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1、现代电源技术发展综述1、现代电源技术的发展概况现代电源技术的发展方向，是从以低频技术为主的传统电源技术，向以 高频技术为主的现代电源技术方向转变。电源技术始于上世纪的四十年代末 五十年代初的硅整流器件，其发展先后经历了整流器时代、逆变器时代和变 频器时代，并促进了电源技术在许多新领域的应用。八十年代末期和九十年 代初期发展起来的、以功率MOSFET和IGBT为代表的、集高频、高电压和大 电流于一身的功率半导体复合器件，表明传统电源技术已经进入现代电源时 代。1.1整流器时代大功率的工业用电由工频（50Hz）交流发电机提供，但是大约20%40% 的电能是以直流形式消费的，其中最典型的是电解、牵引
2、和直流传动三大领 域。大功率硅整流器能有效的把工频交流电转变为直流电，因此在六十年代 和七十年代，大功率硅整流管和晶闸管的开发与应用得以大力发展。但是， 大功率整流器件也存在许多缺点，比如转换效率低，体积庞大，散热量大等。 1.2逆变器时代七十年代，变频技术因节能效果显着而迅速发展。变频器的关键技术是： 半导体器件的通断作用，将工频电源逆变为另一种频率的电能的控制装置。 在七十年代到八十年代，随着变频调速装置的普及，大功率电力电子器件成 为当时电机调速的主角。这时的电力电子技术已经能够实现整流和逆变，但 工作频率较低，使得设备的体积依然庞大，功率器件的损耗也较大，转换效 率不够高，仅仅局限在中
3、低频率围使用。1.3变频器时代进入八十年代，大规模和超大规模集成电路技术的迅猛发展，为电源技 术的发展奠定了基础。MOSFET和IGBT的相继问世，是传统的电力电子向现 代电力电子转变的标志。新型器件的发展不仅为交流电机变频调速提供了较 高的频率，使其性能更加完善可靠，而且使现代电子技术不断向高频化发展， 为用电设备的高效、节能，实现小型化，机电一体化和智能化提供了重要的 技术基础。随着电力电子技术的发展，特别是微电子技术的发展，电器设备的种类越来 越多，任何电器设备都离不开电源，电源正发挥着举足轻重的作用，同时随 着电源应用的普及，以及科学技术的进步，特别是一些先进的仪器对电源提 出了更新、
4、更高的要求，使原来的电路技术特别是整流技术的效率大大下降 而不再适用。因此，必须采用新的器件，研究新的电路。现代电力电子技术的发展方向，是从以低频技术处理问题为主的传统电 力电子学，向以高频技术处理问题为主的现代电力电子学方向转变。电力电 子技术起始于五十年代末六十年代初的硅整流器件，其发展先后经历了整流 器时代、逆变器时代和变频器时代，并促进了电力电子技术在许多新领域的 应用。八十年代末期和九十年代初期发展起来的、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件，表明传统电 力电子技术已经进入现代电力电子时代。2、现代电力电子技术的发展概况2.1整流器时
5、代大功率的工业用电由工频（50Hz）交流发电机提供，但是大约20%的电能 是以直流形式消费的，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）三大领域。大功率硅整流器能够高效率地把工频交 流电转变为直流电，因此在六十年代和七十年代，大功率硅整流管和晶闸管 的开发与应用得以很大发展。当时国曾经掀起了-股各地大办硅整流器厂的 热潮，目前全国大大小小的制造硅整流器的半导体厂家就是那时的产物。2.2逆变器时代七十年代出现了世界围的能源危机，交流电机变频惆速因节能效果显著 而迅速发展。变频调速的关键技术是将直流
6、电逆变为0100Hz的交流电。在 七十年代到八十年代，随着变频调速装置的普及，大功率逆变用的晶闸管、 巨型功率晶体管（GTR）和门极可关断晶闸管（GT0）成为当时电力电子器件的 主角。类似的应用还包括高压直流输出，静止式无功功率动态补偿等。这时 的电力电子技术已经能够实现整流和逆变，但工作频率较低，仅局限在中低 频围。2.3变频器时代进入八十年代，大规模和超大规模集成电路技术的迅猛发展，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和高压大电 流技术有机结合，出现了一批全新的全控型功率器件、首先是功率M0SFET 的问世，导致了中小功率电源向高频化发展，而后绝缘门极双极晶体
7、管（IGBT） 的出现，又为大中型功率电源向高频发展带来机遇。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达到平分秋色的地步， 而用IGBT代替GTR在电力电子领域巳成定论。新型器件的发展不仅为交流 电机变频调速提供了较高的频率，使其性能更加完善可靠，而且使现代电子 技术不断向高频化发展，为用电设备的高效节材节能，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。3、不间断电源UPS的发展与应用UPS电源是一种供电较为稳定、安全的电源设备，它是一种利用计算机、 通信系统等现代高科
8、技技术进行分析和控制的不间断高性能电源，该电源的 使用层面比较广泛，可以被应用于很多的用电设备，比如工业用电、企业用 电等等。正处于发展中状态的中国，所有行业都还存在较多未开发的空白领 域，未来的UPS电源市场发展是不可限量的。当前，国家和政府正在大力推行节能减排，要求社会生产和生活活动应 当在减低能源消耗和环境污染的前提下进行，人们和企业、其它社会团体也 逐渐意识到了环境保护和能源节约的重要性。节能减排理念的深化从某种层 面拓展了 UPS电源市场的发展；此外，半导体技术等相关技术的发展更是为 UPS电源设备的生产和市场发展奠定可良好的技术基础。3.1信息设备用UPS电源系统。近年来，计算机技
9、术的发展以及网络系统的完善使得计算机设备的应用 层面越来越广泛，无论在企业管理、工业生产，甚至是国家行政部门的工作 中，都有使用到计算机设备以及相关的附属产品，计算机设备虽然为人们带 来了便利，但是该设备的使用与社会电力供应质量发生了矛盾，断电情况下， 会造成严重的问题，因此，计算机的使用需要一个持续的电源供应，保证设 备的持续运行。UPS电源设备在信息设备中的应用极大程度的保障了信息设 备的安全性、稳定性和持续性。其应用领域如：IT、金融、信息产业、交通 管理、航天航空行业、数据管理、通信行业等等。有了 UPS电源设备的保护， 在瞬时断电情况下，UPS电源设备会立即向对应系统提供电力供应，且
10、不存 在间断时间，有效的保护了用户的操作。3.2工业动力用UPS电源系统。工业生产或者工业运行中，UPS电源设备主要连接到重要的用电设备中， 保证设备的持续运行，其应用领域如：矿产开发、有色金属、军事、食品医 疗、石油与化工生产、建筑施工等等，UPS电源设备的主要作用是作为此类 重要用电系统的信号装置、继电保护、分合闸、自动装置等的交、直流不间 断电源设备，为相应的系统提供持续稳定的电力供应。工业用的UPS电源设 备是同类产品中较为高端的产品，售价也比较高，由于需要向较多的大功率 设备提供电源，因此其所采用的技术较为高端复杂，比如大功率能量变换的 电力电子技术、交流电源并联冗余技术以及数字化控
11、制技术、大功率产品制 造技术等等。从工业层面来说，一般的工业企业很少有实力应用此类高端的 UPS电源产品，当然，由于产品生产具有较高的技术难度，而且成本较高， 也很少有企业能够进入这类高端产品的生产制造领域，相关的服务市场、元 件供应市场和技术市场还有待完善。4、总结随着电力电子技术的发展，特别是电子技术的发展，电器设备的种类越 来越多，任何电器设备都离不开电源，电源正发挥着举足轻重的作用，同时 随着不间断电源UPS应用的普及，以及科学技术的进步，特别是一些特殊领 域对电源提出了更高的要求，使UPS电源设备在信息设备中的应用极大程度 的保障了信息设备的安全性、稳定性和持续性。5、学习心得电力电子及电源技术应用因需求不断向前发展，新的电源技术的出现会 应用到更多更新的应用领域。使各个行业特殊领域的电源得到了保障，为国 家的现代化建设添砖加瓦，这就要求我们在今后的工作中，不断的学习新知 识、新技术、新工艺，才能不被这个时代所淘汰，适应这个时代的发展。
