電力電子技術在電氣工程中的應用

張春霞

（武漢職業(yè)技術學院電子信息工程學院，湖北武漢 430074）

0 引言

電力電子技術是一種新興技術，主要指借助電子技術實現對電能的控制，到達以弱電控制強電的目的。隨著我國電力電子技術逐漸完善，其應用范圍也在不斷擴大，在各個行業(yè)中應用廣泛，并取得了卓越成績。科技發(fā)展推進了電力電子技術的進步，同時也提升了電力電子技術的運行效率。近年來，電力電子技術已經被廣泛應用到國防、醫(yī)療、農業(yè)等多個領域之中，實現了電力電子技術在各行各業(yè)的全覆蓋。當前，電力電子技術已經成為電氣工程中一項重要的組成部分，尤其在電機等設備中具有顯著的應用優(yōu)勢。借助電力電子技術能夠節(jié)約能源、增加系統(tǒng)運行安全性，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

1 電力電子技術概述

1.1 電力電子技術

電力電子技術作為一種新興技術，能夠實現電能轉換、電能控制，在各個領域中起到重要作用[1]。一般來說，電力電子技術器件中包含大功率半導體開關器件、高斯型軌道等，利用這些器件能夠將電能功率進行轉換。區(qū)別于一般的信息電子技術，電力電子技術能夠進行電力資源的轉換，而信息電子技術則主要負責對數據信息進行處理。

1.2 電力電子技術的分類

當前，電力電子技術在電氣工程中的應用十分廣泛。對電力電子技術進行分類，按照其功能類型劃分可分為電力電子制造技術和電力電子變流技術兩類：前者主要針對電力電子器件的制造，后者則主要包括對電力的整流、斬波、逆變等功能。其中，電力電子制造技術范圍覆蓋較廣且專業(yè)性較強。由于電力電子技術具有大功率的特性，因此在一些工業(yè)電氣工程領域應用較為突出[2]。電力電子器件包括電子元件、電子電路、電子裝置和電子系統(tǒng)。電力電子器件的制造通常采用晶硅類半導體材料，應用相關理論基礎，結合半導體器件工藝制造而成。隨著科技的快速發(fā)展，現今的電力電子技術中廣泛采用微電子學技術，該項技術結合電子學基礎理論，并延續(xù)傳統(tǒng)電力電子器件的特點，能夠滿足電能轉換實際需求。當前，將電子學基礎理論應用到電力電子技術中，能夠實現電能轉換、電能控制、控制顯示、信息集成處理等諸多功能。電子學基礎理論在電力電子技術領域的應用，也為電力電子技術提供了更加廣闊的發(fā)展空間。將不同領域中應用的電路進行整合，從而形成具備多用途的電力電子裝置。將電力電子裝置、配套設施、負載進行組合能夠形成一個電力電子系統(tǒng)，從而實現機電一體化的電能應用。

1.3 電力電子技術的發(fā)展演變

電力電子技術的發(fā)展最初源于晶閘管的研發(fā)[3]。晶閘管能夠實現電力的整流，在20 世紀60 年代中期應用較為廣泛，并取得了卓越的成績。當時，晶閘管主要用于50 Hz 交流發(fā)電機的發(fā)電工作中，能夠為當時社會生產提供大功率電力資源，很少應用到直流電供應領域。后來，隨著人們對于用電需求量的快速增長，晶閘管開始應用于直流電供應領域，解決當時社會生產的電流轉換問題。到70 年代初期，能源需求量直線上升導致能源供不應求，人們開始廣泛關注節(jié)能減排，以解決能源危機為社會經濟帶來的不利影響。此時，自關斷器件逐漸應用到工業(yè)生產領域，從此電力電子技術步入了一個全新的逆變階段。通過在交流電機中安裝自關斷器件，實現交流電機的電力轉換，達到節(jié)能減排的目的。但總體來說，采用電力電子逆變技術的轉換效率較低，并未解決一些大型工業(yè)企業(yè)的實際問題，無法滿足其供電需要。

隨著各類高端科學技術不斷涌現，集成電路的研發(fā)使得電力電子技術進入到變頻器時代。集成電路能夠對超高壓電流進行轉換，結合經濟加工技術能夠有效的提高電力供應效率，解決電力供應的難題。但是由于電力電子器件內部結構日漸復雜，所處環(huán)境條件更加多樣，這也為我國電力電子技術的實際應用帶來了一定的難度和挑戰(zhàn)。

2 電力電子技術在電氣工程中的實際應用

2.1 電力電子技術在電氣工程中應用的重要性

電力電子技術能夠實現對電能間的相互轉換，并且具有強化電氣系統(tǒng)、提升自控能力的特性，可以提升電氣工程工作效率以及電氣工程的服務質量。電力電子技術對于電氣工程的應用意義不僅在于提升電氣工程整體工作效率，更使得電氣系統(tǒng)朝著智能化、自動化的方向邁進。適用于各個領域的電力電子器件的研發(fā)工作，極大地推進我國電氣工程朝著更加廣闊的發(fā)展空間不斷前進。與此同時，電力電子技術對電氣系統(tǒng)的自動化控制、模糊控制也在一定程度上提升了電氣系統(tǒng)的管理效率[4]。電力電子技術在電氣工程中的應用在提升系統(tǒng)工作效率的同時也為相關企業(yè)帶來了可觀的經濟效益。電力電子技術能夠有效節(jié)約電力資源，更加符合我國節(jié)能減排基本政策，為企業(yè)提供更加安全、高效、環(huán)保的電力資源。而且，當前電力電子技術還實現了對電氣系統(tǒng)的精確化控制，借助電力電子技術能夠對電氣系統(tǒng)產業(yè)結構進行全方位的管控，為企業(yè)管理工作提供便利。企業(yè)管理者也可以利用電力電子技術制定最符合企業(yè)發(fā)展的管理模式，調整企業(yè)產業(yè)結構，以便于更好地為我國強電工業(yè)服務。

2.2 電力電子技術在電氣工程中的優(yōu)化對策

研發(fā)電氣電子器件，有助于推進我國電氣工程的發(fā)展。晶閘管作為電力電子技術中一項重要的的電子器件元件，是電力電子技術發(fā)展的基礎。不過，傳統(tǒng)電力電子技術中的半控型晶閘管已經無法滿足當前電氣系統(tǒng)應用的實際需求，因此應全力研發(fā)更為先進的電力電子器件。當前，市面上常見的電壓驅動器件包括GTO 以及CTR 兩種，能夠滿足電力電子器件電流以及電壓的轉換。

第二代全控型電力電子開關技術實現了大功率電流的控制。在第二代全控型電力電子開關技術的實際應用中，交流變頻技術的開發(fā)和應用為電功率電流控制提供了便捷途徑。借助電壓驅動器件，能夠使電力電子器件的開關速度顯著提升，同時滿足電力電子器件運行過程中的穩(wěn)定性和安全性。但電壓驅動器件的運行電壓較高，不利于對電力電子器件進行電壓控制。

基于此類問題，新型的復合型電力電子器件應運而生，并且有效地解決了電壓驅動器件隨額定電壓增高的問題。新型復合型電力電子器件具有運轉高速性以及高輸入阻抗性的特質，能夠適用于各類電力電子器件的應用。除此之外，新型復合型電力電子器件性能中還增加了相同大電流面密度特性，相較于傳統(tǒng)的電力電子器件，新型電力電子器件具有低通態(tài)電壓、運行效率高、驅動電路穩(wěn)定安全等優(yōu)勢，更加適用于現代的電氣工程領域。新型復合型電力電子器件借助各類高新技術，能夠強化電氣工程企業(yè)的生產力度，因此，想要優(yōu)化電力電子技術在電氣工程中的應用效果，應重點研發(fā)更加現代化的復合型電力電子器件，從而全面推進我國電氣行業(yè)朝著更加廣闊的空間發(fā)展。

2.3 電力電子技術的發(fā)展方向

可以說，電力電子技術在一定程度上決定了我國電氣行業(yè)的發(fā)展前景。當前，我國電力電子技術正處于新時期的發(fā)展階段，電力電子器件的研發(fā)也在不斷的更新和完善中，為了能夠使電力電子技術發(fā)揮出更加優(yōu)良的效果，相關企業(yè)投入大量人力、物力在電力電子技術的研究工作中。諧奪式直流環(huán)逆變器是新時代科技發(fā)展的產物，能夠滿足現代電力電子器件的應用需求，且降低了電能轉換的損耗，提高電能轉換的效率。將諧奪式直流環(huán)逆變器安裝在高頻振蕩諧振電路上，可以實現對電子器件電壓以及電流狀態(tài)的自由轉換。區(qū)別于低頻變頻器，高頻變頻器能全面滿足現代電力電子器件的運行需求，在運行過程中更能夠節(jié)約能源，降低企業(yè)實際成本。總體來說，高頻變頻器是當代電力電子技術的發(fā)展方向。

隨著人們對于電力電子技術的研究不斷深入，電力電子技術的研究范圍也有著明顯擴大。當前，借助交流雕塑控制理論，能夠簡化電力電子器件結構研發(fā)的復雜性，并能夠提升器件制造的可控性，使復雜的研發(fā)流程簡單化。交流雕塑控制理論在電力電子技術中的應用打破了傳統(tǒng)交流調速方式，電力電子技術在應用過程中更具創(chuàng)造性、可控性，適用于當前電氣自動化領域，能夠滿足電氣自動化技術發(fā)展的需求。而變頻技術也是電力電子技術發(fā)展的一大方向。當前，變頻技術不斷走向成熟，并在電氣工程中得到了廣泛的應用。在科技發(fā)展飛速的當代，各類先進技術開始在電力電子技術領域廣泛應用，這使得電力電子技術的應用范圍更廣，應用效果更佳。電力電子技術正隨著科技發(fā)展不斷更新，相信在不久的未來，電力電子技術將會向更加智能化、高頻化、節(jié)能化的方向不斷邁進，并在各個領域應用中取得進一步的突破，助推我國電氣領域朝著更加快速、更加穩(wěn)定的方向發(fā)展。

3 結論

綜上所述，電力電子技術在電氣工程中的應用具有十分可觀的經濟價值。隨著我國科技的發(fā)展，電力電子技術也朝著更加安全、高效、科學的方向不斷邁進。電力電子技術在電氣工程中的應用有助促進電氣工程持續(xù)健康發(fā)展，對于我國電氣工程領域具有深遠的影響力。而且，電力電子技術的發(fā)展程度極大地決定了我國電氣工程領域的發(fā)展。因此，相關企業(yè)應充分重視電力電子技術的創(chuàng)新研究，不斷進行電力電子技術的研發(fā)與改革，使之能夠更好地服務于電氣工程領域，提高電力電子技術在電氣工程中的運行效率，并取得更加卓越的應用效果，促進我國電氣工程的快速、穩(wěn)定發(fā)展。