发电技术论文大全11篇

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篇（1）

在发电领域减少二氧化碳产生的途径包括：提高发电效率减少燃耗；采用原子能发电；使用再生(天然)能源。每单位发电量二氧化碳的产生，以矿物燃料发电最高，特别是烧煤电厂。再生能源发电虽然设施的建造会产生二氧化碳，但发电本身不会产生二氧化碳。因此，增加使用再生能源发电和有效使用矿物燃料，是抑制产生二氧化碳的有效方法。

再生能源发电技术可分为水力发电；风力发电；太阳能发电(太阳─热发电和光伏发电)；海洋发电(海洋-热能转换、潮汐、洋流、海波)；地热发电。

水力发电

水力发电是目前发电技术中每单位发电量产生二氧化碳最低的。它不会产生破坏环境的物质；在径流式水电站的情况下，也不需要水库，对保护环境最为有利。在水库型和抽水储能型电站情况下，必须考虑水库建造对环境的影响。

风力发电

欧洲和美洲在风力涡轮的发展上处于领先地位，随着在美国公用事业管理政策条例(PURPA)的制定和加州减免赋税，它们的实际应用迅速取得进展。三菱重工(MHI)已在美国加州安装了660台275千瓦级的风力涡轮。实际应用的这些涡轮机，其输出功率范围从100千瓦到600千瓦，而兆瓦级的风力涡轮目前正处于中试阶段。在日本，迄今输出功率最高为300-400千瓦，但MHI开发的500千瓦级的涡轮在1996年10月已成功运转。

太阳-热发电

太阳能发电技术可分为太阳-热发电和光伏发电。在前一种情况下，通过搜集的太阳热能，用水或低沸点流体直接或间接产生的蒸汽驱动汽轮发电机；在后一种情况下，通过p-型和n-型半导体的组合，将阳光直接转换为电。太阳-热发电又分为直接和间接(二元循环)型发电系统。在前一种情况下，使用一台冷凝器，通过直接产生的蒸汽驱动汽轮机；而在后一种情况下，是在主系统使用一种沸点高于水的熔盐或液态钠，通过热交换加热辅助系统内的工作流体-水或低沸点流体产生蒸汽。虽然前一种系统简单，但热效率低于后者，难以在高温下取得蒸汽，需要辅助燃料点火。

在日本已建成输出功率1000千瓦的中试装置，应用了塔型和曲线-直线型冷凝器，用热水蓄热设施予以补充。美国在1982年开始对10兆瓦级的发电机进行研究，随后建成了实际应用输出功率超过30兆瓦的装置。

再生能源发电尚有一些问题需研究解决：

(1)由于日光能量密度低(在白天，最高每平方米1千瓦)，要放置太阳热能收集器需要巨大的空间。

(2)太阳辐射的强度变化大，因发电取决于时间和天气，所以不能实现稳定发电。

(3)由于难以通过热积累把蒸汽的温度提高到一个高水平，所以不能实现高效率的兰金循环(总效率10%～15%)。

为减少成本，实现电力的稳定供应和提高效率，要解决的问题(1)必须改善抛物面反向镜型和定日镜塔型系统的热收集效率；(2)必须应用一补充锅炉或蓄热系统；(3)需使用一个二元循环提高温度，并通过应用低沸点混合液体改善兰金循环。

光伏发电

应用光伏发电所产生的二氧化碳量仅次于水力发电技术，也不会产生污染环境的物质，是一种理想的干净发电技术。为发电提供能量的日光是无限的。假定在白天太阳辐射的最高强度是每平方米1千瓦，发电效率为10%，整个地面上每年可能的发电量为1.4亿亿度，大约相当于全世界能耗量的100倍。这意味着如果把太阳电池放置于不到全球陆地面积的1/100，或其沙漠面积的1/20，所发电量就足以满足全世界能量的需求。

这种再生能源每单位面积的输出功率密度低，所需要的面积大约为烧煤电站的20倍。在美国和印度，沙漠面积巨大，目前正在进行的计划是建造188兆瓦(美国)或50兆瓦(印度)的光伏发电厂。由于世界上有许多地区适用于大规模光伏发电，作为新日照计划的一部分，发展一种全球性的干净能源系统，即世界能源网(WENET)正在进行中，该计划的目的是，在这些地区实现中央光伏发电，用所发出的电使水分解产生氢，氢既可用做能源，又可用做蓄能和输能介质。从保护全球环境和能量生产角度看，实现这一计划很重要。

地热发电

可供发电的地热资源可粗分为蒸汽、蒸汽和热水二相流、热水。地热蒸汽可不加处理直接引入汽轮机；而二相流被分为热水和蒸汽，热水通过闪蒸器变为蒸汽，引入汽轮机的低压侧。在热水情况下，可采用上述的二元系统(通过使用主系统一侧的热水使辅助侧的低沸点液体蒸发，并通过低沸点液体驱动涡轮)。

自从1966和1967年9.5兆瓦、11兆瓦的电站(由日本三菱重工安装)分别投入运行以来，目前在日本正在运行的装置有18台，约生产530兆瓦的电。以间歇泉电站的容量最高，为151兆瓦。美国目前正在运行的间歇泉电站，功率在100万千瓦以上。

日本三菱重工的技术得到高度评价，它通过单级或双级闪蒸系统，将热水变为蒸汽并将蒸汽引入涡轮的中压或低压段，这样，双相流热资源就得到了有效应用。

这种双级闪蒸系统于1977年投入商用，目前用在60多台发电装置。

从有效使用小规模地热资源观点看，预计未来会发展小型(便携式)发热发电装置。

篇（2）

日本自实施月光计划以来，作为国家级项目，正在实施5000千瓦级加压型和1000千瓦级常压型电厂实证运行。目前，磷酸型燃料电池的发电效率为30％～40％，如果将热利用考虑进去，综合效率可高达60％～80％。

除日本外，目前世界约有60台PAFC发电设备在运转，总输出功率约为4.1万千瓦。按国别和地区划分日本为2.9万千瓦，美国8000千瓦，欧洲3000千瓦，亚洲900千瓦。运转中的发电设备除3台(日本2台，意大利1台)为加压型外，其他均为常压型。磷酸型燃料电池的制造厂家目前主要为日本和美国，设备主要销往欧、亚。

美国已完成基础研究，200千瓦级电厂用电池近期有望商品化，但大容量电厂用电池处于停滞状态。德国已引进美国200千瓦级电厂用电池进行试验运行。另外，瑞典、意大利、瑞士等国也引进日、美的电池进行试运行。

2.熔融碳酸盐型燃料电池(MCFC)

日本对MCFC发电系统的技术开发始于1981年度的月光计划，该计划围绕开发1千瓦级发电机组这个目标展开了对MCFC燃料、电极等的开发。该开发研究进展顺利，从1984年开始，进而对10千瓦级发电机组进行研究开发。1986年，日立、东芝、富士电机、三菱电机、IHI分别对5台10千瓦级机组进行发电试验，其结果是输出功率为10千瓦，初期性能为电池电压0.75伏，电流密度150毫安/平方厘米。

1987年起，日本在对1000千瓦级实验电场(外部改质型)进行主要开发的同时，对100千瓦级发电机组以及1000千瓦级机组的设备的开发研究也取得了进展。1993年度，日立、IHI的2台100千瓦级外部改质型机组和三菱电机的1台30千瓦级内部改质型机组开始试验发电运行。其试验结果以及1994年度进行的5-25千瓦级机组的试验结果表明，电池电压0.8伏，电流密度达15毫安/平方厘米，单位时间内的劣化率小于1％。

在此基础上，1994年度起开始着手开发1000千瓦级试验工厂。1995年10月在中部电力(株)川越发电所开始建厂，确立了1000千瓦级实用化发电系统试验工厂的基本系统，对现有的事业用燃料电池电厂的运行进行评价，计划1999年开始试验运行，其目标为：燃料利用率为80％，千小时电池的劣化率小于1％，初期性能为：电池电压大于0.8伏，电流密度1500毫安/平方厘米，计划试验运行5000小时。

为使电池实用化，在上述研究开发的基础上，还进行了机组长寿命化研究，计划连续实验运行4万小时，每千小时单位劣化率小于0.25％。除此之外，还在开发200千瓦级内部改质型燃料电池发电系统。

美国能源部和美国电力研究所，正在积极开发MCFC。美国ERC公司开发的2兆瓦级内部改质型机组发电系统于1996年5月在圣克拉拉开始试验运行。MC－power公司开发的250千瓦级外部改质型机组发电系统，1997年2月起在圣迭戈开始试运行。

在欧洲，MCFC作为共同项目正在研究开发，取得了一些进展，其主要项目如下：

①高级DIC－MCFC发展计划(1996-1998年)。荷兰、英、法、瑞典等国参加研究，欧洲在市场分析、系统开发以及内部改质型机组的开发等方面取得进展。

②ARGE项目(1990年起计划10年内完成)。德、丹麦参加，并在内部改质型发电系统的开发上取得进展。

③MOLCARE。由意、西班牙参加，并在外部改质型发电系统开发上取得进展。

韩国从1993年起开始开发MCFC，1997年以开发100千瓦外部改质型发电系统为目标，开始了第二阶段研究开发工作。

3.固体电解质型燃料电池(SOFC)

作为SOFC开发的基础科学离子学，其开发历史很长，日、美、德等国已有30多年的开发史。日本工业技术院电子技术综合研究所从1974年起就开始研究SOFC，1984年进行了500瓦发电试验(最大输出功率为1.2千瓦)。美国西屋公司从1960年起开始开发SOFC，1987年该公司与日本东京煤气、大阪煤气共同开发出3千瓦热自立型电池模块，在国内外掀起了开发SOFC的。

日本新阳光计划中，以产业技术综合开发机构(NEDO)，为首，从1989年起开始开发基础制造技术，对数百千瓦级发电机组进行测试。1992年起，富士电机综合研究所和三洋电机在共同研究开发数千瓦级平板型模块基础上，还组织了7个研究机构积极开发高性能、长寿命的SOFC材料及其基础技术。

除此之外，三菱重工神户造船所与中部电力合作，共同开发平板型SOFC，1996年创造了5千瓦级模块成功运行的先例。同时，在圆筒横缟型电池领域中，1995年三菱重工长崎造船所在电源开发共同研究中，采用圆筒横缟型电池，开发出10千瓦级模块，成功地进行了500小时试运行，之后又于1996年开发了2.5千瓦模块，并试运行1000小时。TOTO与九州电力共同开发全湿式圆筒纵缟型电池，1996年起，开始开发1千瓦级模块。同时，在日本以大学与国立研究所为首的许多研究机构在积极开发SOFC。

美国西屋公司在能源部的支持下，开始开发圆筒纵缟型电池。东京煤气和大阪煤气对25千瓦级发电及余热供暖系统进行的共同测试表明，截至1997年3月，已成功运行了约1.3万小时，其间已经过11次启动与停机，千小时单位电池的劣化率小于0.1％，可见其技术已非常成熟。西屋公司除计划在1998年与荷兰、丹麦共同进行100千瓦级模块运行外，为降低制造成本，还在研究开发湿式电池制造技术。美国Allied－signal、SOFCo、Z－tek等公司在开发平板型SOFC上取得进展，目前正对1千瓦级模块进行试运行。

在欧洲，德国西门子公司在开发采用合金系列分离器的平板型SOFC，1995年开发出10千瓦(利用氧化剂中的氧，若在空气中则为5千瓦)模块，1996年开发出7.2千瓦模块(利用氧化剂中的空气)。

奔驰汽车制造公司在开发陶瓷系列分离器式平板型SOFC上取得进展，1996年对2.2千瓦模块试运行6000小时。瑞士的萨尔泽尔公司在积极开发家庭用SOFC，目前已开发出1千瓦级模块。今后，德国还计划在特蒙德市进行7千瓦级发电及余热供暖系统现场测试。

在此基础研究上，以英、法、荷等国的大学和国立研究所为中心的研究机构，正在积极研究开发低温型(小于800℃)SOFC材料。

4.固体高分子型燃料电池(PEFC)

日本开发固体高分子膜的单位有旭化成、旭哨子、Japangore－tex等，开发改质器以及电极催化媒体的机构有田中贵金属、大阪煤气等。在开发汽车燃料电池方面，丰田制造出甲醇改质型燃料电池汽车(1997年)，同时三菱电机、马自达也在着手开发汽车燃料电池。

在供电及余热供暖系统方面，PEFC排热温度较低，为70℃左右，在热利用上有所限制，与其他类型燃料电池相比，目前只开发小型系统。东芝(30千瓦)、三洋电机(数千瓦)、三菱重工和东京煤气(5千瓦)、富士电机和关西电力(5千瓦)等公司在开发以天然气和甲醇为燃料的电池系统，同时，三洋电机在开发1千瓦级氢燃料便携式商品化电源，三菱重工在开发特殊用途(无人潜水艇用)燃料电池。

PEFC主要作为汽车动力电源在开发。但在汽车上燃料的搭载方式各种各样，有高压氢、液化氢和甲醇等。这些燃料各具长短，目前还未能确定最适方式。

德国奔驰与加拿大BPS在进行共同开发，它们开发的搭载氢燃料、小底盘汽车在试运行。除此之外它们还共同开发甲醇燃料电池汽车。若在降低成本、提高运行性能等方面再取得一些进展，电池汽车就有望走向市场。

篇（3）

太阳能发电是利用电池组件将太阳能直接转变为电能的装置。太阳能电池组件(Solarcells)是利用半导体材料的电子学特性实现P-V转换的固体装置，在广大的无电力网地区，该装置可以方便地实现为用户照明及生活供电，一些发达国家还可与区域电网并网实现互补。目前从民用的角度，在国外技术研究趋于成熟且初具产业化的是"光伏--建筑(照明)一体化"技术，而国内主要研究生产适用于无电地区家庭照明用的小型太阳能发电系统。

1太阳能发电原理

太阳能发电系统主要包括：太阳能电池组件(阵列)、控制器、蓄电池、逆变器、用户即照明负载等组成。其中，太阳能电池组件和蓄电池为电源系统，控制器和逆变器为控制保护系统，负载为系统终端。

1.1太阳能电源系统

太阳能电池与蓄电池组成系统的电源单元，因此蓄电池性能直接影响着系统工作特性。

(1)电池单元：

由于技术和材料原因，单一电池的发电量是十分有限的，实用中的太阳能电池是单一电池经串、并联组成的电池系统，称为电池组件(阵列)。单一电池是一只硅晶体二极管，根据半导体材料的电子学特性，当太阳光照射到由P型和N型两种不同导电类型的同质半导体材料构成的P-N结上时，在一定的条件下，太阳能辐射被半导体材料吸收，在导带和价带中产生非平衡载流子即电子和空穴。同于P-N结势垒区存在着较强的内建静电场，因而能在光照下形成电流密度J，短路电流Isc，开路电压Uoc。若在内建电场的两侧面引出电极并接上负载，理论上讲由P-N结、连接电路和负载形成的回路，就有"光生电流"流过，太阳能电池组件就实现了对负载的功率P输出。

理论研究表明，太阳能电池组件的峰值功率Pk，由当地的太阳平均辐射强度与末端的用电负荷(需电量)决定。

(2)电能储存单元：

太阳能电池产生的直流电先进入蓄电池储存，蓄电池的特性影响着系统的工作效率和特性。蓄电池技术是十分成熟的，但其容量要受到末端需电量，日照时间(发电时间)的影响。因此蓄电池瓦时容量和安时容量由预定的连续无日照时间决定。

1.2控制器

控制器的主要功能是使太阳能发电系统始终处于发电的最大功率点附近，以获得最高效率。而充电控制通常采用脉冲宽度调制技术即PWM控制方式，使整个系统始终运行于最大功率点Pm附近区域。放电控制主要是指当电池缺电、系统故障，如电池开路或接反时切断开关。目前日立公司研制出了既能跟踪调控点Pm，又能跟踪太阳移动参数的"向日葵"式控制器，将固定电池组件的效率提高了50%左右。

1.3DC-AC逆变器

逆变器按激励方式，可分为自激式振荡逆变和他激式振荡逆变。主要功能是将蓄电池的直流

电逆变成交流电。通过全桥电路，一般采用SPWM处理器经过调制、滤波、升压等，得到与照

明负载频率f，额定电压UN等匹配的正弦交流电供系统终端用户使用。

2太阳能发电系统的效率

在太阳能发电系统中，系统的总效率ηese由电池组件的PV转换率、控制器效率、蓄电池效率、逆变器效率及负载的效率等组成。但相对于太阳能电池技术来讲，要比控制器、逆变器及照明负载等其它单元的技术及生产水平要成熟得多，而且目前系统的转换率只有17%左右。因此提高电池组件的转换率，降低单位功率造价是太阳能发电产业化的重点和难点。太阳能电池问世以来，晶体硅作为主角材料保持着统治地位。目前对硅电池转换率的研究，主要围绕着加大吸能面，如双面电池，减小反射；运用吸杂技术减小半导体材料的复合；电池超薄型化；改进理论，建立新模型；聚光电池等。几种太阳能电池的转换效率。

充分利用太阳能是绿色照明的重要内容之一。而真正意义上的绿色照明至少还包括：照明系统的高效率，高稳定性，高效节能的绿色光源等。

3.1发电--建筑照明一体化

目前成功地把太阳能组件和建筑构件加以整合，如太阳能屋面(顶)、墙壁及门窗等，实现了"光伏--建筑照明一体化(BIPV)"。1997年6月，美国宣布了以总统命名的"太阳能百万屋顶计划"，在2010年以前为100万座住宅实施太阳能发电系统。日本"新阳光计划"已在2000年以前将光伏建筑组件装机成本降到170～210日元/W，太阳能电池年产量达10MW，电池成本降到25～30日元/W。1999年5月14日，德国仅用一年两个月建成了全球首座零排放太阳能电池组件厂，完全用可再生能源提供电力，生产中不排放CO2。工厂的南墙面为约10m高的PV阵列玻璃幕墙，包括屋顶PV组件，整个工厂建筑装有575m2的太阳能电池组件，仅此可为该建筑提供三分之一以上的电能，其墙面和屋顶PV组件造型、色彩、建筑风格与建筑物的结合，与周围的自然环境的整合达到了十分完美的协调。该建筑另有约45kW容量，由以自然状态的菜子油作燃料的热电厂提供，经设计燃烧菜子油时产生的CO2与油菜生长所需的CO2基本平衡，是一座真正意义上的零排放工厂。BIPV还注重建筑装饰艺术方面的研究，在捷克由德国WIP公司和捷克合作，建成了世界第一面彩色PV幕墙。印度西孟加拉邦为一无电岛117家村民安装了12.5kW的BIPV。国内常州天合铝板幕墙制造有限公司研制成功一种"太阳房"，把发电、节能、环保、增值融于一房，成功地把光电技术与建筑技术结合起来，称为太阳能建筑系统(SPBS)，SPBS已于2000年9月20日通过专家论证。近日在上海浦东建成了国内首座太阳能--照明一体化的公厕，所有用电由屋顶太阳能电池提供。这将有力地推动太阳能建筑节能产业化与市场化的进程。

3.2绿色照明光源研究

篇（4）

一.键控特技的分类

1.按键源的性质分

内键

键源与填充（前景）信号是同一个图像信号，即用要填的图像信号一路经过键控信号处理器产生抠像电视信号，另一路作为“填充信号”填入被抠掉的部分。内键也称自键。内键特技以前常用于黑白字幕插入，键源信号通常是在黑底上的白色字符或图形，它的电平只有高低两种，且对应白色部分的电平高，如果填充信号记作A，背景信号记作B，则内键可简述为A抠B填A。这种技术现广泛地应用于色键特技。将叠加的全电视信号经消色电路和放大整形处理后，形成抠像键控信号，从而进行混合叠加。

（2）外键

相对于内键特技而言，外键特技的键信号不是由填充（前景）信号或背景信号形成的，而是由第三路视频信号作为键源所形成的，外键的键源信号也是由黑底上的白色字符或图形，填充信号通常为单一色调的彩色信号，因此外键特技通常用于彩色字幕的插入。如果填充信号记作A，背景信号记作B，键源信号记作C，则外键可简述为C抠B填A。

在计算机显示像素时，其RGB像素，一路通过电平合成得到抠像信号，另一路经过D/A变换，编码器编码产生填充信号，如图2所示。其中存储器输出为数字RGB信号（各8位），经D/A变换成模拟RGB，然后经编码器合成成为填充信号，另一路经求和电平处理器产生抠像信号。图2的键控信号叠加器输出为0和1两种状态的电平信号，随着字幕机技术的发展，现已有利用另一8位信号通道产生具有256级电平变化的ALPHA键，从而产生具有半透明渐变的效果（后文详述）。

2.按产生键信号的键源图象成分分

（1）亮度键

它是利用键源图像中亮度成分来形成键信号，亮度键要求键源图像要有较高的亮度反差，即要求键源中作前景的图像部分要亮，其余部分要暗（黑），要形成明显的黑白反差，亮度键又称黑白键。图3为亮度键原理示意图。

（2）色度键

又称色键，它是利用彩色幕布的前景图像（填充信号）的色度成分（主要是色度中的色调，也就是图像的颜色）与其后的彩色幕布的色调（幕布的颜色）差别来形成键信号，用键信号去抠背景图像，再填入彩色幕布的前景图像。色键也是内键的一种形式，所不同的是键信号的形成方式，内键是利用键源信号的黑底和白字符之间的亮度差别来形成键信号，而色键是利用键源信号的彩底（即彩色幕布）和前景图像（如演员图像）之间的色调差别来形成键信号，同时键源信号又作为填充信号。色键要求键源图像信号有较高的色度反差，即要求键源信号中作前景的图像不能含有其后作幕布（背景）的彩调相同或相近的色调，也就是要求键源信号的前景和背景的色调尽量分开，最好是补色关系，以保证两者之间的色调差别。

在电视制作中为了获得最佳视觉效果，使用色度键时应尽量满足下列要求：

.背景应平坦，照明条件要好，颜色要均匀。

.拍摄物体的照明要好，不能带有被键出的颜色。

.视频必须以分量格式拍摄。

图4为色键原理示意图。

3.按键信号波形分

硬色键

键信号波形是前后沿很陡的矩形脉冲信号，硬色键合成输出图像的前景和背景的分界处有抖动和突变现象，使人感到生硬和不自然，还存在分界处彩色闪烁和有幕布色镶边等现象。另外，对于自然景物中的半透明物体作为合成图像前景图像时，其后面的背景图像应该是部分地透明，但是硬色键在任何瞬间其键信号所控制的视频切换开关不是接通就是断开，键信号只有两种取值，不是高电平就是低电平，因此硬色键合成图像中前景图像不是全透过就是全不透过其后的背景图像，这与我们日常见到的自然景观是不同的，所以硬色键特技给人缺乏真实效果的感觉。在硬色键中，键信号为高电平时视频开关接通，前景图像全透过其后的背景图像，键信号为低电平时视频开关切断，前景图像全不透过其后的背景图像。

（2）软色键

键信号波形是与前景图像透明度相关的斜坡形（梯形）信号，键信号在上升和下降期间有一定的斜率，软色键能够在很大程度上克服硬色键的上述缺点，软色键中将用于硬色键的脉冲门控混合电路改成了线性混合电路。

目前，在软色键的基础上发展了线性键控特技（也称透明键或ALPHA键），线性键合成图像能线性地与前景图像的透明度成比例地透过背景图像。软色键和线性键扩大了色键特技的应用范围。线性键是具有半透明混合效果的键控特技，其键信号决定合成图像中前景图像（填充信号）后背景图像以什么样的透明度可见，即键信号根据前景图像的透明度而线性地成比例地决定前景信号与背景信号的合成比例或混合程度。线性键的数学模型可用下式表示：

VOUT=VF*K+VB*（1-K）

其中VOUT为前景（填充）信号和背景信号合成后的输出信号，VF为前景信号，VB背景信号，K为键信号，K值取值范围为大于等于0而小于等于1，从该式可知，当K=1时，VOUT=VF，此时线性键的合成输出就是前景（填充）信号，这种情况称为完全叠加。当K=0时，VOUT=VB，此时线性键的合成输出就是背景信号，这种情况称为完全不叠加。当大于0而小于1时，线性键的合成输出为前景（填充）信号VF和背景信号VB按照K值所决定的比例进行合成以后的图像，合成图像看上去是半透明的效果，透过前景可以看到背景，透明度的大小取决于键信号K的值。实际上，当K=0或K=1时，线性键就工作在硬色键方式，但反过来硬色键却不能达到线性键的效果，因为硬色键的键信号K的值只有0（低电平）和1（高电平）两个值，所以硬色键合成输出要么是前景信号，要么是背景信号，不可能出现半透明的混合效果。

图5给出了线性键（ALPHA键）原理示意图。

二.色键技术应用于虚拟演播室

随着数字电视.计算机和多媒体技术的发展，色键已从二维特技发展到三维特技，近几年出现的虚拟演播室技术就是三维色键视频特技的典型应用，它将活动的演播人员图象通过色键方式键入到三维立体动画背景之中。做到真实的演员能深入到虚拟的三维场景中，并能够与其中的虚拟对象实时交互。在虚拟演播室中在一间兰色屏幕代替的真实背景里进行现场表演，三维计算机图形发生器实时产生一个逼真的虚拟环境，并按照以下程序工作：摄象机采集前景视频信号，同时摄象机上的跟踪定位系统实时提供摄象机移动的信息。这些数据被送至一个实时图形计算机。从计算机的镜头视角再产生一个虚拟环境。以兰色屏幕为背景拍摄的摄象机图象，经延时后与选自计算机的虚拟背景以相同时码进行工作，并通过数字视频切换台“联合”在一起，实时产生一个组合图象。

图6给出了色键技术应用于虚拟演播室的原理示意图。

传统的色键技术与计算机技术相结合应用于虚拟演播室，成功解决了前景与背景之间的透视关系.比例关系，使合成的图像有了极佳的立体效果，可以达到以假乱真的地步。

三.键控技术应用于电视播出系统

目前键控技术已广泛地应用于各级电视台的播出系统，主要用于台标时钟和字幕信息的叠加，所采用的方式多为并联方式，即只将实现键控特技功能的键控混合器串接于电视播出系统视频通道中，而将台标时钟机与字幕机并接于键混合器，如图7所示。其优点在于简化了电视播出系统视频通道，提高了电视播出系统的可靠性和安全性，降低了故障率和人为差错率，因为播出节目视频信号经过键混合器而不经过台标时钟机和字幕机，而且即使键控混合器出现故障，也因为其具有掉电旁路直通功能而不影响播出节目视频信号的传输。同时，采用键控混合器并接方式也方便了播出设备的维护和检修，当台标时钟机或字幕机出现故障时，可以方便地将其拆下检修，而不会影响视频通道的节目播出，只是暂时无法叠加台标时钟或字幕信息而已。

图8给出了键控混合器的原理示意。作为播出通道的关键设备，其必须具备以下功能：

主信号断电直通功能（BYPASS）。

采用两路外键处理方式，可同时进行底行字幕游动和台标叠加处理。

视频信号通道指标满足规定的要求。

具备各种检测功能。包括主信号在线检测，填充信号与主信号的同步检测。

通过对键控信号的处理，使得键控特技的混合层次灵活可选。

具备手动/遥控功能，作为播出设备，通过相应的遥控接口很容易接入自动播出系统。

键控混合器从使用上说分为两种，即开关键和ALPHA键。开关键即前文提到的硬色键，其核心部分是一高速开关，开关的速度很快，一般在15ns以下，主信号和叠加信号经钳位后分别到达二选一开关一端，键信号产生的控制信号用来控制开关。

自1998年6月中央电视台率先采用半透明台标以来，已有许多地市电视台都选用了新型具有256级透明效果的ALPHA键代替了传统的开关键，使字幕和台标能出现半透明或浮雕等效果。

四.键控特技应用于电视后期制作

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2汽车电子技术领域新技术的发展应用趋势

2.1智能传感器技术

随着人民群众的需求发展，智能化传感器技术亟待普及。具体来讲，未来的汽车传感器应具有模拟和处理信号的功能、对信号放大和处理的功能、较强的抵抗外部电磁干扰的能力、自动进行校正功能等。

2.2多媒体娱乐与智能通讯系统

现阶段，随着智能交通系统的发展，信息通信技术和计算机网络技术应用的普及，交通指挥中心和司乘人员之间的通信已经很通畅，未来更多的应用将在网络导航、行车指南、无线因特网以及汽车与家庭等外部环境的互动和远程救援等方面开展。汽车逐步将变成移动的工作和休闲娱乐场所。

2.3安全防护技术

安全防护设计软硬件两个方面。硬件安全性从耐高低温、耐电击、耐火花、阻燃等方面考虑，质量监控是主要手段。软件方面，软件漏洞的隐患与后果，如功能的缺失、安全威胁等。对车辆电子控制安全造成的威胁，主要从局部物理、远程和内部电子三个方面考虑。

3汽车电子技术的应用领域展望

（1）汽车整车系统总体控制。各功能单元通过总线进行通信，传输信息，接受中央控制单元的指令并执行特定的功能，使车辆行驶功能控制达到最佳水平。系统化还使汽车制造核心技术同时重视硬件和软件，由技术成熟者牵头各相关企业制定切实可行的通信协议，使得技术实力弱势的中小企业围绕强势的大公司，促使行业整体良性发展。

（2）功能模块化。各种技术进行系统集成化，使得汽车零部件产品功能模块化，便于企业之间采购和组装。以统一标准进行模块的集成和接口，标准化的配套和整车制造工艺统一，有利于产品质量得到有效控制。汽车电子技术应用于各个功能模块，使得所有功能模块协调控制，统一服务于整个车辆。电子零部件企业承担的职责将越来越大，汽车零部件产业在整个汽车工业中的作用和地位将越来越重要。

（3）高配成为标配。汽车电子技术新产品的应用变得普及。经过近些年的发展，实际应用。在未来汽车电子控制技术在汽车上将作为标准配置被使用。先如今，轮胎智能压力监测系统（TPMS）与ABS、安全气囊并称为汽车三大安全系统，仅在奥迪A8、宝马7系/5系、奔驰S/E系列等高端车型中作为标准配置。在电子技术的发展和人民大众对汽车安全性的重视之下，不久的将来，这些东西很快会成为所有汽车的标准配置。现如今ABS已经普及。

（4）传感器技术的应用。在汽车的电子控制过程中，传感器技术的应用已经有了一定的基础。当前我国在高档车辆上开始逐步使用传感器技术用于辅助的驾驶防撞。另外在汽车驾驶考试过程中，传感器技术在考试各关键评分环节应用，但是在普通的民用环节还缺少物美价廉的更多产品。传感器相关产品必将在汽车电子技术相关产品的应用过程中起到较大作用，以促进车辆驾驶的智能化。

（5）“云计算”技术在自动驾驶领域应用。目前IT技术已经发展到了云时代。“云计算”可以把局部信息处理共享处理。未来汽车驾驶和控制突破“传感器-避障-目标-方向盘”的传统固有模式，使实现“目标-电子控制-方向盘-自动驾驶”完全有可能。而且“云计算”将大大提高导航功能，降低出行者在陌生地区出行的压力。

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2集成优化

可以通过集成和优化火力发电机组系统的方式，尽量的回收高温的烟气，降低燃烧过后排出烟的温度，可以通过该方式将余热进行回收，从而提升机组实际发电效率，降低燃煤消耗量，在机组运行的过程中实现节能。这一方式不仅限于纸上谈兵，在现实生活中，上海的外高桥三期使用广义的回热系统，将1000MW的超超临界机组彻底的进行了一次系统集成及其优化。通过实际工作检验发现，在集成优化之后，该企业实现了机组不发生变化的前提下，整体耗能减少了6%，从侧面加速了超临界机组的升级速度。以外高桥三期的实际年生产实力上分析，经过改造的机组，每年大约可以为企业节省下20×104t的煤炭，经过计算我们可以得出，减少20×104t的煤炭也就代表着每年向空气当中排放出的二氧化碳量减少了55.7×104t。该厂在机组用电效率方面，单位产值内的用电效率要明显低于我国平均水平，通过企业自身的实际改进方式论证了集成优化在燃煤发节能工作中的实际应用效果与可行性。

3空冷发电

本文将以2×600MW为主要论述点，对大型空冷发电技术进行分析。2×600MW的湿冷机组整体耗水情况大约为2950m3/h，但是相同情况下的空冷机组每小时的耗水量仅为750m3，从上述数据当中我们便可以发现，空冷机组在耗水量方面性能要明显优于湿冷机组。为了从根本上实现大型且直接的空冷系统设计自主化，我国发改委曾经将辽通电厂三期工程视为我国大型空冷系统工作的一个示范工程。这个工程投资方在我国电力投资集团公司，内部主要组织成分为电力工程的顾问公司以及位于哈尔滨的空调股份公司。两家公司从企业内部的系统设计到相关机械设备供应等方面要进行沟通决策，保证空冷系统自身的实用性。经过一段时间的研究之后，明确了空冷凝汽器的面积、器械迎面风速等诸多房现代的关键技术，攻克了学术上较多的难题，并且将相关技术成功的应用到实际工程当中。目前位于大同的第二发电厂空冷机组成功的投入使用，而且运行情况比较好。但是相关技术人员并没有就此止步，又从现在掌握的技术角度入手，进行了深层次的研究，研究出了超临界机组，而且在应用到实际工作中的时候我们可以总结发现，超临界机组自身的热耗数量要明显的低于亚临界的机组，每年没个机组可以为所在企业节省下来900万左右的资金，而且节水效果比较明显，符合当今我国绿色可持续发展的国情。从社会大背景的视角下进行分析，使用空冷机进行发电，可以从根本上避免因为燃烧过程中产生的蒸汽蒸发给环境带来的影响，以及循环水方面对工厂所在地区的影响，节省大量的可用水资源，缓解了人类和工业用水之间的矛盾，保持当地生态环境，符合燃煤发电节能目标。

4燃煤联合循环

想要提升燃煤发电的节能技术，不仅可以使用上述三种方法进行改造完善，同时也可以使用燃煤联合循环的发电技术进行生产。燃煤联合循环属于近些年来刚刚兴起的一种发电技术，可以通过该技术来提升发电厂燃煤使用效率，降低煤炭燃烧给环境带来的污染，从而达到降低施工成本，降低发电能耗的目的。我国传统的电力工厂都会使用煤碳粉来燃烧，算是一种煤炭内部能量的转换方式，使用水为介质，帮助能量进行转换，但是这一方法已经明显不符合当前我国发展的要求，而且与时代拖过，所以要使用燃煤联合循环的发电技术进行发电。将燃烧物脱硫，并且对粉尘比较多的燃烧物进行除尘处理，减少工厂对水资源的依靠，提升燃煤使用效率的同时也减轻了煤炭燃烧给环境带来的污染，从而提升了煤炭发电节能工作的发展。

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2机型安装调试、周期的对比分析

由于灯泡贯流式机组结构紧凑，故安装工作要在狭小的空间里进行。而总体上这种机型，特别是对于尺寸较大的机组，其大部件刚性又相对较弱，这样，要满足机组重要部位设计精度的需要，其安装难度、调整工作量大、工作周期长是显而易见。但对竖井贯流式发电机组而言，情况则完全不一样，竖井贯流机组的发电机部分可在制造厂内进行总装，并在完成转动部件的静、动平衡试验后，如齿轮箱一样，整体运至工地可直接吊入竖井内就位后安装。另外，直锥尾水管的里衬在第一阶段安装，并作为后续工程的基准和支持面，导水机构在安装场预组装，待厂房土建工作结束后整体吊装就位，接着是安装主轴、转子、增速器和发电机，仔细地对中调直，使其在一条直线上，这样可大大减小安装场地，缩短安装周期。

3机型维护检修的对比分析

一般竖井外形除了迎水面做成圆弧形外，沿水面均为平面。灯泡贯流式机组发电机部分的维护工作较少，但维护操作则较为困难，发电机大修时流道需要进行排水，所需维修所需的时间较多。竖井贯流式机组发电机部分的维修操作则较为方便，不需要对流道部分实行排水。当然，增加了一个齿轮箱的维护，增速器一般指齿轮传动，需要我们对齿轮箱的选择给予足够重视，选用可靠的、高质量的产品，就完全可以将齿轮箱的故障率和机组总体噪音降到很低程度。由此看来，竖井机组也可以提高设备的运行可靠性和安全性，减少维护工作和费用。

4机型效率的对比分析

通常，人们可能认为竖井贯流式机组由于增加了一个齿轮箱，效率要比灯泡贯流式机组低。事实上，一台高质量的行星齿轮效率满负荷时效率约为99%，行星齿轮效率损失可从高速发电机的效率提高得到补偿。在做具体分析后，我们会发现，实际上两机型的效率几乎相差不大，祥见表2相关数据。由表2中两组数据可以看出，两种形式机组的综合效率相差不多。此外，竖井贯流式发电机还因无需采用强迫通风冷却，从而能有效减少厂用电负荷。

5两种机型价格的对比分析

两种机型的水轮机结构基本相同，制造过程也大致一样。但灯泡式水机转轮直径大，重量重，故竖井贯流式水轮机比灯泡贯流机的造价有明显优势。对发电机而言，竖井贯流式发电机转速较高，转动部件材料的机械性能要求比灯泡贯流机高，若仅从吨价来看，竖井贯流式发电机的吨价比灯泡贯流机高，但由于发电机转速的提高，发电机的总重量也大大减轻，加上增加的齿轮箱带来的投资，其发电机总体价格具有较大优势。若以灯泡贯流式机组的造价为100%，两种机型的价格统计分析见表3。从表3中可以看出，灯泡贯流机组的价格约是竖井贯流机组的1．187倍，竖井贯流机组实际采购价格比灯泡贯流机组约少2300万元，能节省电站的机电投资。

6建议

小龙水电站大功率竖井贯流机组已成功运行了6年，在近几年运行中发现了不少问题，根据此机组在应用中曾出现过的问题，笔者建议大功率竖井贯流机组应在以下几方面引起足够的重视:(1)水轮机，增速器、发电机的同轴度要严格按照设计要求进行安装;(2)增速器油泵控制系统中油温、油位及油压均要满足增速器运行要求，才允许机组启动;(3)增速器油选用高质量、性能优的油;(4)增速器选用品质优良，口碑好，售后好的厂商;(5)增速器振动情况的监察;(6)合理调整导叶紧急关闭规律、调速器轮叶协联关系以及调速器的关机时间和两段关闭拐点，减少反水锤对增速器推力轴承的冲击;(7)机组运行过程中增速器各部的油温，定期对增速器邮箱内的油质进行检查;(8)发电机集电环碳刷选用适宜高转速水轮机、硬度合适的产品。

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以FPGA硬件为基础的基带预失真技术就会在基带的数字区域中进行预校正，这样就能够补偿数字电视发射机可能出现的非线性失真。而且这种预校正是与频率有关的，这样将对高功率的功能放大器有非常明显的校正作用。这一技术还可以通过PC机上具备的工具软件，对现行和非线性的预校正特性进行调节。

1.2低相噪捷变频技术在信道编码的调制过程中，对本振信号相位噪声有较高的要求，要求必须保持绝对低的相位噪声和宽频带捷变频，不然就有可能造成调制误差比降低，使信号不能被正确地接收。要有效地解决以上问题那么使用高中频变频技术以及高稳定的参考源是一个好的办法。新型的数字电视激励器就采用了2次变频的方案，满足了对于捷变频功能的需求。

1.3功率检测技术数字电视发射机的输出射频功率是控制整机的主要参数，所以及时地获得输出射频功率尤为重要，可以通过检波器对该功率进行检测。新型的数字电视激励器采用了数字采样的技术，从而让有效地解决了输出射频功率检测中的精确性的问题，其中所具备的新的检测系统能够对数字电视发射机的输出射频功率进行精确地检测，从而对数字电视发射机能够进行准确的控制。

2比较国外数字电视发射机和国内数字电视发射机各自的优势

数字电视发射机在国外的研究和生产已经有多年的历史了，不管是在技术上还是在制造上各方面都趋向了成熟。就目前来看，国外的数字电视发射机主要具备了以下几种优势：水冷发射机、数字激励器以及缝隙的填充器。数字电视发射机在我国的开发是从2002年开始的，但是当时因为国外封锁了数字电视发射机的核心技术，而单频网适配器以及数字激励器等数字电视发射机的关键部件只能够依靠进口，严重影响了我国数字电视的开发和研究。但是因为有多年的模拟发射机的生产技术的积累，所以我国的数字电视发射机的生产技术也发展迅速，在上述的关键技术被突破的基础上，我国的数字电视发射机进入了产业化发展，目前而言我国的设备在技术水平方面已经与国外相当。

国产的设备因为配合了我国的国标，所以在推广时占有相当明显的优势，而且发射机的生产厂家由于与国标的相关单位进行合作和实验，所以已经掌握了覆盖测试参数、单频网技术等最新的技术。可以想见，数字电视的覆盖在进行前期的设计和规划时因为要结合地区的实际情况和条件来进行，所以这个系统工程并不存在统一的模式，那么运用国外的产品就无法更好地施行“因地制宜”，而且在技术支持方面和售后的服务方面国外的数字电视发射机由于存在的空间和地区差异，所以并不占优势。相反，国内的数字电视发射机由于技术的进步目前占有较大的优势。

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二、频率合成器

频率合成器的主要功能为输出调制需要的视频载波本振信号频率，为单频网提供参考时间和参考频率。载波频率的产生通过PLL（锁相环频率合成器）完成。PLL回路包括一个恒温VCXO（压控晶体振荡器），带宽为10MHz。输出的每个频率都与10MHz基准频率同步，10MHz基准频率的频率精度较高，较高的频率精度可降低噪声和确保短期的稳定性。5控制电路数字激励器一般都配有可实现远程遥控的RS232接口，同时安装以工控机为核心的控制处理单元。控制处理单元提供了发射机当前的运行状态信息、故障报警信息、参数配置信息、发射机的开启与关闭及历史记录等信息。通过操控工控机可以显示功放系统内部各功放模块的实时状态，控制单元通过外接传感器监测发射机各装置，管理发射机的全部操作。

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现代电源技术是应用电力电子半导体器件,综合自动控制、计算机(微处理器)技术和电磁技术的多学科边缘交又技术。在各种高质量、高效、高可靠性的电源中起关键作用,是现代电力电子技术的具体应用。

当前,电力电子作为节能、节才、自动化、智能化、机电一体化的基础,正朝着应用技术高频化、硬件结构模块化、产品性能绿色化的方向发展。在不远的将来,电力电子技术将使电源技术更加成熟、经济、实用,实现高效率和高品质用电相结合。

1.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。

1.1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。

1.2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。

1.3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。

2.现代电力电子的应用领域

2.1计算机高效率绿色电源

高速发展的计算机技术带领人类进入了信息社会,同时也促进了电源技术的迅速发展。八十年代,计算机全面采用了开关电源,率先完成计算机电源换代。接着开关电源技术相继进人了电子、电器设备领域。

计算机技术的发展,提出绿色电脑和绿色电源。绿色电脑泛指对环境无害的个人电脑和相关产品，绿色电源系指与绿色电脑相关的高效省电电源,根据美国环境保护署l992年6月17日"能源之星"计划规定,桌上型个人电脑或相关的设备,在睡眠状态下的耗电量若小于30瓦,就符合绿色电脑的要求,提高电源效率是降低电源消耗的根本途径。就目前效率为75%的200瓦开关电源而言,电源自身要消耗50瓦的能源。

2.2通信用高频开关电源

通信业的迅速发展极大的推动了通信电源的发展。高频小型化的开关电源及其技术已成为现代通信供电系统的主流。在通信领域中,通常将整流器称为一次电源,而将直流-直流(DC/DC)变换器称为二次电源。一次电源的作用是将单相或三相交流电网变换成标称值为48V的直流电源。目前在程控交换机用的一次电源中,传统的相控式稳压电源己被高频开关电源取代,高频开关电源(也称为开关型整流器SMR)通过MOSFET或IGBT的高频工作,开关频率一般控制在50-100kHz范围内,实现高效率和小型化。近几年,开关整流器的功率容量不断扩大,单机容量己从48V/12.5A、48V/20A扩大到48V/200A、48V/400A。

因通信设备中所用集成电路的种类繁多,其电源电压也各不相同,在通信供电系统中采用高功率密度的高频DC-DC隔离电源模块,从中间母线电压(一般为48V直流)变换成所需的各种直流电压,这样可大大减小损耗、方便维护,且安装、增加非常方便。一般都可直接装在标准控制板上,对二次电源的要求是高功率密度。因通信容量的不断增加,通信电源容量也将不断增加。

2.3直流-直流(DC/DC)变换器

DC/DC变换器将一个固定的直流电压变换为可变的直流电压,这种技术被广泛应用于无轨电车、地铁列车、电动车的无级变速和控制,同时使上述控制获得加速平稳、快速响应的性能,并同时收到节约电能的效果。用直流斩波器代替变阻器可节约电能(20~30)%。直流斩波器不仅能起调压的作用(开关电源),同时还能起到有效地抑制电网侧谐波电流噪声的作用。

通信电源的二次电源DC/DC变换器已商品化,模块采用高频PWM技术,开关频率在500kHz左右,功率密度为5W~20W/in3。随着大规模集成电路的发展,要求电源模块实现小型化,因此就要不断提高开关频率和采用新的电路拓扑结构,目前已有一些公司研制生产了采用零电流开关和零电压开关技术的二次电源模块,功率密度有较大幅度的提高。

2.4不间断电源(UPS)

不间断电源(UPS)是计算机、通信系统以及要求提供不能中断场合所必须的一种高可靠、高性能的电源。交流市电输入经整流器变成直流,一部分能量给蓄电池组充电,另一部分能量经逆变器变成交流,经转换开关送到负载。为了在逆变器故障时仍能向负载提供能量,另一路备用电源通过电源转换开关来实现。

现代UPS普遍了采用脉宽调制技术和功率M0SFET、IGBT等现代电力电子器件,电源的噪声得以降低,而效率和可靠性得以提高。微处理器软硬件技术的引入,可以实现对UPS的智能化管理,进行远程维护和远程诊断。目前在线式UPS的最大容量已可作到600kVA。超小型UPS发展也很迅速,已经有0.5kVA、lkVA、2kVA、3kVA等多种规格的产品。

2.5变频器电源

变频器电源主要用于交流电机的变频调速,其在电气传动系统中占据的地位日趋重要,已获得巨大的节能效果。变频器电源主电路均采用交流-直流-交流方案。工频电源通过整流器变成固定的直流电压,然后由大功率晶体管或IGBT组成的PWM高频变换器,将直流电压逆变成电压、频率可变的交流输出,电源输出波形近似于正弦波,用于驱动交流异步电动机实现无级调速。

国际上400kVA以下的变频器电源系列产品已经问世。八十年代初期,日本东芝公司最先将交流变频调速技术应用于空调器中。至1997年,其占有率已达到日本家用空调的70%以上。变频空调具有舒适、节能等优点。国内于90年代初期开始研究变频空调,96年引进生产线生产变频空调器,逐渐形成变频空调开发生产热点。预计到2000年左右将形成。变频空调除了变频电源外,还要求有适合于变频调速的压缩机电机。优化控制策略,精选功能组件,是空调变频电源研制的进一步发展方向。

2.6高频逆变式整流焊机电源

高频逆变式整流焊机电源是一种高性能、高效、省材的新型焊机电源,代表了当今焊机电源的发展方向。由于IGBT大容量模块的商用化,这种电源更有着广阔的应用前景。

逆变焊机电源大都采用交流-直流-交流-直流(AC-DC-AC-DC)变换的方法。50Hz交流电经全桥整流变成直流,IGBT组成的PWM高频变换部分将直流电逆变成20kHz的高频矩形波,经高频变压器耦合,整流滤波后成为稳定的直流,供电弧使用。

由于焊机电源的工作条件恶劣,频繁的处于短路、燃弧、开路交替变化之中,因此高频逆变式整流焊机电源的工作可靠性问题成为最关键的问题,也是用户最关心的问题。采用微处理器做为脉冲宽度调制(PWM)的相关控制器,通过对多参数、多信息的提取与分析,达到预知系统各种工作状态的目的,进而提前对系统做出调整和处理,解决了目前大功率IGBT逆变电源可靠性。

国外逆变焊机已可做到额定焊接电流300A,负载持续率60%,全载电压60~75V,电流调节范围5~300A,重量29kg。

2.7大功率开关型高压直流电源

大功率开关型高压直流电源广泛应用于静电除尘、水质改良、医用X光机和CT机等大型设备。电压高达50~l59kV,电流达到0.5A以上,功率可达100kW。

自从70年代开始,日本的一些公司开始采用逆变技术,将市电整流后逆变为3kHz左右的中频,然后升压。进入80年代,高频开关电源技术迅速发展。德国西门子公司采用功率晶体管做主开关元件,将电源的开关频率提高到20kHz以上。并将干式变压器技术成功的应用于高频高压电源,取消了高压变压器油箱,使变压器系统的体积进一步减小。

国内对静电除尘高压直流电源进行了研制,市电经整流变为直流,采用全桥零电流开关串联谐振逆变电路将直流电压逆变为高频电压,然后由高频变压器升压,最后整流为直流高压。在电阻负载条件下,输出直流电压达到55kV,电流达到15mA,工作频率为25.6kHz。

2.8电力有源滤波器

传统的交流-直流(AC-DC)变换器在投运时,将向电网注入大量的谐波电流,引起谐波损耗和干扰,同时还出现装置网侧功率因数恶化的现象,即所谓"电力公害",例如,不可控整流加电容滤波时,网侧三次谐波含量可达(70~80)%,网侧功率因数仅有0.5~0.6。

电力有源滤波器是一种能够动态抑制谐波的新型电力电子装置,能克服传统LC滤波器的不足,是一种很有发展前途的谐波抑制手段。滤波器由桥式开关功率变换器和具体控制电路构成。与传统开关电源的区别是:(l)不仅反馈输出电压,还反馈输入平均电流;(2)电流环基准信号为电压环误差信号与全波整流电压取样信号之乘积。

2.9分布式开关电源供电系统

分布式电源供电系统采用小功率模块和大规模控制集成电路作基本部件,利用最新理论和技术成果,组成积木式、智能化的大功率供电电源,从而使强电与弱电紧密结合,降低大功率元器件、大功率装置(集中式)的研制压力,提高生产效率。

八十年代初期,对分布式高频开关电源系统的研究基本集中在变换器并联技术的研究上。八十年代中后期,随着高频功率变换技术的迅述发展，各种变换器拓扑结构相继出现,结合大规模集成电路和功率元器件技术,使中小功率装置的集成成为可能,从而迅速地推动了分布式高频开关电源系统研究的展开。自八十年代后期开始,这一方向已成为国际电力电子学界的研究热点,论文数量逐年增加，应用领域不断扩大。

分布供电方式具有节能、可靠、高效、经济和维护方便等优点。已被大型计算机、通信设备、航空航天、工业控制等系统逐渐采纳,也是超高速型集成电路的低电压电源(3.3V)的最为理想的供电方式。在大功率场合,如电镀、电解电源、电力机车牵引电源、中频感应加热电源、电动机驱动电源等领域也有广阔的应用前景。

3.高频开关电源的发展趋势

在电力电子技术的应用及各种电源系统中，开关电源技术均处于核心地位。对于大型电解电镀电源,传统的电路非常庞大而笨重,如果采用高顿开关电源技术,其体积和重量都会大幅度下降,而且可极大提高电源利用效率、节省材料、降低成本。在电动汽车和变频传动中,更是离不开开关电源技术，通过开关电源改变用电频率,从而达到近于理想的负载匹配和驱动控制。高频开关电源技术,更是各种大功率开关电源(逆变焊机、通讯电源、高频加热电源、激光器电源、电力操作电源等)的核心技术。

3.1高频化

理论分析和实践经验表明,电气产品的变压器、电感和电容的体积重量与供电频率的平方根成反比。所以当我们把频率从工频50Hz提高到20kHz,提高400倍的话,用电设备的体积重量大体下降至工频设计的5~l0%。无论是逆变式整流焊机,还是通讯电源用的开关式整流器,都是基于这一原理。同样,传统"整流行业"的电镀、电解、电加工、充电、浮充电、电力合闸用等各种直流电源也可以根据这一原理进行改造,成为"开关变换类电源",其主要材料可以节约90%或更高,还可节电30%或更多。由于功率电子器件工作频率上限的逐步提高,促使许多原来采用电子管的传统高频设备固态化,带来显著节能、节水、节约材料的经济效益,更可体现技术含量的价值。

3.2模块化

模块化有两方面的含义,其一是指功率器件的模块化,其二是指电源单元的模块化。我们常见的器件模块,含有一单元、两单元、六单元直至七单元,包括开关器件和与之反并联的续流二极管,实质上都属于"标准"功率模块(SPM)。近年,有些公司把开关器件的驱动保护电路也装到功率模块中去,构成了"智能化"功率模块(IPM),不但缩小了整机的体积,更方便了整机的设计制造。实际上,由于频率的不断提高,致使引线寄生电感、寄生电容的影响愈加严重,对器件造成更大的电应力(表现为过电压、过电流毛刺)。为了提高系统的可靠性,有些制造商开发了"用户专用"功率模块(ASPM),它把一台整机的几乎所有硬件都以芯片的形式安装到一个模块中,使元器件之间不再有传统的引线连接,这样的模块经过严格、合理的热、电、机械方面的设计,达到优化完美的境地。它类似于微电子中的用户专用集成电路(ASIC)。只要把控制软件写入该模块中的微处理器芯片,再把整个模块固定在相应的散热器上,就构成一台新型的开关电源装置。由此可见,模块化的目的不仅在于使用方便,缩小整机体积,更重要的是取消传统连线,把寄生参数降到最小,从而把器件承受的电应力降至最低,提高系统的可靠性。这样,不但提高了功率容量,在有限的器件容量的情况下满足了大电流输出的要求,而且通过增加相对整个系统来说功率很小的冗余电源模块,极大的提高系统可靠性,即使万一出现单模块故障,也不会影响系统的正常工作,而且为修复提供充分的时间。3.3数字化

在传统功率电子技术中,控制部分是按模拟信号来设计和工作的。在六、七十年代,电力电子技术拟电路基础上的。但是,现在数字式信号、数字电路显得越来越重要,数字信号处理技术日趋完善成熟,显示出越来越多的优点:便于计算机处理控制、避免模拟信号的畸变失真、减小杂散信号的干扰(提高抗干扰能力)、便于软件包调试和遥感遥测遥调,也便于自诊断、容错等技术的植入。所以,在八、九十年代,对于各类电路和系统的设计来说,模拟技术还是有用的,特别是:诸如印制版的布图、电磁兼容(EMC)问题以及功率因数修正(PFC)等问题的解决,离不开模拟技术的知识,但是对于智能化的开关电源,需要用计算机控制时,数字化技术就离不开了。

3.4绿色化

电源系统的绿色化有两层含义:首先是显著节电,这意味着发电容量的节约,而发电是造成环境污染的重要原因,所以节电就可以减少对环境的污染;其次这些电源不能(或少)对电网产生污染,国际电工委员会(IEC)对此制定了一系列标准,如IEC555、IEC917、IECl000等。事实上,许多功率电子节电设备,往往会变成对电网的污染源:向电网注入严重的高次谐波电流,使总功率因数下降,使电网电压耦合许多毛刺尖峰,甚至出现缺角和畸变。20世纪末,各种有源滤波器和有源补偿器的方案诞生,有了多种修正功率因数的方法。

总而言之,电力电子及开关电源技术因应用需求不断向前发展,新技术的出现又会使许多应用产品更新换代,还会开拓更多更新的应用领域。开关电源高频化、模块化、数字化、绿色化等的实现,将标志着这些技术的成熟,实现高效率用电和高品质用电相结合。这几年,随着通信行业的发展,以开关电源技术为核心的通信用开关电源,仅国内有20多亿人民币的市场需求,吸引了国内外一大批科技人员对其进行开发研究。开关电源代替线性电源和相控电源是大势所趋,因此,同样具有几十亿产值需求的电力操作电源系统的国内市场正在启动,并将很快发展起来。还有其它许多以开关电源技术为核心的专用电源、工业电源正在等待着人们去开发。

参考文献：

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1）实时性。快速反应并不是实时性的核心内涵，快速性仅是系统实时能力的表现。当系统不能满足实时性要求时，必须提高系统的运行速度，而运行速度的提高会带来系统功耗加大、电磁兼容性下降等负面效应。因而在设计具体的控制系统时，在保证能满足实时性要求的条件下，应使系统的运行速度降到最低，以满足系统在功耗、可靠性和电磁兼容性等方面获得最佳的综合品质。

2）安全性。安全性是指产品防止、减少故障和事故的性能。硬件的耐高低温、耐电击、耐火花、阻燃等从原材料制作工艺到检测包装储运，有效的质量控制是关键；软件漏洞的隐患与后果，如功能的缺失、安全威胁与客户抱怨等，有一种名为“组策略”的手段提供对微处理器进行更改注册表来实现软件的安全。对车辆电子控制安全造成的威胁，可分成局部物理、远程和内部电子3大类。①局部物理性威胁。通过物理性地接入传动系统CAN网络并破坏通信，这种入侵式的攻击极易破坏汽车关键功能。其对策是在一个或多个ECU内部的某处存储着隐秘的私有密钥，用于受保护的通信通道，提供局部数据的保护服务，汽车算法、多媒体内容和保密资料都需要私钥存储进行数据保护，抵挡凌厉的入侵和攻击。②远程威胁。黑客通过侦测汽车的远距离无线接口寻找网络安全协议、网络服务和程序中的软肋，以找到内部各电子系统中的路径。与数据中心不同，汽车不可能拥有完整的IDS、IPS、防火墙和UTM，防卫机制的客观缺失需依靠汽车的关键系统必须与非关键的ECU完全隔离开，以确保驾驶安全。③内部电子威胁。虽然物理网络隔离是理想的方案，但接触点和干扰总是难以避免，安全标准有极大差异的系统间通信的干扰会很敏感。业界又出现强烈的设计整合趋势，使用更强大的多内核微处理器来实现不同系统的控制，从而将许多ECU变为虚拟的ECU，这将增加源于软件的威胁风险，从而导致操作系统缺陷、对密码系统的旁路攻击以及拒绝服务等。因而，关键和非关键的系统与网络之间的接口必须在最高管理层面进行论证和穷尽分析，并按ISO15408等评估安保等级（EAL）6+的最高等级安保标准进行验证，确认缺陷无虞。

3）可靠性。可靠性是指产品的平均无故障运行时间（MTBF）。为确保可靠性，在汽车电子电路上实施冗余设计，元器件应选用汽车级。高可靠性软件及安全工程实施原则（PHASE）协议支持最大限度地简化复杂性、软件组件架构、最低权限原则、安全软件和系统开发过程。

4）环保性。产品符合国家相关的环保标准和规定，包括产品是否含有毒、有害原材料，芯片是否含铅、镉，EMC辐射是否超标，须有严格的检测和认证。必须认识到切实实施ISO/TS16949和ISO14001仅是一项基础工作。

2我国汽车电子产业概况

市场化的经济体制带来了高效的资源配置，我国汽车电子产业在这10年间有了飞速的发展。在汽车产业高速发展的直接推动下，2012年我国汽车电子市场规模已逾2500亿元，连续7年增长率超过30％。其原因除市场需求迅猛发展外，还有国家政策带动、国际产业转移和地区竞争的促进。但由于基础研发工作薄弱，掌握的自主知识产权匮乏，产品在技术上还依附于国外，核心技术仍受制于人，至今没有世界知名的汽车电子产品品牌和供应商。石油资源日趋紧缺，人们对环境保护的意识在不断增强。国际上对汽车排放出台了一系列严格的标准，加上人们对汽车的安全性、舒适性和使用寿命的要求越来越高，汽车电子也越来越复杂，进入汽车电子零部件行业的门槛就越来越高。我国汽车电子产业虽实现了持续快速发展，产业的技术水平、规模、机构都得到了大幅度的提升，但这产业链中的成就仅局限于加工制造。硬件方面，元器件集成芯片几乎全从国外公司购买；软件方面，从开发工具到核心软件全由国外公司提供；生产方面，从贴片到出厂，从生产检测设备到技术规范、标准，也依循国外企业。现状是久负盛名的跨国芯片巨头能针对特定的应用提供专用芯片及解决方案，使汽车电子产品开发周期缩短，质量有保障，成本较低。这样更使我国目前几乎所有汽车电子单元全是由芯片厂商提供设计，而我们只是二次开发。微电子行业基础核心技术的薄弱是决定我国汽车电子产业在总体上受制于国际跨国公司的根本原因，必须彻底改变。

3汽车电子技术发展趋势

1）总线化和中央电子控制单元向汽车电子的整体化、系统化迈出了革新的一步。各电子控制单元通过总线进行通信，传输当前状态的信息，接受中央控制单元的指令并执行特定的功能，使车辆行驶功能控制达到最佳水平。总线化还使汽车制造核心技术由硬件逐渐向软件过渡，由谙熟全程制造技术和掌握汽车各系统、各零部件原理功能的龙头企业执掌制定切实可用通信协议的主动权。这就导致技术实力弱势的中小企业只得依附强势的大公司，促使行业兼并。

2）模块化。电子技术和多领域高新技术进行系统集成化汽车零部件产品的构成，便于国际化采购和整车厂组装。模块化就是根据需求定制，完成所需的功能，以标准模块的规格作大集成化的封装，提高功效和可靠性，也简化配套和整车制造工艺，有利于产品质量得到有效控制。结果将会使现在处于领先地位的行业寡头逐渐成为系统集成商，电子零部件企业承担的产品工作量越来越大，汽车零部件产业在汽车工业中的作用和地位更显重要。

3）智能化。微控制器大量进入汽车电子各系统，带来控制技术智能水平提高，性能更优越，控制成本更低。

4）规范化和高配普及化。新的汽车电子技术不断涌现、不断进步，但有些电子控制技术在汽车上实施还需历经一段时间，才能在标准配置上被确认。例如，轮胎智能压力监测系统（TPMS）与ABS、安全气囊并称为汽车3大安全系统。但目前，仅在奥迪A8、宝马7系/5系、奔驰S/E系列等高端车型中作为标准配置。在高度重视汽车安全性的当下，轮胎压力监测系统必然很快会成为所有汽车的标准配置。就如同ABS从出现到普及一样，需要一个过程。

5）重视传感器的研发。汽车电子技术的应用中无处不在的传感器，在控制技术环节里作用至关重要，应受到充分的重视。我国在传感器技术的演进发展和实践中虽已有一定基础性的成果，但因投入的研发资源远远不足，也显得十分薄弱。必须与汽车电子的研发齐头并进才能相得益彰。期望在“十二五”计划期间，我国传感器技术及产业迎头赶上。

6）“云控制”技术。计算机技术和信息融合技术已经发展到了云时代。“云控制”技术由以往的局部信息处理到信息共享到现代的信息融合，已经完全突破了汽车“传感器-避开障碍-目标-方向盘”的传统固有模式，使实现“目标-方向盘”的自动驾驶成为可能。“云驾驶”将大大提高识别道路行驶目标的效能，同时降低燃油耗费，将使驾驶由低事故向高可靠转变。