西力蓄电池销售中心 服务热线:010-56280339 15300010533
工频机和高频机是两种不同的技术路线或构架,而工业机和商业机是行业用户应用时,反映了可靠性和适用性的等级高低。工业机的显性特征是高EMC抗扰度(为了防止电气环境的传导及辐射电磁*对UPS正常工作的影响);高IP防护等级(为了防止灰尘、水溅、有害气体等对UPS正常工作的影响);输出工频隔离变压器(由于在工业应用中,UPS的旁路输入是独立的,且要求增加工频隔离变压器,所以输出配电系统灵活,可再生一个TN系统、IT系统,电气隔离等);隐性特征是根据用户用电环境、负载情况而制定的整流器及逆变器的控制算法及采样设计。
1 回顾工频机和高频机分类的由来
1956年,美国人J.莫尔制成晶闸管雏型。1957年,美国人R.A.约克制成实用的晶闸管。50年代末晶闸管被用于电力电子装置,60年代以来得到迅速推广,并开发出一系列派生器件,拓展了电力电子技术的应用领域。电力电子电路随着晶闸管应用的推广,开发出许多电力电子电路,按其功能可分为:①将交流电能转换成直流电能的整流电路;②将直流电能转换成交流电能的逆变电路;③将一种形式的交流电能转换成另一种形式的交流电能的交流变换电路;④将一种形式的直流电能转换成另一种形式的直流电能的直流变换电路。这些电路都包含晶闸管,而每个晶闸管都需要相应的触发器。于是配合这些电力电子电路出现了许多的触发控制电路。所以,有专家把晶闸管诞生的1957年,叫电力电子技术产生的元年,由此电子技术学科分为电力电子技术和信息电子技术。在这个大背景下,第一代静态工频UPS在1964年应运而生(见图1)。
图1中设计了4个逆变变压器;四个变压器又分为两组,每组含有两个变压器;变压器的一次侧为三角形连接,二次侧绕组一个为星型,另一个为曲折星型(Zig-Zag,30°相移);每组的两个变压器,在一定程度上可消除部分的谐波;调整两组变压器间的相移即可调整逆变器的输出电压。由于整流器、逆变器、变压器均属工频,故俗称纯工频UPS。纯工频UPS,就逆变器输出变压器而言,经历了变压器的数量从4个减少2个,2个减少到1个的过程。示意图如图2、图3所示。
1962年,GE公司研制出第一个600V/200A GTO,克服了普通晶闸管不能门极控制关断的缺点。但是GTO一直在技术上不过关,在应用中容易烧毁。1974年,日本东芝等公司采用NTD单晶片并通过计算机模拟技术在GTO研制上取得突破,生产出1200V/2000A的GTO。而越做越大的双极晶体管采用垂直结构、达林顿级联技术以及多元胞集成并联等技术已经做到500V/200A/50(电流放大倍数hfe),此时已称其为GTR。20世纪70年代末,由于半导体超净技术的进步,长期阻碍MOS器件的“表面态”杂质离子问题也得到控制及解决。
这种最早就构想出的器件却因为技术问题而较晚到来,但是它的性能更为优秀,也更容易制造。因而,MOS集成电路在20世纪70年代末得到飞速发展。在20世纪80年代初,以MOS集成电路为基础的垂直扩散MOS功率器件VDMOS也在国际整流器公司(International Rectifier)的努力下逐渐走向成熟。1982年GE公司的美籍印度人B.J.Baliga和Motorola公司几乎独自同时发明IGBT。1984年,GE公司的V.A.K.Temple发明性能更为优秀的MCT(H),并在1991年商品化生产。但在20世纪90年代末,因结构过于复杂,成品率低而陷于停滞状态。在20世纪90年代初,日本三菱公司研制开发的以IGBT为基础的智能功率模块(IPM——Intelligent Power Module)经过近十年的改进,进入成熟应用。1995年,西门子公司首次推出了非穿通结构(Non Punch Through)的NPT-IGBT,这在技术上是一个里程碑。因为,NPT-IGBT技术可以使得功率开关器件在高温可靠性、安全工作区、超高耐压、低成本、高开关性能等诸多方面同时得到显著提高。采用NPT-IGBT技术及GTO圆片工艺,目前已经可以做出6500V/600A的NPT-IGBT。西力蓄电池总代理