电力电子技术向高频领域发展应重新认识的概念

2011-05-20 00:12:02来源: 互联网
今天,电力电子技术的发展方向之一是工作频率越来越高,从以前的工频(50HZ、60HZ)、中频(数百HZ到一千多HZ),到现在的高频(数千HZ以上)。出现了开关电源、逆变焊机、变频器等许多新品,他们的出现,充分展示了电力电子新技术的体积小、重量轻、节能、省材等优点。但是,使用中发现他们不是那么理想,故障较多,易烧坏元器件等。
我认为,当频率较高时,一些基本概念已发生了变化,需要重新认识。在频率较低时,我们对一些基本概念,如电阻、电容、电感、导线等都看成理想状态,即所谓参数元件。在集中参数电路中,凡是电阻作用都集中在电阻元建立,除此之外,不再考虑电阻;凡是电磁感应现象都集中地用电感元件来表达,此外不再考虑其他影响;电荷一律只在电容器上积蓄。而分布参数的概念则不同,电阻、电容、电感、导线不是纯粹的电阻、电容、电感、导线,而是电阻、电容、电感的复合体。
电阻,一般功率电阻为一陶瓷管上绕有电阻丝,且绕成螺旋管状。不难看出,它也具有电感、只是电干量很小,一般可以忽略。每匝电阻丝之间还有分布电容,其等效电路如图1。


一般来说,目前电力电子技术使用的频率在几十kHz一下,其分布电容可以忽略,实际等效电路如图2。其总阻抗Z为电阻ZR与感抗ZL的矢量和:
Z=ER+EL


其数字为:Z=√R2+(2πfL)2
为说明问题,试举一例。设R=10Ω,L=10-4H,f=5*104HZ,可求得:Z=33Ω。由于感抗比电阻大得多,其相位也会发生很大的变化
电容,一般用中间夹有绝缘层的两层金属膜,卷成一卷,再分别。从两层金属膜相距最远的两端引出两根引线,其等效电路如图3所示(这主忽略了电容的漏电电阻)。其总电容
C=C1+C2+···+Cn


其L、L'为两金属膜各自的电感,且
L=L1+L2+···+Ln
L'=L'1+L'2+···+L'n
并有L=L'
当f足够低时,2πfL1=2πfL2+···+2πfLn可视为零,也可视为短路,于是图3的电路等效成几个小电容并联,总电容
C=C1+C2+···+Cn

这是我们一般使用的情况
当f足够高时,2πfC1=2πfC2+···+2πfCn极小,也可视为短路,此时图3的电路变成图4,总阻抗相当于一个电感,其值为L的一半。


电感的等效电路如图5所示。


其中L=L1+L2+···+Ln
C1、C2、···Cn为匝间分布电容,由于目前电力电子技术所达频率还不够高,一般可将分布电容忽略,但对于电压很高,电流较小,频率高的场合,则应考虑分布电容。
导线,一般只认为它是一种起联结作用的元件,最多认识到它是个小电阻、当频率较高时由于趋肤效应,再认识到其电阻在频率高时比其直流电阻大一些。但仅此认识还是不够的,它的等效电路如图6,即它是由R与L串联而成的。


当f足够大时,ZL>>ZR,则导线表现为电感特性。由于电力电子技术领域所用电流较大,且常常有di/dt很大,其感应电动势ε=-Ldi/dt往往很大,是一个不可忽视的因素。所以在高频工作时,连接子线尽可能短、粗、不得随意拐弯,以便减少电感。在这里要说明一下为什么要"粗",这是因为一根粗导线可以视为数根细线并联,其电感量为各路电感并联而成。导线越粗,意味着并联越多,电感越小。
长线与短线,我们一般认为一根导线,其上各点的电流、电压是相同的,它们只是时间的函数,即u=u(t),i=i(t)。但是我们知道电信号以光波速度传播,为30万公里/秒;其波长λ=3*108/f米,假如一根导线的长度等于波长λ,结果如图7所示,


导线上各点的电压、电流显然不相等,它们不仅是时间的函数,而且也是空间的函数。即u=u(x,t),i=i(x,t)。当导线长1=1/2时,它是一根很好的发射天线。实际上,当l能与λ相比较时,我们把它叫做长线,当l与λ比较可以忽略时,我们把它叫做短线。
有趣的是,用50Hz的工频输电时,当输电线很长时,(我们也不能把它视为短线。工频波长λ=3*105/50=6000(km),当输电线长度为一、二百km时,就应把它当做长线来考虑。要想降低损耗,必须降低频率,这就解释了在长距离输电时,为什么要采用直流输电。
电力电子技术向高频化发展是一个重要方向,它带来了很多好处,如整机体积小,节能、省材等,但是新技术的成熟与。究善,还需要我们不但的探索,包括理论上有新的认识。

关键字:领域  发展  重新  认识

编辑:神话 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/mndz/2011/0520/article_8784.html
本网站转载的所有的文章、图片、音频视频文件等资料的版权归版权所有人所有,本站采用的非本站原创文章及图片等内容无法一一联系确认版权者。如果本网所选内容的文章作者及编辑认为其作品不宜公开自由传播,或不应无偿使用,请及时通过电子邮件或电话通知我们,以迅速采取适当措施,避免给双方造成不必要的经济损失。
论坛活动 E手掌握
微信扫一扫加关注
论坛活动 E手掌握
芯片资讯 锐利解读
微信扫一扫加关注
芯片资讯 锐利解读
推荐阅读
全部
领域
发展
重新
认识

小广播

独家专题更多

富士通铁电随机存储器FRAM主题展馆
富士通铁电随机存储器FRAM主题展馆
馆内包含了 纵览FRAM、独立FRAM存储器专区、FRAM内置LSI专区三大部分内容。 
走,跟Molex一起去看《中国电子消费品趋势》!
走,跟Molex一起去看《中国电子消费品趋势》!
 
带你走进LED王国——Microchip LED应用专题
带你走进LED王国——Microchip LED应用专题
 
电子工程世界版权所有 京ICP证060456号 京ICP备10001474号 电信业务审批[2006]字第258号函 京公海网安备110108001534 Copyright © 2005-2016 EEWORLD.com.cn, Inc. All rights reserved