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随着消费水平的提高，对于应用广泛的交通工具—轿车的性能也提出了更高的要求。西方汽车制造商为了使自己的汽车更受消费者青睐，纷纷利用尖端电子技术提高汽车的动力性、安全性、舒适性和经济性。在以节能、环保和安全为中心的现代汽车中，电气设备越来越多，电气负荷越来越大，这就要求汽车电源提供更高的电能，传统的14V电压供电源系统已经捉襟见肘，为此，一种新型42V电源供电系统即将在汽车上应用。42V电源系统能提供8Kw的动力，对汽车电器提供了较大的发展空间。 ��一、汽车新型电源的应用是大势所趋 ��在汽车技术高度发展的今天，汽车电器的容量大幅度增长。近几年来，由于纯电池电动汽车商品化困难重重，电池混合动力汽车作为清洁汽车应运而生。同时，汽车智能化程度的不断提高，新的电气装置在汽车上被不断广泛采用，如各种电控系统(电控喷射、废气再循环电控、增压电控等)、巡航控制、陆地导航、气候即时控制、车载计算机网络等，使汽车电子附件所占的比例大幅提高。这些装置的执行器通常要求较大的功率，相应的耗电量也大大增加，如何提供足够的电力，保证所有电器系统可靠的工作，已成为现代汽车发展的瓶颈。 ��随着人们对汽车乘坐舒适性、燃油经济性、排放环保性要求的日益提高，汽车上的新装置、新技术不断增多，能耗量不断增加。由于电能具有传输简便、转换容易、控制灵活等一系列优点，采用电磁或电动执行器取代液压传动和气压传动执行器已成为一种趋势。一些带电的机械装置逐步转变为带机械的电子装置，大大增加了电气系统的负荷。在以节能、环保和安全为中心的现代汽车中，电气设备越来越多，电气负荷越来越大，这就要求汽车电源提供更高的电能，传统的14V电压供电源系统已经捉襟见肘，为此，一种新型42V电源供电源系统即将在汽车上应用。����42V电源系统能提供8KW的动力，对汽车电器提供了较大的发展。采用42V电源的最重要的意义还在于使产品设计人员从过去许多局限性中解脱出来，为汽车技术的发展提供了充分的想象空间。 ��20世纪80年代国内轿车的发电机功率一般是500W以下，现在轿车发电机功率达到1000W的很普遍；那时不少轿车还没有空调装置，现在没有空调的轿车反而令人奇怪；以前的轿车驾驶座椅是人工调整，现在多是电动调整；以前的轿车门窗多是手摇开闭的，现在流行电控开闭，等等。过去是高级汽车才有的东西，今天已是现代轿车的一般配置。由于车上自动控制所必需的微型电机数目会不断增加，导致汽车越先进，消耗的申能就会导致汽车越先进，消耗的电能就会越大。如果不改变现行的电压标准，功率增大必然导致电流增大，电流增大必然要加大导线的截面积，换句话说就是要加粗导线，发展下去车上的主线束将粗如手臂，电器件的体积会变大，汽车重量会增加，油耗会增大，有限空间被占用。在现有电气系统的额定电压下，要输出上述大功率，必须大大增加交流发电机输出电流。低电压、大电流输出会降低爪极式交流发电机的效率，并且为了降低线路上的电阻热损耗，导线的截面积将增加几倍，这不仅增加了整车装备的质量，而且对发动机舱和车厢的空间布置带来很多问题。可见现有的14V供电源系统难以满足要求，惟一可行的办法是提高交流发电机电压以增大其输出功率。根据现有的研发技术和生产工艺，在交流发电机额定电压为14V时，其输出功率可达2KW；当额定电压为28V（14×2）时，输出功率可达4KW左右；当额定电压增加为42V(14×3)时，其输出功率可增大至6KW，甚至更高。 ��二、采用42V汽车电源系统的优势 ��1、提高发动机效率。采用42V电源后，可以把发动机驱动的附件从发动机中分离出来，由电动机直接驱动，从而进一步减少发动机的部件数量，降低发动机的自重并提高效率，这样可避免附件的空转，提高能源利用效率。 ��2、减小线束直径。实施42V电压标准后，从理论上讲，电压提高3倍，则线束的直径可降低为原来的60%(而在实践中，考虑到生产小规格线束的工艺性及产品的可靠性，电线不可能太细，因而包括绝缘材料和连接器在内的车用线束在质量和体积上实际上只能减小25%)，可降低成本，方便安装，并可采用较小的车身钻孔，增加汽车行驶平顺性。同时，晶体管电路可以实现具有智能特点的故障自诊断功能和电路保护功能，从而可取消传统的保险丝，使连接器更小、更轻，从而可取消传统的保险丝，使连接器更小、更轻，汽车上的开关将像计算机的键盘一样。 ��3、电动机和电磁阀重且大大降低。42V电压系统所带来的最大益处是减小了电动机和电磁阀重量。BOSCH公司的专家认为，采用42V电压标准可使新的电动机和电磁阀重量减轻20%，较简单电磁阀的体积和重量都随着电压的增加而成比例减小，较小的电动机则意味着更薄的车门，更宽敞的乘坐空间，甚至增大座椅下的贮存空间。 ��4、有利于汽车微型化。现代轿车为了实现各种功能，运用了许多电器装置，占用了很大的空间，使车内可用的空间减小。在采用42V电源后，在相同功率下提高了电压值，可减少电器装置的体积、质量和损耗，有利于控制装线圈等。 ��5、解放设计思路。现在汽车上的电器装置愈来愈多，通过采用电动转向系统、电动制动系统、自动导航系统、电动离合器系统和自动娱乐系统等，提高了控制精度，改善了整车的安全性，带来更好的驾驶舒适性和更好的燃油经济性，同时也提高了汽车的可靠性。由于功率与电压的平方成正比，42V电源技术使这些高新技术在汽车上广泛应用成为可能。对于水泵和油泵并说，可将其改为电力驱动，消除了对发动机的低速拖动扭矩，达到减少燃料消耗的目的，同时也减少了又发动机空间的需求。对于电加热式三效催化转化器可以在原基础上提高加热功率，进一步降低冷气的排放。可以在原基础上提高加热功率，进一步降低冷气的排放。 ��6、为发展混合动力汽车创造条件。42V电源的采用可以大大提高汽车电源系统的容量，为发展混合动力汽车创造条件。这必将推动混合动力汽车的发展，尤其是对适合城市应用的振合动力汽车的开发具有决定性的影响。在城市交通拥挤的情况下，怠速和超低速行驶，大约占汽车总行驶时间的20%-30%，不但浪费了大量的能源，不但汽车排放的有害物是正常工况下的几十倍。如果采用42V电源系统，可以实现在低速时由电源直接驱动电动机作为汽车的动力源，在交通管制路口等待信号时可方便地切断电源，减少怠速时间，大大降低了城市的环境污染。关键技术是要开发能完成这些功能的电机及相关部件，使之既能起动发动机，又能取代发动机作为动力源，在发动机工作时，还可作为动力源，在发动机工作时还可带动发电机对电源充电。 ��另外，采用42v电源在技术上还有一些其他的优点，例如对同样功率的电器与14V电源相比电流大为降低，从而减少了功率损耗，减少了导体的截面，节约了材料等。同时42V电源系统还可以为其他需要大电流的设备供电，如尾气后处理装置的加热以及为车辆其他舒适性设备供电。 ��以上技术措施，不仅不增加汽车的成本，而且可以使汽车能源利用率提高10%以上，同时大大减少汽车的排气污染。 ��三、42V汽车电源系统的发展走向 ��报载欧美的汽车制造商与零部件供应商已达成协议，将汽车的供电源系统电压标准由12V提高到42V，不久将开始执行。汽车上采用12V电压已有30年历史，当对改善启动性能，提高电器件效率起了一定作用。但目前己不适应技术发展的需要，从理论上讲电压提高3倍，电流就可减少2/3，因而可以大大减少电缆、电动机、线圈等尺寸及质量。特别是可使一些新技术如电子控制电动气阀机构、飞轮内装启动机发电机一体式结构，以及电子控制电动制动器、转向系统的应用成为可能。同时，可以减轻汽车质量并提高效率。但提高电压对采用灯丝型灯光系统有不利影响。因此有可能在开始阶段，仍保持与42V同存一个时期。 ��为了解决日益增长的汽车电力供需之间的矛盾，美国通用公司已经研制一种适用于42V的汽车用电源系统，电动汽车EV将首先试行使用这套系统，成为首辆使用42V的汽车。据悉欧洲汽车公司将率先使用42V电源标准，据预测，42V汽车2002年达到6万辆，2010年将达到1289万辆。预计实施将从易到难，从小到大铺开，也就是先双电压方案后单电压方案，先豪华汽车后普通汽车，逐步实施，全面实施单电压方案过程约10年。 ��汽车电源系统的由12V(HV)电源向42V电源发展已是必然趋势，这也像20世纪50年代时，将6V电源升至现行的12V(14V)电源一样不可阻挡。作为过渡阶段，会存在14V/42V双电压系统。双电压电源系统机构可能从2005或2006年起出现在欧洲顶级车型内。大约在相同的时间，美国的一些轻型载货车也可能会装备这些机构。而到2008年大约会有130万辆欧洲车辆采用42V电源系统技术。 ��14/42V及42v电气系统已得到国际汽车工业界的广泛认可，因此，可以相信这一新的汽车电气系统进入实用化的时间已为期不远。由于该电气系统的固有特点，以功率半导体元器件同微电子器件相结合的控制装置，将在新的电气系统中获得大量应用，这将对传统的汽车电器带来较大的冲击，并对汽车电子、电器零部件的产业结构产生深远影响。目前，我国相关行业已对新的汽车电气系统给予了应有的关注，这一汽车新技术正进入研究起步阶段。 ��总之，汽车材料技术的发展必须适应新一代汽车产品发展的要求。汽车产品设计者、材料工作者必须予以了解和研究，促进产品开发与应用。 
现代电力电子技术浅探电力电子技术是研究采用电力电子器件实现对电能的控制和变换的科学，是介于电气工程三大主要领域--电力、电子和控制之间的交叉学科，在电力、工业、交通、航空航天等领域具有广泛的应用。电力电子技术的应用已经深入到工业生产和社会生活的各个方面，成为传统产业和高新技术领域不可缺少的关键技术，可以有效地节约能源。一、电力电子技术的发展现代电力电子技术的发展方向，是从以低频技术处理问题为主的传统电力电子学，向以高频技术处理问题为主的现代电力电子学方向转变。电力电子技术起始于五十年代末六十年代初的硅整流器件，其发展先后经历了整流器时代、逆变器时代和变频器时代，并促进了电力电子技术在许多新领域的应用。八十年代末期和九十年代初期发展起来的、以功率MOSFET和IGBT为代表的、集高频、高压和大电流于一身的功率半导体复合器件，表明传统电力电子技术已经进入现代电力电子时代。1、整流器时代大功率的工业用电由工频(50Hz)交流发电机提供，但是大约20%的电能是以直流形式消费的，其中最典型的是电解(有色金属和化工原料需要直流电解)、牵引(电气机车、电传动的内燃机车、地铁机车、城市无轨电车等)和直流传动(轧钢、造纸等)三大领域。大功率硅整流器能够高效率地把工频交流电转变为直流电，因此在六十年代和七十年代，大功率硅整流管和晶闸管的开发与应用得以很大发展。当时国内曾经掀起了-股各地大办硅整流器厂的热潮，目前全国大大小小的制造硅整流器的半导体厂家就是那时的产物。2、逆变器时代七十年代出现了世界范围的能源危机，交流电机变频惆速因节能效果显著而迅速发展。变频调速的关键技术是将直流电逆变为0~100Hz的交流电。在七十年代到八十年代，随着变频调速装置的普及，大功率逆变用的晶闸管、巨型功率晶体管(GTR)和门极可关断晶闸管(GT0)成为当时电力电子器件的主角。类似的应用还包括高压直流输出，静止式无功功率动态补偿等。这时的电力电子技术已经能够实现整流和逆变，但工作频率较低，仅局限在中低频范围内。3、变频器时代进入八十年代，大规模和超大规模集成电路技术的迅猛发展，为现代电力电子技术的发展奠定了基础。将集成电路技术的精细加工技术和高压大电流技术有机结合，出现了一批全新的全控型功率器件、首先是功率M0SFET的问世，导致了中小功率电源向高频化发展，而后绝缘门极双极晶体管(IGBT)的出现，又为大中型功率电源向高频发展带来机遇。MOSFET和IGBT的相继问世，是传统的电力电子向现代电力电子转化的标志。据统计，到1995年底，功率M0SFET和GTR在功率半导体器件市场上已达到平分秋色的地步，而用IGBT代替GTR在电力电子领域巳成定论。新型器件的发展不仅为交流电机变频调速提供了较高的频率，使其性能更加完善可靠，而且使现代电子技术不断向高频化发展，为用电设备的高效节材节能，实现小型轻量化，机电一体化和智能化提供了重要的技术基础。二、电力电子技术的应用1、一般工业工业中大量应用各种交直流电动机。直流电动机有良好的调速性能，给其供电的可控整流电源或直流斩波电源都是电力电子装置。近年来，由于电力电子变频技术的迅速发展，使得交流电机的调速性能可与直流电机相媲美，交流调速技术大量应用并占据主导地位。大至数千kW的各种轧钢机，小到几百W的数控机床的伺服电机，以及矿山牵引等场合都广泛采用电力电子交直流调速技术。一些对调速性能要求不高的大型鼓风机等近年来也采用了变频装置，以达到节能的目的。还有些不调速的电机为了避免起动时的电流冲击而采用了软起动装置，这种软起动装置也是电力电子装置。电化学工业大量使用直流电源，电解铝、电解食盐水等都需要大容量整流电源。电镀装置也需要整流电源。电力电子技术还大量用于冶金工业中的高频、中频感应加热电源、淬火电源及直流电弧炉电源等场合。2、交通运输电气化铁道中广泛采用电力电子技术。电气机车中的直流机车中采用整流装置，交流机车采用变频装置。直流斩波器也广泛用于铁道车辆。在未来的磁悬浮列车中，电力电子技术更是一项关键技术。除牵引电机传动外，车辆中的各种辅助电源也都离不开电力电子技术。电动汽车的电机靠电力电子装置进行电力变换和驱动控制，其蓄电池的充电也离不开电力电子装置。一台高级汽车中需要许多控制电机，它们也要靠变频器和斩波器驱动并控制。飞机、船舶需要很多不同要求的电源，因此航空和航海都离不开电力电子技术。如果把电梯也算做交通运输，那么它也需要电力电子技术。以前的电梯大都采用直流调速系统，而近年来交流变频调速已成为主流。3、电力系统电力电子技术在电力系统中有着非常广泛的应用。据估计，发达国家在用户最终使用的电能中，有60%以上的电能至少经过一次以上电力电子变流装置的处理。电力系统在通向现代化的进程中，电力电子技术是关键技术之一。可以毫不夸张地说，如果离开电力电子技术，电力系统的现代化就是不可想象的。直流输电在长距离、大容量输电时有很大的优势，其送电端的整流阀和受电端的逆变阀都采用晶闸管变流装置。近年发展起来的柔性交流输电(FACTS)也是依靠电力电子装置才得以实现的。无功补偿和谐波抑制对电力系统有重要的意义。晶闸管控制电抗器(TCR)、晶闸管投切电容器(TSC)都是重要的无功补偿装置。近年来出现的静止无功发生器(SVG)、有源电力滤波器(APF)等新型电力电子装置具有更为优越的无功功率和谐波补偿的性能。在配电网系统，电力电子装置还可用于防止电网瞬时停电、瞬时电压跌落、闪变等，以进行电能质量控制，改善供电质量。在变电所中，给操作系统提供可靠的交直流操作电源，给蓄电池充电等都需要电力电子装置。4、电子装置用电源各种电子装置一般都需要不同电压等级的直流电源供电。通信设备中的程控交换机所用的直流电源以前用晶闸管整流电源，现在已改为采用全控型器件的高频开关电源。大型计算机所需的工作电源、微型计算机内部的电源现在也都采用高频开关电源。在各种电子装置中，以前大量采用线性稳压电源供电，由于高频开关电源体积小、重量轻、效率高，现在已逐渐取代了线性电源。因为各种信息技术装置都需要电力电子装置提供电源，所以可以说信息电子技术离不开电力电子技术。5、家用电器照明在家用电器中占有十分突出的地位。由于电力电子照明电源体积小、发光效率高、可节省大量能源，通常被称为“节能灯”，它正在逐步取代传统的白炽灯和日光灯。变频空调器是家用电器中应用电力电子技术的典型例子。电视机、音响设备、家用计算机等电子设备的电源部分也都需要电力电子技术。此外，有些洗衣机、电冰箱、微波炉等电器也应用了电力电子技术。电力电子技术广泛用于家用电器使得它和我们的生活变得十分贴近。6、其他不间断电源(UPS)在现代社会中的作用越来越重要，用量也越来越大，在电力电子产品中已占有相当大的份额。航天飞行器中的各种电子仪器需要电源，载人航天器中为了人的生存和工作，也离不开各种电源，这些都必需采用电力电子技术。传统的发电方式是火力发电、水力发电以及后来兴起的核能发电。能源危机后，各种新能源、可再生能源及新型发电方式越来越受到重视。其中太阳能发电、风力发电的发展较快，燃料电池更是备受关注。太阳能发电和风力发电受环境的制约，发出的电力质量较差，常需要储能装置缓冲，需要改善电能质量，这就需要电力电子技术。当需要和电力系统联网时，也离不开电力电子技术。为了合理地利用水力发电资源，近年来抽水储能发电站受到重视。其中的大型电动机的起动和调速都需要电力电子技术。超导储能是未来的一种储能方式，它需要强大的直流电源供电，这也离不开电力电子技术。核聚变反应堆在产生强大磁场和注入能量时，需要大容量的脉冲电源，这种电源就是电力电子装置。科学实验或某些特殊场合，常常需要一些特种电源，这也是电力电子技术的用武之地。以前电力电子技术的应用偏重于中、大功率。现在，在1kW以下，甚至几十W以下的功率范围内，电力电子技术的应用也越来越广，其地位也越来越重要。这已成为一个重要的发展趋势，值得引起人们的注意。总之，电力电子技术的应用范围十分广泛。从人类对宇宙和大自然的探索，到国民经济的各个领域，再到我们的衣食住行，到处都能感受到电力电子技术的存在和巨大魅力。这也激发了一代又一代的学者和工程技术人员学习、研究电力电子技术并使其飞速发展。电力电子装置提供给负载的是各种不同的直流电源、恒频交流电源和变频交流电源，因此也可以说，电力电子技术研究的也就是电源技术。电力电子技术对节省电能有重要意义。特别在大型风机、水泵采用变频调速方面，在使用量十分庞大的照明电源等方面，电力电子技术的节能效果十分显著，因此它也被称为是节能技术。
