電力電子技術(shù)在電氣工程中的運用

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摘要：當今社會經(jīng)濟不斷發(fā)展，我國的經(jīng)濟體系越來越完備，各行各業(yè)的發(fā)展升級都取得了顯著的成績，工程收入在中國的經(jīng)濟總額中也貢獻了很大一部分力量。為了讓電氣行業(yè)緊跟時展的潮流，在我國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，由于科學技術(shù)越來越發(fā)達，我國的電力電子技術(shù)也開始走向成熟和穩(wěn)定，應(yīng)用范圍逐漸擴展，已經(jīng)涉足的行業(yè)有工業(yè)、交通、國防等。電力電子技術(shù)主要的功能就是通過對電子設(shè)備的使用和轉(zhuǎn)換，用弱電子來引導強電力，實現(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)今在電動機和發(fā)電機領(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，為中國的能源事業(yè)做出自己的貢獻，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)成長為一種逐漸興起的技術(shù)，它主要是應(yīng)用電子的零件來轉(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)是用來處理信息數(shù)據(jù)的，而電力電子技術(shù)則是用來轉(zhuǎn)換電力的。電力電子技術(shù)從實用角度分為兩種，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、電工原理、自動控制三門類目，并進行高效施行學習，由于電力電子技術(shù)有著強大的功率，因此日常主要給強電工業(yè)服務(wù)。電力電子技術(shù)主要分四大系統(tǒng)，即零件、電路、裝置和對應(yīng)系統(tǒng)。由于零件多為半導體材料，主要的材料是單晶硅，因此，電子零件將半導體物理學作為了理論基礎(chǔ)，將半導體技術(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，大家都認為固態(tài)的電子時代將要到來，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，高端技術(shù)出現(xiàn)的越來越多，電力電子技術(shù)不斷發(fā)展，也開始得到了更多的應(yīng)用機會。整體上來看，電力電子技術(shù)的發(fā)展主要分為以下3個時代階段[2]。

2.1晶閘管時代階段

也就是有些人所說的晶閘管整流時代，主要發(fā)展時間為20世紀六七十年代。那時電力電子技術(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，在當時直流電供電所占的比例還非常小?，F(xiàn)如今，中國許多的發(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)運而生，為我國的工業(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代。

2.2逆變時代階段

此階段出現(xiàn)在20世紀70年代以后。彼時全球爆發(fā)了能源危機，人們開始重視節(jié)約能源資源，各國為了度過危機制定出一系列關(guān)于環(huán)保的發(fā)展計劃，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，科學家研發(fā)出了自關(guān)斷零部件并且投入到生產(chǎn)當中去，由此進入到新的時代階段，即逆變時代。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，提高了供電的效率，它把各種當時的先進技術(shù)融合起來，展開了一個全新的電力電子變頻時代。在這個時代下，電力電子零件開發(fā)的環(huán)境比以前更加復雜，零件之間的關(guān)聯(lián)性也得到加強，功能得到進一步的強化，這些都表明了電力電子的發(fā)展越來越高頻化。

3在電氣工程中的意義

以計算機和自動化控制兩種技術(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)，這對于電氣工程產(chǎn)生了以下幾個重要的意義[3-4]。（1）提高了電氣系統(tǒng)智能自動化的程度。電力電子零部件的開發(fā)探索推動著電氣系統(tǒng)逐步趨向智能自動化，給電子技術(shù)帶來良好的發(fā)展前景，智能控制和模糊控制則是其發(fā)展的基礎(chǔ)。（2）提高社會效益和經(jīng)濟效益。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源進行節(jié)約，給予人們安全、高效的電能，因此在社會意義和經(jīng)濟意義上都有著重大的意義。（3）革新技術(shù)的同時給企業(yè)帶來完整的產(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)管工作帶來極大的便利，有助于工作人員及時尋找、彌補問題，保證變電站的運行。隨著現(xiàn)代技術(shù)的發(fā)展，電力電子技術(shù)也給變電站帶來了科學的管理措施，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，其主要是全控型部件如CTR，GTO等，主要功能是提高各部件對電流電壓的適應(yīng)能力。這種開關(guān)在具體操作的時候通常需要很大的電流來進行輔助，因此也加大了控制的難度。在這些零部件里面，有一個叫作MOSEFT的電壓驅(qū)動零部件，它不需要很大的電力來進行驅(qū)動，但是卻可以加快開關(guān)的速度，讓工具安全快速地運行。缺點就是與MOSEFT在一起工作的部件電壓額會不斷地上升，從而導致對P-MOSEFT的發(fā)展產(chǎn)生限制。為了解決這一系列的問題，復合型的新器件IGBT和MGT就被研發(fā)出來。IGBT主要的特征是高輸入阻抗和運轉(zhuǎn)速度快、時間短、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行平穩(wěn)、電路簡易等優(yōu)點，逐漸在現(xiàn)代化電氣中占據(jù)最重要的地位，這些優(yōu)點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，由于先進技術(shù)的推動，企業(yè)的生產(chǎn)和推廣一直都在不斷地加大，這對于電子器件復合化發(fā)展，以及其向模塊化發(fā)展都有著巨大的幫助和推動作用[5]。在電力電子零部件不斷進行發(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，變更后的新型逆變器解決了原來供應(yīng)新一代器件電力不足的缺點，既能夠供應(yīng)充足的電力，又能夠降低電力的損耗，簡單組合一個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，也有利于推動電力系統(tǒng)深入長期地穩(wěn)定發(fā)展。在當今社會，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模型由復雜變?yōu)楹唵?。在研究方面，主要是從交流電的控制和結(jié)構(gòu)等一些角度來進行研究。這些研究明確了信號處理物是什么，也有著提高運行效率等優(yōu)點，改變著原來的交流調(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可，開始進行大規(guī)模生產(chǎn)，它應(yīng)用的是數(shù)字控制以及有關(guān)的軟件來對實行電氣系統(tǒng)的智能自動化，這樣有利于提高變頻器件對于結(jié)構(gòu)的適應(yīng)能力?，F(xiàn)今社會科技飛速發(fā)展，先進技術(shù)和手段越來越多，在電氣工程方面的應(yīng)用也逐漸升級并且普及，變頻技術(shù)高效可控制的性能深受人們喜愛，人們也在不斷地研究探討電力電子技術(shù)下一個新時代的來臨。

5結(jié)語

電力電子技術(shù)研究給現(xiàn)代化的電氣工程事業(yè)帶來重大意義，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)展進步。因此，技術(shù)人員應(yīng)該對電力電子技術(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。

[參考文獻]

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[2]李敏.電力電子技術(shù)在電氣工程中的應(yīng)用[J].通訊世界，2015（23）：124-125.

[3]劉飄羽.關(guān)于電力電子技術(shù)在電氣工程中的應(yīng)用[J].科學與財富，2016（7）：483.

[4]許志偉，黃雪原.電力電子技術(shù)在電氣工程中的應(yīng)用[J].大科技，2016（6）：178.

[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