从美国电源产业发展计划看我国电源产业的发展趋势

[编者按]钱照明教授等撰述的这篇文章，对于我国电源行业的企业家们，很值得一读。他提出：“进步我国电源行业的技术、生产队伍的素质变得非常重要和刻不容缓”。

从美国电源产业发展计划看我国电源产业的发展趋势

1美国电源市场猜测　　美国开关电源贸易市场是与台式计算机、电话机产品市场同步发展的，随着计算机通讯设备迅速、持续稳定的增长及新的IT网络产品市场的迅速增长，未来的电源市场是非常乐观的。基于对VDC'S“美国贸易市场和机内AC/DC开关电源及DC/DC变换器应用”研究报告的分析，基于对美国主要电源应用领域大、中型OEM的主要决策者和对美国大、中型电源制造厂市场部职员的调查，以及根据来自其它渠道的信息，文献[1]对美国电源产业的过往、现在和将来的趋势作了比较全面的综述。

　　当前美国电源产业市场的结构和分布示于图1

　　图1中所示电源制造厂生产的大多数电源是直接运给OEMS和分销商的。目前增值转卖商销售量尚不大，但是将变得日渐重要起来。

1.1AC/DC开关电源市场猜测

　　（1）额定功率按AC/DC开关电源的额定功率大小分类，各类电源市场占有比例及年增长率示于表1。251－500W电源在1992年占有比例21.5％，而到1996年却下降到15.8％，近年来低功率及高功率电源占比例上升较快，其中1001－1500W电源消费增长率是最高的，预见年增长率可达16.5％，主要需求是非军用的、商用的要求大量输出电压较低而输出功率较高的AC/DC开关电源。

表1按额定功率大小分类，AC/DC

开关电源的市场（百万美元）及年增长率

功率范围	预计			均匀年增长率
	1996	1998	2001
2000W以上 1501－2000W 1001－1500W 751－1000W 501－750W 251－500W 151－250W 76－150W 25－75W 小于25W	261.1 189.4 239.5 196.7 300.8 425.2 426.3 274.8 232.6 125.3	328.2 234.8 324.7 251.4 384.0 542.7 534.5 347.4 291.1 152.2	456.6 325.2 514.7 364.4 554.8 785.4 752.2 495.8 408.4 204.1	11.8％ 11.4％ 16.5％ 13.1％ 13.0％ 13.1％ 12.0％ 12.5％ 11.9％ 10.2％
总计	2,671.7	3,389.0	4,861.6	12.7

　　（2）用户应用领域

　　按AC/DC开关电源的用户应用领域分类，各类电源市场占有比例及年增长率示于表2。从表2数据可见，远间隔通讯和数字网络交叉应用领域的蓬勃发展，包括发射装置、专用交换机异步传送开关（ATM）、远程存取LAN设备、电视会议设备的发展，均会促进对机内AC/DC开关电源的需求。因此。用于远间隔通讯和数据通讯机内的AC/DC开关电源的年增长率可达15.1％。而计算机和办公室自动化用的机内AC/DC开关电源将继续保持最大的消费份额，但是增长率将不如前者。在产业和仪表市场消费领域，国内外对新型、先进医疗和实验设备，包括医用监视器、透风和验血设备用的AC/DC开关电源需求将日益增长。除此以外，产业过程控制机、操纵控终龚、测试和丈量仪器用的电源将在产业应用领域中占领先地位。与人们想象相反，军用/航空领域对AC/DC电源的需求并未下降。总的来说，到2001年，对AC/DC开关电源的需求均匀每年增长12.7％。

图1美国电源产业市场的结构和分布

表4按用户应用领域分类，各类DC/DC

开关电源市场占有比例及年增长率

用户应用领域	预计			均匀年增长率
	1996	1998	2001
远程及数据通讯计算机/办公自动化产业/仪器军事/航天	304.6277.185.078.1	404.0363.1105.286.3	618.0545.3145.2100.2	15.2％14.5％11.3％5.1％
总计	744.8	958.6	1,408.7	13.6％

表3按额定功率大小分类，DC/DC

开关电源的市场（百万美元）及年增长率

功率范围	预计			均匀年增长率
	1996	1998	2001
750W以上 501－750W 251－500W 151－250W 101－150W 51－100W 26－50W 16－25W 6－15W 1－5W 小于1W	81.3 70.0 70.4 91.3 95.9 130.2 62.5 51.0 31.7 43.3 8.2	99.6 92.4 94.51 20.7 118.7 174.2 80.5 69.7 42.7 55.0 10.6	134.9 140.7 149.3 184.5 164.2 244.5 118.3 111.3 66.9 78.8 15.3	10.7％ 15.0％ 1

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c)在动态电流带宽控制下追踪参考电流，经无源滤波后，开关频率很轻易被滤掉，只剩下所需的三相对称基波，所以输进真个传输线上的电流三相平衡，电源中线上无零序电流流过，非线性负载所需的零序电流全部由有源滤波器来提供。

　　在变换器上下桥臂依次导通的过程中，无论ifk流进还是流出变换器，都会引起UC1和UC2的波动。表1概括了电流ifk的各种情况所引起的电容C1和C2上的电压变化。

表1电容电压UC1和UC2变化状况

ifk0且difk/dt0	UC1增大	UC1增大
ifk0且difk/dt0	UC1减小	UC1减小
ifk0且difk/dt0	UC2增大
ifk0且difk/dt0	UC2减小

图3滞环控制脉冲调制器的典型工作模式

在ifk0的情况下，UC1升高，UC2降低，但是它们的变化值并不相等。由于difk/dt的值受交流相电压的瞬时值的影响。在ifk0的 情 况 下 亦 同 。

　　当ifk含有直流分量时，即使很微小，电荷也会累积在直流电容上，使UC1和UC2失往对称。假如给参考电流增加一个可控制的微小的直流分量ε，就可控制上下电容电压均匀值的差值，将它限制在一个可接受的范围内。直流分量ε是由上下电容电压的差值ΔU(ΔU=UC2－UC1)经比例积分而定的，

　　可见，加进了直流分量ε（－δε δ ） 后 ， 改 变 了 参 考 电 流 的 上 下 带 的 值 ， 但 并 不 改 变 整 个 带 宽 值 （ 2δ ） ， 以 及 由 带 宽 所 决 定 的 开 关 频 率 。 直 流 分 量 ε 对 电 容 电 压 的 影 响 如 下 ： 直流电容电压的波动也会随参考电流的幅值和带宽的变化而变化。此外，(UC1＋UC2)和(UC2－UC1)不仅会有开关频率的纹波，而且还有同中线电流i0相应用的纹波。

4电感L1和工作频率的选取

　　上桥臂导通时,ifa减小；下桥臂导通时，ifa增长：

　　给定uA,确定UC1和UC2的均匀值，半桥变换器的最大和最小工作频率取决于电感L1和差带2δ的值。L1和差带2δ都与频率成反比。

　　在综合考虑无源滤波网的设计和器件的频率特性后，我们可以通过L1和差带2δ值的选取使半桥变换器工作在一定的频带内。

5对电路的仿真

　　用PSPICE软件对以上三相有源滤波器时进行仿真，

　　（1）相电压有效值：110VAC

　　（2）UC1和UC2的均匀电压：180VDC

　　（3）电感L1:3mH

　　得负载电流i1a以及A相电流ia如图4所示。

　　由图4可看到，A相电流ia除了开关纹波外就是一个正弦波，它与相电压同相。而高频的开关纹波很轻易用外加的无源网络滤掉。

6实验结果

　　三相输进电压：110VAC

　　直流母线电压：370VDC

图4仿真得到的A相负载电流和主电路电流

　　电感L1：2.5mH

　　补偿功率：2.5kVA

　　工作频带：3k到7k

　　LC无源滤波器网：L0=500μH，C0=30μF

　　非线性负载电路如图5所示，其非线性电流如图6所示，经补偿后的主电路电流如图7所示。

　　用HP35663A型动态信号分析仪丈量得A、B、C相进线电流的THD分别为3.9％、3.8％、3.9％。用功率因数表测进A、B、C相的功率因数分别为0.999,0.997,0.998。三相电流的不对称度为2.1％。

图5实验用的非线性负载

图6非线性负载电流

图7经补偿后的主电路电流

7结论

　　综上所述，实用三相有源滤波器对市电有无功补偿、谐波抑制及平衡进线电流的作用。实验证实它的补偿效果是好的，而且它可根据市电对无功***波的需求量进行自动补偿，补偿的无功量不受系统电压的限制。它的控制简单，实现方便，具有广阔的应用远景。

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