GTR復(fù)合而成的器件。IGBT的出現(xiàn)，使得開(kāi)關(guān)電源的容量不斷增大。另外，為了解決開(kāi)關(guān)頻率的提高也使得電源的電磁干擾問(wèn)題，20世紀(jì)80年代出現(xiàn)了采用準(zhǔn)諧振技術(shù)的零電壓開(kāi)關(guān)電路和零電流開(kāi)關(guān)電路，這種電路利用以諧振為主的輔助換流手段，使開(kāi)關(guān)開(kāi)通或關(guān)斷前的電壓、電流分別為零，解決了電路中的開(kāi)關(guān)損耗和開(kāi)關(guān)噪聲問(wèn)題，使開(kāi)關(guān)頻率可以大幅度提高，從而，使開(kāi)關(guān)電源進(jìn)一步向體積小、重量輕、效率高、功率密度大的方向發(fā)展。電力電子技術(shù)隨著需要會(huì)不斷的向前發(fā)展和創(chuàng)新，新的產(chǎn)品會(huì)不斷的更新?lián)Q代去適應(yīng)企業(yè)的發(fā)展需求，目前無(wú)論是國(guó)外還是國(guó)內(nèi)都有極大的需求量，而電源技術(shù)會(huì)不斷向高頻、小體積方面發(fā)展。

3 電力電子技術(shù)在電源領(lǐng)域方面的應(yīng)用

3.1 計(jì)算機(jī)綠色高效率電源

計(jì)算機(jī)能夠?yàn)槿祟?lèi)的工作生活帶來(lái)方便，但是過(guò)去計(jì)算機(jī)的體積龐大，在八十年代，計(jì)算機(jī)率先采用了電源開(kāi)關(guān)，促使更多的電子設(shè)備采用電源開(kāi)關(guān)。計(jì)算機(jī)換取了電源開(kāi)關(guān)之后，為省電、環(huán)保方面做出了貢獻(xiàn)。

3.2 高頻開(kāi)關(guān)電源

通信業(yè)的快速發(fā)展促使電源行業(yè)的快速發(fā)展，目前頻率高體積小的電源是通信業(yè)的主流。通信設(shè)備中所用的集成電路種類(lèi)繁多，電源電壓要根據(jù)不同的情況使用有所不同，在 通 信 供 電 系 統(tǒng) 中 采 用 高 功 率 密 度 的 高 頻 DC-DC隔離電源模塊可以減小損耗、方便維護(hù)和安裝。

3.3 直流-直流變換器

DC/DC 變化器可以將固定的直流電壓轉(zhuǎn)變?yōu)榭勺兊闹绷麟妷海梢栽贌o(wú)軌電車(chē)、地鐵等行業(yè)進(jìn)行應(yīng)用，可以使的加速平穩(wěn)，得到快速的響應(yīng)，別且能夠節(jié)約電能。同時(shí) DC/DC二次電源已近商品化，一些公司研制生產(chǎn)了采用零電流開(kāi)關(guān)和零電壓開(kāi)關(guān)技術(shù)的二次電源模塊，功率密度有較大幅度的提高。

3.3.1 不間斷電源

不間斷電源（UPS）是計(jì)算機(jī) 、通信系統(tǒng)以及要求提供不 能中斷場(chǎng)合所必須的一種高可靠、高性能的電源。現(xiàn)代UPS普遍了采用脈寬調(diào)制技術(shù)和功率M0SFET、IGBT等現(xiàn)代電力電子器件，微處理器軟硬件技術(shù)的引入使得其實(shí)現(xiàn)了對(duì)UPS的智能化管理。

3.3.2 變頻器電源

變頻器電源主要用于交流電機(jī)的變頻的調(diào)速，隨著日本東芝的將這種技術(shù)應(yīng)用于空調(diào)技術(shù)中，國(guó)內(nèi)90年代開(kāi)始應(yīng)用這種變頻技術(shù)，極大的節(jié)省了電能。

3.3.3 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、省材的新型焊機(jī)電源，代表了當(dāng)今焊機(jī)電源的發(fā)展方向。由于電焊機(jī)工作環(huán)境惡劣，電焊機(jī)頻繁的出現(xiàn)一些問(wèn)題，高頻逆變式整流焊機(jī)電源的出現(xiàn)解決了常出現(xiàn)的問(wèn)題，提高了焊機(jī)工作的可靠性。

4 結(jié)語(yǔ)

本文筆者通過(guò)分析電力電子的發(fā)展和電源技術(shù)的發(fā)展及電力電子技術(shù)在電源領(lǐng)域的應(yīng)用，來(lái)揭示未來(lái)電力電子的發(fā)展趨勢(shì)，鼓勵(lì)更多的科研人員能夠敢于想象，發(fā)揮自己的創(chuàng)造力研發(fā)出更多適合工業(yè)和能源需求的電源。

參考文獻(xiàn)

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作者單位

河南省平頂山市第一中學(xué) 河南省平頂山市 467000