電源包括電子電源和化學物理電源,本文主要介紹電子電源。電子電源就是對公用電網(wǎng)或某種電能進行變換和控制,向各種用電負載提供優(yōu)質(zhì)電能的供電設備,有AC-AC變換,DC-DC變換,AC-DC變換,DC-AC變換。電子電源涉及的范圍有多大,業(yè)內(nèi)人士說法不一,本文對此不作討論,重點介紹中小功率的電源設備。為了敘述方便,以下簡稱電源。
由于電源產(chǎn)品應用的廣泛性,電源市場的統(tǒng)計比較困難。國外有的利用功率器件的生產(chǎn)推算電源的產(chǎn)量。在中國銷售的功率器件以及電源產(chǎn)品相當部分從國外進口,而且銷售渠道很多,因此國內(nèi)電源市場的統(tǒng)計更加困難,本文提供的情況僅供參考。
中國電源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展歷史
中國電源產(chǎn)業(yè)的規(guī)模可分三個發(fā)展階段,根據(jù)原電子工業(yè)部統(tǒng)計的數(shù)據(jù)和資料,可以勾畫出大致的發(fā)展輪廓。
第一階段為1976年以前,是中國電源產(chǎn)業(yè)發(fā)展的初期階段。
解放以前,我國的電源產(chǎn)業(yè)基本是空白,僅有蓄電池、干電池的小型企業(yè)。50年代隨著建設了一大批國有企業(yè),隨著電子工業(yè)原材料、原器件和整機產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,電源產(chǎn)品也從無到有。1959年有二廠一校生產(chǎn)五種規(guī)格1600多臺電源。到1976年,經(jīng)過17年的發(fā)展,已發(fā)展到26個工廠,34個品種,52個規(guī)格,33000多臺電源。生產(chǎn)單位增長8.7倍,品種規(guī)格增長10.4倍,產(chǎn)量增長20.2倍。第一階段從無到有,雖然增長速度較快,電源產(chǎn)業(yè)的規(guī)模還是很小。
第二階段是1977-1989年,是中國電源產(chǎn)業(yè)初步壯大時期。
這一階段是我國改革開放的初期,經(jīng)濟建設逐步加快,電源產(chǎn)業(yè)也逐步進入快速增長期。1989年電源生產(chǎn)企業(yè)已發(fā)展到171家,產(chǎn)品規(guī)格340多種,年產(chǎn)電源54萬多臺。生產(chǎn)企業(yè)數(shù)量比1976年增長6.6倍,品種增長10倍,產(chǎn)量增長16.4倍。
在這一階段,隨著電源產(chǎn)業(yè)的逐步快速發(fā)展,廣大的電源科技工作者急需打破原來的封閉狀態(tài),了解外部世界。自70年代中期開始,電源科技人員自發(fā)組織技術(shù)交流,1978年召開了第一次全國電源技術(shù)交流會,1983年成立了中國電源學會,1986年得到國家科委的批準。
第三階段是1990年至今,是中國電源產(chǎn)業(yè)的大發(fā)展時期。
這一階段,除原電子工業(yè)部系統(tǒng)以外,其他行業(yè)和系統(tǒng),如機械、郵電、鐵路、電力、軍工系統(tǒng)等都有電源開發(fā)和生產(chǎn),特別是鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)和民營企業(yè)大量涌現(xiàn),全國有上千家,幾乎遍布全國,出現(xiàn)了一批超億元,甚至超10億元的電源企業(yè)。在這10年之中,大量的國外產(chǎn)品和公司進入國內(nèi),并占據(jù)了相當份額,加劇了市場競爭。
上面是中國電源產(chǎn)業(yè)規(guī)模的發(fā)展,電源技術(shù)的發(fā)展大致也可分為以下幾個階段。
50年代是電源整機的創(chuàng)建和仿制時期,主要是仿蘇的電子管直流電源、磁飽和交流電源和仿美、仿歐的電子或磁放大式交流穩(wěn)壓電源,并逐漸實現(xiàn)了國產(chǎn)化。這個時期的電源體積大、耗能多、效率低,技術(shù)水平相當于國際30-50年代的水平。
隨著晶閘管、晶體管技術(shù)和產(chǎn)品的發(fā)展,電子管直流電源,磁飽和式交流電源逐漸被淘汰,晶閘管電源、晶體管電源、磁放大式交流穩(wěn)壓電源得到迅速發(fā)展,占據(jù)了電源市場的統(tǒng)治地位。如1976年生產(chǎn)的33000多臺電源中,電子管直流電源只有2個規(guī)格800多臺,分別占直流電源品種的4 .1%,規(guī)格的5.6%,產(chǎn)量的4% 。
全控功率器件的出現(xiàn)促進了電源技術(shù)的極大發(fā)展。GTO可使兆瓦級的逆變電源設計簡化,可取代需要強迫換流的晶閘管,目前仍在電源中廣泛應用。功率MOSFET的出現(xiàn),構(gòu)成了高頻電力電子技術(shù),開關(guān)頻率可達100kHZ以上,并可并聯(lián)大電流輸出。IGBT是MOS輸入、雙極性輸出的復合型功率器件,工作頻率與GTR相當,其電壓定額較高。
隨著新型功率器件的出現(xiàn),脈寬調(diào)制(PWM)電路、各種各樣的零電壓、零電流變換的拓撲電路得到廣泛應用。電源產(chǎn)品更加小型化、集成化、智能化、高效率、高可靠。
本節(jié)主要分析近10年來中國電源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。十年來,無論是電源技術(shù),還是產(chǎn)業(yè)的規(guī)模,都發(fā)展到前所未有的階段,成為社會各界關(guān)注的一個行業(yè)。
一、 中國電源產(chǎn)業(yè)發(fā)展的推動力
電源是各種用電設備的動力裝置,是電子工業(yè)的基礎產(chǎn)品。經(jīng)濟建設和社會生活各個方面的發(fā)展都會促進電源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,特別是以下幾個方面更是重要的推動作用。
1、 信息產(chǎn)業(yè)的發(fā)展
近十年來中國的信息產(chǎn)業(yè)以其他行業(yè)三倍的速度快速發(fā)展,“九五”期間,中國對電子工業(yè)的投資比重由過去五年的2.2%提高到5.4%,總投資規(guī)模達到4293億元,比過去五年增長近12倍,因此成為電源產(chǎn)業(yè)發(fā)展的強大推動力。
幾年來計算機市場銷售情況(萬臺)
年 份 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999
銷售量 45.0 71.8 115.0 210.0 350.0 420.0 500.0
增長速度 80% 59.6% 60.2% 82.6% 66.7% 20.0% 19.0%
幾年來程控交換機市場(萬線)
年 份 1995 1996 1997 1998 1999
程控交換機 1104 1386 2659 3325 4023
增長率 25.54% 91.85% 25.05% 20.99%
局用交換機 749 990 1725 3096 3700
增長率 32.18% 74.24% 79.48% 19.51%
移動通信幾年來成為發(fā)展熱點,例如:1987-1997十年間發(fā)展1000萬戶,1998年一年就發(fā)展1000萬戶,1999年發(fā)展近2000萬戶,增長100%。
計算機行業(yè)的發(fā)展直接帶動了計算機開關(guān)電源和UPS的發(fā)展和應用;通信行業(yè)的發(fā)展帶動了通信用高頻開關(guān)電源及相關(guān)電源的發(fā)展,僅通信用高頻開關(guān)電源每年就有30億元以上,1999年僅移動通信就配套電源15億元。
最近幾年各種信息網(wǎng)絡大發(fā)展,如國際互聯(lián)網(wǎng)、通信網(wǎng)、廣播電視網(wǎng)、金融信息網(wǎng),就連鐵路、民航售票也形成網(wǎng)絡,被人稱為網(wǎng)絡時代。各種網(wǎng)絡的正常運行,必須要有可靠的電源系統(tǒng)作保障。如1997年4月24日上午11時,香港最大的兩家銀行匯豐和恒生由于UPS設備發(fā)生故障,導致中樞電腦系統(tǒng)停頓,兩家銀行800多臺自動柜員機停機兩小時,兩家銀行的電話理財服務暫停,兩家銀行的柜臺電腦不能操作。網(wǎng)絡經(jīng)濟的發(fā)展,進一步帶動了電源市場的發(fā)展。
2、 傳統(tǒng)工業(yè)的改造
國民經(jīng)濟經(jīng)過20多年的快速發(fā)展,許多傳統(tǒng)工業(yè)系統(tǒng)要進行改造,更新?lián)Q代,大量的先進的電子技術(shù)和設備被采用,不僅對供電質(zhì)量提出了更高的要求,而且要求電源產(chǎn)品小型化、智能化、高效率、高可靠、無人值守等,一些老的配套電源產(chǎn)品不符合要求,逐漸被淘汰。例如:最近幾年國家投資幾千億元進行電網(wǎng)的改造,一些老的可控硅的電力操作電源要逐漸被新的開關(guān)電源所代替;鐵路要全面提速,要電氣化,國家也投巨資進行鐵路系統(tǒng)的改造,鐵路通信、信號系統(tǒng)等要配套大量的電源產(chǎn)品;通信系統(tǒng)原來配套的相控電源,逐漸被高頻開關(guān)電源所代替,最近幾年,每年的更新數(shù)量達幾億元。
3、 節(jié)約能源
隨著經(jīng)濟的發(fā)展和科學技術(shù)的進步,節(jié)約能源、保護環(huán)境已被社會各界所重視。電源是節(jié)約能源的重要環(huán)節(jié),經(jīng)過電力電子和電源技術(shù)處理之后的電力供應,節(jié)能效果明顯。例如,家用電器的待機損耗,人們往往不重視,這個耗電相當驚人。據(jù)美國統(tǒng)計,在美國這種損耗每年35-54億美元,德國環(huán)保機構(gòu)調(diào)查,在德國這種損耗每年23億美元,超過柏林全年用電總和。采用新的節(jié)能芯片之后,可把5-10W的待機損耗降到1-2W,甚至0.1-0.5W。電子鎮(zhèn)流器是個很小的產(chǎn)品,不但中國的內(nèi)地很多單位研究,香港、臺灣,甚至一些國外機構(gòu)都在研究,由于它應用范圍廣闊,一旦好的產(chǎn)品推出之后,就會產(chǎn)生很大的節(jié)能效果和經(jīng)濟效益。變頻調(diào)速得到廣泛應用,近年來變頻空調(diào)發(fā)展很快,變頻空調(diào)不僅能帶來舒適的生活環(huán)境,節(jié)電可達30%以上。
節(jié)約電力,就減少了不可再生的一次能源(如煤炭、石油)的消耗,而且減少了大氣污染。電源產(chǎn)品的小型化還可以節(jié)約大量的銅、鐵等原材料。所以,電力電子和電源技術(shù)的發(fā)展是一個國家技術(shù)進步的重要標志。有的專家預言:人類未來的福祉將經(jīng)由能源電子技術(shù)的突破而實現(xiàn)。