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前的有限的電力資源來獲得更大的經(jīng)濟效益，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。 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】在上世紀各項科學(xué)技術(shù)及社會需求的帶動下，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電能進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)驗及相關(guān)知識了解，對電力電子技術(shù)進行了部分基本分析，并就其在各領(lǐng)域當中的應(yīng)用提出了部分探討性意見。
【關(guān)鍵詞】電力電子;器件;應(yīng)用
一、引言
在上世紀各項科學(xué)技術(shù)及社會需求的帶動下，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、電氣自動化系統(tǒng)當中的應(yīng)用越來越廣。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，同時容量方面也有很大的擴展。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)用于各個領(lǐng)域當中，從電力到工業(yè)再到交通，無不有其身影，且目前開始迅速想家電、通信以及節(jié)能方面開始發(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、靜止無功補償、電力機車牽引、交直流電力傳動電解、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分支，其不斷進步給電氣工程的現(xiàn)代化以巨大的推動力。
(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“弱電控制強電”的技術(shù)，是“弱電和強電的接口”，控制理論是實現(xiàn)該接口的強有力紐帶。控制理論和自動化技術(shù)密不可分，而電力電子裝置是自動化技術(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)展的強大動力。電力電子器件的發(fā)展對電力電子技術(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年美國通用電氣公司研發(fā)了第一個電力電子器件一一硅整流管(SR)。它的問世使變流技術(shù)從機械整流、汞弧整流進入電力半導(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)、非對稱晶閘管(ASCR)等相繼問世，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“電流過零”或強迫換流才能關(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年由貝爾實驗室發(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)，中文簡稱晶閘管。晶閘管是一個四層三端結(jié)構(gòu)，三個端子分別為發(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，晶閘管開通后沒有切斷電流的能力，要靠電流自行過零，才能恢復(fù)阻斷狀態(tài)。因而，這是半可控器件，即只能控制開通而不能控制阻斷。
80年代發(fā)展起來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，在功能上，它們具有通過電流信號(或電場)控制器件導(dǎo)通或關(guān)斷的特點。
(三)全可控器件
全控型器件主要是功率晶體管GTR，功率場效應(yīng)管Power-MOSFET，門極可關(guān)斷晶閘管。GTR是一種NPN開關(guān)器件，可用基極電流開關(guān)集電極主電流，即具有自關(guān)斷能力，它還具有開關(guān)時間短、通態(tài)電壓低、開關(guān)損耗小、高頻性能好、驅(qū)動簡單、成本低廉等優(yōu)點。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)域當中的應(yīng)用
目前，電力電子技術(shù)已經(jīng)被應(yīng)用于各個領(lǐng)域當中，從電力到工業(yè)再到交通，無不有其身影，且目前開始迅速想家電、通信以及節(jié)能方面開始發(fā)展。
(一)電力系統(tǒng)當中對電力電子技術(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)電機勵磁系統(tǒng)，這種勵磁系統(tǒng)由于動作迅速，容易設(shè)計出高頂值電壓，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)域是交流電動機的變頻調(diào)速，它的應(yīng)用，節(jié)約了可觀的電能。近年來，國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)定運行特性。配電系統(tǒng)迫切需要解決的問題是如何加強供電可靠性和提高電能質(zhì)量。電能質(zhì)量控制既要滿足對電壓、頻率、諧波和小對稱度的要求，還要抑制各種瞬態(tài)的波動和干擾。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)用交直流電動機進行電力拖動，直流電動機有良好的調(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。近年來電力電子變頻技術(shù)的迅速發(fā)展，使交流電機的調(diào)速性能可與直流電機媲美，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合。
(三)家用電器中對電力電子技術(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、音響設(shè)備、家用計算機等電子設(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、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
當前，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，計算機技術(shù)的進步為現(xiàn)代控制技術(shù)的實際應(yīng)用提供了有力的支持，在各行各業(yè)中的應(yīng)用越來越廣泛，從人類對宇宙和大自然的探索，到國民經(jīng)濟的各個領(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
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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，計算機技術(shù)的進步為現(xiàn)代控制技術(shù)的實際應(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)用研究與實際工程也取得了可喜成績。
關(guān)鍵詞：直流輸電;電力電子;發(fā)電機
1 前言
電力電子技術(shù)是一個以功率半導(dǎo)體器件、電路技術(shù)、計算機技術(shù)、現(xiàn)代控制技術(shù)為支撐的技術(shù)平臺。經(jīng)過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、新能源開發(fā)和民用產(chǎn)品等方面得到了越來越廣泛的應(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)的運用。
2 電力電子技術(shù)的應(yīng)用
自20世紀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)備的運行特性為主要目的。
2.1.1 大型發(fā)電機的靜止勵磁控制
靜止勵磁采用晶閘管整流自并勵方式，具有結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高及造價低等優(yōu)點，被世界各大電力系統(tǒng)廣泛采用。由于省去了勵磁機這個中間慣性環(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)電機的變速恒頻勵磁
水力發(fā)電的有效功率取決于水頭壓力和流量，當水頭的變化幅度較大時(尤其是抽水蓄能機組)，機組的最佳轉(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，可使機組變速運行，通過調(diào)整轉(zhuǎn)子勵磁電流的頻率，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。此項應(yīng)用的技術(shù)核心是變頻電源。
2.1.3 發(fā)電廠風(fēng)機水泵的變頻調(diào)速
發(fā)電廠的廠用電率平均為8%，風(fēng)機水泵耗電量約占火電設(shè)備總耗電量的65%，且運行效率低。使用低壓或高壓變頻器，實施風(fēng)機水泵的變頻調(diào)速，可以達到節(jié)能的目的。低壓變頻器技術(shù)已非常成熟，國內(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)計和生產(chǎn)能力的企業(yè)不多，國內(nèi)有不少院校和企業(yè)正抓緊聯(lián)合開發(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，對于遠距離輸電、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特的優(yōu)勢。1970年世界上第一項晶閘管換流器，標志著電力電子技術(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)的概念問世于20世紀80年代后期，是一項基于電力電子技術(shù)與現(xiàn)代控制技術(shù)對交流輸電系統(tǒng)的阻抗、電壓及相位實施靈活快速調(diào)節(jié)的輸電技術(shù)，可實現(xiàn)對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90年代以來，國外在研究開發(fā)的基礎(chǔ)上開始將FACTS技術(shù)用于實際電力系統(tǒng)工程。其輸出無功的大小，設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單，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)迫切需要解決的問題是如何加強供電可靠性和提高電能質(zhì)量。電能質(zhì)量控制既要滿足對電壓、頻率、諧波和不對稱度的要求，還要抑制各種瞬態(tài)的波動和干擾。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各項成熟技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的電能質(zhì)量控制新技術(shù)。可以將DFACTS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，市場介入相對容易，開發(fā)投入和生產(chǎn)成本相對較低，隨著電力電子器件價格的不斷降低，可以預(yù)期DFACTS設(shè)備產(chǎn)品將進入快速發(fā)展期。
2.4 在節(jié)能環(huán)節(jié)的運用
2.4.1 變負荷電動機調(diào)速運行
電動機本身挖掘節(jié)電潛力只是節(jié)電的一個方面，通過變負荷電動機的調(diào)速技術(shù)節(jié)電又是另一個方面，只有將二者結(jié)合起來，電動機節(jié)電方較完善。目前，交流調(diào)速在冶金、礦山等部門及社會生活中得到了廣泛的應(yīng)用。首先是風(fēng)機、泵類等變負荷機械中采用調(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。國外變負荷的風(fēng)機、水泵大多采用了交流調(diào)速，我國正在推廣應(yīng)用中。
變頻調(diào)速的優(yōu)點是調(diào)速范圍廣，精度高，效率高，能實現(xiàn)連續(xù)無級調(diào)速。在調(diào)速過程中轉(zhuǎn)差損耗小，定子、轉(zhuǎn)子的銅耗也不大，節(jié)電率一般可達30%左右。其缺點主要為：成本高，產(chǎn)生高次諧波污染電網(wǎng)。
2.4.2 減少無功損耗，提高功率因數(shù)
在電氣設(shè)備中，變壓器和交流異步電動機等都屬于感性負載，這些設(shè)備在運行時不僅消耗有功功率，而且還消耗無功功率。因此，無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)保持無功平衡，否則，將會使系統(tǒng)電壓降低 ，設(shè)備破壞，功率因數(shù)下降，嚴懲時會引起電壓崩潰，系統(tǒng)解裂，造成大面積停電事故。所以，當電力網(wǎng)或電氣設(shè)備無功容量不足時，應(yīng)增裝無功補償設(shè)備，提高設(shè)備功率因數(shù)。
3結(jié)束語
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)的運用。
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