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功率放大和变换装置优化技巧

【摘要】:功率放大与变换装置有旋转类和静止类两种。最早出现的可控功率放大与变换装置是旋转变流机组,它由交流电动机带动直流发电机来实现变流。再由直流发电机给需要调速的直流电动机供电,显然这是一种旋转类功率放大与变换装置。电力电子技术的不断发展,不仅使功率放大与变换装置完全实现静止运行,而且电路体现了器件与电路的集成、功率流与信息流的集成,成为智能化接口,提高了器件应用的灵活性、可靠性。

功率放大与变换装置有旋转类和静止类两种。最早出现的可控功率放大与变换装置是旋转变流机组,它由交流电动机带动直流发电机来实现变流。再由直流发电机给需要调速的直流电动机供电,显然这是一种旋转类功率放大与变换装置。20世纪50年代开始用水银整流器和闸流管这种静止变流装置取代了旋转变流机组,因为没有旋转结构,其性能得到了一定的改善,但是这些装置的制造与维修都比较麻烦,应用时间不长。

电力电子技术的发展经历了以下三个时期:

第一个时期是从20世纪50年代起到20世纪70年代初,以功率二极管和晶闸管为代表的第一代电力电子器件,以其体积小、功耗低等优势,在大功率整流电路中全面取代M-G旋转机组和水银整流器,并奠定了电力电子技术的基础。功率二极管最早出现在20世纪40年代,也称为硅整流管,是电力电子器件中结构最简单、使用最广泛的一种器件。1957年,美国GE公司开发了世界上第一个晶闸管,人类从此进入电力电子技术迅速发展和电力电子器件广泛应用时期。1980年后,传统的电力电子器件已由普通晶闸管衍生出了快速晶闸管、逆导晶闸管、双向晶闸管、光控晶闸管等,形成了一个“晶闸管器件大家族”。同时,各类器件的主要技术参数有很大提高,开关性能也有很大改善。由电力电子器件构成的各种电能变换装置由于体积小、质量轻、噪声低、效率高、响应快、无磨损、易控制等优点,在工业生产中得到广泛的应用。

第二个时期是全控器件发展期。从20世纪70年代后期开始,电力电子器件进入了全控器件发展期,可关断晶闸管(GTO)、大功率晶体管(GTR)、功率场效应晶体管(P-MOSFET)、绝缘栅双极型晶体管(IGBT)等全控器件相继问世,不仅可靠实现了器件的开关控制,而且大大提高了器件开关的频率,使电力电子器件性能得到本质的提升。

第三个时期是集成器件发展期。从20世纪90年代开始,电力电子器件的研究和开发进入高频化、模块化、集成化和智能化时期,功率集成电路(PIC)将全控型电力电子器件与驱动电路、控制电路、检测电路、保护电路、执行电路等集成于一体,形成高度智能化的集成电路。

电力电子技术的不断发展,不仅使功率放大与变换装置完全实现静止运行,而且电路体现了器件与电路的集成、功率流与信息流的集成,成为智能化接口,提高了器件应用的灵活性、可靠性