電力電子技術(shù)在電氣工程中的運(yùn)用

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摘要：當(dāng)今社會(huì)經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展，我國(guó)的經(jīng)濟(jì)體系越來(lái)越完備，各行各業(yè)的發(fā)展升級(jí)都取得了顯著的成績(jī)，工程收入在中國(guó)的經(jīng)濟(jì)總額中也貢獻(xiàn)了很大一部分力量。為了讓電氣行業(yè)緊跟時(shí)展的潮流，在我國(guó)的電氣工程中加大應(yīng)用電力電子技術(shù)的力度，有利于推動(dòng)該行業(yè)可持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展。文章從電力電子技術(shù)的內(nèi)容、發(fā)展情況、應(yīng)用方面等進(jìn)行了探究，力求尋找到適合電力電子技術(shù)應(yīng)用的優(yōu)質(zhì)措施。

關(guān)鍵詞：電子電力技術(shù)；電氣工程；應(yīng)用

這幾年來(lái)，由于科學(xué)技術(shù)越來(lái)越發(fā)達(dá)，我國(guó)的電力電子技術(shù)也開始走向成熟和穩(wěn)定，應(yīng)用范圍逐漸擴(kuò)展，已經(jīng)涉足的行業(yè)有工業(yè)、交通、國(guó)防等。電力電子技術(shù)主要的功能就是通過(guò)對(duì)電子設(shè)備的使用和轉(zhuǎn)換，用弱電子來(lái)引導(dǎo)強(qiáng)電力，實(shí)現(xiàn)電力之間的最大化效用。電力電子技術(shù)的應(yīng)用包括但不限于電氣工程，現(xiàn)今在電動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)領(lǐng)域也分得了自己的一杯羹，新領(lǐng)域的應(yīng)用，還幫助了電能生產(chǎn)，提高了利用效果，節(jié)省了很大一部分能源，為中國(guó)的能源事業(yè)做出自己的貢獻(xiàn)，另一方面也可以提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性。

1電力電子技術(shù)的概念

電力電子技術(shù)已經(jīng)成長(zhǎng)為一種逐漸興起的技術(shù)，它主要是應(yīng)用電子的零件來(lái)轉(zhuǎn)換和控制電力，常見的電力電子零件主要有閘管、高斯型軌道以及大功率半導(dǎo)體的開關(guān)零件等。電力電子技術(shù)能夠轉(zhuǎn)換的電能功率從1W甚至更小，一直到兆瓦或者更大，都是它可以實(shí)現(xiàn)控制的范圍，電力電子技術(shù)與信息電子技術(shù)有著很大的不同，信息電子技術(shù)是用來(lái)處理信息數(shù)據(jù)的，而電力電子技術(shù)則是用來(lái)轉(zhuǎn)換電力的。電力電子技術(shù)從實(shí)用角度分為兩種，分別是電力電子制造技術(shù)以及變流技術(shù)，變流技術(shù)包含的范圍比較廣泛，主要有整流、斬波、變頻以及逆變等?，F(xiàn)如今的電氣工程專業(yè)以及自動(dòng)化專業(yè)中，都有著電力電子技術(shù)的基礎(chǔ)專業(yè)課程，這給中國(guó)的電力事業(yè)培養(yǎng)了大量的人才。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，已經(jīng)將其分為電子學(xué)、電工原理、自動(dòng)控制三門類目，并進(jìn)行高效施行學(xué)習(xí)，由于電力電子技術(shù)有著強(qiáng)大的功率，因此日常主要給強(qiáng)電工業(yè)服務(wù)。電力電子技術(shù)主要分四大系統(tǒng)，即零件、電路、裝置和對(duì)應(yīng)系統(tǒng)。由于零件多為半導(dǎo)體材料，主要的材料是單晶硅，因此，電子零件將半導(dǎo)體物理學(xué)作為了理論基礎(chǔ)，將半導(dǎo)體技術(shù)作為了主要技術(shù)[1]。

2電力電子技術(shù)的發(fā)展

隨著晶體管的發(fā)明，大家都認(rèn)為固態(tài)的電子時(shí)代將要到來(lái)，發(fā)明了晶閘管就意味著電子技術(shù)逐漸走向更高的發(fā)展。這些年來(lái)，高端技術(shù)出現(xiàn)的越來(lái)越多，電力電子技術(shù)不斷發(fā)展，也開始得到了更多的應(yīng)用機(jī)會(huì)。整體上來(lái)看，電力電子技術(shù)的發(fā)展主要分為以下3個(gè)時(shí)代階段[2]。

2.1晶閘管時(shí)代階段

也就是有些人所說(shuō)的晶閘管整流時(shí)代，主要發(fā)展時(shí)間為20世紀(jì)六七十年代。那時(shí)電力電子技術(shù)主要是為工廠開發(fā)大功率服務(wù)，應(yīng)用的是50Hz的交流發(fā)電機(jī)，在當(dāng)時(shí)直流電供電所占的比例還非常小?，F(xiàn)如今，中國(guó)許多的發(fā)電廠都把交流電轉(zhuǎn)換成為直流電以滿足工廠生產(chǎn)的用電需求，因此，功率更大的晶閘管和硅整流器才應(yīng)運(yùn)而生，為我國(guó)的工業(yè)生產(chǎn)提供了足夠的直流電電力，于是發(fā)展到了晶閘管整流的新時(shí)代。

2.2逆變時(shí)代階段

此階段出現(xiàn)在20世紀(jì)70年代以后。彼時(shí)全球爆發(fā)了能源危機(jī)，人們開始重視節(jié)約能源資源，各國(guó)為了度過(guò)危機(jī)制定出一系列關(guān)于環(huán)保的發(fā)展計(jì)劃，建議工廠生產(chǎn)盡量使用交流電。在交流電重新需要廣泛應(yīng)用的情況下，科學(xué)家研發(fā)出了自關(guān)斷零部件并且投入到生產(chǎn)當(dāng)中去，由此進(jìn)入到新的時(shí)代階段，即逆變時(shí)代。逆變的意思很明顯，就是把直流電轉(zhuǎn)換成為交流電，從而有效節(jié)約能源。

2.3變頻時(shí)代

由于逆變技術(shù)的工作效率比較低，即使把直流電轉(zhuǎn)換成了交流電，也有著較大的損耗和成本，并且難以滿足工業(yè)生產(chǎn)的電力需求，因此，在80年代以后，集成電路被發(fā)明出來(lái)，提高了供電的效率，它把各種當(dāng)時(shí)的先進(jìn)技術(shù)融合起來(lái)，展開了一個(gè)全新的電力電子變頻時(shí)代。在這個(gè)時(shí)代下，電力電子零件開發(fā)的環(huán)境比以前更加復(fù)雜，零件之間的關(guān)聯(lián)性也得到加強(qiáng)，功能得到進(jìn)一步的強(qiáng)化，這些都表明了電力電子的發(fā)展越來(lái)越高頻化。

3在電氣工程中的意義

以計(jì)算機(jī)和自動(dòng)化控制兩種技術(shù)作為基礎(chǔ)，電力電子技術(shù)就可以做到在不同的電能之間進(jìn)行轉(zhuǎn)化，這大大提高了電氣系統(tǒng)在工作和自控裝置上面的效率，也改善了服務(wù)質(zhì)量，使得電力電子技術(shù)能夠做到更好的工業(yè)服務(wù)，這對(duì)于電氣工程產(chǎn)生了以下幾個(gè)重要的意義[3-4]。（1）提高了電氣系統(tǒng)智能自動(dòng)化的程度。電力電子零部件的開發(fā)探索推動(dòng)著電氣系統(tǒng)逐步趨向智能自動(dòng)化，給電子技術(shù)帶來(lái)良好的發(fā)展前景，智能控制和模糊控制則是其發(fā)展的基礎(chǔ)。（2）提高社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。電力電子技術(shù)的功率一直都非常大，這不但能夠提高電子零部件和系統(tǒng)的工作效率，而且也能夠?qū)Y源進(jìn)行節(jié)約，給予人們安全、高效的電能，因此在社會(huì)意義和經(jīng)濟(jì)意義上都有著重大的意義。（3）革新技術(shù)的同時(shí)給企業(yè)帶來(lái)完整的產(chǎn)業(yè)管理模式。隨著電力電子技術(shù)不斷更新?lián)Q代，生產(chǎn)企業(yè)的管理也開始發(fā)生變化，電子技術(shù)不僅為企業(yè)的生產(chǎn)提高了技術(shù)水平，也推動(dòng)了企業(yè)管理者制定新的管理模式，更新產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，開發(fā)新型產(chǎn)業(yè)，從而促進(jìn)企業(yè)的健康可持續(xù)發(fā)展。

4在電氣工程中的應(yīng)用

電力電子技術(shù)應(yīng)用到變電站中去，給變電站的工作帶來(lái)了效率提高以及工人減少兩大好處，這有效減少了工作上的失誤，提高了企業(yè)生產(chǎn)的效率和質(zhì)量。電力電子技術(shù)應(yīng)用在變電站給技術(shù)人員的監(jiān)管工作帶來(lái)極大的便利，有助于工作人員及時(shí)尋找、彌補(bǔ)問(wèn)題，保證變電站的運(yùn)行。隨著現(xiàn)代技術(shù)的發(fā)展，電力電子技術(shù)也給變電站帶來(lái)了科學(xué)的管理措施，因此，變電站應(yīng)該關(guān)注電力電子技術(shù)的發(fā)展創(chuàng)新，降低變電站事故的數(shù)量。電力電子技術(shù)的發(fā)展，離不開晶閘管的發(fā)明，晶閘管的使用開啟了中國(guó)電氣工程新的篇章。由于交流變頻技術(shù)已經(jīng)被逐步普及應(yīng)用，但是第一代的電力電子零部件卻開始慢慢落后，因此第二代的電力電子開關(guān)被研發(fā)出來(lái)，其主要是全控型部件如CTR，GTO等，主要功能是提高各部件對(duì)電流電壓的適應(yīng)能力。這種開關(guān)在具體操作的時(shí)候通常需要很大的電流來(lái)進(jìn)行輔助，因此也加大了控制的難度。在這些零部件里面，有一個(gè)叫作MOSEFT的電壓驅(qū)動(dòng)零部件，它不需要很大的電力來(lái)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，但是卻可以加快開關(guān)的速度，讓工具安全快速地運(yùn)行。缺點(diǎn)就是與MOSEFT在一起工作的部件電壓額會(huì)不斷地上升，從而導(dǎo)致對(duì)P-MOSEFT的發(fā)展產(chǎn)生限制。為了解決這一系列的問(wèn)題，復(fù)合型的新器件IGBT和MGT就被研發(fā)出來(lái)。IGBT主要的特征是高輸入阻抗和運(yùn)轉(zhuǎn)速度快、時(shí)間短、大電流面的密度與GTR有的一拼，新一代的電子器件由于本身的開關(guān)速度加快、通電電壓更小以及運(yùn)行平穩(wěn)、電路簡(jiǎn)易等優(yōu)點(diǎn)，逐漸在現(xiàn)代化電氣中占據(jù)最重要的地位，這些優(yōu)點(diǎn)恰恰是電氣工程在器件方面最根本的需要。在新型電子器件中，由于先進(jìn)技術(shù)的推動(dòng)，企業(yè)的生產(chǎn)和推廣一直都在不斷地加大，這對(duì)于電子器件復(fù)合化發(fā)展，以及其向模塊化發(fā)展都有著巨大的幫助和推動(dòng)作用[5]。在電力電子零部件不斷進(jìn)行發(fā)展和創(chuàng)新的情況下，其內(nèi)部的轉(zhuǎn)換器也開始隨之改進(jìn)，變更后的新型逆變器解決了原來(lái)供應(yīng)新一代器件電力不足的缺點(diǎn)，既能夠供應(yīng)充足的電力，又能夠降低電力的損耗，簡(jiǎn)單組合一個(gè)年便器就可以隨意轉(zhuǎn)換零電壓和零電流。要將變頻器從低頻轉(zhuǎn)換為高頻，需要我們長(zhǎng)期不斷地努力和探究，這既有利于節(jié)約企業(yè)的能源和成本，也有利于推動(dòng)電力系統(tǒng)深入長(zhǎng)期地穩(wěn)定發(fā)展。在當(dāng)今社會(huì)，電氣工程不斷得到發(fā)展，交流電控制理論的研究在許多領(lǐng)域得到了關(guān)注和探索，人們研究交流電主要是用于把電動(dòng)模型由復(fù)雜變?yōu)楹?jiǎn)單。在研究方面，主要是從交流電的控制和結(jié)構(gòu)等一些角度來(lái)進(jìn)行研究。這些研究明確了信號(hào)處理物是什么，也有著提高運(yùn)行效率等優(yōu)點(diǎn)，改變著原來(lái)的交流調(diào)速方式，緊跟現(xiàn)代化的腳步。變頻技術(shù)在許多領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用和開展，矢量控制性也逐漸被人們所接受認(rèn)可，開始進(jìn)行大規(guī)模生產(chǎn)，它應(yīng)用的是數(shù)字控制以及有關(guān)的軟件來(lái)對(duì)實(shí)行電氣系統(tǒng)的智能自動(dòng)化，這樣有利于提高變頻器件對(duì)于結(jié)構(gòu)的適應(yīng)能力?，F(xiàn)今社會(huì)科技飛速發(fā)展，先進(jìn)技術(shù)和手段越來(lái)越多，在電氣工程方面的應(yīng)用也逐漸升級(jí)并且普及，變頻技術(shù)高效可控制的性能深受人們喜愛(ài)，人們也在不斷地研究探討電力電子技術(shù)下一個(gè)新時(shí)代的來(lái)臨。

5結(jié)語(yǔ)

電力電子技術(shù)研究給現(xiàn)代化的電氣工程事業(yè)帶來(lái)重大意義，從電力電子技術(shù)在電氣工程中的應(yīng)用這一探索之中我們可以發(fā)現(xiàn)，電力電子技術(shù)的發(fā)展前景直接決定了電氣工程的發(fā)展進(jìn)步。因此，技術(shù)人員應(yīng)該對(duì)電力電子技術(shù)有著徹底的了解和高超的水平，掌握電子技術(shù)的核心技術(shù)，推動(dòng)電力電子技術(shù)的不斷創(chuàng)新和發(fā)展，給現(xiàn)代化的電氣工程事業(yè)添磚加瓦。

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[5]郁瑾.電力電子技術(shù)在電氣工程中的應(yīng)用[J].城市建設(shè)理論研究，2015（30）：602.

作者：康偉 單位：遼寧工業(yè)大學(xué)