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散布式开关电源供电体系

2016-01-07 14:14:29 来源:  作者:
摘要:   现代电源技能是使用高频电力电子半导体器材,主动操控、高功能数字处理技能和电磁技能的多学科边际穿插技能。这些技能的成熟与使用在各种高质量、高效、高牢靠性的直流

   现代电源技能是使用高频电力电子半导体器材,主动操控、高功能数字处理技能和电磁技能的多学科边际穿插技能。这些技能的成熟与使用在各种高质量、高效、高牢靠性的直流电源中起着要害的效果,是现代高频电力电子技能的联系使用。当时,高频电力电子开关器材作为降耗、节能、环保、主动化、智能化、机电一体化的根底,正朝着使用技能高频化、硬件构造模块化、操控方法软件化、商品功能绿色化的方向开展。在不远的将来,高频电力电子技能将使电源技能愈加成熟、经济、有用,完结高功率和高品质用电相联系。

  电力电子技能的开展

  电力电子技能的开展方向,是从以低频技能为主的传统电力电子学,向以高频技能为主的现代电力电子学方向改变。电力电子技能始于上世纪的四十年代末五十年代初的硅整流器材,其开展先后阅历了整流器年代、逆变器年代和变频器年代,并促进了电力电子技能在许多新范畴的使用。八十年代晚期和九十年代前期开展起来的、以功率MOSFET和IGBT为代表的、集高频、高压和大电流于一身的功率半导体复合器材,表明传统电力电子技能现已进入现代电力电子年代。

  1. 整流器年代

  大功率的工业用电由工频(50Hz)沟通发电机供给,可是大概20%~40%的电能是以直流方法花费的,其中最典型的是电解(有色金属和化工原料需要直流电解)、牵引(电气机车、电传动的内燃机车、地铁机车、城市无轨电车等)和直流传动(轧钢、造纸等)三大范畴。大功率硅整流器可以以70~85%的功率把工频沟通电改变为直流电,因而在六十年代和七十年代,大功率硅整流管和晶闸管的开发与使用得以很大开展。其时国内从前掀起了-股各地大办硅整流器厂的热潮,现在全国大大小小的制作硅整流器的半导体厂家就是那时的产物,可是,整流器的高谐波搅扰,低改换功率,体积巨大,散热量大成了实践使用的瓶颈。

  2. 逆变器年代

  七十年代中期呈现了世界范围的动力危机,沟通电机变频调速因节能效果显著而迅速开展。变频调速的要害技能是将直流电逆变为0~100Hz的沟通电。在七十年代到八十年代,跟着变频调速设备的遍及,大功率逆变用的晶闸管、大功率达林顿功率晶体管(GTR)和门极可关断晶闸管(GT0)成为其时电力电子器材的主角。相似的使用还包含高压直流输出,静止式无功功率动态抵偿等。这时的电力电子技能现已可以完结整流和逆变,但作业频率较低,使得设备的体积依然巨大,功率器材的损耗较大,改换功率不够高,只是限制在中低频范围内。

  3. 变频器年代

  进入八十年代,大规模和超大规模集成电路技能的迅猛开展,为现代电力电子技能的开展奠定了根底。将集成电路的精密加工技能和高压大电流技能有机联系,与之配套呈现的软开关切换技能,PWM调制技能,谐振开关技能的使用,使得全控型功率器材,首先是金属氧化物功率管(M0SFET)的使用,促进中小功率直流电源向高频化开展,而绝缘栅极双极晶体管(IGBT)的呈现,又为大中型功率电源向高频开展带来机会。MOSFET和IGBT的相继问世,是传统的电力电子向现代电力电子转化的象征。据统计,到1995年末,功率M0SFET和GTR在功率半导体器材市场上已到达平分秋色的地步,而用IGBT代替GTR在电力电子范畴已成结论。新式器材的开展不只为沟通电机变频调速供给了较高的频率,使其功能愈加完善牢靠,并且使现代电力电子技能不断向高频化开展,促进沟通--直流改换、直流--直流改换、直流--沟通逆变技能不断进步,牢靠性不断进步,为用电设备供给高效、节能、降耗、环保、电源体积小型化、电源分量轻量化、操控技能智能化和机电一体化的开展方向供给了首要的技能根底和技能保障。

  现代电力电子的使用范畴

  1. 为高功能计算机供给高功率绿色电源

  移动通讯,通讯工程师的家乡,通讯人才,求职招聘,网络优化,通讯工程,出差住宿,通讯公司黑名单 高速开展的计算机技能带领人类进入了信息社会,一起也促进了电源技能的迅速开展。八十年代,计算机全部选用了开关电源,首先完结计算机电源换代。接着开关电源技能相继进人了电子、电器设备范畴。

  计算机技能的开展,提出绿色电脑和绿色电源的概念。绿色电脑是泛指对环境无害的个人电脑和有关商品,绿色电源系指与绿色电脑有关的高效、环保、低谐波搅扰的电源,依据美国环境保护署l992年6月17日“动力之星"方案规则,桌上型个人电脑或有关的外围设备,在睡觉状况下的耗电量若小于30瓦,就契合绿色电脑的请求,进步电源功率是下降电源耗费的根本途径。就现在功率为80%的200瓦开关电源而言,电源本身就要耗费40瓦的动力,显着,这与当时的动力严重的局势形成了显着的比照,因而,待机功耗1W的开关电源现已成为当时的首要奋斗目标。

  2. 通讯用高频开关电源

  通讯业的迅速开展极大的推动了通讯电源的开展。高频小型化的开关电源及其技能已成为现代通讯供电体系的干流。在通讯范畴中,通常将整流器称为一次电源,而将直流-直流(DC/DC)改换器称为二次电源。一次电源的效果是将单相或三相沟通电网改换成标称值为48V的直流电源。现在在程控交换机用的一次电源中,传统的相控式稳压电源己被高频开关电源替代,高频开关电源(也称为开关型整流器SMR)经过MOSFET或IGBT的高频作业,开关频率通常操控在50-300kHz范围内,完结高功率、低谐波和小型化。近几年,开关整流器的功率容量不断扩大,单机容量己从48V/12.5A、48V/20A扩大到48V/200A、48V/400A,但就主设备的牢靠性运转和需要来看,干流的高频开关电源模块的输出容量根本上可以分为单相:48V/30A、48V/50A,三相:48V/100A。.V4p8Z)d1F

  3. 不间断电源(UPS)

  不间断电源(UPS)是计算机、通讯体系以及请求供给不能中止沟通供电的场合所有必要的一种高牢靠、高功能的沟通不间断电源体系。

  沟通市电输入经整流器成为直流,一部分能量给蓄电池组充电,另一部分能量经逆变器成为沟通,经改换开关送到负载。为了在逆变器毛病时仍能向负载供给能量,另一路备用电源经过电源主动改换开关(ATS)来完结。

  现代UPS遍及了选用脉宽调制技能和功率IGBT等现代电力电子器材,电源的噪声得以下降,而功率和牢靠性得以进步。微处理器软硬件技能的引进,可以完结对UPS的智能化办理,进行长途保护和长途确诊。

  现在,在线式UPS的最大容量已可作到600kVA,从实践使用上看,单机容量越大,意味着风险系数也越大,因而,许多厂家正在积极研讨模块化的UPS,以单台为15KVA/20KVA/30KVA/50KVA为单元,经过模块的逐步并联,来到达满意客户负载的需要,这样,不只可以完结N+1或许N+x的备份供电模式,更可以合理装备沟通供电体系,到达最好的用电状况。

  4. 大功率开关型高压直流电源

  大功率开关型高压直流电源广泛使用于工业类设备:如静电除尘、水质改进、医用X光机和CT机等大型设备,电压高达50~l59kV,电流到达0.5A以上,功率可达100kW,还有一个使用将是在IT业的IDC数据机房的供电上。

  自从70年代开端,日本的一些公司开端选用逆变技能,将市电整流后逆变为3kHz摆布的中频,然后升压。进入80年代,高频开关电源技能迅速开展。德国西门子公司选用功率晶体管做主开关元件,将电源的开关频率进步到20kHz以上。并将干式变压器技能成功的使用于高频高压电源,取消了高压变压器油箱,使变压器体系的体积进一步减小。

  国内对静电除尘高压直流电源进行了研发,市电经整流变为直流,选用全桥零电流开关串联谐振逆变电路将直流电压逆变为高频电压,然后由高频变压器升压,最终整流为直流高压。在电阻负载条件下,输出直流电压到达55kV,电流到达15mA,作业频率为25.6kHz。

  5. 电力有源滤波器

  传统的沟通-直流(AC-DC)改换器在投运时,将向电网注入很多的谐波电流,导致谐波损耗和搅扰,一起还呈现设备网侧功率因数恶化的景象,即所谓“电力公害”,例如,不可控整流加电容滤波时,网侧三次谐波含量可达(70~80)%,网侧功率因数仅有0.5~0.6。

  电力有源滤波器是一种可以动态按捺谐波的新式电力电子设备,能克服传统LC滤波器的不足,是一种很有开展前途的谐波按捺手法。滤波器由全桥桥开关功率改换器和侦测操控电路构成。与传统开关电源的区别是:

  1) 不只反应输出电压,还反应输入均匀电流;

  2) 电流环基准信号为电压环差错信号与全波整流电压取样信号之乘积。

  6. 散布式开关电源供电体系

  散布式电源供电体系选用小功率模块和大规模操控集成电路作根本部件,利用最新的数字操控理论和技能,高频开关技能成果,构成积木式、智能化的大功率供电电源,然后使强电与弱电紧密联系,下降大功率元器材、大功率设备(会集式)的研发压力,进步出产功率。

  八十年代前期,对散布式高频开关电源体系的研讨根本会集在改换器并联技能的研讨上。八十年代中后期,跟着高频功率改换技能的迅述开展,各种改换器拓扑构造相继呈现,联系大规模集成电路和功率元器材技能,使中小功率设备的集成成为可能,然后迅速地推动了散布式高频开关电源体系研讨的打开。

  散布供电方法具有节能、牢靠、高效、经济和保护便利等长处。已被大型计算机、通讯设备、航空航天、工业操控等体系逐步采用,也是超高速型集成电路的低电压电源(3.3V)的最为抱负的供电方法。在大功率场合,如电镀、电解电源、电力机车牵引电源、中频感应加热电源、电动机驱动电源等范畴也有宽广的使用远景。

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