電源技術(shù)的創(chuàng)新與發(fā)展

New Ideas and Development of Power Supply Technologies

1引言

　　人類的經(jīng)濟(jì)活動已經(jīng)到了工業(yè)經(jīng)濟(jì)時代，并正在轉(zhuǎn)入高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)迅猛發(fā)展的時期。電源是位于市電（單相或三相）與負(fù)載之間，向負(fù)載提供優(yōu)質(zhì)電能的供電設(shè)備，是工業(yè)的基礎(chǔ)。

　　電源技術(shù)是一種應(yīng)用功率半導(dǎo)體器件，綜合電力變換技術(shù)、現(xiàn)代電子技術(shù)、自動控制技術(shù)的多學(xué)科的邊緣交叉技術(shù)。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，電源技術(shù)又與現(xiàn)代控制理論、材料科學(xué)、電機(jī)工程、微電子技術(shù)等許多領(lǐng)域密切相關(guān)。目前電源技術(shù)已逐步發(fā)展成為一門多學(xué)科互相滲透的綜合性技術(shù)學(xué)科。它對現(xiàn)代通訊、電子儀器、計算機(jī)、工業(yè)自動化、電力工程、國防及某些高新技術(shù)提供高質(zhì)量、高效率、高可靠性的電源起著關(guān)鍵的作用。

　　當(dāng)代許多高新技術(shù)均與市電的電壓、電流、頻率、相位和波形等基本參數(shù)的變換與控制相關(guān)。電源技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)對這些參數(shù)的精確控制和高效率的處理，特別是能夠?qū)崿F(xiàn)大功率電能的頻率變換，從而為多項高新技術(shù)的發(fā)展提供了有力的支持。因此，電源技術(shù)不但本身是一項高新技術(shù)，而且還是其他多項高新技術(shù)的發(fā)展基礎(chǔ)。電源技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展必將為大幅度節(jié)約電能、降低材料消耗以及提高生產(chǎn)效率提供重要的手段，并為現(xiàn)代生產(chǎn)和現(xiàn)代生活帶來深遠(yuǎn)的影響。

　　電源如今已是非常重要的基礎(chǔ)科技和產(chǎn)業(yè)，從日常生活到最尖端的科技，都離不開電源技術(shù)的參與和支持，電源技術(shù)也正是在這種環(huán)境中一步步發(fā)展起來的。

2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(jì)以來，電源技術(shù)的發(fā)展不斷創(chuàng)新。

2.1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(dá)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(jìn)了現(xiàn)代電源技術(shù)的繁榮和發(fā)展。高頻化帶來的最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(yīng)，進(jìn)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(jìn)入更廣闊的領(lǐng)域特別是高新技術(shù)領(lǐng)域，進(jìn)一步擴(kuò)展了它的應(yīng)用范圍。

2.2新理論、新技術(shù)的指導(dǎo)

諧振變換、移相諧振、零開關(guān)PWM、零過渡PWM等電路拓?fù)淅碚摚?a target="_blank">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(jī)監(jiān)控等新技術(shù)，指導(dǎo)了現(xiàn)代電源技術(shù)的發(fā)展。

2.3新器件、新材料的支撐

　　絕緣柵雙極型晶體管（IGBT）、功率場效應(yīng)晶體管（MOSFET）、智能IGBT功率模塊（IPM）、MOS柵控晶閘管（MCT）、靜電感應(yīng)晶體管（SIT）、超快恢復(fù)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(jìn)產(chǎn)品升級換代。

2.4控制的智能化

　　控制電路、驅(qū)動電路、保護(hù)電路采用集成組件?？刂齐娐凡捎萌珨?shù)字化?？刂剖侄斡?a target="_blank">微處理器和單片機(jī)組成的軟件控制方式，達(dá)到了較高的智能化程度，并且進(jìn)一步提高了電源設(shè)備的可靠性。

2.5電源電路的模塊化、集成化

　　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(jī)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(yīng)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。

2.6電源設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范

　　電源設(shè)備要進(jìn)入市場，今天的市場已是超越區(qū)域融貫全球的一體化市場，必須遵從能源、環(huán)境、電磁兼容、貿(mào)易協(xié)定等共同準(zhǔn)則，電源設(shè)備生產(chǎn)廠家必須接受安全、EMC、環(huán)境、質(zhì)量體系等種種標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的認(rèn)證。

3電源技術(shù)的發(fā)展

　　隨著科學(xué)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(xué)術(shù)領(lǐng)域也越來越廣。特種電源（或稱工業(yè)電源）應(yīng)用的對象具有多樣性、新穎性和復(fù)雜性，要求特種電源設(shè)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(xué)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。

3.1交流變頻調(diào)速器

交流變頻調(diào)速器電源驅(qū)動交流異步電動機(jī)實現(xiàn)無級調(diào)速，已在電氣傳動中占據(jù)越來越重要的地位，并且已獲得巨大的節(jié)能效果。應(yīng)用于產(chǎn)業(yè)自動化，風(fēng)機(jī)、水泵流量控制，細(xì)紗機(jī)、捻紗機(jī)程序控制，恒壓供水可多泵并聯(lián)，造紙機(jī)械變頻同步控制。最大功率達(dá)500kW。將交流變頻調(diào)速技術(shù)應(yīng)用于空調(diào)器中，具有舒適、節(jié)能等優(yōu)點。

3.2電解、電鍍電源

　　電解、電鍍電源要求穩(wěn)流、穩(wěn)壓。電解生產(chǎn)需要消耗巨大的直流電能，由大功率整流設(shè)備供給，采用晶閘管穩(wěn)流、有載調(diào)壓加飽和電抗器穩(wěn)流方式，最大輸出容量3～350V，5～150kA。脈沖電源用作金屬表面電化學(xué)過程，輸出容量0～100V，10～4000A。逆變式真空離子鍍膜電源性能的優(yōu)劣直接影響鍍膜性能的高低。

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、高效率、省材料的新型焊機(jī)電源，代表了當(dāng)今焊機(jī)電源的發(fā)展方向。由于焊機(jī)電源的工作條件惡劣，頻繁地處于短路、燃弧、開路交替變化之中，因此高頻逆變式整流焊機(jī)電源的工作可靠性成為關(guān)鍵問題。額定焊接電流可達(dá)500A。多用等離子體切割焊機(jī)切割電流達(dá)20～90A，焊接電流為5～320A。

3．4中頻感應(yīng)加熱電源

　　中頻感應(yīng)加熱電源可廣泛應(yīng)用于各行業(yè)的金屬熔煉，表面誶火處理以及透熱彎管等領(lǐng)域。至今仍主要采用快速或高頻晶閘管，頻率為500～80000Hz，功率為100～3000kW，與國外產(chǎn)品相比有一定差距。

3．5電力操作電源

電力操作電源是為發(fā)電廠、水電站及500kV、220kV、110kV、35kV等各類變電站提供直流的電源設(shè)備，包括供給斷路器分合閘及二次回路的儀器儀表、繼電保護(hù)、控制、應(yīng)急燈光照明等各類低壓電器設(shè)備用電。最大輸出電壓315V，最大輸出電流120A。

3．6正弦波逆變電源

　　正弦波逆變電源要求高精度穩(wěn)壓、穩(wěn)頻、并要求波形品質(zhì)。400Hz中頻逆變電源三相容量30～90kVA，穩(wěn)壓精度2％，穩(wěn)頻精度0.1％，波形失真小于3％，能適應(yīng)各種負(fù)載。同時發(fā)展了郵電通訊專用逆變電源，電力系統(tǒng)、發(fā)電廠及直流電池屏專用逆變電源，車船載逆變電源，太陽能及風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)專用逆變電源等。

3．7大功率高頻高壓直流電源

大功率高頻高壓直流電源得到廣泛的應(yīng)用，如工業(yè)上用于環(huán)保的靜電除塵、污水處理、激光器等。醫(yī)學(xué)方面用于X光機(jī)、CT等大型設(shè)備。科研上用于高能物理、等離子體物理。軍事上雷達(dá)發(fā)射器。最高電壓可達(dá)800kV。

3．8熒光燈鎮(zhèn)流器

　　電子鎮(zhèn)流器的核心是一個高頻發(fā)生器。當(dāng)熒光燈工作在幾千赫的較高頻率下，將燈和高頻電路匹配，能夠較大幅度地提高光效而達(dá)到節(jié)能目的。功率因數(shù)提高到接近1的水平。

3．9動態(tài)靜止無功補(bǔ)償裝置

動態(tài)靜止無功補(bǔ)償裝置在電壓等級、裝置容量上不斷提高，實現(xiàn)了全數(shù)字化計算機(jī)控制，我國已在鋼廠等企業(yè)得到了成功應(yīng)用，取得了較大的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

由上述可見，電源技術(shù)的創(chuàng)新，促進(jìn)電源技術(shù)迅速發(fā)展，它將為生產(chǎn)和科技進(jìn)步做出更大的貢獻(xiàn)，可以預(yù)言，電源技術(shù)和電源設(shè)備將成為新世紀(jì)的主導(dǎo)技術(shù)和主流產(chǎn)品。