大容量高性能特种工业电源装置及其关键技术
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4.技术的成熟程度，适用范围和安全性
研究成果可应用于大电流低电压场合，如电化学领域，包括电解铝、电解铜等、电解、电镀、电泳、氧化、着色等。研制的具有自主知识产权的新一代高效节能型系列大功率高频特种电源装备，可以依托相关企业生产平台及市场网络，进行小试、中试，并推进产业化，进而实现整个行业电源装备的更新换代，达到高耗能行业节能增效、节材，提高行业自动化程度和改善工艺质量的目的。
2.技术原理及性能指标
采用的关键技术有：1）大功率电能高频变换技术；提出适合电化学大功率（低电压、大电流、变频率）输出的电路拓扑和控制模式；2）多电源模块并联技术：基于全数字化控制，实现了多电源模块的数字化均流控制；3）软开关技术及应用：采用改进型零电压软开关技术降低开关损耗和电磁干扰，并解决大功率开关电源的偏磁问题，使其效率、电磁兼容性及可靠性得到提高和保证；4）全数字控制和过程智能化控制技术：以DSP为平台实现高频电源装置的全数字化控制；过程控制系统为主从二级分布结构，主机完成系统监控及生产管理，从机完成电解槽的信号采集、通讯、数据显示、参数分析及一系列相关控制；5）电源信息化管理技术：实现了大功率电源装置的状态监测、故障诊断和协调控制，显著提高其可靠性；6）电磁兼容预设计及热设计技术：通过建模和计算机仿真，使电路、系统、装置的电磁兼容达到最佳状态；将通过器件、系统、装置的热场仿真、分析研究进行优化设计，实现大功率装置热电性能的最优配置。
研制的系列高频电源样机主要性能指标为：额定容量DC：30KW-1MW（2000A-80000A/15V）；工作频率≥20kHZ；效率>88%；功率因数>0.9；纹波系数<1%；恒流恒压精度<1%；电磁兼容符合国家标准或IEC标准；调节响应速度毫秒级；工艺过程实时数字化监控。
3.技术的创造性与先进性
本项目的研发和产业化将实现较大功率范围电化学电源的更新换代，替代进口产品，实现该行业的节能增效和提高工艺质量。成果创新性有1）高效节能：电源效率可达90%；电能转换及工艺过程节能效果比传统装备节能约20%以上，单台装置（100KW）可节能约135000度/年；2）特大功率：通过高频逆变技术、软开关技术和并联均流技术的研究和集成创新，率先在国内推出特大功率（80000A/12V）高频开关电源装备；3）全数字化控制：在大功率电镀电解电源装置中使用高性能DSP实现电源装置在电源管理、控制策略、PWM等全方位数字化；4）工艺过程控制：对电镀电解工艺过程进行实时数字化监控，实现工艺过程能量的合理配置和工艺参数的最优化；5）绿色可靠：对电源装置的电磁兼容和可靠性进行全面系统的研究和精心设计，并通过信息化管理等措施使电源装置具有较高的可靠性和绿色化的特点。
成果简介：
1.课题来源与背景
本课题来源于“十一五”国家科技支撑计划项目“工业电机及典型泵阀节能关键技术研究”的子课题“大容量高性能特种工业电源装置及其关键技术研究”。
高效率高频开关电源在电化学领域的应用国内外市场已经开始逐步推广，但主要限于小功率范围。国内市场2000A以下高频电源占有率约为10-20%，国外大约为30-40%，而2000A以上中大功率高频电源占有率国内仅为2%-5%，国外也在10%-20%之间。可见电化学领域高频电源的应用具有极大的市场空间和潜在用户；制约其应用的主要矛盾在于产品的可靠性，因此发展高可靠性及绿色环保的高频开关电源可填补国内空白。
成果名称：
大容量高性能特种工业电源装置及其关键技术
登记日期：
2020-07-22
完成单位：
华南理工大学
完成人员：
张波、杜贵平、丘东元、肖文勋、李哲林、王学梅、鲁力
研究起止日期：
2008-07-01至2010-10-31
主要应用行业：
制造业
社会经济目标：
节能环保
评价单位：
中国机械工业联合会
评价日期：
2011-05-09
本项目成果样机的效率、功率容量、控制精度等性能指标已达到或超过国内外同类产品水平，特别是数字化控制的成功应用使电源的动特性、灵活性具有明显的优势，同时为进一步并联扩容、实现过程智能控制奠定了基础。总体而言本成果在效率、稳压精度、稳流精度等方面的技术水平达国际同类产品的先进或领先水平。
5.应用情况及存在的问题
本项目研发过程中，电源装置绿色化是主要指标之一，通过软开关技术和电磁兼容设计，使其电磁干扰尽量减少，电磁污染得到大幅度改善。随着器件的更新换代以及电源理论和技术的发展，大功率电源装置的电磁污染问题还有待进一步改善。
该成果产业化后可推广应用到国内电化学行业，并有望出口部分国家和地区。目前我国仅电镀行业中每年需要电镀的面积超过6亿平方米，需要整流电源超过10亿人民币以上；电解行业需要整流电源也在每年10亿以上，整个电化学行业装备的市场容量约为50-80亿，这些电源中晶闸管整流电源仍占90%的市场份额。高频开关电源高效节能，是晶闸管整流电源的升级换代产品，目前正以每年5%左右的速度替代传统电源装置，以后将会以更快的速度更新；此外，过程监控技术能够在增ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ成本很少的前提下，提高整个行业的自动化和智能化水平，使电化学工艺过程的能耗大幅度降低，并且有利于提高工艺质量。
研究成果可应用于大电流低电压场合，如电化学领域，包括电解铝、电解铜等、电解、电镀、电泳、氧化、着色等。研制的具有自主知识产权的新一代高效节能型系列大功率高频特种电源装备，可以依托相关企业生产平台及市场网络，进行小试、中试，并推进产业化，进而实现整个行业电源装备的更新换代，达到高耗能行业节能增效、节材，提高行业自动化程度和改善工艺质量的目的。
2.技术原理及性能指标
采用的关键技术有：1）大功率电能高频变换技术；提出适合电化学大功率（低电压、大电流、变频率）输出的电路拓扑和控制模式；2）多电源模块并联技术：基于全数字化控制，实现了多电源模块的数字化均流控制；3）软开关技术及应用：采用改进型零电压软开关技术降低开关损耗和电磁干扰，并解决大功率开关电源的偏磁问题，使其效率、电磁兼容性及可靠性得到提高和保证；4）全数字控制和过程智能化控制技术：以DSP为平台实现高频电源装置的全数字化控制；过程控制系统为主从二级分布结构，主机完成系统监控及生产管理，从机完成电解槽的信号采集、通讯、数据显示、参数分析及一系列相关控制；5）电源信息化管理技术：实现了大功率电源装置的状态监测、故障诊断和协调控制，显著提高其可靠性；6）电磁兼容预设计及热设计技术：通过建模和计算机仿真，使电路、系统、装置的电磁兼容达到最佳状态；将通过器件、系统、装置的热场仿真、分析研究进行优化设计，实现大功率装置热电性能的最优配置。
研制的系列高频电源样机主要性能指标为：额定容量DC：30KW-1MW（2000A-80000A/15V）；工作频率≥20kHZ；效率>88%；功率因数>0.9；纹波系数<1%；恒流恒压精度<1%；电磁兼容符合国家标准或IEC标准；调节响应速度毫秒级；工艺过程实时数字化监控。
3.技术的创造性与先进性
本项目的研发和产业化将实现较大功率范围电化学电源的更新换代，替代进口产品，实现该行业的节能增效和提高工艺质量。成果创新性有1）高效节能：电源效率可达90%；电能转换及工艺过程节能效果比传统装备节能约20%以上，单台装置（100KW）可节能约135000度/年；2）特大功率：通过高频逆变技术、软开关技术和并联均流技术的研究和集成创新，率先在国内推出特大功率（80000A/12V）高频开关电源装备；3）全数字化控制：在大功率电镀电解电源装置中使用高性能DSP实现电源装置在电源管理、控制策略、PWM等全方位数字化；4）工艺过程控制：对电镀电解工艺过程进行实时数字化监控，实现工艺过程能量的合理配置和工艺参数的最优化；5）绿色可靠：对电源装置的电磁兼容和可靠性进行全面系统的研究和精心设计，并通过信息化管理等措施使电源装置具有较高的可靠性和绿色化的特点。
成果简介：
1.课题来源与背景
本课题来源于“十一五”国家科技支撑计划项目“工业电机及典型泵阀节能关键技术研究”的子课题“大容量高性能特种工业电源装置及其关键技术研究”。
高效率高频开关电源在电化学领域的应用国内外市场已经开始逐步推广，但主要限于小功率范围。国内市场2000A以下高频电源占有率约为10-20%，国外大约为30-40%，而2000A以上中大功率高频电源占有率国内仅为2%-5%，国外也在10%-20%之间。可见电化学领域高频电源的应用具有极大的市场空间和潜在用户；制约其应用的主要矛盾在于产品的可靠性，因此发展高可靠性及绿色环保的高频开关电源可填补国内空白。
成果名称：
大容量高性能特种工业电源装置及其关键技术
登记日期：
2020-07-22
完成单位：
华南理工大学
完成人员：
张波、杜贵平、丘东元、肖文勋、李哲林、王学梅、鲁力
研究起止日期：
2008-07-01至2010-10-31
主要应用行业：
制造业
社会经济目标：
节能环保
评价单位：
中国机械工业联合会
评价日期：
2011-05-09
本项目成果样机的效率、功率容量、控制精度等性能指标已达到或超过国内外同类产品水平，特别是数字化控制的成功应用使电源的动特性、灵活性具有明显的优势，同时为进一步并联扩容、实现过程智能控制奠定了基础。总体而言本成果在效率、稳压精度、稳流精度等方面的技术水平达国际同类产品的先进或领先水平。
5.应用情况及存在的问题
本项目研发过程中，电源装置绿色化是主要指标之一，通过软开关技术和电磁兼容设计，使其电磁干扰尽量减少，电磁污染得到大幅度改善。随着器件的更新换代以及电源理论和技术的发展，大功率电源装置的电磁污染问题还有待进一步改善。
该成果产业化后可推广应用到国内电化学行业，并有望出口部分国家和地区。目前我国仅电镀行业中每年需要电镀的面积超过6亿平方米，需要整流电源超过10亿人民币以上；电解行业需要整流电源也在每年10亿以上，整个电化学行业装备的市场容量约为50-80亿，这些电源中晶闸管整流电源仍占90%的市场份额。高频开关电源高效节能，是晶闸管整流电源的升级换代产品，目前正以每年5%左右的速度替代传统电源装置，以后将会以更快的速度更新；此外，过程监控技术能够在增ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ成本很少的前提下，提高整个行业的自动化和智能化水平，使电化学工艺过程的能耗大幅度降低，并且有利于提高工艺质量。