電力電子專業(yè)技術(shù)論文
電力電子專業(yè)技術(shù)論文
電力電子技術(shù)的出現(xiàn)使得人們可以更加有效地利用當(dāng)前的有限的電力資源來(lái)獲得更大的經(jīng)濟(jì)效益，其在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用是現(xiàn)代電力系統(tǒng)發(fā)展的需要和必然趨勢(shì)。 學(xué)習(xí)啦小編為大家整理的電力電子專業(yè)技術(shù)論文，希望你們喜歡。
電力電子專業(yè)技術(shù)論文篇一
電力電子技術(shù)基本研究
【摘要】在上世紀(jì)各項(xiàng)科學(xué)技術(shù)及社會(huì)需求的帶動(dòng)下，電力電子技術(shù)出現(xiàn)并得到了很大的發(fā)展。它主要是使用電力電子器件對(duì)電能進(jìn)行變換和控制的技術(shù)，即應(yīng)用于電力領(lǐng)域的電子技術(shù)。本文基于作者自身的工作經(jīng)驗(yàn)及相關(guān)知識(shí)了解，對(duì)電力電子技術(shù)進(jìn)行了部分基本分析，并就其在各領(lǐng)域當(dāng)中的應(yīng)用提出了部分探討性意見(jiàn)。
【關(guān)鍵詞】電力電子;器件;應(yīng)用
一、引言
在上世紀(jì)各項(xiàng)科學(xué)技術(shù)及社會(huì)需求的帶動(dòng)下，電力電子技術(shù)出現(xiàn)并得到了很大的發(fā)展，逐漸它在電控裝置、電氣自動(dòng)化系統(tǒng)當(dāng)中的應(yīng)用越來(lái)越廣。如今，各式各樣的自關(guān)斷器件大量的出現(xiàn)，使性能得到了很大程度的提高，同時(shí)容量方面也有很大的擴(kuò)展。以PWM控制為代表的、采用數(shù)字控制的電力電子裝置性能日趨完替。目前，電力電子技術(shù)已經(jīng)被應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域當(dāng)中，從電力到工業(yè)再到交通，無(wú)不有其身影，且目前開(kāi)始迅速想家電、通信以及節(jié)能方面開(kāi)始發(fā)展。
二、其他學(xué)科與電力電子技術(shù)之間的關(guān)系分析
(一)電子學(xué)與電力電子技術(shù)之間的關(guān)系
與傳統(tǒng)的電子器件制造工藝相比，電力電子器件的制造工藝、技術(shù)與其沒(méi)有太多的差別，兩者基本相同。如今的電力電子器件生產(chǎn)、制造一般都為集成電路，應(yīng)用了微電子制造相關(guān)方面的技術(shù)，許多設(shè)備都和微電子器件制造設(shè)備通用，說(shuō)明二者同根同源。
(二)電氣工程與電力電子技術(shù)之間的關(guān)系
電力電子技術(shù)廣泛用于電氣工程中的高壓直流輸電、靜止無(wú)功補(bǔ)償、電力機(jī)車牽引、交直流電力傳動(dòng)電解、電鍍、電加熱、高性能交直流電源等領(lǐng)域。通常把電力電子技術(shù)歸屬為電氣工程學(xué)科，并且電力電子技術(shù)是電氣工程學(xué)科中最為活躍的一個(gè)分支，其不斷進(jìn)步給電氣工程的現(xiàn)代化以巨大的推動(dòng)力。
(三)控制理論與電力電子技術(shù)之間的關(guān)系
控制理論廣泛用于電力電子系統(tǒng)中，使電力電子裝置和系統(tǒng)的性能滿足各種需求。電力電子技術(shù)可看成“弱電控制強(qiáng)電”的技術(shù)，是“弱電和強(qiáng)電的接口”，控制理論是實(shí)現(xiàn)該接口的強(qiáng)有力紐帶?？刂评碚摵妥詣?dòng)化技術(shù)密不可分，而電力電子裝置是自動(dòng)化技術(shù)的基礎(chǔ)元件和重要支撐技術(shù)。
三、電力電子技術(shù)主要器件分析
電力電子器件既是電力電子技術(shù)的基礎(chǔ)，也是電力電子技術(shù)發(fā)展的強(qiáng)大動(dòng)力。電力電子器件的發(fā)展對(duì)電力電子技術(shù)的發(fā)展起著決定性的作用，因此，電力電子技術(shù)的發(fā)展史是以電力電子器件的發(fā)展史為綱的。至今電力電子器件發(fā)展可分為三個(gè)階段，電力電子技術(shù)的發(fā)展也相應(yīng)地分成三大步。
(一)不可控器件
1955年美國(guó)通用電氣公司研發(fā)了第一個(gè)電力電子器件一一硅整流管(SR)。它的問(wèn)世使變流技術(shù)從機(jī)械整流、汞弧整流進(jìn)入電力半導(dǎo)體整流。1957年出現(xiàn)了硅晶閘管(SCR)，接著晶閘管的派生器件：逆導(dǎo)晶閘管(KN)、雙向晶閘管(KS)、快速晶閘管(KK)、門極輔助關(guān)斷晶閘管(GATT)、非對(duì)稱晶閘管(ASCR)等相繼問(wèn)世，從而使電力電子技術(shù)不僅具有整流功能(交流→直流)，而且具有逆變(直流→交流)、斬波(直流→直流)、變頻(交流→交流)等功能。在這一發(fā)展階段的電力電子器件，基本上都是分立器件或幾個(gè)分立器件的組合，它們能被控制導(dǎo)通，而不能被直接控制關(guān)斷，要靠“電流過(guò)零”或強(qiáng)迫換流才能關(guān)斷，這就形成了以晶閘管及其派生器件為代表的第一代電力電子器件。
(二)半可控器件
半可控器件的代表是晶閘管，它在1956年由貝爾實(shí)驗(yàn)室發(fā)明，并在1958年由GE公司組織生產(chǎn)，稱為硅可控整流器(Silicon-ControlledRectifie或SCR)，中文簡(jiǎn)稱晶閘管。晶閘管是一個(gè)四層三端結(jié)構(gòu)，三個(gè)端子分別為發(fā)射極、集電極和門極，它的導(dǎo)通條件除集電極與發(fā)射極問(wèn)加正向電壓外，還需在門極加正向脈沖，否則不能由斷態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橥☉B(tài)。另外，晶閘管開(kāi)通后沒(méi)有切斷電流的能力，要靠電流自行過(guò)零，才能恢復(fù)阻斷狀態(tài)。因而，這是半可控器件，即只能控制開(kāi)通而不能控制阻斷。
80年代發(fā)展起來(lái)的半可控電力電子器件，主要有巨型晶體管(GTR)、門極可關(guān)斷晶閘管(GTO)、絕緣柵雙極晶體管((IGBT)、單極場(chǎng)控晶體管(電力MOSFET)、靜電感應(yīng)晶體管(SIT)、靜電感應(yīng)晶閘管(SITH)和MOS控制晶閘管(MCT)等，形成了第二代電力電子器件。在結(jié)構(gòu)上，它們具有功率集成器件的特點(diǎn)，在功能上，它們具有通過(guò)電流信號(hào)(或電場(chǎng))控制器件導(dǎo)通或關(guān)斷的特點(diǎn)。
(三)全可控器件
全控型器件主要是功率晶體管GTR，功率場(chǎng)效應(yīng)管Power-MOSFET，門極可關(guān)斷晶閘管。GTR是一種NPN開(kāi)關(guān)器件，可用基極電流開(kāi)關(guān)集電極主電流，即具有自關(guān)斷能力，它還具有開(kāi)關(guān)時(shí)間短、通態(tài)電壓低、開(kāi)關(guān)損耗小、高頻性能好、驅(qū)動(dòng)簡(jiǎn)單、成本低廉等優(yōu)點(diǎn)。因此它正在中小功率交流調(diào)速、逆變及斬波等方面取代著晶閘管的地位。GT可工作在10kHz，廣泛應(yīng)用于500kW以下的感應(yīng)電機(jī)變頻調(diào)速、不間斷電源以及脈沖電源。
門極可關(guān)斷晶閘管GTO是一種既可在門極加正脈沖使之由斷態(tài)變?yōu)橥☉B(tài)，又可在門極加負(fù)脈沖使之由通態(tài)變?yōu)閿鄳B(tài)的器件，因此這種器件可控制電路的通斷。
四、電力電子技術(shù)在各領(lǐng)域當(dāng)中的應(yīng)用
目前，電力電子技術(shù)已經(jīng)被應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域當(dāng)中，從電力到工業(yè)再到交通，無(wú)不有其身影，且目前開(kāi)始迅速想家電、通信以及節(jié)能方面開(kāi)始發(fā)展。
(一)電力系統(tǒng)當(dāng)中對(duì)電力電子技術(shù)的應(yīng)用
將電力電子技術(shù)引入電力系統(tǒng)并獲得廣泛應(yīng)用的領(lǐng)域，首推應(yīng)是同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)，這種勵(lì)磁系統(tǒng)由于動(dòng)作迅速，容易設(shè)計(jì)出高頂值電壓，并且控制功率小，因而，作為電壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)具有優(yōu)越的性能;另一領(lǐng)域是交流電動(dòng)機(jī)的變頻調(diào)速，它的應(yīng)用，節(jié)約了可觀的電能。近年來(lái)，國(guó)外還研究將電力電子技術(shù)引入抽水蓄能電站，以提高水泵水輪機(jī)的效率，并已取得成果。
在電力系統(tǒng)的發(fā)電、輸電和配電環(huán)節(jié)中都離不開(kāi)電力電子器件和電力電子技術(shù)。電力系統(tǒng)的發(fā)電環(huán)節(jié)涉及發(fā)電機(jī)組的多種設(shè)備，電力電子技術(shù)的應(yīng)用極大地改善這些設(shè)備的運(yùn)行特性。在輸電環(huán)節(jié)中，電力電子器件大量應(yīng)用于高壓輸電系統(tǒng)，被稱為“硅片引起的第二次革命”，大幅度改善了電力網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行特性。配電系統(tǒng)迫切需要解決的問(wèn)題是如何加強(qiáng)供電可靠性和提高電能質(zhì)量。電能質(zhì)量控制既要滿足對(duì)電壓、頻率、諧波和小對(duì)稱度的要求，還要抑制各種瞬態(tài)的波動(dòng)和干擾。電力電子技術(shù)和現(xiàn)代控制技術(shù)在配電系統(tǒng)中的應(yīng)用，成功地解決了這些難題。
(二)一般工業(yè)中對(duì)電子電力技術(shù)的應(yīng)用
在工業(yè)中大量應(yīng)用交直流電動(dòng)機(jī)進(jìn)行電力拖動(dòng)，直流電動(dòng)機(jī)有良好的調(diào)速性能，給其供電的可控整流電源或直流斬波電源都是電力電子裝置。近年來(lái)電力電子變頻技術(shù)的迅速發(fā)展，使交流電機(jī)的調(diào)速性能可與直流電機(jī)媲美，交流調(diào)速技術(shù)大量應(yīng)用并占據(jù)主導(dǎo)地位。
電化學(xué)工業(yè)大量使用直流電源，電解鋁、電解食鹽水等都需要大容量整流電源。電力電子技術(shù)還大量用于冶金工業(yè)中的高頻或中頻感應(yīng)加熱電源、淬火電源及直流電弧爐電源等場(chǎng)合。
(三)家用電器中對(duì)電力電子技術(shù)的應(yīng)用
照明在家用電器中有十分突出的地位。由于電力電子照明電源體積小、發(fā)光效率高、可節(jié)省大量能源，通常被稱為“節(jié)能燈”，正逐步取代傳統(tǒng)的白熾燈和日光燈變頻空調(diào)器是家用電器中應(yīng)用電力電子技術(shù)的典型例子之一。電視機(jī)、音響設(shè)備、家用計(jì)算機(jī)等電子設(shè)備的電源部分也都需要電力電子技術(shù)。此外，有些洗衣機(jī)、電冰箱、微波爐等電器也應(yīng)用了電力電子技術(shù)。
五、結(jié)語(yǔ)
當(dāng)前，電力電子技術(shù)仍在不斷發(fā)展，新材料、新結(jié)構(gòu)器件的陸續(xù)誕生，計(jì)算機(jī)技術(shù)的進(jìn)步為現(xiàn)代控制技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用提供了有力的支持，在各行各業(yè)中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，從人類對(duì)宇宙和大自然的探索，到國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域，再到我們的衣食住行，到處都能感受到電力電子技術(shù)的存在和巨大魅力。
參考文獻(xiàn)
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電力電子專業(yè)技術(shù)論文篇二
淺談電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用
摘要：電力電子技術(shù)正在不斷發(fā)展，新材料、新結(jié)構(gòu)器件的陸續(xù)誕生，計(jì)算機(jī)技術(shù)的進(jìn)步為現(xiàn)代控制技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用提供了有力的支持，在各行各業(yè)中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用研究與實(shí)際工程也取得了可喜成績(jī)。
關(guān)鍵詞：直流輸電;電力電子;發(fā)電機(jī)
1 前言
電力電子技術(shù)是一個(gè)以功率半導(dǎo)體器件、電路技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、現(xiàn)代控制技術(shù)為支撐的技術(shù)平臺(tái)。經(jīng)過(guò)50年的發(fā)展歷程，它在傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)設(shè)備發(fā)行、電能質(zhì)量控制、新能源開(kāi)發(fā)和民用產(chǎn)品等方面得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。最成功地應(yīng)用于電力系統(tǒng)的大功率電力電子技術(shù)是直流輸電(HVDC)。自20世紀(jì)80年代，柔性交流輸電(FACTS)概念被提出后，電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用研究得到了極大的關(guān)注，多種設(shè)備相繼出現(xiàn)。本文介紹了電力電子技術(shù)在發(fā)電環(huán)節(jié)中、輸電環(huán)節(jié)中、在配電環(huán)節(jié)中的應(yīng)用和節(jié)能環(huán)節(jié)的運(yùn)用。
2 電力電子技術(shù)的應(yīng)用
自20世紀(jì)80年代，柔性交流輸電(FACTS)概念被提出后，電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用研究得到了極大的關(guān)注，多種設(shè)備相繼出現(xiàn)。已有不少文獻(xiàn)介紹和總結(jié)了相關(guān)設(shè)備的基本原理和應(yīng)用現(xiàn)狀。以下按照電力系統(tǒng)的發(fā)電、輸電和配電以及節(jié)電環(huán)節(jié)，列舉電力電子技術(shù)的應(yīng)用研究和現(xiàn)狀。
2.1 在發(fā)電環(huán)節(jié)中的應(yīng)用
電力系統(tǒng)的發(fā)電環(huán)節(jié)涉及發(fā)電機(jī)組的多種設(shè)備，電力電子技術(shù)的應(yīng)用以改善這些設(shè)備的運(yùn)行特性為主要目的。
2.1.1 大型發(fā)電機(jī)的靜止勵(lì)磁控制
靜止勵(lì)磁采用晶閘管整流自并勵(lì)方式，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠性高及造價(jià)低等優(yōu)點(diǎn)，被世界各大電力系統(tǒng)廣泛采用。由于省去了勵(lì)磁機(jī)這個(gè)中間慣性環(huán)節(jié)，因而具有其特有的快速性調(diào)節(jié)，給先進(jìn)的控制規(guī)律提供了充分發(fā)揮作用并產(chǎn)生良好控制效果的有利條件。
2.1.2 水力、風(fēng)力發(fā)電機(jī)的變速恒頻勵(lì)磁
水力發(fā)電的有效功率取決于水頭壓力和流量，當(dāng)水頭的變化幅度較大時(shí)(尤其是抽水蓄能機(jī)組)，機(jī)組的最佳轉(zhuǎn)速變隨之發(fā)生變化。風(fēng)力發(fā)電的有效功率與風(fēng)速的三次方成正比，風(fēng)車捕捉最大風(fēng)能的轉(zhuǎn)速隨風(fēng)速而變化。為了獲得最大有效功率，可使機(jī)組變速運(yùn)行，通過(guò)調(diào)整轉(zhuǎn)子勵(lì)磁電流的頻率，使其與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速疊加后保持定子頻率即輸出頻率恒定。此項(xiàng)應(yīng)用的技術(shù)核心是變頻電源。
2.1.3 發(fā)電廠風(fēng)機(jī)水泵的變頻調(diào)速
發(fā)電廠的廠用電率平均為8%，風(fēng)機(jī)水泵耗電量約占火電設(shè)備總耗電量的65%，且運(yùn)行效率低。使用低壓或高壓變頻器，實(shí)施風(fēng)機(jī)水泵的變頻調(diào)速，可以達(dá)到節(jié)能的目的。低壓變頻器技術(shù)已非常成熟，國(guó)內(nèi)外有眾多的生產(chǎn)廠家，并不完整的系列產(chǎn)品，但具備高壓大容量變頻器設(shè)計(jì)和生產(chǎn)能力的企業(yè)不多，國(guó)內(nèi)有不少院校和企業(yè)正抓緊聯(lián)合開(kāi)發(fā)。
2.2 在輸電環(huán)節(jié)中的應(yīng)用
電力電子器件應(yīng)用于高壓輸電系統(tǒng)被稱為“硅片引起的第二次革命”，大幅度改善了電力網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行特性。
2.2.1 直流輸電(HVDC)和輕型直流輸電(HVDC Light)技術(shù)
直流輸電具有輸電容量大、穩(wěn)定性好、控制調(diào)節(jié)靈活等優(yōu)點(diǎn)，對(duì)于遠(yuǎn)距離輸電、海底電纜輸電及不同頻率系統(tǒng)的聯(lián)網(wǎng)，高壓直流輸電擁有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。1970年世界上第一項(xiàng)晶閘管換流器，標(biāo)志著電力電子技術(shù)正式應(yīng)用于直流輸電。從此以后世界上新建的直流輸電工程均采用晶閘管換流閥。
2.2.2 柔性交流輸電(FACTS)技術(shù)
FACTS技術(shù)的概念問(wèn)世于20世紀(jì)80年代后期，是一項(xiàng)基于電力電子技術(shù)與現(xiàn)代控制技術(shù)對(duì)交流輸電系統(tǒng)的阻抗、電壓及相位實(shí)施靈活快速調(diào)節(jié)的輸電技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)交流輸電功率潮流的靈活控制，大幅度提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定水平。
20世紀(jì)90年代以來(lái)，國(guó)外在研究開(kāi)發(fā)的基礎(chǔ)上開(kāi)始將FACTS技術(shù)用于實(shí)際電力系統(tǒng)工程。其輸出無(wú)功的大小，設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，控制方便，成本較低，所以較早得到應(yīng)用。
2.3 在配電環(huán)節(jié)中的應(yīng)用
配電系統(tǒng)迫切需要解決的問(wèn)題是如何加強(qiáng)供電可靠性和提高電能質(zhì)量。電能質(zhì)量控制既要滿足對(duì)電壓、頻率、諧波和不對(duì)稱度的要求，還要抑制各種瞬態(tài)的波動(dòng)和干擾。電力電子技術(shù)和現(xiàn)代控制技術(shù)在配電系統(tǒng)中的應(yīng)用，即用戶電力(Custom Power)技術(shù)或稱DFACTS技術(shù)，是在FACTS各項(xiàng)成熟技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的電能質(zhì)量控制新技術(shù)?？梢詫FACTS設(shè)備理解為FACTS設(shè)備的縮小版，其原理、結(jié)構(gòu)均相同，功能也相似。由于潛在需求巨大，市場(chǎng)介入相對(duì)容易，開(kāi)發(fā)投入和生產(chǎn)成本相對(duì)較低，隨著電力電子器件價(jià)格的不斷降低，可以預(yù)期DFACTS設(shè)備產(chǎn)品將進(jìn)入快速發(fā)展期。
2.4 在節(jié)能環(huán)節(jié)的運(yùn)用
2.4.1 變負(fù)荷電動(dòng)機(jī)調(diào)速運(yùn)行
電動(dòng)機(jī)本身挖掘節(jié)電潛力只是節(jié)電的一個(gè)方面，通過(guò)變負(fù)荷電動(dòng)機(jī)的調(diào)速技術(shù)節(jié)電又是另一個(gè)方面，只有將二者結(jié)合起來(lái)，電動(dòng)機(jī)節(jié)電方較完善。目前，交流調(diào)速在冶金、礦山等部門及社會(huì)生活中得到了廣泛的應(yīng)用。首先是風(fēng)機(jī)、泵類等變負(fù)荷機(jī)械中采用調(diào)速控制代替擋風(fēng)板或節(jié)流閥控制風(fēng)流量和水流量具有顯著的效果。國(guó)外變負(fù)荷的風(fēng)機(jī)、水泵大多采用了交流調(diào)速，我國(guó)正在推廣應(yīng)用中。
變頻調(diào)速的優(yōu)點(diǎn)是調(diào)速范圍廣，精度高，效率高，能實(shí)現(xiàn)連續(xù)無(wú)級(jí)調(diào)速。在調(diào)速過(guò)程中轉(zhuǎn)差損耗小，定子、轉(zhuǎn)子的銅耗也不大，節(jié)電率一般可達(dá)30%左右。其缺點(diǎn)主要為：成本高，產(chǎn)生高次諧波污染電網(wǎng)。
2.4.2 減少無(wú)功損耗，提高功率因數(shù)
在電氣設(shè)備中，變壓器和交流異步電動(dòng)機(jī)等都屬于感性負(fù)載，這些設(shè)備在運(yùn)行時(shí)不僅消耗有功功率，而且還消耗無(wú)功功率。因此，無(wú)功電源與有功電源一樣，是保證電能質(zhì)量不可缺少的部分。在電力系統(tǒng)中應(yīng)保持無(wú)功平衡，否則，將會(huì)使系統(tǒng)電壓降低 ，設(shè)備破壞，功率因數(shù)下降，嚴(yán)懲時(shí)會(huì)引起電壓崩潰，系統(tǒng)解裂，造成大面積停電事故。所以，當(dāng)電力網(wǎng)或電氣設(shè)備無(wú)功容量不足時(shí)，應(yīng)增裝無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備，提高設(shè)備功率因數(shù)。
3結(jié)束語(yǔ)
文中概述性地介紹電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)中的各類應(yīng)用，重點(diǎn)在發(fā)電環(huán)節(jié)中、輸電環(huán)節(jié)中、在配電環(huán)節(jié)中的應(yīng)用和節(jié)能環(huán)節(jié)的運(yùn)用。
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