電力電子與能量轉(zhuǎn)換的案例
電力電子HIL仿真設(shè)備調(diào)研
一、調(diào)研背景
隨著電力電子技術(shù)在新能源、智能電網(wǎng)等領(lǐng)域的深入應(yīng)用，高校與科研機(jī)構(gòu)對相關(guān)教學(xué)科研設(shè)備的需求日益增長。HIL（硬件在環(huán)）仿真器作為電力電子實(shí)驗(yàn)教學(xué)的核心工具，其
電力電子HIL仿真設(shè)備調(diào)研
一、調(diào)研背景
隨著電力電子技術(shù)在新能源、智能電網(wǎng)等領(lǐng)域的深入應(yīng)用，高校與科研機(jī)構(gòu)對相關(guān)教學(xué)科研設(shè)備的需求日益增長。HIL（硬件在環(huán)）仿真器作為電力電子實(shí)驗(yàn)教學(xué)的核心工具，其性能、適配性及性價(jià)比成為關(guān)注重點(diǎn)。本次調(diào)研聚焦市場主流設(shè)備，重點(diǎn)研究森木磊石最新推出的 單價(jià)2.48萬的EGBox Nano 入門級 HIL 仿真器，探究其在電力電子教學(xué)科研場景中的應(yīng)用價(jià)值。
二、電力電子教學(xué)科研設(shè)備市場現(xiàn)狀
目前，電力電子教學(xué)科研設(shè)備市場品牌多樣，既有國外的 Opal-RT、dSPACE、Typhoon 等老牌廠商，也有國內(nèi)森木磊石等企業(yè)。國外產(chǎn)品技術(shù)成熟，但價(jià)格高昂、售后響應(yīng)慢；部分國內(nèi)產(chǎn)品在功能適配性上存在不足。高校與科研機(jī)構(gòu)亟需一款兼具性能、教學(xué)適配性與高性價(jià)比的設(shè)備，以滿足實(shí)驗(yàn)教學(xué)、科研創(chuàng)新的需求。
三、EGBox Nano 產(chǎn)品分析
（一）核心優(yōu)勢突出性價(jià)比
1、極致便攜，顛覆傳統(tǒng)
EGBox Nano 外觀尺寸僅為 84mm（長）×181mm（寬）×51mm（高），小巧輕便，打破傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)設(shè)備的笨重形態(tài)，便于課堂移動教學(xué)與學(xué)生自主實(shí)踐。
2、聚焦教學(xué)，全面實(shí)用
精準(zhǔn)適配高校電力電子與電機(jī)控制課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系，涵蓋 單相橋式可控整流、三相橋式有源逆變、永磁同步電機(jī)控制 等 20 + 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，覆蓋電氣工程及其自動化、自動化、電子信息工程等專業(yè)需求。
3、價(jià)格親民，資源普及
售價(jià)僅 ￥2.48w，相比進(jìn)口設(shè)備成本大幅降低，助力高校以更低投入實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源的普及，緩解教學(xué)設(shè)備經(jīng)費(fèi)壓力。
展開 《電力電子和電力拖動控制系統(tǒng)的MATLAB仿真》
【基本信息】 ISBN：7111180429 265 尺寸：小16開 印張：8.625 字?jǐn)?shù)：333000 印次：1 印刷時(shí)間：2006/01/01 用紙：膠版紙 版次：1
【內(nèi)容提要】
本書介紹了MATLAB及其圖形仿真界面SIMULINK的應(yīng)用基礎(chǔ)知識，詳細(xì)介紹了SIMULINK模型庫的電力電子和電機(jī)模塊的功能和使用，并通過大量實(shí)例介紹了電力電子電路和交直流調(diào)速系統(tǒng)的仿真方法和技巧。
本書可以作為高等校電力電子技術(shù)和電力拖動自動控制系統(tǒng)類課程的教學(xué)輔助或等候課教材，也可供相關(guān)專業(yè)研究生和工程技術(shù)人員學(xué)習(xí)與參與。
【目錄】
前言
第1章 MATLAB基礎(chǔ)
1.1 MATLAB介紹
1.2 MATLAB的安裝和啟動
1.3 MATLAB環(huán)境
1.4 MATLAB的計(jì)算基礎(chǔ)
1.5 MATLAB程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)
1.6 MATLAB常用的其他命令
1.7 MATLAB的繪圖功能
1.8 電力電子電路波形圖的繪制
第2章 SIMULINK環(huán)境和模型庫
2.1 系統(tǒng)仿真環(huán)境
2.2 SIMULINK模型庫中的模塊
2.3 電力系統(tǒng)模型庫
第3章 電力電子器件模型
3.1 二極管模型
3.2 晶閘管模型
3.3 可關(guān)斷晶閘管模型
3.4 電力場效應(yīng)晶體管模型
3.5 絕緣柵雙極型晶體管模型
3.6 理想開關(guān)模型
3.7 三相橋式整流電路模型
3.8 多功能橋式電路模型
3.9 驅(qū)動模型
第4章 變壓器和電動機(jī)模型
……
第5章 電力電子變流電路的仿真
第6章 直流調(diào)速系統(tǒng)的仿真
第7章 交流調(diào)速系統(tǒng)的仿真
第8章 提高功率因數(shù)的電力變流電路仿真
參考文獻(xiàn)
展開 研究人員發(fā)現(xiàn)超離子材料 適用于電池和其他能量轉(zhuǎn)換裝置
這些研究可能會推動發(fā)明用于各種能量轉(zhuǎn)換裝置的新材料。
二維超離子導(dǎo)體α-KAg3Se2的四層原子結(jié)構(gòu)，原子顏色與圖中名稱顏色相符。（圖片來源：阿貢實(shí)驗(yàn)室）
Kanatzidis的目標(biāo)材料是一種銀、鉀和硒的混合物（α-KAg3Se2），呈四層結(jié)構(gòu)，就像婚禮蛋糕一樣。這些2D材料具有長度和寬度，但幾乎沒有厚度，只有四個原子高。
超導(dǎo)材料在冷卻到極低溫度時(shí)，會失去所有對電子運(yùn)動的阻力。Kanatzidis表示：“令人失望的是，這種材料根本不是超導(dǎo)體，我們也不能讓它成為超導(dǎo)體。但是，讓我大吃一驚的是，這竟然是一個超離子導(dǎo)體的夢幻般的例子。”
在超離子導(dǎo)體中，帶電離子在固體材料中，可以像在電池的液體電解質(zhì)中一樣自由漫游，從而使固體具有異常高的離子電導(dǎo)率，這是導(dǎo)電能力的衡量標(biāo)準(zhǔn)。這種高離子電導(dǎo)率帶來了低熱導(dǎo)率，這意味著熱量不容易通過。這兩種特性加在一起，使超離子導(dǎo)體成為可用于能量存儲和轉(zhuǎn)換設(shè)備的超級材料。
該研究小組發(fā)現(xiàn)了這種具有特殊性質(zhì)的材料，第一條線索是，當(dāng)把這種材料加熱到華氏450-600度之間時(shí)，它會轉(zhuǎn)變?yōu)橐环N更對稱的分層結(jié)構(gòu)。研究人員還發(fā)現(xiàn)，當(dāng)降低溫度，然后再升到高溫區(qū)時(shí)，這種轉(zhuǎn)變是可逆的。Mercouri Kanatzidis表示：“分析結(jié)果顯示，在轉(zhuǎn)變之前，銀離子被固定在材料中有限的二維空間內(nèi)。然而，在發(fā)生轉(zhuǎn)變之后，它們會左右搖擺。”雖然人們對離子在三維空間中的運(yùn)動了解很多，但對其在二維空間中的運(yùn)動卻知之甚少。
一段時(shí)間以來，科學(xué)家們一直在尋找一種示范性材料，以用于研究2D材料中的離子運(yùn)動。這種層狀鉀銀硒材料似乎可成為其中之一。
展開 東芝開發(fā)新型磁性材料 可提高電機(jī)能量轉(zhuǎn)換效率
在不更改電機(jī)設(shè)計(jì)的情況下，東芝僅通過更換槽楔材料，便使其能量轉(zhuǎn)換效率明顯提高，同時(shí)充分降低成本。
-END-
北航《Science》子刊：超高滲透能量轉(zhuǎn)換的蘑菇狀納米通道陣列膜！
超高密度的離子通道具有單向離子輸運(yùn)和優(yōu)異的離子選擇性，從而實(shí)現(xiàn)高性能的能量轉(zhuǎn)換。在500倍鹽梯度下，輸出功率密度最高，可達(dá)22.4 W·m?2。
圖1 用于滲透發(fā)電的納米通道陣列膜。
圖2 超高密度蘑菇狀納米通道陣列膜。
圖3 納米通道陣列膜的離子輸運(yùn)調(diào)控。
圖4 超高滲透能轉(zhuǎn)換。
綜上所述，研究者制備了一種超高密度的蘑菇狀納米通道陣列膜，在鹽度梯度為500倍時(shí)，其功率密度可達(dá)22.4 W·m?2，在鹽度梯度為1000倍時(shí)，其功率密度甚至更高，為33.2 W·m?2。超高密度的離子通道，具有單向離子輸運(yùn)和優(yōu)異的離子選擇性，從而實(shí)現(xiàn)高性能的能量轉(zhuǎn)換。此外，膜制造的受控過程，為工業(yè)化生產(chǎn)提供了一種很有前途的方法。這項(xiàng)研究，為開發(fā)下一代不對稱納米孔膜，邁出了重要的一步，并為大規(guī)模滲透能量轉(zhuǎn)換開辟了廣闊的前景。（文：水生）
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展開 碳基非金屬催化劑在能量轉(zhuǎn)換和儲存關(guān)鍵反應(yīng)中的應(yīng)用
3．碳基無金屬催化劑在先進(jìn)能量轉(zhuǎn)換/儲存的最新進(jìn)展
3.1 基于單一電催化反應(yīng)的能量轉(zhuǎn)換/儲存器件
3.1.1 ORR反應(yīng)
圖5 CMFCs在ORR反應(yīng)中的應(yīng)用(1)
圖6 CMFCs在ORR反應(yīng)中的應(yīng)用(2)
ORR反應(yīng)是各種可持續(xù)和高效能量轉(zhuǎn)換和存儲技術(shù)的關(guān)鍵步驟。在過去數(shù)年中，大量的實(shí)驗(yàn)與理論結(jié)合致力于從機(jī)理上理解無金屬ORR電催化。一般而言，ORR可以通過O2直接還原為H2O的4e-還原途徑或兩步2e-途徑進(jìn)行，其中O2通過產(chǎn)生過氧化氫(H2O2)中間體，然后通過另一個2e-轉(zhuǎn)移進(jìn)一步還原為H2O。在兩種情況下，ORR中的第一個限速步驟是在催化活性位點(diǎn)吸附O2以形成吸附的OOH。對雜原子摻雜的CMFC的DFT計(jì)算表明，其優(yōu)異的ORR活性可歸因于sp2碳平面上的摻雜誘導(dǎo)電荷或自旋重新分布，可促進(jìn)氧吸附和/或隨后的O—O鍵斷裂。進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，摻雜劑的構(gòu)型和位置，特別是共摻雜的協(xié)同效應(yīng)，對于雜原子摻雜的CMFC的催化性能比總摻雜含量更為關(guān)鍵。除機(jī)理研究外，對于堿性或酸性介質(zhì)，高性能CMFC的設(shè)計(jì)也取得了重大進(jìn)展。
3.1.2 HER反應(yīng)
圖7 CMFCs在HER反應(yīng)中的應(yīng)用(1)
圖8 CMFCs在HER反應(yīng)中的應(yīng)用(2)
涉及HER和OER的電催化分解水被認(rèn)為是從水中產(chǎn)生氫的最有效方法之一。一般而言，有效的HER催化劑應(yīng)顯示出與吸附的H*的足夠強(qiáng)的相互作用以進(jìn)行有效的質(zhì)子-電子轉(zhuǎn)移，但其不應(yīng)太強(qiáng)而阻礙氣體產(chǎn)物(H2)的釋放。
展開 高熱穩(wěn)定鈣鈦礦太陽能電池的能量轉(zhuǎn)換效率超過21%
鈣鈦礦晶體有最佳的取向，導(dǎo)致鈣鈦礦太陽能電池的最佳能量轉(zhuǎn)換效率為21.2%。同時(shí)，它的熱穩(wěn)定性非常出色。作者相信這種方法會為鈣鈦礦膜的表面的化學(xué)當(dāng)量平衡的精準(zhǔn)控制和選擇高性能的鈣鈦礦太陽能電池的新型界面材料提供更多幫助。
文獻(xiàn)鏈接：Tailored Phase Conversion under Conjugated Polymer Enables Thermally Stable Perovskite Solar Cells with Efficiency Exceeding 21%（J. Am. Chem. Soc. ，2018，DOI: 10.1021/jacs.8b10520）
展開 武漢理工麥立強(qiáng)&徐林Chem綜述：納米線–生物界面進(jìn)展：從能量轉(zhuǎn)換到電生理學(xué)
納米–生物界面（nano–bio interface）可以看作是連接無機(jī)世界和生命世界的橋梁，研究無機(jī)納米材料與生物體在微納尺度的能量轉(zhuǎn)換與信息傳遞，在人工光合作用、微生物燃料電池、納米生物電子學(xué)等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用。最近，武漢理工大學(xué)的麥立強(qiáng)教授（通訊作者）團(tuán)隊(duì)在Cell子刊Chem應(yīng)邀發(fā)表了題為“Recent Advances in Nanowire–Biosystem Interface: From Chemical Conversion, Energy Production to Electrophysiology”的綜述文章。武漢理工大學(xué)徐林教授和美國哈佛大學(xué)博士后趙云龍為論文共同第一作者。該綜述主要從納米線–生物界面的構(gòu)筑、納米–細(xì)菌人工光合作用將CO2轉(zhuǎn)化成化學(xué)能源、微生物燃料電池、納米線生物傳感器等幾個方面討論了納米–生物界面的設(shè)計(jì)原理與應(yīng)用，最后作出了對納米–生物界面未來發(fā)展的展望。
綜述導(dǎo)覽圖
1.概況
無機(jī)納米材料和生物體分別在能源和生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用，無機(jī)–生命復(fù)合系統(tǒng)能將無機(jī)材料和生命物質(zhì)各自的優(yōu)勢結(jié)合起來。該綜述選取了基于納米線–生物界面的人工光合作用、微生物燃料電池、電生理學(xué)三個代表性的領(lǐng)域進(jìn)行了介紹。
（1）在人工光合作用方面，從生物體分離出來的酶能夠吸收光并作為催化劑使CO2轉(zhuǎn)變成化學(xué)產(chǎn)品，具有高的選擇性和低的能壘的優(yōu)勢，然而轉(zhuǎn)換效率只有0.5–2%；納米無機(jī)半導(dǎo)體光伏材料具有高達(dá)20%的轉(zhuǎn)換效率，然而CO2還原化學(xué)轉(zhuǎn)化的選擇性和純度不高。因此，納米無機(jī)–生命復(fù)合光合系統(tǒng)（Photosynthetic Biohybrid System, PBS）有望將無機(jī)材料高的轉(zhuǎn)換效率和生命物質(zhì)高的選擇性的優(yōu)勢結(jié)合起來。
展開 :自組織法制備的倒置型有機(jī)太陽能電池的能量轉(zhuǎn)換效率創(chuàng)新高！
在正向偏壓處，PVP作為陰極界面層的OSC的飽和電流更高，而在反向偏壓處，它們的泄漏電流和無陰極界面層的相當(dāng)，表明從受體（IT-4F）的最低未占分子軌道（LUMO）到ITO的電子提取勢壘降低，因此它們的整流比較高。
圖4.（a）不同分子量的PVP作為陰極界面層的OSC（自組織法）的J-V曲線，表明OSC的性能與PVP的分子量關(guān)系不大，這有助于OSC在實(shí)際中的應(yīng)用。
（b）三種OSC在光照下的歸一化的能量轉(zhuǎn)換效率。如圖所示，PVP作為陰極界面層，OSC的能量轉(zhuǎn)換效率降低較慢，作者猜測這是由于PVP超薄和受到活性層保護(hù)的緣故。
（c）PBDB-T:IT-M 、PBDB-TCl:IT-4F、 PBDTTT-T-E:IEICO 分別作為活性層的OSC的J-V曲線，表2是相關(guān)數(shù)據(jù)。這些OSC的制備方法也是自組織法，PVP作為陰極界面層和無陰極界面層對比的結(jié)果和PBDB-TF:IT-4F作為活性層時(shí)一致，尤其是PBDB-TCl:IT-4F作為活性層，能量轉(zhuǎn)換效率為14.0%，是目前為止倒置型OSC的最高值。
（d） PBDB-T、PBDB-TCl、PBDTTT-T-E、IT-M、IT-4F和 IEICO的分子結(jié)構(gòu)。
表2.PBDB-T:IT-M 、PBDB-TCl:IT-4F、 PBDTTT-T-E:IEICO 分別作為活性層的OSC的開路電壓、短路電流密度、填充因子、能量轉(zhuǎn)換效率。
展開 電力電子技術(shù)的作用與發(fā)展簡史
2000年，IEEE（電氣電子工程師協(xié)會，國際）終身會士、美國電力電子學(xué)會前主席 Thomas CWilson 總結(jié)了電力申子技術(shù)半個多世紀(jì)的發(fā)展.給出了—個事貼切的定義.電力電子技術(shù)是通過醬止的手段對電能進(jìn)行有效的轉(zhuǎn)換、控制和調(diào)節(jié)，從而把能得到的輸入電源形式變成所希望得到的輸出電源形式的科學(xué)應(yīng)用技術(shù)（Power electronics is the technology associated with the effcient conversion,control and conditioning of electric power by static means from its available input form into the desired electrical output form)。
概括起來說，電力電子技術(shù)就是變換電源的技術(shù)。它借助于數(shù)學(xué)、軟件等各種分析工具. 通過合理選擇使用電氣電子元器件和相關(guān)拓?fù)渥儞Q電路，應(yīng)用各種控制理論和專門設(shè)計(jì)技術(shù)，高效、實(shí)用、可靠地把能得到的電源變?yōu)樗枰碾娫矗詽M足不同的負(fù)載要求.同時(shí)以追求電源變換裝置的體積小、重量輕和成本低為目標(biāo)。電力電子技術(shù)的基本工作框圖如圖4-2所示。
電力電子技術(shù)的萌芽
各種產(chǎn)品設(shè)備對電源的不同要求，催生了電力電子技術(shù);電力電子器件的不斷涌現(xiàn).又發(fā)展了電力電子技術(shù)。早在1900年，美國紐約地鐵為了從交流電網(wǎng)中獲取直流電源為地鐵列車供電，就開始采用機(jī)械整流器的方法。由于機(jī)械整流器是旋轉(zhuǎn)的，目整流用的電接觸部分是相對運(yùn)動的，因而存在高損耗、大維修量等諸多問題，促使人們研究其他更好的技術(shù)來實(shí)現(xiàn)電源的變換，特別是以1948年發(fā)明晶體管為代表的半導(dǎo)體技術(shù)。
1831年 Michael Faradax發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)以后，最初的電動機(jī)和發(fā)電機(jī)是直流的，電力的用途主要是照明和電機(jī)傳動。
展開 下一代電力電子用氮化鎵器件
GaN可用于設(shè)計(jì)更小、更輕的電力電子系統(tǒng)，與硅基系統(tǒng)相比，具有相當(dāng)?shù)?em>能量損耗。零反向恢復(fù)，減少了電池充電器和牽引逆變器的開關(guān)損耗，以及更高的頻率和更快的開關(guān)速率，這些都是好處之一。此外，降低開關(guān)的開通和關(guān)斷損耗有助于減少電動汽車充電器和逆變器等應(yīng)用中電容器、電感器和變壓器的重量和體積。
支持者們斷言，WBG技術(shù)為功率轉(zhuǎn)換設(shè)計(jì)師提供了提高效率和功率密度的新方法。
與硅器件一樣，單
GaN
器件的電流處理能力仍有其上限。
實(shí)現(xiàn)
GaN
器件并聯(lián)是一種常見的方法。
GaN
的功率可以進(jìn)行縮放，
Honea
說：
“通過將氮化鎵晶體管并聯(lián)，我們可以擴(kuò)大功率。
然而，如果將它們并聯(lián)，諧振的可能性會成倍增加，必須確保不會激發(fā)和放大它們。
”
來源：星辰工業(yè)電子簡訊
展開 
智芯研報(bào) | GaN電力電子器件的現(xiàn)在與未來
GaN電力電子器件具有更高的功率密度，采用GaN的充電器體積小（僅為原來的1/4）、重量輕、轉(zhuǎn)換效率高、發(fā)熱低、安全性強(qiáng)，較普通充電器有顯著優(yōu)勢。根據(jù)內(nèi)部電路架構(gòu)的不同，約使用1-2顆的GaN電力電子器件，平均轉(zhuǎn)換效率約能達(dá)到90%左右。
Navitas GaN 單管應(yīng)用舉例
GaN電力電子器件目前雖然被大眾熟知的基本只有快充領(lǐng)域，但實(shí)際上其早就在工業(yè)電源領(lǐng)域有了一定的應(yīng)用，但之前由于成本偏高，在消費(fèi)領(lǐng)域沒有太多推廣。隨著GaN-on-Si電力電子器件成本的下降，下游應(yīng)用廠家及配套企業(yè)開始積極布局GaN快充市場。但隨著近兩年來國內(nèi)外產(chǎn)線產(chǎn)能的不斷擴(kuò)大，制造技術(shù)的逐漸成熟，GaN電力電子器件的成本已經(jīng)達(dá)到了廠商采購的甜蜜點(diǎn)。從IDM廠商給出的生產(chǎn)成本來看，目前GaN電力電子器件成本已經(jīng)接近Si。
據(jù)Gartner數(shù)據(jù)，全球智能設(shè)備年均新增出貨量超 20 億臺，隨著GaN在該市場的滲透提速，未來幾年消費(fèi)類電源快充市場將成為GaN電力電子最大的推動力。
不僅僅是手機(jī)快充，GaN未來幾乎可以應(yīng)用于所有的消費(fèi)類電源模塊市場，如白家電、3c產(chǎn)品，可以想象到未來市場有多么巨大。
目前，國際已經(jīng)有電腦廠家在新推出的新品電腦中，標(biāo)配了內(nèi)置GaN功率芯片電腦電源適配器；國內(nèi)已經(jīng)有手機(jī)廠家在量產(chǎn)內(nèi)置GaN功率芯片的產(chǎn)品；據(jù)了解，OLED為了追求更輕薄的尺寸，也有廠商在考慮采用GaN電力電子器件。
展開 IGBT為什么被稱為電力電子行業(yè)的“CPU”
資料來源：響拇指電子；如侵權(quán)請聯(lián)系我們刪除，謝謝
國聯(lián)萬眾碳化硅（SiC）電力電子器件產(chǎn)品手冊
公司定位為第三代半導(dǎo)體材料及應(yīng)用聯(lián)合創(chuàng)新基地的建設(shè)、運(yùn)營管理、服務(wù)；集成電路、半導(dǎo)體分立器件、光電子器件、通信系統(tǒng)設(shè)備、通信終端設(shè)備、電力電子元器件制造、銷售；研發(fā)創(chuàng)新、科技服務(wù)平臺搭建；科技成果轉(zhuǎn)化、產(chǎn)業(yè)孵化、產(chǎn)業(yè)基金、產(chǎn)業(yè)投資。公司致力于推動第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈和創(chuàng)新鏈構(gòu)建，促進(jìn)產(chǎn)學(xué)研用合作以及跨界應(yīng)用的開放協(xié)同創(chuàng)新，推動產(chǎn)業(yè)生態(tài)體系的建設(shè)。
聯(lián)系方式：
張利民 13001895445
姬鵬飛 18603230385
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國聯(lián)萬眾碳化硅（SiC）電力電子器件產(chǎn)品手冊
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張利民 13001895445
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