電氣工程專業(yè)碩士論文
電氣工程專業(yè)碩士論文
隨著科學技術的快速發(fā)展,電氣工程自動化在多個領域發(fā)揮著越來越重要的作用,為人們的工作、學習和生活提供了極大的便利。下面是學習啦小編為大家整理的電氣工程專業(yè)碩士論文，供大家參考。
電氣工程專業(yè)碩士論文范文一：有關電力工程中電氣自動化技術探析
摘要：我國電氣自動化專業(yè)最早開設于 50年代，一開始名稱為工業(yè)企業(yè)電氣自動化，后來雖然經歷了多次專業(yè)性的調整，但由于其專業(yè)面寬，適用性廣，所以到如今一直很受歡迎，據(jù)教育部門最新公布的本科專業(yè)設置目錄中，它屬于工科電氣信息類。本文中主要針對這類電氣自動化技術的一些發(fā)展趨勢進行探討。
關鍵詞：電力工程，電氣自動化，自動化技術
l 全控型電力電子開關逐步取代半控型晶閘管
50 年代末出現(xiàn)的晶閘管標志著運動控制的新紀元。它是第一代電子電力器件，在我國至今仍廣泛用于直流和交流傳動控制系統(tǒng)。隨著交流變頻技術的興起，相繼出現(xiàn)了全控式器件 ― CTR、 GTO 、 P - MOSEFT 等。這是第二代電力電子器件。由于目前所能生產的電流/電壓定額和開關時間的不同，各種器件各有其應用范圍。
GTR 的二次擊穿現(xiàn)象以及其安全工作區(qū)受各項參數(shù)影響而變化和熱容量小、過流能力低等問題，使得人們把主要精力放在根據(jù)不同的特性設計出合適的保護電路和驅動電路上，這也使得電路比較復雜，難以掌握。
GTO 是一種用門極可關斷的高壓器件，它的主要缺點是關斷增益低，一般為 4~5，這就需要一個十分龐大的關斷驅動電路，且它的通態(tài)壓降比普通晶閘管高，約為 Zv ~ 4 . 5v , 開通 di /d t 和關斷 dv / dt 也是限制 GTO推廣運用的另一原因，前者約為 500A /us ，后者約為 500V /u s ，這就需要一個龐大的吸收電路。
由于GIR 、GTO 等雙極性全控性器件必須要有較大的控制電流，因而使門極控制電路非常龐大，從而促進廠新一代具有高輸人阻抗的 MOS 結構電力半導體器件的一切。功率 MOSFET 是一種電壓驅動器件，基本上不要求穩(wěn)定的驅動電流，驅動電路只需要在器件開通時提供容性充電電流，而關斷時提供放電電流即可，因此驅動電路很簡單。它的開關時間很快，安全工作區(qū)十分穩(wěn)定，但是 P - MOSFET 的通態(tài)電壓降隨著額定電壓的增加而成倍增大，這就給制造高壓 P - MOSFET 造成了很大困難。
IGBT是 P -MOSFET 工藝技術基礎上的產物，它兼有 MOSFET 高輸人阻抗、高速特性和 GTR 大電流密度特性的混合器件。其開關速度比 P -MOSFET 低，但比 GTR 快;其通態(tài)電壓降與 GTR 相擬約為 1 .5 V ~ 3 .5v ，比 P - MOSFET 小得多，其關斷存儲時間和電流卜降時間為別為 0 . 2 us一 04 us和 0 . 2us ~ 1 . 5us，因而有較高的工作頻率，它具有寬而穩(wěn)定的安個工作區(qū)，較高的效率，驅動電路簡單等優(yōu)點。
MOS 控制晶閘管( MCT )是一種在它的單胞內集成了 MOSFET的品閘管，利用M OS 門來控制品閘管的開通和關斷，具有晶閘管的低通態(tài)電壓降，但其工作電流密度遠高 IGBT和 GTR ，在理論上可制成幾千伏的阻斷電壓和幾十千赫的開關頻率，且其關斷增益極高。
IGBT和MGT 這一類復合型電力電子器件可以稱為第三代器件。在器件的復合化的同時，模塊即把變換器的雙臂、半橋乃至全橋組合在一起大規(guī)模生產的器件也已進入實用。在 模塊化和復合化思路的基礎卜，其發(fā)展便是功率集成電路 PIC ( Powerl , lntegratcd Cirrrrcute ) , 在 PIC，不僅主回路的器件，而且驅動電路、過壓過流保護、電流檢測甚至溫度自動控制等作用都集成到一起，形成一個整體，這可以算作第四代電力電子器件。
2 變換器電路從低頻向高頻方向發(fā)展
隨著電力電子器件的更新，由它組成的變換器電路也必然要換代。應用普通晶閘管時，直流傳功的變換器主要是相控整流，而交流變頻船動則是交一直一交變頻器。當電力電子器件進入第二代后，更多是采用PWM 變換器了。采用PWM方式后，提高了功率因數(shù)，減少 了高次諧波對電岡的影響，解決了電動機在低頻區(qū)的轉矩脈動問題。
但是PWM 逆變器中的電壓、電流的諧波分量產生的轉矩脈動作用在定轉子上，使電機繞組產生振動而發(fā)出噪聲。為了解決這個問題，一種方法是提高開關頻率，使之超過人耳能感受的范圍，但是電力電子器件在高電壓大電流的情況下導通或關斷，開關損耗很大。開關損耗的存在限制了逆變器工作頻率的提高。
1986 年美國威斯康星大學 Divan 教授提出諧振式直流環(huán)逆變器。傳統(tǒng)的逆變器是掛在穩(wěn)定的直流母線上，電力電子器件是在高電壓下進行轉換的‘硬開關’，其開關損耗較大，限制了開關在頻率上的提高。而諧奪式直流環(huán)逆變器是把逆變器掛在高頻振蕩過零的諧振路上，使電力電子器件在零電壓或零電流下轉換，即工作在所謂的‘軟開關’狀態(tài)下，從而使開關損耗降低到零。這樣，可以使逆器尺寸減少，降低成本，還可能在較高功率上使逆變器集成化。因此，諧振式直流逆變器電路極有發(fā)展前途。
3 交流調速控制理論日漸成熟
1971 年，德國學者 F , Blaschke 發(fā)表論文闡明了交流電機磁場定向即矢量控制的原理，為交流傳動高性能控制奠定了理論基礎。矢量控制的基本思想是仿照直流電動機的控制方式，把定子電流的磁場分量和轉矩分量解耦開來，分別加以控制。這種解耦，實際上是把異步電動機的物理模型設法等效地變換成類似于直流電動機的模式，這種等效變換是借助于坐標變換完成的。它需要檢測轉子磁鏈的方向，且其性能易受轉子參數(shù)，特別是轉子回路時間常數(shù)的影響。加上矢量旋轉變換的復雜性，使得實際的控制效果難于達到分析的結果。
1985 年德國魯爾大學的 Depenbrock 教授首次提出了直接轉矩控制的理論，接著 1987 年又把它推 廣到弱磁調速范圍。大致來說，直接轉矩控制，用空間矢量的分析方法，直接在定子坐標系下分析計算與控制電流電動機的轉矩。采用定子磁場定向，借助于離散的兩點式調節(jié)(Band 一 Band 控制)產生 PWM 信號，直接對逆變器的開關狀態(tài)進行最佳控制，以獲得轉矩的高動態(tài)性能。它省掉了復雜的矢量變換與電動數(shù)學模型的簡化處理，大大減少了矢量控制中控制性能參數(shù)易受參數(shù)變化影響的問題，沒有通常的 PWM 信號發(fā)生器，其控制思想新穎，控制結構簡單，控制手段直接，信號處物理概念明確，轉矩響應迅速，限制在一拍之內，且無超調，是一種具有高靜動態(tài)性能的新型交流調速方法。
4 通用變頻器開始大量投入實用
一般把系列化、批量化、占市場量最大的中小功率如 400KVA 以下的變頻器稱為通用變頻器。從產品來看，第一代是普通功能型 U / F 控制型，多采用 16 位 CPU ，第二代為高功能型 U /F 型，采用 32位DSP或雙 16 位CPU 進行控制，采用了磁通補償器、轉差補償器和電流限制拄制器.具有挖土機和“無跳閘”能力，也稱為“無跳閘變頻器”。這類變頻器!目前占市場份額最大。第三代為高動態(tài)性能矢量控制型。它采用全數(shù)字控制，可通過軟件實現(xiàn)參數(shù)自動設定，實現(xiàn)變結構控制和自適應控制，可選擇 U /F頻率開環(huán)控制、無速度傳感器矢量控制和有速度傳感器矢量控制，實現(xiàn)了閉環(huán)控制的自優(yōu)化。從技術發(fā)展看，雖然電力半導體器件有GTO、GTI、 IGBT，但以后兩種為主，尤以 IGBT為發(fā)展趨勢：變頻器的可靠性、可維修性、可操作性即所謂的 RAs ( Reliabiliry，Availability，Serviceability)功能也由于采用單片機控制動技術而得以提高。
5 單片機、集成曳路及工業(yè)控荊計算機的發(fā)展
以 MCS-51為代表白 8 位機雖然仍占主導地位，但功能簡單，指令集短小，可靠性高，保密性高，適于大批量生產的 PIC系列單片機及CMS97C系列單片機等正在推廣，而且單片機的應用范圍已開始擴展至智能儀器儀表或不太復雜的工業(yè)控制場合以充分發(fā)揮單片機的優(yōu)勢另外，單片機的開發(fā)手段也更加豐富，除用匯編語言外，更多地是采用模塊化的( - 語言、PL / M 語言。
在集成電路方面，需要重點說明的是集成模擬乘法器和集成鎖相環(huán)路及集成時基電路在自動控制系統(tǒng)中運用很廣。在電機控制方面，還有專用于產生 PWM 控制信號的 HEF4752、 TL494 、 SL E4520 和 MA818 等應用也相當廣泛。
在邏輯電路方面，值得注意的是用專用芯片( ASIC)進行邏輯設計。 ASIC ( Appilca- , tion Specific L ntegrated Circuit )中有編程邏輯陣列 PL D ( Programrnable Logic Device )。 PLD力現(xiàn)有四種類型的器件： PROM 、 FPLA 、 PAL、 GAL 。 GAL是 PAL的第二代產品，它可以在線電擦洗，與TTL兼容，有較高的響應速度，有可編程的保密位等優(yōu)點。這些特點使得 GAL在降低系統(tǒng)造價，減少產品體積和功耗，提高可靠性和穩(wěn)定性及簡化系統(tǒng)設計，增強應用的保密性方面有廠‘闊的發(fā)展產景，特別適合新產品研制及 DMA控制和高速圖表處理，其上述交流的控制最終用工業(yè)控制計算機完成。
6.結束語
眾所周知,電氣自動化技術是當今世界最活躍、最充滿生機、最富有開發(fā)前景的綜合性學科與眾多高新技術的合成。其應用范圍十分廣泛,幾乎滲透到國民經濟各個部門，隨著我國科技技術的發(fā)展，電氣自動化技術也隨之提高。
電氣工程專業(yè)碩士論文范文二：電力工程中電氣自動化技術探析
摘要：眾所周知，電氣自動化技術是當今世界最活躍、最充滿生機、最富有開發(fā)前景的綜合性學科與眾多高新技術的合成。其應用范圍十分廣泛，幾乎滲透到國民經濟各個部門，隨著我國科技技術的發(fā)展，電氣自動化技術也隨之提高。
關鍵詞：電力工程;自動化技術
一、電力系統(tǒng)自動化技術
(一)變電站自動化。變電站自動化的目的是取代人工監(jiān)視和電話人工操作，提高工作效率，擴大對變電站的監(jiān)控功能，提高變電站的安全運行水平。變電站自動化的內容就是對站內運行的電氣設備進行全方位的監(jiān)視和有效控制，其特點是全微機化的裝置替代各種常規(guī)電磁式設備;二次設備數(shù)字化、網絡化、集成化，盡量采用計算機電纜或光纖代替電力信號電纜;操作監(jiān)視實現(xiàn)計算機屏幕化;運行管理、記錄統(tǒng)計實現(xiàn)自動化。變電站自動化除了滿足變電站運行操作任務外還作為電網調度自動化不可分割的重要組成部分，是電力生產現(xiàn)代化的一個重要環(huán)節(jié)。
(二)電網調度自動化 。電網調度自動化主要組成部分，由電網調度控制中心的計算機網絡系統(tǒng)、工作站、服務器、大屏蔽顯示器、打印設備等，其主要是通過電力系統(tǒng)專用廣域網連結的，下級電網調度控制中心、調度范圍內的發(fā)電廠、變電站終端設備(如測量控制等裝置)等構成。電網調度自動化的主要功能是：電力生產過程實時數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控電網運行安全分析、電力系統(tǒng)狀態(tài)估計、電力負荷預測、自動發(fā)電控制(省級電網以上)、自動經濟調度(省級電網以上)并適應電力市場運營的需求等。
(三)發(fā)電廠分散測控系統(tǒng)(DCS ) 。過程控制單元(PCU)由可冗余配置的主控模件( MCU)和智能I /0模件組成。MCU模件通過冗余的I /0總線與智能FO模件通訊。PCU直接面向生產過程，接受現(xiàn)場變送器、熱電偶、熱電阻、電氣量、開關量、脈沖量等信號，經運算處理后進行運行參數(shù)、設備狀態(tài)的實時顯示和打印以及輸出信號直接驅動執(zhí)行機構，完成生產過程的監(jiān)測、控制和聯(lián)鎖保護等功能。
運行員工作站(0S)和工程師工作站( ES)提供了人機接口。 運行員工作站接收PCU發(fā)來的信息和向PCU發(fā)出指令，為運，行操作人員提供監(jiān)視和控制機組運行的手段，工程師工作站為維護工程師提供系統(tǒng)組態(tài)設置和修改、系統(tǒng)診斷和維護等手段。
二、變換器電路從低頻向高頻方向發(fā)展
隨著電力電子器件的更新，由它組成的變換器電路也必然要換代。應用普通晶閘管時，直流傳功的變換器主要是相控整流，而交流變頻船動則是交一直一交變頻器。當電力電子器件進入第二代后，更多是采用PWM 變換器了。采用PWM方式后，提高了功率因數(shù)，減少 了高次諧波對電岡的影響，解決了電動機在低頻區(qū)的轉矩脈動問題。
但是PWM 逆變器中的電壓、電流的諧波分量產生的轉矩脈動作用在定轉子上，使電機繞組產生振動而發(fā)出噪聲。為了解決這個問題，一種方法是提高開關頻率，使之超過人耳能感受的范圍，但是電力電子器件在高電壓大電流的情況下導通或關斷，開關損耗很大。開關損耗的存在限制了逆變器工作頻率的提高。
1986 年美國威斯康星大學 Divan 教授提出諧振式直流環(huán)逆變器。傳統(tǒng)的逆變器是掛在穩(wěn)定的直流母線上，電力電子器件是在高電壓下進行轉換的‘硬開關’，其開關損耗較大，限制了開關在頻率上的提高。而諧奪式直流環(huán)逆變器是把逆變器掛在高頻振蕩過零的諧振路上，使電力電子器件在零電壓或零電流下轉換，即工作在所謂的‘軟開關’狀態(tài)下，從而使開關損耗降低到零。這樣，可以使逆器尺寸減少，降低成本，還可能在較高功率上使逆變器集成化。因此，諧振式直流逆變器電路極有發(fā)展前途。
三、當前電力系統(tǒng)自動化依賴IT技術向前發(fā)展的重要熱點技術
(一)電力一次設備智能化 。常規(guī)電力一次設備和二次設備安裝地點一般相隔幾十至幾百米距離，互相間用強信號電力電纜和大電流控制電纜連接，而電力一次設備智能化是指一次設備結構設計時考慮將常規(guī)二次設備的部分或全部功能就地實現(xiàn)，省卻大量電力信號電纜和控制電纜，通常簡述為一次設備自帶測量和保護功能。如常見的“智能化開關”、“智能化開關柜”、“智能化箱式變電站”等。
電力一次設備智能化主要問題是電子部件經常受到現(xiàn)場大電流開斷而引起的高強度電磁場干擾，關鍵技術是電磁兼容、電子部件的供電電源以及與外部通信接口協(xié)議標準等技術問題。
(二)電力一次設備在線狀態(tài)檢測 。對電力系統(tǒng)一次設備如發(fā)電機、汽輪機、變壓器、斷路器、開關等設備的重要運行參數(shù)進行長期連續(xù)的在線監(jiān)測，不僅可以監(jiān)視設備實時運行狀態(tài)，而且還能分析各種重要參數(shù)的變化趨勢，判斷有無存在故障的先兆，從而延長設備的維修保養(yǎng)周期，提高設備的利用率，為電力設備由定期檢修向狀態(tài)檢修過度提供保障。近年來電力部門投入了很大力量與大學、科研單位合作或引進技術，開展在線狀態(tài)檢測技術研究和實踐并取得了一些進展，但由于技術難度大，專業(yè)性強， 檢測環(huán)境條件惡劣，要開發(fā)出滿意的產品還需一定時日。
(三)光電式電力互感器。電力互感器是輸電線路中不可缺少的重要設備，其作用是按一定比例關系將輸電線路上的高電壓和大電流數(shù)值降到可以用儀表直接測量的標準數(shù)值，以便用儀表直接測量。其缺點是隨電壓等級的升高絕緣難度越大，設備體積和質量也越大;信號動態(tài)范圍小，導致電流互感器會出現(xiàn)飽和現(xiàn)象，或發(fā)生信號畸變;互感器的輸出信號不能直接與微機化計量及保護設備接口。因此不少發(fā)達國家已經成功研究出新型光電式和電子式互感器，國際電工協(xié)會已發(fā)布了電子式電壓、電流互感器的標準。國內也有大專院校和科研單位正在加緊研發(fā)并取得了可喜成果。目前主要問題是材料隨溫度系數(shù)的影響而使穩(wěn)定性不夠理想。另一關鍵技術是，光電互感器輸出的信號比電磁式互感器輸出的信號要小得多，一般是毫安級水平，不能像電磁式互感器那樣可以通過較長的電纜線送給測控和保護裝置，需要在就地轉換為數(shù)字信號后通過光纖接口送出，模數(shù)轉換、光電轉換等電子電路部分在結構上需要與互感器進行一體化設計。在這里，電磁兼容、絕緣、耐環(huán)境條件、電子電路的供電電源同樣是技術難點之一。
四、結語
眾所周知，電氣自動化技術是當今世界最活躍、最充滿生機、最富有開發(fā)前景的綜合性學科與眾多高新技術的合成。其應用范圍十分廣泛，幾乎滲透到國民經濟各個部門，隨著我國科技技術的發(fā)展，電氣自動化技術也隨之提高。
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