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变频电源的发展历程

2021-08-30

  现代电力电子技术的发展方向正在从主要处理低频技术问题的传统电力电子向主要处理高频技术问题的现代电力电子转变。电力电子技术始于20世纪50年代末60年代初的硅整流器件,其发展经历了整流器时代、逆变器时代和变频电源时代,推动了电力电子技术在许多新领域的应用。20世纪80年代末90年代初发展起来的功率半导体复合器件,以功率MOSFET和IGBT为代表,集高频、高压、大电流于一体,标志着传统电力电子技术进入了现代电力电子时代。

  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%的电能以DC形式消耗,其中典型的有电解(有色金属和化工原料需DC电解)、牵引(电力机车、电力驱动内燃机车、地铁机车、城市无轨电车等)。)和DC带动(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为直流电,因此在20世纪六七十年代,大功率硅整流器和晶闸管的发展和应用得到了很大的发展。当时全国各地掀起了建立大型硅整流厂的热潮。目前国内大大小小的硅整流器的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,世界范围内出现了能源危机,交流电机的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DC逆变为0~100赫兹的交流电。20世纪70-80年代,随着变频调速装置的普及,用于大功率逆变器的晶闸管、巨型功率晶体管(GTR)和可关断晶闸管(GT0)成为当时电力电子装置的主角。类似的应用包括高压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逆变,但工作频率较低,仅限于中低频范围。

  3、变频电源时代

  变频电源将市电中的交流电从交流电转换为DC交流电,并以纯正弦波输出。输出频率和电压可以在一定范围内调节。它不同于用于电机调速的变频调速器,也不同于普通的交流稳压电源。理想的交流电源具有频率稳定、电压稳定、内阻为零、纯正弦波(无失真)的特点。

  80年代前后,电子变频电源主要是日本小仪器电源,由晶体放大制成,80年代后通过台湾省引入中国大陆。这一时期的电源具有功率低、精度好、效率低的特点。

  20世纪80年代,中国大陆走上了改革开放的道路。这一阶段中国大陆进出口设备逐渐增多,尤其是以微波炉、空调为代表的电器出口份额增加,因此需要大功率变频电源进行测试。对于这部分市场的需求,原有的产品功率已经无法满足,于是电源厂商寻求新的技术来扩大电源的功率。根据当时的技术条件和电子器件,主要发展为两种方式。一方面保持晶振模式不变,采用多机并联扩大产能;另一种方法是使用功率晶体模块。

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