電力電子技術(shù)

電力電子技術(shù)是集電力電子器件、電力電子功率變換技術(shù)和控制技術(shù)于一體的綜合性技術(shù)。以應(yīng)用電力電子器件和計(jì)算機(jī)為代表的控制技術(shù)，對電能進(jìn)行處理和變換，是其研究的主要內(nèi)容。

以來，電力半導(dǎo)體器件出現(xiàn)了幾十種產(chǎn)品，但從理論、結(jié)構(gòu)和工藝的創(chuàng)新、應(yīng)用的廣泛程度和持續(xù)的發(fā)展視角來看，功率二極管、晶閘管、可關(guān)斷晶閘管(GO)和電場控制器件(GB1為代表堤幾個發(fā)展平臺，從每個平臺又派生出若干相關(guān)的器件來。每一種器件的問世，都使得功率變換電路及其控制技術(shù)不斷地革新。脈寬調(diào)制(IWM)電路、零電流(ZCS)零電壓(ZVS等諧振軟開關(guān)電路已成為功率變換電路的重要組成部分。其控制技術(shù)由最初的分立元器件的模擬電路控制，逐步發(fā)展為基于微處理器、微控制器和數(shù)字信號處理器(DSP)等全數(shù)字控制系統(tǒng)。

各種不同的功率變換器，實(shí)質(zhì)是將系統(tǒng)輸入電氣參數(shù)變換為用戶所需要的輸出電氣參數(shù)。最基本的電氣參數(shù)有電壓、電流、頻率、相數(shù)、波形、功率等6項(xiàng)。基于電磁感應(yīng)原理而問世的變壓器，實(shí)現(xiàn)了交流電壓和交流電流的自如變換，實(shí)現(xiàn)了高壓交流輸電和低壓配電到用戶，使電能的方便使用成為現(xiàn)實(shí);而由于電力電子技術(shù)的進(jìn)步，誕生了整流器、斬波器、逆變器、變頻器等各種功率變換器，完成了頻率、相位、相數(shù)的受控變換，使電能的產(chǎn)生、輸送、分配和應(yīng)用實(shí)現(xiàn)了優(yōu)化，使以電能為核心的各種能量的轉(zhuǎn)換，使電參數(shù)的全方位控制和改變，上升到高效率和高功率因數(shù)的新階段。電氣參數(shù)的全面受控變換，使得“高效率用電和高品質(zhì)用電相結(jié)合”的目標(biāo)正在一步步成為現(xiàn)實(shí)。

當(dāng)前，電力電子技術(shù)作為節(jié)能、節(jié)材、自動化、智能化、機(jī)電一體化的基礎(chǔ)，正朝著應(yīng)用技術(shù)高頻化、硬件結(jié)構(gòu)模塊化、產(chǎn)品性能綠色化的方向發(fā)展。在不遠(yuǎn)的將來，電力電子技術(shù)將使傳動裝置、電源技術(shù)更加成熟、經(jīng)濟(jì)、實(shí)用。當(dāng)代應(yīng)用科學(xué)的許多新發(fā)展都與電力電子技術(shù)緊密聯(lián)在一起，特別是和功率控制系統(tǒng)聯(lián)系在一起，如電氣傳動、通訊電源、變頻調(diào)速、機(jī)車牽引、電力輸送、電動汽車、儲能電池，以及日新月異的基于高速數(shù)據(jù)處理的個人電腦和通訊設(shè)備等，如果沒有電力電子功率控制做支持，這些新技術(shù)的進(jìn)步就難以實(shí)現(xiàn)。電力電子技術(shù)廣泛應(yīng)用，對高效節(jié)能和自動化技術(shù)的發(fā)展有巨大的推動作用。

電力電子技術(shù)在潛艇上的應(yīng)用

電力電子技術(shù)在潛艇上的應(yīng)用和普及成為必然，主要體現(xiàn)在電力配電系統(tǒng)、電力推進(jìn)系統(tǒng)以及電氣傳動等方面。

電力電子技術(shù)在電力配電系統(tǒng)中的應(yīng)用

隨著電力電子技術(shù)的飛速發(fā)展，電力配電系統(tǒng)中從電源到負(fù)載每一個環(huán)節(jié)都有很大的發(fā)展。基于電力電子技術(shù)的配電系統(tǒng)具有很好的負(fù)載調(diào)節(jié)和瞬態(tài)特性，如果配電結(jié)構(gòu)合理，其配電系統(tǒng)具有很高的故障容錯性，特別適用于完全獨(dú)立或半獨(dú)立的配電系統(tǒng)中，如艦船、潛艇、飛機(jī)、航天器等領(lǐng)域。

傳統(tǒng)上，常規(guī)動力潛艇配電網(wǎng)絡(luò)采用的是集中輻射式供電模式給全艇負(fù)載供電。用電負(fù)載包括動力系統(tǒng)中的推進(jìn)電機(jī)及輔助設(shè)備、各種輔機(jī)、觀通導(dǎo)航設(shè)備、指揮操艇設(shè)備等。推進(jìn)電機(jī)一般采用直流電機(jī)，輔機(jī)則包括了艇上所有的直流電機(jī)和交流電機(jī)及各種控制設(shè)備。直流輔機(jī)電網(wǎng)和50HZ交流電網(wǎng)的負(fù)載用戶較多，為主要供電網(wǎng)絡(luò)，其他電網(wǎng)為次級供電網(wǎng)絡(luò)。直流輔機(jī)電網(wǎng)是艇上一次供電網(wǎng)絡(luò)，它向全艇直流輔機(jī)及各個二次電網(wǎng)供電。早期潛艇的各次級網(wǎng)絡(luò)電源均由變流機(jī)組獲得。由于電力電子技術(shù)的發(fā)展以及半導(dǎo)體開關(guān)器件性能的提升，各次級供電網(wǎng)絡(luò)電源由變流機(jī)組逐步過渡到現(xiàn)在的電力電子變流裝置(斬波器、逆變器等)對于直流負(fù)載，采用的是DC/D(變換器漸波器)對于交流負(fù)載，采用的是DC/AC變換器(逆變器)直接優(yōu)點(diǎn)：體積小、費(fèi)用低、易維護(hù)。

基于電力電子技術(shù)的發(fā)展，在潛艇上實(shí)現(xiàn)分布式供電模式才能夠成為可能。潛艇分布式供電(即區(qū)域配電)的設(shè)想是：僅使直流電網(wǎng)貫穿全船，即將蓄電池組和柴油發(fā)電機(jī)組輸出的直流電通過主干電纜和直流配電板、直流配電箱輸送到全艇的直流用戶，各艙室設(shè)立負(fù)載中心，負(fù)載中心由模塊式電源變換裝置組成，即在不同艙室根據(jù)不同的負(fù)載要求設(shè)置不同的電源變換模塊，從而取消過去沿用的各種變流機(jī)組。

電源變換裝置根據(jù)負(fù)載的需要，進(jìn)行直一直、交一直、直一交、交一交以及雙向交一直等電源轉(zhuǎn)換，提供此艙室中負(fù)載所需的任何形式的電力。而且所有的電路保護(hù)都可以由變流裝置完成，極大地降低故障電路，明顯優(yōu)于目前使用的系統(tǒng)。這種配電方式對潛艇總段建造、潛艇改裝特別方便，減少了穿過水密隔壁的電纜數(shù)，在隔壁上除主干電纜和觀通、導(dǎo)航、控制電纜外，取消了輻射式配電方所存在的各種電網(wǎng)的縱向饋電電纜;變流裝置具有通用性;利于潛艇實(shí)現(xiàn)全船輔機(jī)交流化。實(shí)現(xiàn)區(qū)域供電，模塊式電源變換裝置的設(shè)計(jì)必不可少。下面提出一種基于電力電子積木式模塊化結(jié)構(gòu)供潛艇模塊式電源變換裝置設(shè)計(jì)。

電力電子積木式模塊化結(jié)構(gòu)(PorElecronCBuiUngBOkPEBB)概念最早是由美國海軍研究所為設(shè)計(jì)艦艇的分布式供電而提出的|1.PEBB不是指通常以模塊封裝形式出現(xiàn)的單純功率開關(guān)器件，如可關(guān)斷晶閘管(GTO)、大功率復(fù)合晶體管(G1R)、功率場效應(yīng)管(MCSFET)、絕緣柵極晶體管(EB!)集成化門極換流晶閘管(GCT)以及驅(qū)動電路封裝在一起的P等，而是一種針對分布式電源系統(tǒng)進(jìn)行劃分和構(gòu)造的新的模塊化概念，它是站在系統(tǒng)層面對電路合理劃分，抽取出具有相同功能或相似特征。