Diskussion über die Entwicklung der modernen Leistungselektronik und Energietechnik

Abstract: In diesem Artikel wird der Entwicklungsprozess der modernen Leistungselektroniktechnologie erläutert, die Anwendungsbereiche der Leistungselektroniktechnologie beschrieben und der Entwicklungstrend der modernen Leistungstechnologie erörtert.

Schlüsselwörter: Leistungselektronik-Schaltnetzteil

Die moderne Energietechnologie ist eine multidisziplinäre Edge-Crossing-Technologie, die Halbleiterbauelemente der Leistungselektronik, integrierte automatische Steuerung, Computertechnologie (Mikroprozessor) und elektromagnetische Technologie verwendet. Es spielt eine Schlüsselrolle in verschiedenen hochwertigen und hocheffizienten Hochzuverlässigkeitsnetzteilen und ist die spezifische Anwendung der modernen Leistungselektroniktechnologie.

Gegenwärtig entwickelt sich die Leistungselektronik als Grundlage für Energieeinsparung, Einsparung, Automatisierung, Intelligenz und Mechatronik in Richtung Hochfrequenzanwendungstechnologie, modularer Hardwarestruktur und umweltfreundlicher Produktleistung. In naher Zukunft wird die Leistungselektronik die Stromversorgungstechnologie ausgereifter, wirtschaftlicher und praktischer machen und einen hohen Wirkungsgrad und eine hohe Stromqualität erzielen.

1. Entwicklung der Leistungselektronik

Die Entwicklungsrichtung der modernen Leistungselektroniktechnologie reicht von der traditionellen Leistungselektronik mit Verarbeitungsthemen der Niederfrequenztechnologie bis zur modernen Leistungselektronik mit Verarbeitungsthemen der Hochfrequenztechnologie. Die Leistungselektroniktechnologie begann in den späten 1950er und frühen 1960er Jahren. Ihre Entwicklung hat die Ära der Gleichrichter, Wechselrichter und Wechselrichter erlebt und die Anwendung der Leistungselektronik in vielen neuen Bereichen gefördert. Die Leistungshalbleiter-Verbundbauelemente, die Ende der 1980er und Anfang der 1990er Jahre entwickelt wurden und durch Leistungs-MOSFETs und IGBTs dargestellt werden, die Hochfrequenz, Hochspannung und Hochstrom kombinieren, zeigen, dass die traditionelle Leistungselektroniktechnologie in die moderne Leistungselektronik eingetreten ist Epoche. .

1.1 Gleichrichter-Ära

Hochleistungs-Industriestrom wird durch Leistungsfrequenzgeneratoren (50 Hz) bereitgestellt, aber etwa 20% des Stroms werden in Gleichstrom verbraucht. Der typischste davon ist Elektrolyse (Nichteisenmetalle und chemische Materialien erfordern Gleichstromelektrolyse), Traktion ( elektrische Lokomotiven, Diesellokomotiven mit elektrischem Antrieb, U-Bahn-Lokomotiven, städtische Oberleitungsbusse usw.) und Gleichstromübertragung (Walzstahl, Papierherstellung usw.) sind drei Hauptbereiche. Hochleistungs-Siliziumgleichrichter können Wechselstrom in Gleichstrom effizient umwandeln. Daher wurde in den 1960er und 1970er Jahren die Entwicklung und Anwendung von Hochleistungs-Siliziumgleichrichtern und Thyristoren stark entwickelt. Zu dieser Zeit hatte China an verschiedenen Orten einen Höhepunkt der großen Siliziumgleichrichterfabrik ausgelöst. Gegenwärtig sind die Halbleiterhersteller von großen und kleinen Siliziumgleichrichtern in China die Produkte dieser Zeit.

1.2 Wechselrichter-Ära

In den 1970er Jahren gab es eine weltweite Energiekrise, und der Leerlauf der Wechselstrom-Motorfrequenzumwandlung entwickelte sich aufgrund des offensichtlichen Energieeinsparungseffekts schnell. Die Schlüsseltechnologie der Frequenzumwandlungsgeschwindigkeitsregelung besteht darin, Gleichstrom auf 0 bis 100 Hz Wechselstrom umzuwandeln. In den 1970er und 1980er Jahren wurden mit der Popularisierung von Frequenzumrichtern, Thyristoren, Riesenleistungstransistoren (GTRs) und Gate-Abschaltthyristoren (GT0) für Hochleistungswechselrichter die Protagonisten der Leistungselektronik zu dieser Zeit. Ähnliche Anwendungen umfassen Hochspannungs-Gleichstromausgang, dynamische Kompensation der statischen Blindleistung und mehr. Zu diesem Zeitpunkt war die Leistungselektroniktechnologie in der Lage, Gleichrichtung und Wechselrichter zu erreichen, aber die Betriebsfrequenz ist niedrig und nur auf den niedrigen bis mittleren Frequenzbereich beschränkt.

1.3 Wechselrichter-Ära

In den 1980er Jahren legte die rasante Entwicklung der Technologie für integrierte Schaltkreise im großen und extrem großen Maßstab den Grundstein für die Entwicklung der modernen Leistungselektroniktechnologie. Durch die Kombination der Feinverarbeitungstechnologie der integrierten Schaltungstechnologie mit der Hochspannungs- und Hochstromtechnologie, einer neuen Charge voll gesteuerter Leistungsvorrichtungen, ist zunächst die Entwicklung von Leistungs-MOSFETs entstanden, die zur Entwicklung von Medien geführt haben - und kleine Stromversorgungen für Hochfrequenz und dann die Tür Die Entstehung extrem bipolarer Transistoren (IGBTs) hat Möglichkeiten für die Hochfrequenzentwicklung großer und mittlerer Stromversorgungen eröffnet. Die sukzessive Einführung von MOSFETs und IGBTs ist ein Zeichen für die Umwandlung traditioneller Leistungselektronik in moderne Leistungselektronik. Laut Statistik hatten Leistungs-MOSFETs und GTRs bis Ende 1995 einen Ausgleich auf dem Markt für Leistungshalbleiterbauelemente erreicht, und der Ersatz von GTRs durch IGBTs war auf dem Gebiet der Leistungselektronik von entscheidender Bedeutung. Die Entwicklung neuer Geräte bietet nicht nur eine Hochfrequenz für die Drehzahlregelung der Frequenzumwandlung des Wechselstrommotors, sondern macht auch die Leistung perfekter und zuverlässiger und lässt die moderne elektronische Technologie mit hoher Frequenz weiterentwickelt werden, was energieeffizient und energiesparend für Elektrizität ist Ausrüstung. Quantifizierung, Mechatronik und Intelligenz bilden eine wichtige technische Grundlage.

2. Anwendungsgebiete der modernen Leistungselektronik

2.1 Hochleistungs-Ökostromversorgung für Computer

Die rasche Entwicklung der Computertechnologie hat den Menschen in die Informationsgesellschaft geführt und auch die rasche Entwicklung der Energietechnologie gefördert. In den 1980er Jahren übernahm der Computer die Schaltstromversorgung vollständig und übernahm die Führung bei der Vervollständigung der Stromerzeugung des Computers. Dann hat die Schaltnetzteiltechnologie den Bereich der Elektronik und der elektrischen Ausrüstung betreten.

Die Entwicklung der Computertechnologie hat grüne Computer und grüne Stromversorgungen vorgeschlagen. Grüne Computer beziehen sich auf PCs und verwandte Produkte, die für die Umwelt harmlos sind. Ökostrom bezieht sich auf effiziente stromsparende Netzteile für umweltfreundliche Computer. Laut dem "Energy Star" -Programm der US-Umweltschutzbehörde vom 17. Juni 1992 erfüllt der Tischtyp PC oder verwandte Peripheriegeräte, wenn der Stromverbrauch im Ruhezustand weniger als 30 Watt beträgt, die Anforderungen umweltfreundlicher Computer und verbessert sich Energieeffizienz ist der grundlegende Weg, um den Stromverbrauch zu senken. Bei einem aktuellen 200-Watt-Schaltnetzteil mit 75% Wirkungsgrad verbraucht das Netzteil selbst 50 Watt Energie.

2.2 Kommunikations-Hochfrequenz-Schaltnetzteil

Die rasante Entwicklung der Kommunikationsbranche hat die Entwicklung der Kommunikationskraft erheblich gefördert. Das hochfrequente miniaturisierte Schaltnetzteil und seine Technologie sind zum Mainstream moderner Kommunikationsstromversorgungssysteme geworden. Auf dem Gebiet der Kommunikation wird ein Gleichrichter häufig als primäre Stromquelle und ein Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler (DC / DC-Wandler) als sekundäre Stromquelle bezeichnet. Die Funktion der Primärstromversorgung besteht darin, das einphasige oder dreiphasige Wechselstromnetz in eine Gleichstromquelle mit einem Nennwert von 48 V umzuwandeln. Gegenwärtig wurde in der Primärstromversorgung für den programmgesteuerten Schalter die herkömmliche phasengesteuerte geregelte Stromversorgung durch die Hochfrequenzschaltstromversorgung ersetzt. Das Hochfrequenz-Schaltnetzteil (auch als Schaltgleichrichter SMR bezeichnet) arbeitet mit hoher Frequenz über den MOSFET oder IGBT, und die Schaltfrequenz wird im Allgemeinen im Bereich von 50 bis 100 kHz gesteuert, wodurch ein hoher Wirkungsgrad und eine Miniaturisierung erreicht werden. In den letzten Jahren wurde die Leistungskapazität von Schaltgleichrichtern kontinuierlich erweitert, und die eigenständige Kapazität wurde von 48 V / 12,5 A und 48 V / 20 A auf 48 V / 200 A und 48 V / 400 A erweitert.

Aufgrund der Vielzahl der in Kommunikationsgeräten verwendeten integrierten Schaltkreise ist auch die Versorgungsspannung unterschiedlich. In dem Kommunikationsstromversorgungssystem wird ein hochfrequentes DC / DC-isoliertes Stromversorgungsmodul mit hoher Leistungsdichte verwendet, das aus der Zwischenbusspannung (im Allgemeinen 48 V DC) umgewandelt wird. Es sind verschiedene Gleichspannungen erforderlich, die den Verlust erheblich reduzieren, die Wartung erleichtern und sehr bequem zu installieren und zu erhöhen sind. Im Allgemeinen kann es direkt auf der Standardsteuerkarte montiert werden. Voraussetzung für die Sekundärstromversorgung ist eine hohe Leistungsdichte. Wenn die Kommunikationskapazität weiter zunimmt, wird die Kommunikationsleistungskapazität weiter zunehmen.

2.3 DC-DC-Wandler

Der DC / DC-Wandler wandelt eine feste Gleichspannung in eine variable Gleichspannung um. Diese Technologie wird häufig bei der stufenlosen Übertragung und Steuerung von Oberleitungsbussen, U-Bahnen, Elektrofahrzeugen verwendet, und gleichzeitig wird die obige Steuerung beschleunigt und stabil. Reaktionsschnelle Leistung und gleichzeitig Energieeinsparung. Das Ersetzen des Varistors durch einen DC-Chopper spart Energie (20 ~ 30)%. Der DC-Chopper kann nicht nur als Spannungsregler (Schaltnetzteil) fungieren, sondern auch das Oberschwingungsstromrauschen der Netzseite wirksam unterdrücken.

Der DC / DC-Wandler der sekundären Stromversorgung der Kommunikationsstromversorgung wurde kommerzialisiert, und das Modul verwendet die Hochfrequenz-PWM-Technologie. Die Schaltfrequenz beträgt ca. 500 kHz und die Leistungsdichte beträgt 5W ~ 20W / in3. Bei der Entwicklung großer integrierter Schaltkreise müssen Leistungsmodule miniaturisiert werden. Daher ist es notwendig, die Schaltfrequenz kontinuierlich zu verbessern und eine neue Schaltungstopologie zu übernehmen. Gegenwärtig haben einige Unternehmen zwei Technologien entwickelt und hergestellt, die die Nullstrom- und die Nullspannungsschalttechnologie verwenden. Das sekundäre Leistungsmodul weist eine signifikante Verbesserung der Leistungsdichte auf.

2.4 Unterbrechungsfreie Stromversorgung (USV)

Unterbrechungsfreie Stromversorgungen (USV) sind hochzuverlässige Hochleistungsstromversorgungen, die für Computer, Kommunikationssysteme und für unterbrechungsfreie Anwendungen erforderlich sind. Der Wechselstromeingang wird vom Gleichrichter in Gleichstrom umgewandelt, ein Teil der Energie wird in den akku geladen und der andere Teil der Energie wird über den Wechselrichter in Wechselstrom umgewandelt und über den Übertragungsschalter an die Last gesendet. Um die Last im Falle eines Wechselrichterausfalls weiterhin mit Energie zu versorgen, wird eine andere alternative Stromquelle durch einen Stromübertragungsschalter implementiert.

Moderne USVs verwenden im Allgemeinen die Pulsweitenmodulationstechnologie und moderne leistungselektronische Geräte wie Leistungs-MOSFETs und IGBTs, und das Rauschen der Stromversorgung wird verringert und die Effizienz und Zuverlässigkeit werden verbessert. Durch die Einführung der Hardware- und Softwaretechnologie für Mikroprozessoren können intelligente USV-Verwaltung, Fernwartung und Ferndiagnose realisiert werden.

Derzeit kann die maximale Kapazität der Online-USV auf 600 kVA eingestellt werden. Die Entwicklung von ultrakleinen USVs ist ebenfalls sehr schnell und es gibt bereits verschiedene Spezifikationen von Produkten wie 0,5 kVA, 1 kVA, 2 kVA, 3 kVA.

2.5 Wechselrichternetzteil

Das Wechselrichter-Netzteil wird hauptsächlich zur Frequenzumwandlungsdrehzahlregelung von Wechselstrommotoren verwendet, und seine Position im elektrischen Antriebssystem wird immer wichtiger, und es wurden enorme Energieeinsparungseffekte erzielt. Der Hauptstromkreis des Wechselrichters verwendet das AC-DC-AC-Schema. Das Netzteil mit Netzfrequenz wird über einen Gleichrichter in eine feste Gleichspannung umgewandelt, und dann wandelt ein PWM-Hochfrequenzwandler, der aus einem Hochleistungstransistor oder einem IGBT besteht, die Gleichspannung in einen Wechselstromausgang mit Spannung und variabler Frequenz und die Wellenform des Ausgangsausgangs um wird einer Sinuswelle angenähert. Es wird verwendet, um einen Wechselstrom-Asynchronmotor anzutreiben, um eine stufenlose Drehzahlregelung zu erreichen.

Internationale Wechselrichter-Stromversorgungsprodukte unter 400 kVA wurden eingeführt. In den frühen 1980er Jahren wandte die japanische Toshiba Corporation erstmals eine Wechselstrom-Drehzahlregelungstechnologie für Klimaanlagen an. Bis 1997 hatte sein Marktanteil mehr als 70% der japanischen Haushaltsklimageräte erreicht. Wechselrichter-Klimaanlagen bieten den Vorteil von Komfort und Energieeinsparung. In den frühen neunziger Jahren begann China mit der Erforschung von Wechselrichter-Klimaanlagen. 1996 wurden Produktionslinien zur Herstellung von Wechselrichter-Klimaanlagen eingeführt und schrittweise die Entwicklung und Produktion von Wechselrichter-Klimaanlagen entwickelt. Es wird erwartet, dass bis etwa 2000 ein Höhepunkt erreicht wird. Zusätzlich zur Stromversorgung mit variabler Frequenz benötigt die Wechselrichter-Klimaanlage auch einen Kompressormotor, der für die Drehzahlregelung mit variabler Frequenz geeignet ist. Die Optimierung der Regelstrategie und die Auswahl der Funktionskomponenten ist die Weiterentwicklungsrichtung der Entwicklung einer variablen Frequenzstromversorgung für Klimaanlagen.

2.6 Stromversorgung des Hochfrequenz-Wechselrichter-Gleichrichterschweißgeräts

Das Hochfrequenz-Wechselrichter-Gleichrichter-Schweißgerät ist ein neuartiges Schweißgerät-Netzteil mit hoher Leistung, hohem Wirkungsgrad und geringen Kosten, das die Entwicklungsrichtung des heutigen Schweißgerät-Netzteils darstellt. Aufgrund der Kommerzialisierung von IGBT-Hochleistungsmodulen hat dieses Netzteil eine breite Anwendungsperspektive.

Die meisten Netzteile für Wechselrichterschweißmaschinen verwenden die Umwandlungsmethode AC-DC-AC-DC (AC-DC-AC-DC). Die 50-Hz-Wechselstromleistung wird durch Vollbrückengleichrichtung in Gleichstrom umgewandelt. Der aus IGBT bestehende PWM-Hochfrequenzumwandlungsteil invertiert die Gleichstromleistung in eine hochfrequente Rechteckwelle von 20 kHz. Nach der Hochfrequenztransformatorkopplung wird sie vom Hochfrequenztransformator stabilisiert und gefiltert, und der Stromversorgungslichtbogen wird verwendet.

Aufgrund der rauen Arbeitsbedingungen der Schweißgeräte-Stromversorgung, häufiger Kurzschlüsse, Lichtbögen und offener Stromkreise ist das Problem der Arbeitssicherheit der Hochfrequenz-Wechselrichtermaschinen-Stromversorgung zum kritischsten Problem geworden und ist es auch auch das am meisten betroffene Thema für Benutzer. . Der Mikroprozessor wird als PWM-Controller (Pulsweitenmodulation) verwendet. Durch die Extraktion und Analyse von Mehrfachparametern und Mehrfachinformationen wird der Zweck der Vorhersage verschiedener Arbeitszustände des Systems erreicht, und dann wird das System im Voraus angepasst und verarbeitet, um das Problem zu lösen. Die derzeitige Zuverlässigkeit der Hochleistungs-IGBT-Wechselrichter-Stromversorgung.

Das Fremdwechselrichter-Schweißgerät kann einen Nennschweißstrom von 300 A, eine Lastdauer von 60%, eine Volllastspannung von 60 bis 75 V, einen Stromeinstellbereich von 5 bis 300 A und ein Gewicht von 29 kg erreichen.

2.7 Hochleistungsschalt-Hochspannungs-Gleichstromversorgung

Hochspannungs-Hochspannungs-Gleichspannungsnetzteile werden häufig in Großgeräten wie Elektrofiltern, zur Verbesserung der Wasserqualität, medizinischen Röntgengeräten und CT-Geräten eingesetzt. Die Spannung ist so hoch wie 50 ~ l59kV, der Strom erreicht 0,5A und die Leistung kann 100kW erreichen.

Seit den 1970er Jahren haben einige Unternehmen in Japan die Wechselrichtertechnologie eingeführt, um das Netz auf eine Mittelfrequenz von etwa 3 kHz zu bringen und dann zu verstärken. In den 1980er Jahren entwickelte sich die Hochfrequenz-Schaltnetzteiltechnologie rasant. Siemens Deutschland verwendet Leistungstransistoren als Hauptschaltkomponenten, um die Schaltfrequenz des Netzteils auf über 20 kHz zu erhöhen. Die Trockentransformatortechnologie wurde erfolgreich auf das Hochfrequenz-Hochspannungsnetzteil angewendet, und der Kraftstofftank des Hochspannungstransformators wurde entfernt, so dass das Volumen des Transformatorsystems weiter reduziert wurde.

Die inländische Forschung zur Hochspannungs-Gleichstromversorgung von Elektrofiltern wurde entwickelt. Das Netz wird in Gleichstrom gleichgerichtet, und der Vollbrücken-Null-Wechselschalter-Resonanz-Wechselrichterschaltkreis wird verwendet, um die Gleichspannung in eine Hochfrequenzspannung umzuwandeln, die dann von einem Hochfrequenztransformator verstärkt und schließlich gleichgerichtet wird. Es ist DC-Hochspannung. Unter ohmschen Lastbedingungen erreicht die Ausgangsgleichspannung 55 kV, der Strom 15 mA und die Betriebsfrequenz 25,6 kHz.

2.8 Aktiver Filter

Wenn der herkömmliche AC / DC-Wandler in Betrieb genommen wird, wird eine große Menge an Oberschwingungsstrom in das Netz eingespeist, was zu Oberschwingungsverlust und Interferenz führt, und das Phänomen, dass sich der Leistungsfaktor der Gerätenetzwerkseite verschlechtert, d. H. -called "Leistungsverschmutzung, zum Beispiel, wenn unkontrollierte Gleichrichtung plus Kondensatorfilterung, kann der Gehalt der dritten Harmonischen der Netzwerkseite (70 ~ 80)% erreichen, und der Leistungsfaktor der Netzseite beträgt nur 0,5 ~ 0,6.

Das aktive Leistungsfilter ist ein neuartiges leistungselektronisches Gerät, das Oberschwingungen dynamisch unterdrücken kann. Es kann die Mängel herkömmlicher LC-Filter überwinden und ist eine vielversprechende Methode zur Unterdrückung von Oberschwingungen. Der Filter besteht aus einem Brückenschaltleistungswandler und einem speziellen Steuerkreis. Der Unterschied zur herkömmlichen Schaltstromversorgung besteht in: (1) nicht nur einer Rückkopplungsausgangsspannung, sondern auch einem gleichmäßigen Rückkopplungseingangsstrom; (2) Das Stromschleifenreferenzsignal ist das Produkt des Spannungsschleifenfehlersignals und des vollwelligen gleichgerichteten Spannungsabtastsignals.

2.9 Verteiltes Schaltnetzteil

Das verteilte Stromversorgungssystem verwendet kleine Leistungsmodule und integrierte Steuerschaltungen in großem Maßstab als Grundkomponenten und verwendet die neuesten theoretischen und technischen Errungenschaften, um ein modulares und intelligentes Hochleistungsnetzteil zu bilden, so dass die starken und schwachen Leistungen eng miteinander kombiniert werden hohe Leistung zu reduzieren. Der Entwicklungsdruck von Komponenten und Hochleistungsgeräten (zentralisiert) zur Verbesserung der Produktionseffizienz.

In den frühen 1980er Jahren konzentrierte sich die Forschung zu verteilten Hochfrequenz-Schaltnetzteilsystemen auf die Erforschung der Wandlerparalleltechnologie. Mitte bis Ende der 1980er Jahre, mit der rasanten Entwicklung der Hochfrequenz-Leistungsumwandlungstechnologie, sind verschiedene Wandlertopologien entstanden, die integrierte integrierte Schaltkreise und Leistungskomponententechnologien kombinieren, um die Integration kleiner und mittlerer Leistungsgeräte zu ermöglichen. Dadurch wurde die Entwicklung verteilter Hochfrequenz-Schaltnetzteile schnell gefördert. Seit den späten 1980er Jahren ist diese Richtung ein heißes Forschungsthema in der internationalen Leistungselektronikindustrie geworden. Die Anzahl der Papiere hat von Jahr zu Jahr zugenommen, und das Anwendungsfeld hat sich erweitert.

Der verteilte Stromversorgungsmodus bietet die Vorteile von Energieeinsparung, Zuverlässigkeit, hoher Effizienz, Wirtschaftlichkeit und bequemer Wartung. Es wurde schrittweise von großen Computern, Kommunikationsgeräten, Luft- und Raumfahrt, industriellen Steuerungssystemen usw. übernommen. Es ist auch das idealste Netzteil für Niederspannungsnetzteile (3,3 V) von integrierten Hochgeschwindigkeitsschaltungen. In Hochleistungsanwendungen wie Galvanisieren, Elektrolyse-Stromversorgung, Traktionsstromversorgung für elektrische Lokomotiven, Induktionsheizung mit Zwischenfrequenz, Motorantriebsstromversorgung und anderen Bereichen gibt es ebenfalls breite Anwendungsaussichten.

3. Der Entwicklungstrend der Hochfrequenzschaltstromversorgung

Bei der Anwendung der Leistungselektroniktechnologie und verschiedener Stromversorgungssysteme steht die Schaltnetzteiltechnologie im Mittelpunkt. Für große Stromversorgungsnetzteile ist die herkömmliche Schaltung sehr groß und sperrig. Wenn die Hochspannungsschaltstromversorgungstechnologie angewendet wird, werden Volumen und Gewicht stark reduziert, und die Effizienz der Stromnutzung, die Materialeinsparung und die Kostenreduzierung können erheblich verbessert werden. Bei Elektrofahrzeugen und Frequenzumrichtern ist die Schaltnetzteiltechnologie unverzichtbar, und die Leistungsfrequenz wird durch das Schaltnetzteil geändert, um eine nahezu optimale Lastanpassung und Antriebssteuerung zu erreichen. Die Hochfrequenz-Schaltnetzteiltechnologie ist die Kerntechnologie verschiedener Hochleistungsschaltnetzteile (Wechselrichterschweißgerät, Kommunikationsnetzteil, Hochfrequenzheizungsnetzteil, Lasernetzteil, Stromnetz usw.).

3.1 Hochfrequenz

Theoretische Analysen und praktische Erfahrungen zeigen, dass das Volumengewicht von Transformatoren, Induktivitäten und Kondensatoren elektrischer Produkte umgekehrt proportional zur Quadratwurzel der Versorgungsfrequenz ist. Wenn wir daher die Frequenz von 50 Hz auf 20 kHz erhöhen und das 400-fache erhöhen, wird das Volumengewicht der elektrischen Ausrüstung ungefähr auf 5 bis 10% des Leistungsfrequenzdesigns reduziert. Sowohl der Wechselrichter-Gleichrichtungsschweißer als auch der Schaltgleichrichter für die Kommunikationsstromversorgung basieren auf diesem Prinzip. In ähnlicher Weise können verschiedene Gleichstromversorgungen wie Galvanisieren, Elektrolyse, elektrische Verarbeitung, Laden, Erhaltungsladen und Schließen der Energie für die traditionelle "Gleichrichtungsindustrie" gemäß diesem Prinzip modifiziert werden, um eine "Schaltumwandlungs-Stromversorgung" zu werden, und deren Hauptmaterialien können 90% oder mehr und 30% oder mehr sparen. Aufgrund des allmählichen Fortschreitens der Obergrenze der Betriebsfrequenz von leistungselektronischen Geräten wurden viele traditionelle Hochfrequenzgeräte, die ursprünglich Elektronenröhren verwendeten, verfestigt, was offensichtliche wirtschaftliche Vorteile hinsichtlich Energieeinsparung, Wassereinsparung und Materialeinsparung aufweist kann den Wert technischer Inhalte widerspiegeln.

3.2 Modular

Modularität hat zwei Bedeutungen, von denen sich eine auf die Modularisierung von Leistungsgeräten und die andere auf die Modularisierung von Netzteilen bezieht. Unsere gemeinsamen Gerätemodule, bestehend aus einer Einheit, zwei Einheiten, sechs Einheiten bis zu sieben Einheiten, einschließlich Schaltgeräten und ihren antiparallelen Freilaufdioden, sind im Wesentlichen "Standard" -Leistungsmodule (SPM). In den letzten Jahren haben einige Unternehmen die Antriebsschutzschaltung des Schaltgeräts in das Leistungsmodul eingebaut, um ein "intelligentes" Leistungsmodul (IPM) zu bilden, das nicht nur die Größe der gesamten Maschine verringert, sondern auch die Konstruktion und Herstellung erleichtert der ganzen Maschine. Aufgrund der kontinuierlichen Verbesserung der Frequenz ist der Einfluss der parasitären Bleiinduktivität und der parasitären Kapazität schwerwiegender, was zu einer größeren elektrischen Belastung des Geräts führt (ausgedrückt als Überspannung, Überstromstörung). Um die Zuverlässigkeit des Systems zu verbessern, haben einige Hersteller ein "benutzerspezifisches" Leistungsmodul (ASPM) entwickelt, das fast die gesamte Hardware einer kompletten Maschine in Form eines Chips in ein Modul einbaut, so dass Komponenten vorhanden sind Mit herkömmlichen Kabelverbindungen wurden solche Module nicht mehr streng und fair thermisch, elektrisch und mechanisch konstruiert, um optimale und perfekte Bedingungen zu erreichen. Es ähnelt einer anwendungsspezifischen integrierten Schaltung (ASIC) in der Mikroelektronik. Solange die Steuerungssoftware in den Mikroprozessorchip des Moduls geschrieben ist und dann das gesamte Modul auf dem entsprechenden Kühlkörper befestigt ist, handelt es sich um eine neue Art von Schaltnetzteil. Es ist ersichtlich, dass der Zweck der Modularisierung nicht nur darin besteht, die Verwendung zu erleichtern, sondern auch die Größe der gesamten Maschine zu verringern. Wichtiger ist es, die herkömmliche Verbindung zu beseitigen und die parasitären Parameter zu minimieren, wodurch die elektrische Belastung des Geräts minimiert und die Zuverlässigkeit des Systems verbessert wird. . Darüber hinaus verwenden Hochleistungs-Schaltnetzteile aufgrund von Einschränkungen der Gerätekapazität und Überlegungen zu erhöhter Zuverlässigkeit und Zuverlässigkeit im Allgemeinen mehrere unabhängige modulare Einheiten, um parallel zu arbeiten. Dabei wird die Stromverteilungstechnologie verwendet. Alle Module teilen sich den Laststrom, sobald eines davon das Module fallen aus und die anderen Module teilen sich den Laststrom gleichmäßig. Auf diese Weise wird nicht nur die Leistungskapazität verbessert, die hohe Stromabgabe wird bei begrenzter Gerätekapazität erfüllt, und die Systemleistung wird erheblich verbessert, indem das redundante Stromversorgungsmodul mit einer geringen Leistung im Verhältnis zum gesamten System erhöht wird. Selbst wenn bei einem Ausfall eines einzelnen Moduls dies den normalen Betrieb des Systems nicht beeinträchtigt und ausreichend Zeit für die Reparatur bietet.

3.3 Digitalisierung

In der herkömmlichen Leistungselektronik ist der Steuerabschnitt als analoges Signal ausgelegt und zu betreiben. In den 1960er und 1970er Jahren basierte die Leistungselektroniktechnologie ausschließlich auf analogen Schaltungen. Digitale Signale und digitale Schaltungen werden heutzutage jedoch immer wichtiger. Die digitale Signalverarbeitungstechnologie wird immer ausgereifter und zeigt immer mehr Vorteile: einfache Steuerung der Computerverarbeitung, Vermeidung von Verzerrungen analoger Signale und Reduzierung von Störsignalen. Interferenz (progressive Anti-Interferenz-Fähigkeit), einfaches Debuggen von Paketen und Fernerkundung über Fernerkundung sowie Erleichterung der Selbstdiagnose, Fehlertoleranz und anderer Technologien. Daher war in den 1980er und 1990er Jahren die analoge Technologie für den Entwurf verschiedener Schaltungen und Systeme nützlich, insbesondere für Layouts wie gedruckte Platten, Probleme mit der elektromagnetischen Verträglichkeit (EMV) und Leistungsfaktorkorrektur (PFC). Die Lösung des Problems ist untrennbar mit dem Wissen der analogen Technologie verbunden. Bei intelligenten Schaltnetzteilen kann die digitale Technologie jedoch nicht getrennt werden, wenn eine digitale Steuerung erforderlich ist.

3.4 Grün

Die Ökologisierung des Stromversorgungssystems hat zwei Bedeutungen: Erstens spart es offensichtlich Strom, was bedeutet, Stromerzeugungskapazität zu sparen, und Stromerzeugung ist eine wichtige Ursache für Umweltverschmutzung, sodass Energieeinsparung die Umweltverschmutzung verringern kann. Zweitens können diese Stromquellen das Stromnetz nicht (oder weniger) verschmutzen. Die Internationale Elektrotechnische Kommission (IEC) hat eine Reihe von Normen entwickelt, wie z. B. IEC555, IEC917, IECl000 usw. Tatsächlich werden viele leistungselektronische Energiespargeräte häufig zu Verschmutzungsquellen für das Stromnetz: Sie speisen starke Oberschwingungsströme höherer Ordnung in das Netz ein, wodurch der Gesamtleistungsfaktor abfällt und die Netzspannung viele Gratspitzen und sogar koppelt Kurvenfahrt und Verzerrung. Ende des 20. Jahrhunderts wurden verschiedene aktive Filter- und aktive Kompensatorlösungen mit einer Vielzahl von Methoden zur Korrektur des Leistungsfaktors geboren. Diese legten den Grundstein für die Massenproduktion verschiedener umweltfreundlicher Schaltstromprodukte im 21. Jahrhundert.

Die moderne Leistungselektronik ist die Basis für die Entwicklung der Schaltnetzteiltechnologie. Mit dem Aufkommen neuer Leistungselektronik- und Schaltungstopologien für höhere Schaltfrequenzen werden moderne Leistungstechnologien mit den tatsächlichen Anforderungen schnell wachsen. Bei der herkömmlichen Anwendungstechnologie wird die Leistung des Schaltnetzteils aufgrund der Einschränkung der Leistung des Leistungsgeräts beeinträchtigt. Um die Eigenschaften verschiedener Leistungsgeräte zu maximieren und den Einfluss der Geräteleistung auf die Leistung von Schaltnetzteilen zu minimieren, kann die neue Stromkreistopologie und die neue Steuerungstechnologie dazu führen, dass der Leistungsschalter im Nullspannungs- oder Nullstromzustand arbeitet. Verbessern Sie die Arbeitsfrequenz erheblich, verbessern Sie die Arbeitseffizienz des Schaltnetzteils und entwerfen Sie ein Schaltnetzteil mit hervorragender Leistung.

Insgesamt entwickeln sich die Leistungselektronik und die Schaltnetzteiltechnologie aufgrund der Anwendungsanforderungen weiter. Das Aufkommen neuer Technologien wird zum Ersatz vieler Anwendungsprodukte führen und aktuellere Anwendungsbereiche eröffnen. Die Realisierung des Hochfrequenzschaltens, der Modularisierung, der Digitalisierung und der Ökologisierung von Schaltnetzteilen wird die Reife dieser Technologien markieren und die Kombination von hocheffizientem Strom und qualitativ hochwertigem Strom realisieren. In den letzten Jahren, mit der Entwicklung der Kommunikationsbranche, hat das Schaltnetzteil für die Kommunikation mit der Schaltnetzteiltechnologie als Kern nur eine Marktnachfrage von mehr als 2 Milliarden RMB in China und zieht eine große Anzahl wissenschaftlicher und technischer Mitarbeiter an im In- und Ausland, um Forschung und Entwicklung durchzuführen. Schaltnetzteile sind der Haupttrend anstelle von linearen Netzteilen und phasengesteuerten Netzteilen. Daher beginnen die Inlandsmärkte für strombetriebene Stromversorgungssysteme, die ebenfalls Milliarden von Leistungsanforderungen haben, und werden sich bald entwickeln. Es gibt viele andere dedizierte Stromversorgungen und industrielle Stromversorgungen mit Schaltnetzteiltechnologie als Kern, die darauf warten, dass sich Menschen entwickeln.

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