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        電力電子技術(shù)在開(kāi)關(guān)電源中的應(yīng)用研究

        2016-03-13 14:56:05曲子君沈陽(yáng)理工大學(xué)遼寧沈陽(yáng)110159
        化工管理 2016年9期

        曲子君(沈陽(yáng)理工大學(xué),遼寧 沈陽(yáng) 110159)

        電力電子技術(shù)在開(kāi)關(guān)電源中的應(yīng)用研究

        曲子君(沈陽(yáng)理工大學(xué),遼寧沈陽(yáng)110159)

        電力電子技術(shù)的日新月異的發(fā)展,也促進(jìn)開(kāi)關(guān)電源技術(shù)由低頻到高頻,由整體化到模塊化,由高能耗向低能耗發(fā)展。本文結(jié)合電力電子技術(shù)的發(fā)展,對(duì)其在開(kāi)關(guān)電源中的應(yīng)用進(jìn)行分析。

        電力電子;開(kāi)關(guān)電源;應(yīng)用

        1 緒論

        著半導(dǎo)體和信息技術(shù)的推進(jìn),電力電子技術(shù)的發(fā)展帶動(dòng)開(kāi)關(guān)電源由低頻向高頻,整體化到模塊化,由高能耗向低能耗進(jìn)行技術(shù)轉(zhuǎn)變。高頻開(kāi)關(guān)電源作用為將交流輸入的電流轉(zhuǎn)化為合適的直流輸出。經(jīng)過(guò)大功率開(kāi)關(guān)元件,如金屬—絕緣體—半導(dǎo)體管等組成的逆變電路,將直流高壓轉(zhuǎn)換成方波,之后將方波電壓由高壓降低為低壓,最后輸出穩(wěn)定的直流電壓,在現(xiàn)代開(kāi)關(guān)電源的應(yīng)用中得到極大推崇。

        高頻開(kāi)關(guān)電源主要特點(diǎn)如下:

        1.1質(zhì)量低、體積小。高頻技術(shù)可以不使用工頻變壓器,使質(zhì)量和體積減少90%。

        1.2功率系數(shù)大。隨著可控硅導(dǎo)通角的變化使相變整流器的功率系數(shù)變化,負(fù)載較小時(shí),系數(shù)較小,可以達(dá)到0.3;完全導(dǎo)通時(shí)可以使系數(shù)達(dá)到0.69以上。

        1.3噪聲弱。開(kāi)關(guān)電源噪聲只有45db左右,較工頻變壓器以及濾波電感在相控整流設(shè)備中的噪聲降低30%。

        1.4效率高。減少開(kāi)關(guān)瞬間消耗,而且由于整機(jī)的功率因數(shù)補(bǔ)償,可以使效率達(dá)到90%以上。

        1.5結(jié)構(gòu)模塊化。模塊式結(jié)構(gòu)可以便于整個(gè)開(kāi)關(guān)的設(shè)計(jì)和研發(fā),降低成本。

        2 現(xiàn)代電力電子的應(yīng)用領(lǐng)域

        高頻開(kāi)關(guān)電源能通過(guò)大功率晶體管如ⅠGBT等進(jìn)行運(yùn)行,使頻率限制在區(qū)間60~110kHz。并且整流器功率容量也增大到48V/400A以上。大規(guī)模集成電路的突飛猛進(jìn)更是促進(jìn)電源模塊體積的減小,從而進(jìn)一步增加電源的功率密度,以實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)電源的高效化和微小化。

        整體科技的進(jìn)步需要計(jì)算機(jī)和通信設(shè)施具有更高的性能和穩(wěn)定性,UPS不間斷電源便順時(shí)而出。輸入它的交流電經(jīng)過(guò)整流器轉(zhuǎn)換為直流輸出,一部分流入電池給其充電,另一部分經(jīng)過(guò)逆變器、轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)等元器件到工作設(shè)備。不間斷電源使用脈寬調(diào)制技術(shù)和大功率ⅠGBT,降低噪聲強(qiáng)度,提高電源利用效率和系統(tǒng)穩(wěn)定性。

        變頻器主要在電氣傳動(dòng)系統(tǒng)中用于交流電機(jī)的變頻調(diào)速,具有節(jié)能環(huán)保作用。它的電源經(jīng)過(guò)大功率晶體管和高頻變換器將電壓轉(zhuǎn)換為交流輸出,其電壓和頻率可變,功率可以超過(guò)110kW[1]。通過(guò)模塊科學(xué)堆積、程序智能控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制等現(xiàn)代高新技術(shù)實(shí)現(xiàn)強(qiáng)電和弱電有效結(jié)合,降低大功率設(shè)備的研發(fā)成本和研發(fā)難度,并且可以極大的提升生產(chǎn)效率,實(shí)現(xiàn)環(huán)保節(jié)能、經(jīng)濟(jì)高效、系統(tǒng)穩(wěn)定的卓越性能。

        3 電力電子技術(shù)在開(kāi)關(guān)電源中的應(yīng)用

        3.1軟開(kāi)關(guān)技術(shù)

        ⅠGBT功率器件控制的PWM電源可以克服傳統(tǒng)大功率電源逆變主電路結(jié)構(gòu)的高耗能問(wèn)題,是能耗降低30%~40%。軟開(kāi)關(guān)技術(shù)采用諧振原理,克服傳統(tǒng)電路使用緩沖電路消除電壓尖峰和浪涌電流問(wèn)題,從而使系統(tǒng)趨于簡(jiǎn)單,降低故障發(fā)生的可能性。傳統(tǒng)電路在開(kāi)關(guān)啟動(dòng)和關(guān)閉的瞬間會(huì)產(chǎn)生極大的電流和電壓,瞬間產(chǎn)生的電壓無(wú)法有效利用,從而增加能耗。諧振電路可以吸收高頻變壓器中電感以及電容等,降低晶體管等元件的壓力,從而提高電源的利用率和穩(wěn)定性。

        3.2同步整流技術(shù)

        同步整流技術(shù)時(shí)在軟開(kāi)關(guān)的基礎(chǔ)上進(jìn)一步提升效率的技術(shù),它通過(guò)作整流開(kāi)關(guān)二極管的金屬絕緣體~半導(dǎo)體管反接,適用于低壓、大電流的電源上。同步電流通過(guò)零電壓開(kāi)關(guān)和零電流開(kāi)關(guān),它們驅(qū)動(dòng)同步整流的脈沖信號(hào)與初始的脈沖信號(hào)聯(lián)動(dòng),將其上升沿超過(guò)原來(lái)的上升沿,降低延遲以實(shí)現(xiàn)金屬~氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管和零電壓開(kāi)關(guān)方式。

        3.3控制技術(shù)

        主電路的設(shè)計(jì)必須滿(mǎn)足開(kāi)關(guān)變換器的結(jié)構(gòu)不同、離散非線性的特點(diǎn),因此開(kāi)關(guān)電源要使用多路控制。開(kāi)關(guān)電源的動(dòng)態(tài)性可以通過(guò)電子運(yùn)動(dòng)和時(shí)間周期的增減來(lái)控制實(shí)現(xiàn),開(kāi)關(guān)電源的智能性可以通過(guò)基因算法~BP算法、模糊控制、微機(jī)控制、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)實(shí)現(xiàn)。MEMS技術(shù)發(fā)展使微機(jī)運(yùn)算的速度巨大提升,微機(jī)或者DSP應(yīng)用到大功率開(kāi)關(guān)的數(shù)字模塊的實(shí)現(xiàn)更加促進(jìn)電源數(shù)字化和高效化的實(shí)現(xiàn)。

        3.4功率半導(dǎo)體

        MOSFET和ⅠGBT半導(dǎo)體器件的研發(fā),使開(kāi)關(guān)電源的高效利用能源的能力又得到極大的飛躍,兩種晶體管的內(nèi)部電阻都很小,驅(qū)動(dòng)功率需求低,最重要的是能耗極其小。結(jié)合同步整流技術(shù)和控制技術(shù),將高頻化開(kāi)關(guān)電源的實(shí)現(xiàn)向前推進(jìn)了極大的一步。

        4 結(jié)語(yǔ)

        電力電子技術(shù)在開(kāi)關(guān)電源中的應(yīng)用會(huì)隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步轉(zhuǎn)向更加廣泛的應(yīng)用,高頻化、模塊化、智能化、節(jié)能化等必然成為其未來(lái)的應(yīng)用方向。高頻開(kāi)關(guān)技術(shù)的應(yīng)用更是標(biāo)志著電子電力技術(shù)在開(kāi)關(guān)電源上應(yīng)用的成熟,相信不遠(yuǎn)的未來(lái),電力電子在開(kāi)關(guān)電源中的應(yīng)用會(huì)進(jìn)一步的突破。

        [1]楊威,盧俊.電力電子技術(shù)在高頻開(kāi)關(guān)電源中的應(yīng)用[J].城市建設(shè)理論研究,2012(36).

        [2]王予倩.電力電子技術(shù)的發(fā)展及其在開(kāi)關(guān)電源中的應(yīng)用[J].四川電力電子,2005,28(5):45~47.

        [3]王新和,許建新.現(xiàn)代電力電子技術(shù)在電源中的應(yīng)用是今后發(fā)展的必然趨勢(shì)[J].治黃科技信息,2006(3):10~12.

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