舟山矿用变压器能效改进技术发展

舟山矿用变压器能效改进技术发展

外部舟山矿用变压器从结构上可以分为两个大类。一类是传统的由硅钢片、铜线、二极管组成的串联稳压舟山矿用变压器或工频线性舟山矿用变压器，另一类足由电子组件、功率管、铁氧体磁材等组成的高频电了舟山矿用变压器。舟山矿用变压器具有体积小,重量轻，有色金属少的特点，相对来说也具有比较高的能效。提高舟山矿用变压器的效率可以体现在元器件的改进和变换器拓扑及控制方式两个方面。

元器件性能的改进在舟山矿用变压器能效提高上的应用元器件性能的改进在能效上的表现最主要的方面就在于降低系统不必要的热损耗。对于舟山矿用变压器来说，以下三类元器件&为关键。

(1)功率半导体器件
舟山矿用变压器中的功率半导体器件，主要通过以下方式提高能效:提高导通和关断瞬间的速度，降低导通和关断瞬间的能耗;减少反向泄露电流；减小通态电阻。这就要求器件具有输人阻抗高、速度快、热稳定性好和关断损耗及开通损耗小等特性。
双极晶体管具有速度高的特点，但其反向漏电和驱动功率都比较大，而MOS FET与此正好向反。绝缘栅双极晶体管(IGBT)是结合了MOS FET与GTP的优点于一身的。IGBT的技术进展实际上是通态压降,快速和高耐压能力三者的折中。在它刚出现时，电压、电流额定值只有600V/25A。经过长时间的探索研究和改进，现在IGBT的电压、电流额定值已分别达到3300V/1200A和4500V/1800A。高压IGBT单片耐压已达到6500V,—般IGBT的丄作频率上限为20-40 kHz,基于穿通（PT)型结构应用新技术制造的IGBT,可工作于150 kHz(硬)和300kHz(软)。在功率半导体器件所用材料上也取得了很大的进展，碳 化硅SiC是功率半导体器件晶片的理想材料。其优点是:禁带宽、工作溫度高(可达600度)、热稳定性好、通态电阻小、导热性能好、瓶电流极小、PN结耐压尚等，有利于制造出酎高温的高频人功率半导体器件，将是21世纪最可能成功应用的新型功率半导体器件材料。

(2)磁性元件
12V舟山矿用变压器磁性元件是舟山矿用变压器中的重要功能元件，是实现能量储存与转换、滤波和电气隔离的主要元件。随着人们对舟山矿用变压器的要求越来越高，除了对磁性材料提出了有高的居里温度,铁损小，磁通密度大等特性外,随着舟山矿用变压器频率的提高,变换器的体积随之减少，功率密度得到大幅提升，但损耗随之增加，并且使用更多的磁性器件,因而占据更多的空间，这种情况下磁性元件内部的耦合及磁电之间的耦合变得越来越突出。因为耦合件能不好，漏磁通增多，漏感增大，这样在晶体管导通期间漏感莆积能量，在晶体管截止期间漏感中蓄积的能量释放,从而在绕组间产生很高电压。该电压一方面会对管造成损伤,另一方面它加长了时间.增加了损耗和噪声。当这种莆积能最较多时,释放期间可能产生振荡，影响舟山矿用变压器正常的工作。为此研发人员对变换器中的磁件做了大量的研究工作，其中磁集成技术在舟山矿用变压器中的应用越来越被人重视。如将铁氧体或其他薄膜材料高密度集成在硅片上，或硅材料集成在铁氧体上的磁电混合集成技术。磁电混合集成还包括利用电感箔式绕组层间分布电容实现磁元件与电容混合集成等。磁性元件集成技术应用的一个主要难点在于常规的磁性元件设计方法已经极其繁琐且需要从不同的角度来考虑，如磁芯的大小选择.材质与绕组的确定.及铁损和铜损的评估等。除此之外,磁集成技术还必须考虑磁通不平衡的问题.因为磁通分布在铁心的毎一部分的等效总磁通研是不同的，有些部分能会提前饱和。因此，磁性器件集成的分析与研究将会更加复杂。但其所带来的高功率密度的优势，必是将来舟山矿用变压器发展的趋势。自1995年至今，美国电力电子系统中心 (CPKS ）对磁性器件集成作了很多的研究工作.使用耦合电感的概念对多相BUCK电感集成做了深入研究。且应用于各种不同类型的变换器中。2002年.香港大学Yim-Shu Lee等人也提出一系列对于磁集成技术的探讨与设计
(3)电容
不同的电容在舟山矿用变压器中的作用：滤波电容作为线性滤波元件用丁抑制外部噪声进入舟山矿用变压器内部以及内部噪声外出，例如通常所说的X电容是用来抑制正态噪声的，而Y电容是用來抑制共模噪声。吸收电容可吸收管、变压器、电感等产生的浪涌，用于保护电路。平波电容用十平滑纹波电流。通常要求电容的体积小、泄漏电流小、等效串联电阻(ERS）小。当有电流通过电容时，ERS小，电容自身的发热就小，对能效的改进是有益的。
目前研究的重点是开发适合于功率舟山矿用变压器系统用的新型电容器和超级大电容。要求电容量大、等效电阻（ESB)小、体积小等。美国KEMET电子公司在20世纪90年代末已开发出330uF新型固体(Solid Tantalum}电容,其ESR从原来的500m降到30m。

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