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直流电源

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乐鱼体育官方网站:电力电子技能概略

  • 所属分类: 直流电源

  • 发布日期:2021-07-28 01:01:15作者:乐鱼体育官网登录 出处:乐鱼体育官网入口
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详细介绍

  电子技能是运用于电力范畴的电子技能,它是运用电力电子器材对电能进行改换和操控的新兴学科。现在所用的电力电子器材选用半导体制成,故称电力半导体器材。信息电子技能首要用于信息处理,而电力电子技能则首要用于电力改换。电力电子技能的开展是以电力电子器材为中心,随同改换技能和操控技能的开展而开展的。

  电力电子技能能够理解为功率强壮,可供比如电力体系那样大电流、高电压场合运用的电子技能,它与传统的电子技能比较,其特别之处不只仅因为它能够经过大电流和承受高电压,并且要考虑在大功率情况下,器材发热、运转功率的问题。为了处理发热和功率问题,关于大功率的电子电路,器材的运转都选用开关办法。这种开关运转办法便是电力电子器材运转的特色。

  电力电子学这一名词是20世纪60年代呈现的,“电力电子学”和“电力电子技能”在内容上并没有很大的不同,仅仅别离从学术和工程技能这2个不同视点来称号。电力电子学能够用图1的倒三角形来描绘,能够以为电力电子学由电力学、电子学和操控理论这3个学科穿插而构成的。这一观念被全世界遍及承受。

  电力电子技能与电子学的联系是清楚明了的。电子学可分为电子器材和电子电路两大部分,它们别离与电力电子器材和电力电子电路相对应。从电子和电力电子的器材制作技能前进两者同根同源,从两种电路的剖析办法上讲也是共同的,仅仅两者运用的意图不同,前者用于电力改换,后者用于信息处理。

  电力电子技能广泛运用于电气工程中,这便是电力电子学和电力学的首要联系。电力学便是电工科学或电气工程,各种电力电子设备广泛运用于高压直流输电以及高功用交、直流电源等电力体系和电气工程中,因而,把电力电子技能归于电气工程学科。电力电子技能是电气工程学科中最为活泼的一个分支。电力电子技能的不断前进大大地推进了电气工程完成现代化的进程。

  操控理论广泛用于电力电子技能中,它使电力电子设备和体系的功用日益优胜和完善,能够满意人们的各种需求。电力电子技能能够看作弱电操控强电的技能,是弱电和强电之间的接口。而操控理论则是完成这种接口的强有力的枢纽。此外,操控理论和自动化技能是密不可分的,而电力电子设备又是自动化技能的根底元件和重要支撑技能。

  电力电子器材的开展对电力电子技能的开展起着决定性的效果,因而,电力电子技能的开展是以电力电子器材的开展为根底的。电力电子技能的开展史,如图2所示。

  一般以为,电力电子技能的开端是以1957年第一个晶闸管的诞生为标志的。但在晶闸管呈现之前,电力电子技能就现已用于电力改换了。因而,晶闸管呈现前的时期称为电力电子技能的史前期。

  1876年呈现了硒整流器。1904年呈现了电子管,它能在真空中对电子流进行操控,并运用于通讯和无线电,然后创始了电子技能之先河。1911年呈现了金属封装水银整流器,它把水银封于管内,运用对其蒸气的点弧可对大电流进行有用操控,其功用与晶闸管相似。20世纪30~50年代,是水银整流器开展迅速并广泛运用时期。它广泛用于电化学工业、电气铁道直流变电所以及轧钢用直流电动机的传动。{{分页}}

  20世纪50年代初,1953年呈现了锗功率二极管;1954年呈现了硅二极管,一般的半导体整流器开端运用;1957年诞生了晶闸管,一方面因为其改换才能的打破,另一方面完成了弱电对以晶闸管为中心的强电改换电路的操控,使之很快替代了水银整流器和旋改变流机组,进而使电力电子技能步入了功率范畴。变流设备由旋转办法变为停止办法,具有前进功率、缩小体积、减轻分量、延伸寿数、消除噪声、便于修理等长处。因而,其优胜的电气功用和操控功用,在工业上引起一场技能革命。

  在今后的20年内,跟着晶闸管特性不断前进,晶闸管现已构成了从低电压、小电流到高电压、大电流的系列产品。一起研制出一系列晶闸管的派生器材,如快速晶闸管(FST)、逆导晶闸管(RCT)、双向晶闸管(TRIAC)、光控晶闸管(LTT)等器材,大大地推进各种电力改换器在冶金、电化学、电力工业、交通及矿山等职业中的运用,促进了工业技能的前进,构成了以晶闸管为中心的第一代电力电子器材,也称为传统电力电子技能阶段。

  晶闸管经过对门极的操控能够使其导通,而不能使其关断,因而归于半控型器材。对晶闸管电路的操控办法首要是相位操控办法。即便在电流、电压这2个方面,晶闸管系列器材依然有必定的开展地步,但因下述原因阻止了它们的继续开展:①因为它是半控器材,要想关断它必须用逼迫换相电路,成果使得电路杂乱、体积增大、分量添加、功率较低以及可靠性下降;②因为器材的开关频率难曾经进,一般低于400Hz,大大约束了它的运用规模;③因为相位运转办法使电网及负载上发生严峻的谐波,不光电路功率因数下降,并且对电网发生“公害”。跟着工业生产的开展,迫切要求新的器材和变流技能呈现,以便改进或替代传统的电力电子技能。

  20世纪70年代后期,以门极可关断晶闸管(GTO)、电力双极型晶体管(GTR)、电力场效应晶体管(Power MOSFET)为代表的第二代自关断全控型器材迅速开展。全控型器材的特色是,经过对门极(基极、栅极)的操控既能够使其注册,又能够使其关断。别的,这些器材的开关速度遍及高于晶闸管,能够用于开关频率较高的电路。全控器材优胜的特性使其逐步替代了变流设备中的晶闸管,把电力电子技能推进到一个新的开展阶段。

  和晶闸管电路的相位操控办法想对应,选用全控型器材的电路首要操控办法为脉冲宽度调制(PWM)办法。PWM操控技能在电力电子变流技能中占有十分重要的位置。它使电路的操控功用大大改进,使曾经难以完成的功用得以完成,对电力电子技能的开展发生了深远的影响。

  20世纪80年代,呈现了以绝缘栅双极型晶体管(IGBT)为代表的第三队复合型场控半导体器材,别的还有静电感应式晶体管(SIT)、静电感应式晶闸管(SITH)、MOS晶闸管(MCT)等。这些器材不只有很高的开关频率,一般为几十到几百千赫兹,并且有更高的耐压性,电流容量大,能够构成大功率、高频的电力电子电路。

  20世纪80年代后期,电力半导体器材的开展趋势是模块化、集成化,依照电力电子电路的各种拓扑结构,将多个相同的电力半导体器材或不同的电力半导体器材封装在一个模块中,这样能够缩小器材体积、下降成本、前进可靠性。现在现已呈现了第四代电力电子器材——集成功率半导体器材(PIC),它将电力电子器材与驱动电路、操控电路及维护电路集成在一块芯片上,拓荒了电力电子器材智能化的方向,运用远景宽广。现在常常运用的智能化功率模块(IPM),除了集成功率器材和驱动电路以外,还集成了过压、过流和过热等毛病检测电路,并可将监测信号传送至CPU,以确保IPM本身不受危害。

  新式电力电子器材呈现出许多优势,它使得电力电子技能发生了骤变,进入了现代电力电子技能阶段。现代电力电子技能的首要特色是:

  全控化是由半控型一般晶闸管开展到各类自关断器材,是电力电子器材在功用上的重大打破。自关断器材完成了全控化,取消了传统电力电子器材的杂乱换相电路,使电路大大简化。

  集成化与传统电力电子器材的分立办法彻底不同,一切的全控型器材都是由许多单元器材并联在一起,集成在一个基片上。

  高频化是指跟着器材集成化的完成,一起也前进了器材的作业速度,例如GTR可作业在10kHz频率以下,IGBT作业在几十千赫兹以上,功率MOSFET可达数百千赫兹以上。{{分页}}

  高功率化体现在器材和改换技能这2个方面,因为电力电子器材的导通压降不断削减,下降了导通损耗;器材开关的上升和下降进程加速,也下降了开关损耗;器材处于合理的运转状况,前进了运转功率;改换器中选用的软开关技能,使得运转功率得到进一步前进。

  改换器小型化是指跟着器材的高频化,操控电路的高度集成化和微型化,使得滤波电路和操控器的体积大大减小。电力电子器材的多单元集成化,削减了主电路的体积。操控器和功率半导体器材等,选用微型化的外表贴技能使得改换器的体积得到了进一步削减,功率为10kV