電力電子技術在電氣工程中的應用

康 偉

（遼寧工業(yè)大學，遼寧 錦州 121000）

這幾年來，由于科學技術越來越發(fā)達，我國的電力電子技術也開始走向成熟和穩(wěn)定，應用范圍逐漸擴展，已經涉足的行業(yè)有工業(yè)、交通、國防等。電力電子技術主要的功能就是通過對電子設備的使用和轉換，用弱電子來引導強電力，實現電力之間的最大化效用。電力電子技術的應用包括但不限于電氣工程，現今在電動機和發(fā)電機領域也分得了自己的一杯羹，新領域的應用，還幫助了電能生產，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的穩(wěn)定性和安全性。

1 電力電子技術的概念

電力電子技術已經成長為一種逐漸興起的技術，它主要是應用電子的零件來轉換和控制電力，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零件等。電力電子技術能夠轉換的電能功率從1 W甚至更小，一直到兆瓦或者更大，都是它可以實現控制的范圍，電力電子技術與信息電子技術有著很大的不同，信息電子技術是用來處理信息數據的，而電力電子技術則是用來轉換電力的。

電力電子技術從實用角度分為兩種，分別是電力電子制造技術以及變流技術，變流技術包含的范圍比較廣泛，主要有整流、斬波、變頻以及逆變等。現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的基礎專業(yè)課程，這給中國的電力事業(yè)培養(yǎng)了大量的人才。

隨著電力電子技術的發(fā)展，已經將其分為電子學、電工原理、自動控制三門類目，并進行高效施行學習，由于電力電子技術有著強大的功率，因此日常主要給強電工業(yè)服務。電力電子技術主要分四大系統，即零件、電路、裝置和對應系統。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，將半導體技術作為了主要技術[1]。

2 電力電子技術的發(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逐漸走向更高的發(fā)展。這些年來，高端技術出現的越來越多，電力電子技術不斷發(fā)展，也開始得到了更多的應用機會。整體上來看，電力電子技術的發(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。那時電力電子技術主要是為工廠開發(fā)大功率服務，應用的是50 Hz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如今，中國許多的發(fā)電廠都把交流電轉換成為直流電以滿足工廠生產的用電需求，因此，功率更大的晶閘管和硅整流器才應運而生，為我國的工業(yè)生產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于環(huán)保的發(fā)展計劃，建議工廠生產盡量使用交流電。在交流電重新需要廣泛應用的情況下，科學家研發(fā)出了自關斷零部件并且投入到生產當中去，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

由于逆變技術的工作效率比較低，即使把直流電轉換成了交流電，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，零件之間的關聯性也得到加強，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作為基礎，電力電子技術就可以做到在不同的電能之間進行轉化，這大大提高了電氣系統在工作和自控裝置上面的效率，也改善了服務質量，使得電力電子技術能夠做到更好的工業(yè)服務，這對于電氣工程產生了以下幾個重要的意義[3-4]。

（1）提高了電氣系統智能自動化的程度。電力電子零部件的開發(fā)探索推動著電氣系統逐步趨向智能自動化，給電子技術帶來良好的發(fā)展前景，智能控制和模糊控制則是其發(fā)展的基礎。

（2）提高社會效益和經濟效益。電力電子技術的功率一直都非常大，這不但能夠提高電子零部件和系統的工作效率，而且也能夠對資源進行節(jié)約，給予人們安全、高效的電能，因此在社會意義和經濟意義上都有著重大的意義。

（3）革新技術的同時給企業(yè)帶來完整的產業(yè)管理模式。隨著電力電子技術不斷更新換代，生產企業(yè)的管理也開始發(fā)生變化，電子技術不僅為企業(yè)的生產提高了技術水平，也推動了企業(yè)管理者制定新的管理模式，更新產業(yè)結構，開發(fā)新型產業(yè)，從而促進企業(yè)的健康可持續(xù)發(fā)展。

4 在電氣工程中的應用

電力電子技術應用到變電站中去，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)生產的效率和質量。電力電子技術應用在變電站給技術人員的監(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。隨著現代技術的發(fā)展，電力電子技術也給變電站帶來了科學的管理措施，因此，變電站應該關注電力電子技術的發(fā)展創(chuàng)新，降低變電站事故的數量。

電力電子技術的發(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。由于交流變頻技術已經被逐步普及應用，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能力。這種開關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的電壓驅動零部件，它不需要很大的電力來進行驅動，但是卻可以加快開關的速度，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，逐漸在現代化電氣中占據最重要的地位，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，由于先進技術的推動，企業(yè)的生產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，其內部的轉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新一代器件電力不足的缺點，既能夠供應充足的電力，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換零電壓和零電流。要將變頻器從低頻轉換為高頻，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域得到了關注和探索，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構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速方式，緊跟現代化的腳步。

變頻技術在許多領域得到了廣泛應用和開展，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，它應用的是數字控制以及有關的軟件來對實行電氣系統的智能自動化，這樣有利于提高變頻器件對于結構的適應能力?，F今社會科技飛速發(fā)展，先進技術和手段越來越多，在電氣工程方面的應用也逐漸升級并且普及，變頻技術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下一個新時代的來臨。

5 結語

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

[1]辛自愿.電力電子技術在電氣工程中的應用[J].建筑工程技術與設計，2016（27）：178.

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

[3]劉飄羽.關于電力電子技術在電氣工程中的應用[J].科學與財富，2016（7）：483.

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

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