谁有关于电力电子用开关电源的论文发给我？

作者:王班级:机械设计0918专业:机电设备维修与管理学号:0918316学院:安徽水电学院日期:2010 65438+2月。

如今，世界上的能源消耗增长非常迅速。目前电能占所有能源的40%左右，40%的电能是通过电力电子设备的转换来到用户手中的。预计十年后，80%的电力能源将由电力电子设备转换，电力电子技术将在21世纪发挥更大的作用。

电力电子技术是利用电力电子器件来控制和转换电能的一门学科。它包括电力电子器件、变换器电路和控制电路三个部分，是电力、电子和控制三个电气工程技术领域之间的交叉学科。随着科学技术的发展，电力电子技术与现代控制理论、材料科学、电气工程、微电子技术等诸多领域密切相关，逐渐发展成为多学科相互渗透的综合性技术学科。

现代电源技术是应用电力电子半导体器件，集自动控制、计算机(微处理器)技术和电磁技术于一体的多学科边缘交叉技术。它在各种高质量、高效率、高可靠性的电源中起着关键作用，是现代电力电子技术的具体应用。目前，电力电子作为节能、人才节约、自动化、智能化和机电一体化的基础，正朝着高频应用技术、模块化硬件结构和绿色产品性能的方向发展。在不久的将来，电力电子技术将使电力技术更加成熟、经济和实用，实现高效率和高质量用电的结合。

一、电力电子技术的发展历史

1.整流器时代

大功率工业用电由工频(50Hz)交流发电机提供，但约20%的电力以DC的形式消耗，最典型的有电解(有色金属和化工原料需要DC电解)、牵引(电力机车、电力内燃机车、地铁机车、城市无轨电车等)。)和DC驱动(轧钢、造纸等。).大功率硅整流器可以高效地将工频交流电转换成直流电，因此大功率硅整流器和晶闸管的开发和应用在20世纪60、70年代得到了极大的发展。当时国内各地掀起了一股办大型硅整流厂的热潮。目前国内制造硅整流器的大小半导体厂商都是那个时代的产物。

2.逆变器时代

20世纪70年代，世界范围内出现能源危机，交流电机变频调速因其显著的节能效果而迅速发展。变频调速的关键技术是将直流电转换成0~100Hz的交流电。20世纪70-80年代，随着变频调速装置的普及，晶闸管、大功率晶体管(GTR)、大功率逆变器用门极关断晶闸管(GT0)成为当时电力电子器件的主角。类似的应用还包括高压DC输出、静态无功功率动态补偿等。此时，电力电子技术已经能够实现整流和逆变，但工作频率较低，仅限于中低频范围。

3.变频器时代

20世纪80年代，大规模和超大规模集成电路技术的快速发展为现代电力电子技术的发展奠定了基础。将集成电路技术的精细加工技术与高压大电流技术相结合，出现了一批全新的全控型功率器件，首先是功率M0SFET的问世，带动了中小功率电源向高频发展，然后是绝缘栅双极晶体管(IGBT)的出现，为中大功率电源向高频发展带来了机遇。MOSFET和IGBT的出现是传统电力电子向现代电力电子转变的标志。据统计，到1995年底，功率M0SFET和GTR在功率半导体器件市场上已经达到了旗鼓相当的水平，已经断定IGBT将在功率电子领域取代GTR。新器件的发展不仅为交流电机变频调速提供了高频，使其性能更加完善可靠，而且使现代电子技术向高频发展，为电器设备高效节材节能，实现小型轻量化、机电一体化和智能化提供了重要的技术基础。

2.现代电力电子的应用领域

2.1高效绿色电脑电源

计算机技术的飞速发展引领人类进入了信息社会，也促进了电源技术的飞速发展。80年代，电脑全面采用开关电源，率先完成了电脑电源的替代。于是开关电源技术进入了电子电气设备领域。

随着计算机技术的发展，绿色计算机和绿色电源被提出。绿色电脑一般是指对环境无害的个人电脑及相关产品，绿色电源是指与绿色电脑相关的高效节能电源。根据美国环境保护署l992年6月17日的“能源之星”计划，如果台式个人电脑或相关外围设备的功耗小于30瓦，则满足要求。

要满足绿色计算机的要求，提高电源效率是降低功耗的根本途径。就目前效率75%的200瓦开关电源而言，电源本身就消耗50瓦的能量。

2.2通信用高频开关电源

通信行业的快速发展极大地促进了通信电源的发展。高频小型化开关电源及其技术已成为现代通信电源系统的主流。在通信领域，整流器通常被称为一次电源，而DC/DC转换器被称为二次电源。一次电源用于将单相或三相交流电网转换为标称值为48V的DC电源。目前，在程控交换机的初级电源中，传统的相控稳压电源已被高频开关电源所取代。高频开关电源(又称开关整流SMR)通过MOSFET或IGBT的高频工作，开关频率一般控制在50-100kHz范围内，实现了高效率和小型化。近年来，开关整流器的功率容量不断扩大，单机容量从48V/12.5A、48V/20A扩大到48V/200A、48V/400A。

由于通信设备中使用的集成电路种类繁多，其电源电压也各不相同。在通信电源系统中，采用高功率密度的高频DC-DC隔离电源模块，将中间母线电压(一般为48V DC)转换成各种DC电压，可以大大降低损耗，方便维护，安装和增加都非常方便。一般可以直接安装在标准控制板，对二次电源的要求是高功率密度。由于通信容量的不断增加，通信电源的容量也会随之增加。

2.3 DC-DC转换器

DC/DC转换器将固定的DC电压转换成可变的DC电压。该技术广泛应用于无轨电车、地铁列车、电动车的无级变速和控制。同时使上述控制达到加速、稳定、快速响应的性能，同时收到省电的效果。用DC斩波器代替变阻器可节能20 ~ 30%。DC斩波器不仅能调节电压(开关电源)，还能有效抑制电网侧的谐波电流噪声。

通信电源的二次DC/DC变换器已经商品化。该模块采用高频PWM技术，开关频率约为500kHz，功率密度为5W~20W/in3。随着大规模集成电路的发展，要求功率模块小型化，因此需要不断提高开关频率，采用新的电路拓扑。目前，一些公司已经开发生产了采用零电流开关和零电压开关技术的二次功率模块，功率密度有了很大的提高。

2.4不间断电源(UPS)

不间断电源(UPS)是一种高可靠性、高性能的电源，适用于计算机、通信系统和需要不间断供电的场合。交流市电输入通过整流器转换成DC，一部分能量给蓄电池充电，另一部分通过逆变器转换成交流电，通过转换开关送到负载。为了在逆变器故障时仍能给负载提供能量，通过功率转换开关实现了另一个备用电源。

现代UPS普遍采用脉宽调制技术和M0SFET、IGBT等现代电力电子器件，降低了电源噪声，提高了效率和可靠性。微处理器软硬件技术的引入可以实现UPS的智能管理、远程维护和远程诊断。

目前在线式UPS的最大容量已经达到600kVA。超小型UPS也发展迅速，产品有0.5kVA、lkVA、2kVA、3kVA等规格。

2.5逆变器电源

逆变电源主要用于交流电机的变频调速，在电气传动系统中发挥着越来越重要的作用，并取得了巨大的节能效果。逆变电源主电路采用交流-DC-交流方案。工频电源通过整流器转换成固定的DC电压，再由大功率晶体管或IGBT组成的PWM高频变换器将DC电压转换成电压和频率可变的交流输出。电源的输出波形类似正弦波，用来驱动交流异步电机实现无级调速。

世界上400kVA以下逆变电源系列产品已经问世。20世纪80年代初，日本东芝公司首先将交流变频调速技术应用于空调。到1997，其份额已经达到日本家用空调的70%以上。变频空调具有舒适节能的优点。国内对变频空调的研究始于上世纪90年代初。1996年引进生产线生产变频空调，逐渐形成了变频空调研发生产的热点。预计2000年左右会达到高潮。变频空调除了变频供电，还需要一台适合变频调速的压缩机电机。优化控制策略和选择功能元件是空调变频电源的进一步发展方向。

2.6高频逆变整流焊机电源

高频逆变整流焊机电源是一种高性能、高效率、节材的新型焊机电源，代表了当今焊机电源的发展方向。由于IGBT大容量模块的商品化，该电源具有更广阔的应用前景。

交流-DC-交流-DC(交流-DC-交流-DC)变换法大多用于逆变焊机电源。50Hz交流电经全桥整流转换成DC，由IGBT组成的PWM高频转换部分将DC转换成20kHz的高频矩形波，经高频变压器耦合、整流、滤波后成为电源电弧的稳定DC。

由于焊机电源工作条件恶劣，短路、电弧和开路频繁发生，因此高频逆变整流焊机电源的工作可靠性成为最关键的问题，也是用户最关心的问题。采用微处理器作为脉宽调制(PWM)的相关控制器。通过对多种参数和信息的提取和分析，达到预测系统各种工作状态的目的，进而提前对系统进行调整和处理，解决了目前大功率IGBT逆变电源的可靠性问题。

国外逆变焊机已实现额定焊接电流300A，负载持续时间60%，满载电压60~75V，电流调节范围5~300A，重量29kg。

2.7大功率开关高压DC电源

大功率开关高压DC电源广泛应用于静电除尘、水质改善、医用x光机和CT机等大型设备。电压高达50~l59kV，电流在0.5A以上，功率可达100kW。

从20世纪70年代开始，一些日本公司开始采用逆变技术，将市电整流后逆变为3kHz左右的中频，然后升压。20世纪80年代，高频开关电源技术迅速发展。德国西门子公司采用功率晶体管作为主要开关元件，使电源的开关频率提高到20kHz以上。干式变压器技术成功应用于高频高压电源，取消了高压变压器的油箱，进一步减小了变压器系统的体积。我国研制了静电除尘器用高压DC电源。市电整流后转换为DC。DC电压由全桥零电流开关串联谐振逆变电路转换成高频电压，再由高频变压器升压，最后整流成DC高压。在阻性负载条件下，输出DC电压达到55kV，电流达到15mA，工作频率为25.6kHz

2.8电力有源滤波器

传统的交流DC变换器在投入运行时，会向电网注入大量的谐波电流，造成谐波损耗和干扰，同时设备网侧的功率因数也会恶化，即所谓的“电源污染”。比如加上不可控整流和容性滤波，网侧三次谐波含量可达(70-80)%，网侧功率因数仅为0.5-0.6。

有源电力滤波器是一种能动态抑制谐波的新型电力电子装置，它能克服传统LC滤波器的缺点，是一种很有前途的谐波抑制方法。

2.现代电力电子技术在电力系统中的应用

1.发电环节

电力系统的发电环节涉及发电机组的各种设备，电力电子设备应用的主要目的是改善这些设备的运行特性。

(l)大型发电机的静态励磁控制

静态励磁采用晶闸管整流自并励励磁方式，具有结构简单、可靠性高、成本低等优点，广泛应用于世界各大电力系统。由于省去了激振器这一中间惯性环节，具有其独特的快速调节性，为先进控制规律充分发挥作用，产生良好的控制效果提供了有利条件。

(2)水轮发电机和风力发电机变速恒频励磁。

水力发电的有效功率取决于干水头压力和流量。当水头变化较大时(特别是抽水蓄能机组)，机组的最优转速也会随之变化。风力发电的有效功率与风速的三次方成正比，风车捕捉最大风能的速度随风速而变化。为了获得最大有效功率，机组可以变速运行。通过调节转子励磁电流的频率，定子频率即输出频率在与转子转速叠加后保持恒定。这种应用的技术核心是变频电源。

(3)电厂风机和水泵的变频调速

电厂厂用电率平均为8%，风机和水泵用电量约占火电设备总用电量的65%，运行效率较低。使用低压或高压变频器，对风机和水泵实施变频调速，可以达到节能的目的。低压变频器技术已经非常成熟。国内外厂家很多，没有一个完整的系列产品。而具备高压大容量变频器设计和生产能力的企业并不多，国内很多高校和企业都在加紧联合开发。

2.传输链路

电力电子器件在高压输电系统中的应用被称为“硅片引起的第二次革命”，极大地改善了电网的稳定运行特性。

(1) HVDC和HVDC L i g ht技术HVDC具有输送容量大、稳定性好、控制调节灵活等优点，对于远距离输电、海底电缆输电和不同频率系统联网具有独特的优势。1970年世界上第一台晶闸管变流器的出现标志着电力电子技术正式应用于DC输电。此后，世界上所有新的DC输电工程都采用了晶闸管换流阀。

(2) FA CTs技术FA CTs技术的概念在20世纪80年代末问世。它是以电力电子技术和现代控制技术为基础，灵活快速地调节交流输电系统阻抗、电压和相位的输电技术，可以实现交流输电潮流的灵活控制，大大提高电力系统的稳定水平。自20世纪90年代以来，FA CTS技术在国外研究开发的基础上，已应用于实际电力系统工程。其输出无功功率大，设备结构简单，控制方便，成本低，所以应用较早。

3.配电链路

如何加强供电可靠性，提高电能质量，是配电系统亟待解决的问题。电能质量控制不仅要满足电压、频率、谐波和不对称的要求，还要抑制各种暂态波动和干扰。电力电子技术和现代控制技术在配电系统中的应用，即用户电力(Cu s t o m Po we r)技术或DF ACTS技术，是在F ACTS成熟技术基础上发展起来的一种新型电能质量控制技术。可以理解为DFACTS设备是FACTS设备的缩小版，原理、结构相同，功能相似。由于潜在需求巨大，市场干预相对容易，开发投资和生产成本相对较低，随着电力电子器件价格的不断降低，可以预计D F A C TS设备产品将进入快速发展期。

三。电力电子技术的发展前景

1.新型电力电子设备

在由新型半导体材料制成的功率器件中，最有前途的是碳化硅(SiC)。其性能指标比GaAs器件高一个数量级。与其他半导体材料相比，碳化硅具有以下优异的物理特性:高带隙、高饱和电子漂移速度、高击穿强度、低介电常数和高热导率。这些优异的物理性能决定了碳化硅是高温、高频、大功率应用中的理想半导体材料。在相同的耐压和电流水平下，SiC器件的漂移电阻仅为硅器件的1/200，甚至高耐压SiC场效应晶体管的导通压降也远低于单极和双极硅器件。而且SiC器件的开关时间可以达到10ns量级，具有优异的FBSOA。SiC可用于制造射频和微波功率器件、各种高频整流器、MESFETs、MOSFETs和JFETs。碳化硅高频功率器件已在摩托罗拉研制成功，并应用于微波和射频器件。GE公司正在开发SiC功率器件和高温器件(包括喷气发动机的传感器)。西屋公司制造了一种工作在26GHz的甚高频MESFET。ABB正在为工业和电力系统开发大功率、高压碳化硅整流器和其他碳化硅低频功率器件。理论分析表明，SiC功率器件非常接近理想功率器件。可以预见，各种SiC器件的研发必将成为功率器件研究领域的主要趋势之一。然而，在SiC材料和功率器件的机理、理论和制造技术方面还有许多问题需要解决。据估计，他们至少需要10年才能真正给电力电子技术领域带来又一次革命。

2.新能源

电力电子技术在新能源发电技术、电能质量控制技术和节能技术方面有着广阔的发展前景。其中风力发电和太阳能发电最受关注，电力电子技术是风力发电和太阳能发电的核心技术之一，为电力电子工程师提供了千载难逢的机会。广大电力电子工程师可以抓住这一机遇，推动电力电子技术的发展。同时，由于电力电子器件和电弧炉的广泛应用，电能质量日益下降。另一方面，用户对电能质量的要求更高。以有源电力滤波器为代表的电能质量控制装置越来越受到人们的重视，开展了越来越多的研究和开发。此外，由于电力系统中大量使用电动机(占发电量的60%以上)和照明电源(约占发电量的10 ~ 15%)，电力电子器件可以很好地补偿无功功率和电力谐波，所以电力电子技术被称为节能技术。目前，由于化石能源的枯竭，电力电子技术在节能方面受到了极大的重视，并得到了迅速的发展。

3.电动汽车

中国人口多，石油少。现在中国每年进口大量石油。21世纪上半叶，地球上的油气资源日益减少，甚至迟早会枯竭。特别是在中国的国情下，城市交通重点发展电动汽车是必然趋势。大城市之间的磁悬浮列车，城市中的电动高架列车和地铁列车，个人电动自行车和电动汽车将构成未来交通网络的主角。其中，电力电子产品大有用武之地。磁悬浮列车的磁悬浮电源和直线电机的变频调速:城市高架列车和地铁列车中异步电动机的变频调速:电动自行车和电动汽车中永磁无刷电机的外转子调速在未来十年将会有很大的发展。在这里，电动自行车和电动汽车的普及必须解决无刷电机及其控制器、环保电池、快速充电器和充电站的网络服务等问题。现在看来，国内推广电动自行车代替摩托车作为交通工具的技术已经趋于成熟。这里必须使用镍氢电池和锂离子电池，以消除传统铅酸电池对环境的污染。这种依然价格不菲的电池组，可以出租给电动自行车用户，实行由间距合理的电池充电站统一充电，用户自行充电的方法。与锂离子电池(如36V、10AH)相比，铅酸电池重12 kg，而后者仅重2.4kg..

电动汽车的发展是未来电力电子的一个潜在的大市场。首先是高能量密度的清洁电池的突破。最有前途的是燃料电池，它的启动和稳定运行需要电力电子产品。最有趣和最有前途的牵引系统方案是由安装在四个车轮上的外转子盘式永磁无刷DC电机驱动。这种电机结构的优化设计，高性能的控制和调速驱动，四台电机的协调运行，将为电动汽车的舒适操作和零半径转弯提供技术保障。未来十年是电动汽车实用化发展的关键时期，电力电子行业可以也应该做出相应的研发工作，积极迎接这个巨大市场的到来。

结论:

电力电子技术已经迅速发展成为一个独立的技术和学科领域。其应用领域几乎涉及国民经济的所有工业部门。毫无疑问，它将成为新世纪的关键支撑技术之一。电力电子技术具有微电子技术发展迅速、渗透力强、生命力旺盛等诸多特点，并能与其他学科融合发展。

参加考试，贡献力量

(1)林伟勋。浅谈半导体高频电力电子技术。浙江大学电力电子技术选编，1992(384-390)。

②傅和张辉。电力电子技术在电力系统中的应用。信息技术，2000年(162)

(3)王兆安。中国电力电子技术的新进展。逆变器世界，2008(32)

(4)陈红。电气学科导论。北京:机械工业出版社，2005。