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欧宝ob官网:大容量SiCMOSFET串共同节工夫酌量【1】—大功率电力电子设备近况及趋向

 发布时间:2022-05-17 15:00:14 来源:OB欧宝体育 作者:ob欧宝体育pp下载

  正在电力电子配备中,中压大功率变换配备经常指的是电压等第为1kV-35kV,功率等第正在数百千瓦以上的电能变换配备。图 1.1 给出了片面大功率电力电子配备常见的要紧运用场面及其对应的电压和功率等第。其榜样的运用场面为大容量数据核心、柔性直流输配电、超等充电站、大功率变频调速及国防配备等。动作系各国度庞大基本步骤中的电能转换症结部件,中压大功率配备直接决计悉数体例的运转功能。

  以大容量数据核心用电量为例,据统计,正在2015 年,全国上有8%的电能被音讯通讯家当所破费,正在2020 年将到达20.7%,此中数据核心破费了33%的电能,约为3500Twh/年。跟着5G 时期的光临,数据核心的耗电量还会快速增加。动作数据核心供电架构里的重心筑设,不间断电源(UPS)正在表部电源结束的工况下认真支撑体例的连接运转。跟着数据核心容量增进,一经显现了功率达20MW 的UPS 需求,现行的低压UPS 计划一经难以餍足墟市请求。因为中压UPS 正在效能、本钱、占地面积上的较大上风,已成为要紧的钻研和起色偏向。正在此驱动下,业界当先的跨国公司,席卷美国伊顿电气公司(EATON)、德国西门子电气等,都已计议中压UPS 时间的研发,并连续推出干系产物。

  另一类症结配备为大功率电机驱动器,其性能为驱动大功率电机杀青电能至刻板能的转换。榜样的运用场面为电气化交通、石油化工、矿山开采及电磁推射等军事配备等。比方,正在南水北调工程中,为征服水位落差,必要用水泵擢升水位。瑞士ABB公司的ACS6000系列中压变频器是其水泵电机驱动器计划之一。又如美国特斯拉公司操持筑立的超等高铁,盘算速率达音速的一半,其重心动力电机也由中压大功率变频器驱动,估计总功率达140MVA。

  综上,大功率变流器正在国表里系列庞大工程中表现着至闭要紧的感化。于是,发展大功率电力电子配备的重心时间钻研拥有极为要紧的表面意旨和实际需求。永恒以还,我国大功率高端电力电子配备时间起色掉队于强盛国度。美国通用电气、美国伊顿电气、德国西门子、瑞士ABB 及日本三菱电气等跨国至公司霸占了行业的高端墟市。正在国度支柱下,目前国内干系行业处于迅速起色阶段。国内的公司如中国中车601766)、汇川、合肥阳光、前景能源等均有相应大功率变流器产物,且配备电压等第越来越高、功率等第越来越大。

  大功率变流配备的总体需求是功率不时加大、功能越来越高。由图 1.1 的功率器件和变流配备的容量鸿沟对照可知,跟着变流器功率增进,电压擢升是一定趋向。然而,现有功率器件的单管容量和电压等第不行餍足配备需求。为了填补功率器件的耐压才略不够,三电平、五电平、级联多电平易模块化多电平等多电平变换时间应运而生。

  多电平变换计划的告成运用,扩展了电力电子配备的使命鸿沟。然而,正在加倍苛刻的需求下,必要对中压大功率处分计划举办再推敲。大功率电力电子配备除了餍足根基的功能目标以表,还会依照运用场面的分歧也有所实在改观。譬喻正在电气化交通中,大功率、轻量化是起色趋向。

  又如正在数据核心运用中,高效能、低占地面积是重心闭切点。为告终上述方向,必要尽可以节减现有体例中无源元件的体积和重量。现有中压产物中,工频变压器和电容霸占了很大比例的体积和重量。以美国通用电气公司先辈的MV6大功率变频器为例,此中的工频移相变压器的体积占悉数变频器体积的40%把握。于是,调换现有处分计划中笨重的工频变压器是大趋向。同时,对级联型拓扑和模块化多电平拓扑,电容体积也霸占了很大片面。比方模块化多电平变换器的电容体积占悉数子模块体积的75%,极大地控造了变流配备功率密度的升高。

  功率器件功能是决计拓扑计划选拔的首要凭据之一。正在代表性的拓扑计划中,三电平易五电平电途比级联型拓扑和模块化多电平拓扑拥有更高的功率密度,然而受到功率器件耐压、损耗等功能控造,其电压等第、功率等第相对偏低。现阶段的商用绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor,IGBT)器件最高电压为6.5kV,跟着电压等第擢升,IGBT 器件的开闭损耗和物料本钱会快速增进。于是,正在现有的中压大功率产物中,主流器件不是直接采用高压器件,而是通过级联或模块化多电平时间拓扑来告终电压拓展。经常来讲,正在电压等第和功率等第相对较低时,如调换电压3.3kV 以下,主流计划多采用两电平、三电平或五电平变换器拓扑。正在电压等第到10kV 以上时,主流计划首要为级联型H 桥或模块化多电平变换器构造。然而,其价值是必要较大的子模块电容。比方,3MVA/4.16kV 的变频器,变流器中所必要的储能容量(J/kVA),级联型拓扑是五电平拓扑的3.3 。

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