Autor: Wang Clase: Diseño mecánico 0918 Especialidad: Gestión y mantenimiento de equipos eléctricos y mecánicos Número de estudiante: 0918316 Universidad: Anhui Hydropower College Fecha: 2010 65438 febrero.
Hoy en día, el consumo mundial de energía está creciendo muy rápidamente. En la actualidad, la energía eléctrica representa aproximadamente el 40% de toda la energía, y el 40% de la energía eléctrica llega a los usuarios a través de la conversión de equipos electrónicos de potencia. Se espera que después de diez años, el 80% de la energía eléctrica se convierta mediante equipos electrónicos de potencia, y la tecnología de la electrónica de potencia desempeñará un papel más importante en el siglo XXI.
La tecnología de la electrónica de potencia es una disciplina que utiliza dispositivos electrónicos de potencia para controlar y convertir la energía eléctrica. Incluye tres partes: dispositivos electrónicos de potencia, circuitos convertidores y circuitos de control. Es una asignatura interdisciplinar entre los tres campos técnicos de la ingeniería eléctrica: potencia, electrónica y control. Con el desarrollo de la ciencia y la tecnología, la tecnología de la electrónica de potencia está estrechamente relacionada con la teoría de control moderna, la ciencia de los materiales, la ingeniería eléctrica, la tecnología microelectrónica y muchos otros campos, y gradualmente se ha convertido en una disciplina técnica integral con penetración mutua de múltiples disciplinas.
La tecnología de suministro de energía moderna es una tecnología de punta multidisciplinaria que aplica dispositivos semiconductores electrónicos de potencia e integra control automático, tecnología informática (microprocesador) y tecnología electromagnética. Desempeña un papel clave en diversas fuentes de alimentación de alta calidad, alta eficiencia y alta confiabilidad y es una aplicación específica de la tecnología moderna de electrónica de potencia. En la actualidad, la electrónica de potencia, como base para el ahorro de energía, el ahorro de talento, la automatización, la inteligencia y la mecatrónica, se está desarrollando en la dirección de la tecnología de aplicaciones de alta frecuencia, la estructura de hardware modular y el rendimiento de los productos ecológicos. En un futuro próximo, la tecnología de la electrónica de potencia hará que la tecnología energética sea más madura, económica y práctica, logrando una combinación de alta eficiencia y electricidad de alta calidad.
1. Historia del desarrollo de la tecnología de la electrónica de potencia
1. Era del rectificador
La energía industrial de alta potencia es proporcionada por alternadores de frecuencia industrial (50 Hz), pero aproximadamente. El 20% de la electricidad se consume en forma de CC, las más típicas son la electrólisis (los metales no ferrosos y las materias primas químicas requieren electrólisis de CC), la tracción (locomotoras eléctricas, locomotoras eléctricas diésel, locomotoras de metro, trolebuses urbanos, etc.). ). ) y accionamiento de CC (laminación de acero, fabricación de papel, etc.). Los rectificadores de silicio de alta potencia pueden convertir de manera eficiente la corriente alterna de frecuencia eléctrica en corriente continua. Por lo tanto, el desarrollo y la aplicación de rectificadores y tiristores de silicio de alta potencia ganaron un gran impulso en el. Se desarrollan las décadas de 1960 y 1970. En ese momento, hubo un aumento en la instalación de plantas rectificadoras de silicio a gran escala en varias partes del país. En la actualidad, los grandes y pequeños fabricantes de semiconductores que fabrican rectificadores de silicio en China son todos productos de esa época.
2. Era del inversor
En la década de 1970, se produjo la crisis energética en todo el mundo y la regulación de la velocidad de conversión de frecuencia del motor de CA se desarrolló rápidamente debido a su importante efecto de ahorro de energía. La tecnología clave de la regulación de velocidad de frecuencia variable es convertir corriente continua en corriente alterna de 0~100Hz. En las décadas de 1970 y 1980, con la popularización de los dispositivos de control de velocidad de frecuencia variable, los tiristores, los transistores de alta potencia (GTR) y los tiristores de apagado de puerta inversora de alta potencia (GT0) se convirtieron en los protagonistas de los dispositivos electrónicos de potencia en ese momento. Aplicaciones similares incluyen salida de CC de alto voltaje, compensación dinámica de potencia reactiva estática, etc. En este momento, la tecnología de la electrónica de potencia ha podido lograr la rectificación y la inversión, pero la frecuencia de operación es baja y se limita al rango de frecuencia media y baja.
3. La era de los convertidores de frecuencia
En la década de 1980, el rápido desarrollo de la tecnología de circuitos integrados a gran y ultra gran escala sentó las bases para el desarrollo de la energía moderna. tecnología electrónica. Combinando la tecnología de procesamiento fino de la tecnología de circuitos integrados con la tecnología de alto voltaje y alta corriente, han surgido una serie de nuevos dispositivos de energía totalmente controlados. En primer lugar, la llegada de los M0SFET de energía ha impulsado el desarrollo de fuentes de alimentación de pequeña y mediana potencia. altas frecuencias, y luego puerta doble aislada La aparición de los IGBT ha brindado oportunidades para el desarrollo de fuentes de alimentación de potencia media y alta a altas frecuencias. La aparición de MOSFET e IGBT es un símbolo de la transformación de la electrónica de potencia tradicional a la electrónica de potencia moderna. Según las estadísticas, a finales de 1995, los MOSFET de potencia y GTR habían alcanzado un nivel comparable en el mercado de dispositivos semiconductores de potencia y se concluyó que los IGBT reemplazarían a GTR en el campo de la electrónica de potencia.
El desarrollo de nuevos dispositivos no sólo proporciona alta frecuencia para la regulación de la velocidad de conversión de frecuencia del motor de CA, haciendo su rendimiento más completo y confiable, sino que también permite que la tecnología electrónica moderna se desarrolle hacia la alta frecuencia, ahorrando materiales y energía para los equipos eléctricos, logrando equipos pequeños y livianos. , la mecatrónica y la inteligencia proporcionan una base técnica importante.
2. Campos de aplicación de la electrónica de potencia moderna
2.1 Fuente de alimentación ecológica y eficiente para ordenadores
El rápido desarrollo de la tecnología informática ha llevado a la humanidad a la sociedad de la información y también impulsó el desarrollo de fuentes de alimentación. El rápido desarrollo de la tecnología. En la década de 1980, todas las computadoras adoptaron fuentes de alimentación conmutadas, tomando la iniciativa en reemplazar las fuentes de alimentación de las computadoras. Así, la tecnología de fuente de alimentación conmutada entró en el campo de los equipos electrónicos y eléctricos.
Con el desarrollo de la tecnología informática, se han propuesto computadoras y fuentes de energía ecológicas. Las computadoras ecológicas generalmente se refieren a computadoras personales y productos relacionados respetuosos con el medio ambiente, y las fuentes de energía ecológicas se refieren a fuentes de alimentación de alta eficiencia y ahorro de energía relacionadas con las computadoras ecológicas. Según el programa Energy Star de la Agencia de Protección Ambiental de EE. UU. del 17 de junio de 1992, las computadoras personales de escritorio o periféricos relacionados cumplen con los requisitos si consumen menos de 30 vatios de energía.
Para cumplir con los requisitos de las computadoras ecológicas, mejorar la eficiencia energética es la forma fundamental de reducir el consumo de energía. Para la fuente de alimentación conmutada actual de 200 vatios con una eficiencia de 75, la fuente de alimentación en sí consume 50 vatios de energía.
2.2 Fuente de alimentación conmutada de alta frecuencia para comunicaciones
El rápido desarrollo de la industria de las comunicaciones ha impulsado en gran medida el desarrollo de las fuentes de alimentación para comunicaciones. La fuente de alimentación conmutada miniaturizada de alta frecuencia y su tecnología se han convertido en la corriente principal de los sistemas modernos de suministro de energía para comunicaciones. En el campo de las comunicaciones, los rectificadores suelen denominarse fuentes de alimentación primarias, mientras que los convertidores CC/CC se denominan fuentes de alimentación secundarias. La fuente de alimentación primaria se utiliza para convertir una red de CA monofásica o trifásica en una fuente de alimentación de CC con un valor nominal de 48 V. En la actualidad, en la fuente de alimentación primaria de los interruptores controlados por programa, la fuente de alimentación tradicional estabilizada por voltaje controlado por fase ha sido reemplazada por una fuente de alimentación conmutada de alta frecuencia. La fuente de alimentación conmutada de alta frecuencia (también conocida como rectificador conmutado SMR) funciona a alta frecuencia a través de MOSFET o IGBT. La frecuencia de conmutación generalmente se controla en el rango de 50-100 kHz para lograr una alta eficiencia y miniaturización. En los últimos años, la capacidad de potencia de los rectificadores de conmutación se ha ampliado continuamente y la capacidad de una sola unidad se ha ampliado de 48 V/12,5 A, 48 V/20 A a 48 V/200 A, 48 V/400 A.
Debido a la gran variedad de circuitos integrados utilizados en los equipos de comunicación, sus voltajes de alimentación también varían. En los sistemas de energía de comunicación, se utilizan módulos de energía aislados CC-CC de alta densidad de potencia y alta frecuencia para convertir el voltaje del bus intermedio (generalmente 48 V CC) en varios voltajes CC, lo que puede reducir en gran medida las pérdidas, facilitar el mantenimiento y es muy fácil de instalar y aumentar conveniente. Generalmente, se puede instalar directamente en el panel de control estándar y el requisito para la fuente de alimentación secundaria es una alta densidad de potencia. A medida que la capacidad de comunicación continúa aumentando, la capacidad del suministro de energía de comunicación también aumentará.
2.3 Convertidor CC-CC
El conversor CC/CC convierte una tensión CC fija en una tensión CC variable. Esta tecnología se utiliza ampliamente en el cambio continuo de velocidad y el control de trolebuses, trenes subterráneos y vehículos eléctricos. Al mismo tiempo, el control anterior puede lograr aceleración, estabilidad, rendimiento de respuesta rápida y lograr efectos de ahorro de energía. Usar un interruptor de CC en lugar de un reóstato puede ahorrar entre un 20 y un 30 % de energía. El interruptor de CC no solo puede regular el voltaje (cambiando la fuente de alimentación), sino también suprimir eficazmente el ruido armónico de la corriente en el lado de la red.
Se han comercializado convertidores DC/DC secundarios para fuentes de alimentación de comunicaciones. Este módulo utiliza tecnología PWM de alta frecuencia, con una frecuencia de conmutación de aproximadamente 500 kHz y una densidad de potencia de 5W~20W/in3. Con el desarrollo de circuitos integrados a gran escala, es necesario miniaturizar los módulos de potencia, por lo que es necesario aumentar continuamente la frecuencia de conmutación y adoptar nuevas topologías de circuitos. En la actualidad, algunas empresas han desarrollado y producido módulos de potencia secundarios utilizando tecnologías de conmutación de corriente cero y conmutación de voltaje cero, y la densidad de potencia ha mejorado considerablemente.
2.4 Sistema de Alimentación Ininterrumpida (UPS)
El Sistema de Alimentación Ininterrumpida (UPS) es un sistema de alimentación altamente confiable y de alto rendimiento, adecuado para computadoras, sistemas de comunicación y aplicaciones que requieren un suministro de energía ininterrumpida. . ocasión. La entrada de red de CA se convierte en CC a través del rectificador, parte de la energía se carga a la batería y la otra parte se convierte en CA a través del inversor y se envía a la carga a través del interruptor de transferencia.
Para seguir proporcionando energía a la carga en caso de una falla del inversor, se implementa otra fuente de energía de respaldo a través de un interruptor de transferencia de energía.
Los UPS modernos generalmente utilizan tecnología de modulación de ancho de pulso y dispositivos electrónicos de potencia modernos como M0SFET e IGBT para reducir el ruido del suministro de energía y mejorar la eficiencia y confiabilidad. La introducción de tecnología de software y hardware de microprocesador puede realizar una gestión inteligente, mantenimiento remoto y diagnóstico remoto de UPS.
En la actualidad, la capacidad máxima del UPS en línea ha alcanzado los 600 kVA. Los UPS ultrapequeños también se están desarrollando rápidamente, con productos de 0,5 kVA, lkVA, 2 kVA, 3 kVA y otras especificaciones.
2.5 Fuente de alimentación del inversor
La fuente de alimentación del inversor se utiliza principalmente para la regulación de la velocidad de conversión de frecuencia de los motores de CA. Desempeña un papel cada vez más importante en los sistemas de transmisión eléctrica y ha logrado grandes resultados. efecto ahorrador. El circuito principal de la fuente de alimentación del inversor adopta el esquema AC-DC-AC. La fuente de alimentación de frecuencia industrial se convierte en un voltaje de CC fijo a través de un rectificador, y luego un convertidor de alta frecuencia PWM compuesto por transistores de alta potencia o IGBT convierte el voltaje de CC en una salida de CA con voltaje y frecuencia variables. La forma de onda de salida de la fuente de alimentación es similar a una onda sinusoidal y se utiliza para accionar un motor asíncrono de CA para lograr una regulación continua de la velocidad.
Se ha lanzado la serie mundial de fuentes de alimentación inverter por debajo de 400kVA. A principios de la década de 1980, la empresa japonesa Toshiba aplicó por primera vez la tecnología de regulación de velocidad de frecuencia variable de CA a los aires acondicionados. En 1997, su participación había alcanzado más del 70% de los aparatos de aire acondicionado domésticos del Japón. Los aires acondicionados inverter tienen las ventajas de confort y ahorro energético. La investigación nacional sobre acondicionadores de aire de frecuencia variable comenzó a principios de los años 1990. En 1996, se introdujo una línea de producción para producir acondicionadores de aire inverter, que gradualmente se convirtió en un punto caliente para la investigación y el desarrollo y la producción de acondicionadores de aire inverter. Se espera que alcance su clímax alrededor del año 2000. Además del suministro de energía de frecuencia variable, los acondicionadores de aire de frecuencia variable también requieren un motor de compresor adecuado para la regulación de velocidad de frecuencia variable. La optimización de las estrategias de control y la selección de componentes funcionales son otras direcciones de desarrollo para las fuentes de alimentación de frecuencia variable para aire acondicionado.
2.6 Fuente de alimentación para máquina soldadora con rectificador inversor de alta frecuencia
La fuente de alimentación para máquina soldadora con rectificador inversor de alta frecuencia es un nuevo tipo de fuente de alimentación para máquina soldadora con alto rendimiento, alta eficiencia y Ahorro de material, que representa la dirección de desarrollo de las fuentes de alimentación actuales para máquinas de soldadura. Debido a la comercialización de módulos IGBT de alta capacidad, esta fuente de alimentación tiene perspectivas de aplicación más amplias.
El método de conversión AC-DC-AC-DC (AC-DC-AC-DC) se utiliza principalmente en fuentes de alimentación de máquinas de soldar con inversor. La corriente alterna de 50 Hz se convierte en CC mediante rectificación de puente completo. La parte de conversión de alta frecuencia PWM compuesta por IGBT convierte la CC en una onda rectangular de alta frecuencia de 20 kHz. Después del acoplamiento, la rectificación y el filtrado mediante el transformador de alta frecuencia, se convierte. una CC estable para el arco eléctrico.
Debido a las duras condiciones de trabajo de la fuente de alimentación de la máquina de soldar, se producen con frecuencia cortocircuitos, arcos y circuitos abiertos, por lo que la confiabilidad de funcionamiento de la fuente de alimentación de la máquina de soldar con rectificador inversor de alta frecuencia se ha convertido en la más crítica. problema y el problema que más preocupa a los usuarios. Se utiliza un microprocesador como controlador relevante de la modulación de ancho de pulso (PWM). Mediante la extracción y el análisis de diversos parámetros e información, se logra el propósito de predecir varios estados de funcionamiento del sistema, y el sistema se ajusta y procesa con anticipación para resolver el problema de confiabilidad de la fuente de alimentación actual del inversor IGBT de alta potencia.
Las máquinas de soldadura con inversor extranjeras han logrado una corriente de soldadura nominal de 300 A, una duración de carga de 60, un voltaje de carga completa de 60 ~ 75 V, un rango de ajuste de corriente de 5 ~ 300 A y un peso de 29 kg.
2.7 Fuente de alimentación CC de alto voltaje y conmutación de alta potencia
La fuente de alimentación CC de alto voltaje y conmutación de alta potencia se utiliza ampliamente en equipos grandes, como la eliminación de polvo electrostático y la mejora de la calidad del agua. , máquinas de rayos X médicas y máquinas de tomografía computarizada. El voltaje es tan alto como 50 ~ 159 kV, la corriente es superior a 0,5 A y la potencia puede alcanzar los 100 kW.
Desde la década de 1970, algunas empresas japonesas han comenzado a utilizar tecnología de inversor para rectificar la alimentación de la red e invertirla a una frecuencia intermedia de aproximadamente 3 kHz y luego aumentar el voltaje. En la década de 1980, la tecnología de suministro de energía conmutada de alta frecuencia se desarrolló rápidamente. Siemens de Alemania utiliza transistores de potencia como principales elementos de conmutación para aumentar la frecuencia de conmutación de la fuente de alimentación a más de 20 kHz. La tecnología de transformadores de tipo seco se ha aplicado con éxito a fuentes de alimentación de alta frecuencia y alto voltaje, eliminando el tanque de combustible del transformador de alto voltaje y reduciendo aún más el tamaño del sistema del transformador. Nuestro país ha desarrollado una fuente de alimentación CC de alto voltaje para precipitadores electrostáticos. La alimentación de red se rectifica y se convierte en CC.
El voltaje de CC se convierte en voltaje de alta frecuencia mediante el circuito inversor resonante de la serie de interruptores de corriente cero de puente completo, luego lo impulsa el transformador de alta frecuencia y finalmente se rectifica en CC de alto voltaje. En condiciones de carga resistiva, el voltaje CC de salida alcanza los 55 kV, la corriente alcanza los 15 mA y la frecuencia de funcionamiento es 25,6 kHz.
Filtro activo de potencia 2.8
El convertidor CA CC tradicional se coloca en operación Durante la operación, se inyectará una gran cantidad de corriente armónica en la red eléctrica, causando pérdidas armónicas e interferencias. Al mismo tiempo, el factor de potencia en el lado de la red del equipo también se deteriorará, lo que es el llamado ". contaminación eléctrica". Por ejemplo, con la adición de rectificación incontrolable y filtrado capacitivo, el contenido del tercer armónico en el lado de la red puede alcanzar (70-80), y el factor de potencia en el lado de la red es solo de 0,5-0,6.
El filtro de potencia activo es un nuevo tipo de dispositivo electrónico de potencia que puede suprimir dinámicamente los armónicos. Puede superar las deficiencias de los filtros LC tradicionales y es un método de supresión de armónicos prometedor.
2. Aplicación de la tecnología moderna de electrónica de potencia en sistemas de energía
1. Enlace de generación de energía
El enlace de generación de energía del sistema eléctrico involucra varios equipos del grupo electrógeno.El objetivo principal de las aplicaciones de electrónica de potencia es mejorar las características de funcionamiento de estos dispositivos.
(l) Control de excitación estática de generadores grandes
La excitación estática adopta el método de excitación de autoderivación de rectificación de tiristores, que tiene las ventajas de una estructura simple, alta confiabilidad y bajo costo, y es Ampliamente utilizado en los principales sistemas de energía de todo el mundo. Dado que se omite el enlace inercial intermedio del vibrador, tiene su exclusivo ajuste rápido, que proporciona condiciones favorables para que la ley de control avanzada desempeñe plenamente su papel y produzca buenos efectos de control.
(2) Excitación de frecuencia constante y velocidad variable de generadores hidráulicos y aerogeneradores.
La potencia efectiva de la energía hidroeléctrica depende de la presión en seco y del caudal. Cuando la altura del agua cambia mucho (especialmente en las unidades de almacenamiento por bombeo), la velocidad óptima de la unidad también cambiará en consecuencia. La potencia efectiva de la energía eólica es proporcional al cubo de la velocidad del viento, y la velocidad a la que el molino de viento captura la energía eólica máxima cambia con la velocidad del viento. Para obtener la máxima potencia efectiva, la unidad puede funcionar a velocidades variables. Al ajustar la frecuencia de la corriente de excitación del rotor, la frecuencia del estator, es decir, la frecuencia de salida, permanece constante después de la superposición con la velocidad del rotor. El núcleo técnico de esta aplicación es el suministro de energía de frecuencia variable.
(3) Regulación de velocidad de conversión de frecuencia de ventiladores y bombas de agua en plantas de energía
La tasa de consumo de energía promedio de las plantas de energía es 8, y el consumo de energía de ventiladores y bombas de agua cuenta aproximadamente el 65% del consumo total de energía de los equipos de energía térmica, menor eficiencia operativa. El uso de convertidores de frecuencia de bajo o alto voltaje para implementar la regulación de velocidad de frecuencia variable de ventiladores y bombas de agua puede lograr el propósito de ahorrar energía. La tecnología de inversores de bajo voltaje ya está muy madura. Hay muchos fabricantes nacionales y extranjeros, pero no existe una serie completa de productos. No hay muchas empresas con la capacidad de diseño y producción de inversores de alto voltaje y gran capacidad. Muchas universidades y empresas nacionales están intensificando el desarrollo conjunto.
2. Enlace de transmisión
La aplicación de dispositivos electrónicos de potencia en sistemas de transmisión de alta tensión se denomina "segunda revolución provocada por las obleas de silicio" y ha mejorado enormemente la estabilidad de la potencia. Características de funcionamiento de la red.
(1) HVDC y HVDC Tecnología ligera HVDC tiene las ventajas de una gran capacidad de transmisión, buena estabilidad y control y ajuste flexibles. Tiene ventajas únicas para la transmisión de energía a larga distancia, transmisión por cable submarino. y redes de sistemas de diferentes frecuencias. La aparición del primer convertidor de tiristores del mundo en 1970 marcó la aplicación formal de la tecnología de la electrónica de potencia a la transmisión de energía CC. Desde entonces, todos los nuevos proyectos de transmisión de CC en el mundo han adoptado válvulas convertidoras de tiristores.
(2) Tecnología FA CTs El concepto de tecnología FA CTs surgió a finales de los años 1980. Es una tecnología de transmisión basada en tecnología de electrónica de potencia y tecnología de control moderna que puede ajustar de manera flexible y rápida la impedancia, el voltaje y la fase del sistema de transmisión de CA. Puede lograr un control flexible del flujo de energía de la transmisión de CA y mejorar en gran medida la estabilidad del sistema. sistema de energía. Desde la década de 1990, la tecnología FA CTS se ha aplicado en la ingeniería de sistemas eléctricos reales basándose en investigaciones y desarrollos extranjeros. Su potencia reactiva de salida es grande, la estructura del equipo es simple, el control es conveniente y el costo es bajo, por lo que se aplicó anteriormente.
3. Enlace de distribución
Cómo mejorar la confiabilidad del suministro de energía y mejorar la calidad de la energía es un problema urgente para el sistema de distribución de energía.
El control de la calidad de la energía no sólo debe cumplir con los requisitos de voltaje, frecuencia, armónicos y asimetría, sino también suprimir diversas fluctuaciones e interferencias transitorias. La aplicación de tecnología de electrónica de potencia y tecnología de control moderna en sistemas de distribución de energía, a saber, tecnología de energía del cliente (Cu s t o m Power) o tecnología DF ACTS, es un nuevo tipo de tecnología de control de calidad de energía desarrollada sobre la base de la tecnología madura F ACTS. Se puede entender que el equipo DFACTS es una versión más pequeña del equipo FACTS, con el mismo principio y estructura y funciones similares. Debido a la enorme demanda potencial, la intervención relativamente fácil en el mercado y los costos de producción e inversión en desarrollo relativamente bajos, a medida que el precio de los dispositivos electrónicos de potencia continúa disminuyendo, se puede esperar que los productos de equipos D F A C TS entren en un período de rápido desarrollo.
Tres. Las perspectivas de desarrollo de la tecnología de la electrónica de potencia
1. Nuevos equipos electrónicos de potencia
Entre los dispositivos de potencia fabricados con nuevos materiales semiconductores, el más prometedor es el carburo de silicio (SiC). Su índice de rendimiento es un orden de magnitud superior al de los dispositivos de GaAs. En comparación con otros materiales semiconductores, el carburo de silicio tiene las siguientes excelentes propiedades físicas: alta banda prohibida, alta velocidad de deriva de electrones de saturación, alta resistencia a la ruptura, baja constante dieléctrica y alta conductividad térmica. Estas excelentes propiedades físicas determinan que el carburo de silicio sea un material semiconductor ideal en aplicaciones de alta temperatura, alta frecuencia y alta potencia. Bajo los mismos niveles de tensión y corriente soportada, la resistencia a la deriva de los dispositivos de SiC es sólo 1/200 de la de los dispositivos de silicio, e incluso la caída de tensión de encendido de los transistores de efecto de campo de SiC con tensión soportada alta es mucho menor que la de los unipolares. y dispositivos de silicio bipolar. Además, el tiempo de conmutación de los dispositivos de SiC puede alcanzar el nivel de 10 ns, con un FBSOA excelente. El SiC se puede utilizar para fabricar dispositivos de potencia de RF y microondas, varios rectificadores de alta frecuencia, MESFET, MOSFET y JFET. Motorola ha desarrollado con éxito dispositivos de potencia de alta frecuencia de carburo de silicio y los ha utilizado en dispositivos de microondas y radiofrecuencia. GE está desarrollando dispositivos de potencia de SiC y dispositivos de alta temperatura (incluidos sensores de motores a reacción). Westinghouse fabrica un VHF MESFET que funciona a 26 GHz. ABB está desarrollando rectificadores de carburo de silicio de alta potencia y alto voltaje y otros dispositivos de potencia de baja frecuencia de carburo de silicio para sistemas industriales y de energía. El análisis teórico muestra que los dispositivos de potencia de SiC están muy cerca de los dispositivos de potencia ideales. Es previsible que la investigación y el desarrollo de diversos dispositivos de SiC se conviertan en una de las principales tendencias en el campo de la investigación de dispositivos de potencia. Sin embargo, todavía quedan muchos problemas por resolver en términos de mecanismo, teoría y tecnología de fabricación de materiales de SiC y dispositivos de energía. Se estima que les llevará al menos 10 años traer realmente otra revolución al campo de la tecnología de la electrónica de potencia.
2. Nuevas energías
La tecnología electrónica de potencia tiene amplias perspectivas de desarrollo en nuevas tecnologías de generación de energía, tecnología de control de calidad de la energía y tecnología de ahorro de energía. Entre ellos, la generación de energía eólica y la generación de energía solar atraen la mayor atención. La tecnología de la electrónica de potencia es una de las tecnologías centrales de la generación de energía eólica y la generación de energía solar, lo que brinda a los ingenieros de electrónica de potencia una oportunidad de oro. Los ingenieros en electrónica de potencia pueden aprovechar esta oportunidad y promover el desarrollo de la tecnología en electrónica de potencia. Al mismo tiempo, debido al uso generalizado de dispositivos electrónicos de potencia y hornos de arco eléctrico, la calidad de la energía está empeorando cada vez más. Por otro lado, los usuarios tienen mayores exigencias en cuanto a la calidad de la energía. Los dispositivos de control de calidad de la energía representados por filtros de potencia activos han atraído cada vez más atención y se han llevado a cabo cada vez más investigaciones y desarrollo. Además, debido al uso extensivo de motores eléctricos (que representan más del 60 % de la generación de energía) y fuentes de alimentación de iluminación (que representan aproximadamente del 10 al 15 % de la generación de energía) en el sistema de energía, los dispositivos electrónicos de energía también pueden alimentarse. Compensa la potencia reactiva y los armónicos de potencia, por lo que la tecnología de electrónica de potencia se denomina tecnología de ahorro de energía. En la actualidad, debido al agotamiento de la energía fósil, la tecnología electrónica de potencia ha recibido gran atención en la conservación de energía y se ha desarrollado rápidamente.
3. Vehículos eléctricos
China tiene una gran población y poco petróleo. China ahora importa grandes cantidades de petróleo cada año. En la primera mitad del siglo XXI, los recursos de petróleo y gas de la Tierra están disminuyendo día a día e incluso se agotarán tarde o temprano. Especialmente en las condiciones nacionales de China, es una tendencia inevitable centrarse en el desarrollo de vehículos eléctricos para el transporte urbano. Los trenes Maglev entre las grandes ciudades, los trenes elevados eléctricos y los trenes subterráneos en las ciudades, las bicicletas eléctricas personales y los vehículos eléctricos serán los protagonistas de la futura red de transporte. Entre ellos, los productos de electrónica de potencia tienen un gran potencial.
Suministro de energía de levitación magnética para trenes maglev y regulación de velocidad de conversión de frecuencia de motores lineales: Regulación de velocidad de conversión de frecuencia de motores asíncronos en trenes elevados urbanos y trenes subterráneos: La regulación de velocidad del rotor externo de motores sin escobillas de imanes permanentes en bicicletas eléctricas y vehículos eléctricos estará disponible en los próximos diez años. En este caso, la popularización de las bicicletas y los vehículos eléctricos debe resolver problemas como los motores sin escobillas y sus controladores, las baterías respetuosas con el medio ambiente, los cargadores rápidos y los servicios de red en las estaciones de carga. Ahora parece que la tecnología nacional para promover las bicicletas eléctricas en sustitución de las motocicletas como medio de transporte ha madurado. Aquí se deben utilizar baterías de hidruro metálico de níquel y baterías de iones de litio para eliminar la contaminación ambiental de las baterías de plomo-ácido tradicionales. Este tipo de batería, que sigue siendo cara, puede alquilarse a usuarios de bicicletas eléctricas e implementarse en un método de carga unificado en estaciones de carga de baterías razonablemente espaciadas, donde los usuarios cargan ellos mismos. En comparación con las baterías de iones de litio (como las de 36 V y 10 AH), las baterías de plomo-ácido pesan 12 kg, mientras que estas últimas sólo pesan 2,4 kg.
El desarrollo de vehículos eléctricos es un mercado potencialmente grande para la energía. electrónica en el futuro. El primero es el avance de las baterías limpias con alta densidad de energía. La más prometedora es la pila de combustible, para cuyo arranque y funcionamiento estable se necesita electrónica de potencia. El concepto de sistema de tracción más interesante y prometedor es impulsado por motores de CC sin escobillas de imán permanente y disco de rotor externo montados en las cuatro ruedas. El diseño optimizado de esta estructura de motor, el control de alto rendimiento y la transmisión de velocidad ajustada, y el funcionamiento coordinado de los cuatro motores proporcionarán soporte técnico para el funcionamiento cómodo y el giro de radio cero de los vehículos eléctricos. Los próximos diez años serán un período crítico para el desarrollo práctico de los vehículos eléctricos. La industria de la electrónica de potencia puede y debe realizar el correspondiente trabajo de investigación y desarrollo para acoger activamente la llegada de este enorme mercado.
Conclusión:
La tecnología de la electrónica de potencia se ha convertido rápidamente en una tecnología y un área temática independiente. Sus campos de aplicación involucran a casi todos los sectores industriales de la economía nacional. No hay duda de que se convertirá en una de las tecnologías de apoyo clave en el nuevo siglo. La tecnología de la electrónica de potencia tiene muchas características, como el rápido desarrollo de la tecnología microelectrónica, una fuerte penetración y una gran vitalidad, y puede integrarse y desarrollarse con otras disciplinas.
Haz el examen y aporta tu fuerza
(1) Lin Weixun. Una breve discusión sobre la tecnología de electrónica de potencia de alta frecuencia de semiconductores. Ediciones seleccionadas de Tecnología de electrónica de potencia de la Universidad de Zhejiang, 1992 (384-390).
②Fu y Zhang Hui. Aplicación de la tecnología de la electrónica de potencia en sistemas de potencia. Tecnología de la información, 2000 (162)
(3) Wang Zhaoan. Nuevos avances en la tecnología de la electrónica de potencia de China. Mundo inversor, 2008(32)
(4) Chen Hong. Introducción a la Ciencia Eléctrica. Beijing: Machinery Industry Press, 2005.