時間:2017年11月29日 分類:電子論文 次數(shù):
如今,電力電子學已經(jīng)逐漸應用到了各行各業(yè),同時還包括了一些新技術,比如高溫環(huán)境下出現(xiàn)的新型碳化硅電力電子器件,這些器件冷卻時間較短,模塊功率和散熱模塊相對復雜,因此,很多專家對于低溫環(huán)境下的電力電子技術和高溫超導技術展開了分析,為極限溫度下的電力電子技術發(fā)展趨勢展開了深入研究。
關鍵詞:電力電子技術,極限溫度,碳化硅
1 高低溫下的功率電路器件
從目前的角度來看,大部分電力電子設備在100攝氏度以內(nèi)進行工作,大部分電路元件和電路結構需要控制在一定范圍內(nèi),當工作溫度過高或者過低時,各個元件的特性都會出現(xiàn)新的變化,電路會出現(xiàn)新的變化,因此在討論技術之前,我們需要對電力電路中的一些器件進行研究分析,在低溫情況下的表現(xiàn)給出相應分析。
從目前的角度來看,電力電子中標志是目前最主要的器件,這些器件會受到溫度的影響,如果高頻電子電路中出現(xiàn)了MOSFET,我們可以說這種溫度系統(tǒng)相對比較正常,如果器件溫度越高,電阻通態(tài)也會隨著增加,正溫度系數(shù)能夠減少熱件中的電流,導致電流會以低溫的形式流向各個器件當中,避免由于溫度過高,導致器件失控,從MOSFET中能夠看出,該器件具有負溫度系數(shù),采用并聯(lián)單位結構,需要解決可靠性問題。
電感、變壓器是電子裝置中主要的元件。按照傳統(tǒng)角度思想來分析,大部分電磁元件體積相對較大,在元件運行中會發(fā)熱,因此電路設計經(jīng)常出現(xiàn)短路問題,會根據(jù)散熱條件的具體情況,適當增加繞線中的電流,電感和變壓器所產(chǎn)生的熱量也會增大。一旦磁鐵的材料溫度得到了一個提高,那么鐵磁材料會轉(zhuǎn)化成一種弱磁性物質(zhì),可以把轉(zhuǎn)化的溫度當做居里點。按照磁鐵相關理論,一旦溫度升高,超過原有的居里點,那么鐵磁材料磁疇在運動過程中會出現(xiàn)破壞現(xiàn)象,導致整個電腦完全被破壞,這個時候鐵磁物質(zhì)轉(zhuǎn)化成磁導,并且磁性相對較強,磁性會始終保持不變。
所以磁性元件的設計制造顯得相對比較重要,并沒有體積過小,重量較輕耐溫高的鐵磁元件,一般新型開關器件的作用是不能夠完全表現(xiàn)出來的。很多地區(qū)或者廠家選擇使用磁性元件,是因為該元件工作溫度一般情況下不超過100攝氏度,在極為特殊情況下可能會達到150攝氏度。為了能夠更好的提高這一溫度指標,世界各地對該工作溫度做出了詳細研究。同時美國空軍也制處1.5kW,可以在超過300攝氏度溫度環(huán)境下運行超過600小時時間,這完全依靠變換器中的變壓器。這種變壓器一般會采用居里溫度超過300攝氏度以上的錳新材料,經(jīng)過反復仿真,把這種變壓器投入到市場當中。
2 SIC器件及其應用
經(jīng)過最近這些年的研究,發(fā)現(xiàn)硅器件是基礎的電力電子技術,該元件一直不斷改進當中,更應該降低通態(tài)和開關損耗,提高工作頻率和器件的集成。從目前的角度來看,硅器件的結構和設計相對比較完善,在高溫度情況下,其發(fā)展?jié)摿σ彩钟邢蕖?/p>
SIC電力電子器件的誕生主要是因為碳和硅之間的組合,所以SIC器件會對電場進行10倍的擊穿,而且導熱性是其3倍,這讓SIC器件具有更高的性能,擊穿場強能夠幫助電力器件摻雜更多更薄,濃度更大的電子產(chǎn)物,這恰恰降低了通態(tài)電阻的性能,同時也減少了電阻的消耗,還可以提高器件工作頻率。我們發(fā)現(xiàn)導熱性能夠讓SIC器件在固定溫度情況下得到比較高的開關的容量。另外,該材料的溫度最高可以達到600攝氏度。這些特定內(nèi)容都決定了SIC器件能夠在電子技術中的應用價值,電力電子器件在發(fā)展過程中,功率頻率可以更好的反映處器件水平的研究進展,以及使用狀態(tài)。SIC材料在很多種電子器件中都得到了明顯應用。
3 新型冷卻和散熱技術
隨著目前電力電元容量逐漸增加,從中能看出頻率也會出現(xiàn)一定變動,導致器件中的問題展現(xiàn)的比較明顯,尤其是在溫度比較高的情況下,沒有合適的散熱措施,那么很有可能會導致器件上出現(xiàn)了一些損傷,所以對于電路設計,合理選擇冷卻或更好的散熱方式來進行設計,應該把潛能發(fā)到頂點,這是目前我們目前必須完成的任務,對于電力設備器件應該按照傳熱學原理制作,是為了能夠更好的設計一種熱阻,盡可能的降低熱流通路,讓器件在發(fā)出熱量的時候把熱流散發(fā)出去,當保證器件運行時,內(nèi)部溫度始終都保持在穩(wěn)定范圍內(nèi)。
按照長期的打算,可以根據(jù)空氣制冷的原理,來制定一套簡單便捷方式進行實施,這種方法使用起來相對比較廣泛,如果仔細觀察冷卻形式,能夠看出空氣冷卻是一種自冷的方式,自冷式制定可以當做是假裝散熱的一種簡單方式,即使散熱效率比較低,同時具有簡單的結構進行可靠性的處理,一般比較適合20A以下器件或者簡單的裝置作為電流的器件,同時可以采用備風機作為主要的散熱裝置,這種電流裝置能夠承載大量容量,操作起來比較復雜,噪聲比較大,在維護的過程中已經(jīng)嚴重阻礙了電流的流動。
在高溫的情況下,電力電子裝置由于散熱條件影響,導致電力出現(xiàn)不穩(wěn)定現(xiàn)象,會影響到裝置的運行,甚至會破壞裝置,在我們仔細研究中,發(fā)現(xiàn)在溫度較低的環(huán)境下,功率開關器件會影響到通態(tài)阻的運行,那么開關損耗也會出現(xiàn)減少,低溫更有利于熱量的散發(fā),所以整個裝置效率會受到嚴重影響,目前高溫超導體是低溫領域中比較常用的材料,低溫環(huán)境下低溫電子裝置具有特殊性。
按照目前的情況來看,電力技術已經(jīng)逐漸延伸到各個領域當中,很多低溫場所中能夠看到電力技術的身影,例如海洋中的地質(zhì)考核,需要對生物種群進行研究,需要對石油勘探。這些工作環(huán)境一般會維持在零下80度到0度之間。有些工作場合電力電子設備各種科學考察儀器,在這種低溫情況下散熱相對比較好。
4 結束語
本文主要用三方面對極限溫度下的電力技術進行全面分析,總的來說,電力技術所設計到的領域相對比較廣泛,在這里我們只能簡單的說出一些所涉及到的內(nèi)容,目前開始向高海拔以及外太空進行拓展。在這種極端的環(huán)境下,高溫和低溫會對電力系統(tǒng)產(chǎn)生很大的影響。所以為了進一步拓展人類生存空間,我們需要了解功率器件,對電力電子電路和控制方法進行全面研究。
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