電力電子新技術(shù)論文
電力電子這門技術(shù)發(fā)展迅速，現(xiàn)在已經(jīng)可以對(duì)電能直接進(jìn)行高效的控制，對(duì)電能進(jìn)行變換，還可以對(duì)電力系統(tǒng)進(jìn)行電量調(diào)整。學(xué)習(xí)啦小編為大家整理的電力電子新技術(shù)論文，希望你們喜歡。
電力電子新技術(shù)論文篇一
淺議電力電子技術(shù)
摘要：電力電子技術(shù)是一門新興的應(yīng)用于電力領(lǐng)域的電子技術(shù)，就是使用電力電子器件(如晶閘管，GTO，IGBT等)對(duì)電能進(jìn)行變換和控制的技術(shù)。電力電子技術(shù)所變換的“電力”功率可大到數(shù)百M(fèi)W甚至GW，也可以小到數(shù)W甚至1W以下，和以信息處理為主的信息電子技術(shù)不同電力電子技術(shù)主要用于電力變換。
關(guān)鍵詞：電力;電子技術(shù);電力電子
電力電子技術(shù)分為電力電子器件制造技術(shù)和交流技術(shù)(整流，逆變，斬波，變頻，變相等)兩個(gè)分支?，F(xiàn)已成為現(xiàn)代電氣工程與自動(dòng)化專業(yè)不可缺少的一部分。
一、電力電子學(xué)
電力電子學(xué)(Power Electronics)這一名稱是在上世紀(jì)60年代出現(xiàn)的。1974年，美國(guó)的W.Newell用一個(gè)倒三角形(如圖)對(duì)電力電子學(xué)進(jìn)行了描述，認(rèn)為它是由電力學(xué)、電子學(xué)和控制理論三個(gè)學(xué)科交叉而形成的。這一觀點(diǎn)被全世界普遍接受。“電力電子學(xué)”和“電力電子技術(shù)”是分別從學(xué)術(shù)和工程技術(shù)2個(gè)不同的角度來(lái)稱呼的。
利用電力電子器件實(shí)現(xiàn)工業(yè)規(guī)模電能變換的技術(shù)，有時(shí)也稱為功率電子技術(shù)。一般情況下，它是將一種形式的工業(yè)電能轉(zhuǎn)換成另一種形式的工業(yè)電能。例如，將交流電能變換成直流電能或?qū)⒅绷麟娔茏儞Q成交流電能;將工頻電源變換為設(shè)備所需頻率的電源;在正常交流電源中斷時(shí)，用逆變器(見(jiàn)電力變流器)將蓄電池的直流電能變換成工頻交流電能。應(yīng)用電力電子技術(shù)還能實(shí)現(xiàn)非電能與電能之間的轉(zhuǎn)換。例如，利用太陽(yáng)電池將太陽(yáng)輻射能轉(zhuǎn)換成電能。與電子技術(shù)不同，電力電子技術(shù)變換的電能是作為能源而不是作為信息傳感的載體。因此人們關(guān)注的是所能轉(zhuǎn)換的電功率。
電力電子技術(shù)是大功率的電技術(shù)，又大多是為應(yīng)用強(qiáng)電的工業(yè)服務(wù)的，故常將它歸屬于電工類。電力電子技術(shù)的內(nèi)容主要包括電力電子器件、電力電子電路和電力電子裝置及其系統(tǒng)。電力電子器件以半導(dǎo)體為基本材料，最常用的材料為單晶硅;它的理論基礎(chǔ)為半導(dǎo)體物理學(xué);它的工藝技術(shù)為半導(dǎo)體器件工藝。近代新型電力電子器件中大量應(yīng)用了微電子學(xué)的技術(shù)。電力電子電路吸收了電子學(xué)的理論基礎(chǔ)，根據(jù)器件的特點(diǎn)和電能轉(zhuǎn)換的要求，又開(kāi)發(fā)出許多電能轉(zhuǎn)換電路。這些電路中還包括各種控制、觸發(fā)、保護(hù)、顯示、信息處理、繼電接觸等二次回路及外圍電路。利用這些電路，根據(jù)應(yīng)用對(duì)象的不同，組成了各種用途的整機(jī)，稱為電力電子裝置。這些裝置常與負(fù)載、配套設(shè)備等組成一個(gè)系統(tǒng)。電子學(xué)、電工學(xué)、自動(dòng)控制、信號(hào)檢測(cè)處理等技術(shù)常在這些裝置及其系統(tǒng)中大量應(yīng)用。
二、電力電子技術(shù)的應(yīng)用作用
1、優(yōu)化電能使用。通過(guò)電力電子技術(shù)對(duì)電能的處理，使電能的使用達(dá)到合理、高效和節(jié)約，實(shí)現(xiàn)了電能使用最佳化。例如，在節(jié)電方面，針對(duì)風(fēng)機(jī)水泵、電力牽引、軋機(jī)冶煉、輕工造紙、工業(yè)窯爐、感應(yīng)加熱、電焊、化工、電解等14個(gè)方面的調(diào)查，潛在節(jié)電總量相當(dāng)于1990年全國(guó)發(fā)電量的16%，所以推廣應(yīng)用電力電子技術(shù)是節(jié)能的一項(xiàng)戰(zhàn)略措施，一般節(jié)能效果可達(dá)10%-40%，我國(guó)已將許多裝置列入節(jié)能的推廣應(yīng)用項(xiàng)目。
2、改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)和發(fā)展機(jī)電一體化等新興產(chǎn)業(yè)。據(jù)發(fā)達(dá)國(guó)家預(yù)測(cè)，今后將有95%的電能要經(jīng)電力電子技術(shù)處理后再使用，即工業(yè)和民用的各種機(jī)電設(shè)備中，有95%與電力電子產(chǎn)業(yè)有關(guān)，特別是，電力電子技術(shù)是弱電控制強(qiáng)電的媒體，是機(jī)電設(shè)備與計(jì)算機(jī)之間的重要接口，它為傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)和新興產(chǎn)業(yè)采用微電子技術(shù)創(chuàng)造了條件，成為發(fā)揮計(jì)算機(jī)作用的保證和基礎(chǔ)。
3、電力電子技術(shù)高頻化和變頻技術(shù)的發(fā)展，將使機(jī)電設(shè)備突破工頻傳統(tǒng)，向高頻化方向發(fā)展。實(shí)現(xiàn)最佳工作效率，將使機(jī)電設(shè)備的體積減小幾倍、幾十倍，響應(yīng)速度達(dá)到高速化，并能適應(yīng)任何基準(zhǔn)信號(hào)，實(shí)現(xiàn)無(wú)噪音且具有全新的功能和用途。
4、電力電子智能化的進(jìn)展，在一定程度上將信息處理與功率處理合一，使微電子技術(shù)與電力電子技術(shù)一體化，其發(fā)展有可能引起電子技術(shù)的重大改革。有人甚至提出，電子學(xué)的下一項(xiàng)革命將發(fā)生在以工業(yè)設(shè)備和電網(wǎng)為對(duì)象的電子技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域，電力電子技術(shù)將把人們帶到第二次電子革命的邊緣。
三、電力電子技術(shù)器件
02年出現(xiàn)了第一個(gè)玻璃的汞弧整流器。1910年出現(xiàn)了鐵殼汞弧整流器。用汞弧整流器代替機(jī)械式開(kāi)關(guān)和換流器,這是電力電子技術(shù)的發(fā)端。1920年試制出氧化銅整流器，1923年出現(xiàn)了硒整流器。30年代，這些整流器開(kāi)始大量用于電力整流裝置中。20世紀(jì)40年代末出現(xiàn)了晶體管。20世紀(jì)50年代初，晶體管向大功率化發(fā)展，同時(shí)用半導(dǎo)體單晶材料制成的大功率二極管也得到發(fā)展。1954年，瑞典通用電機(jī)公司(ASEA公司)首先將汞弧管用于高壓整流和逆變,并在±100千伏直流輸電線路上應(yīng)用，傳輸20兆瓦的電力。1956年，美國(guó)人J.莫爾制成晶閘管雛型。1957年，美國(guó)人R.A.約克制成實(shí)用的晶閘管。50年代末晶閘管被用于電力電子裝置，60年代以來(lái)得到迅速推廣,并開(kāi)發(fā)出一系列派生器件,拓展了電力電子技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域。 電力電子電路 隨著晶閘管應(yīng)用的推廣，開(kāi)發(fā)出許多電力電子電路。
四、電力電子電路器件類別
1、將交流電能轉(zhuǎn)換成直流電能的整流電路;
2、將直流電能轉(zhuǎn)換成交流電能的逆變電路;
3、將一種形式的交流電能轉(zhuǎn)換成另一種形式的交流電能的交流變換電路;
4、將一種形式的直流電能轉(zhuǎn)換成另一種形式的直流電能的直流變換電路。這些電路都包含晶閘管，而每個(gè)晶閘管都需要相應(yīng)的觸發(fā)器。于是配合這些電力電子電路出現(xiàn)了許多的觸發(fā)控制電路。
五、電子電路器件分類
1、控制電路主要由分立的電子元件(如晶體管、二極管)組成。直到80年代后期，還用得不少。
2、由集成電路組成。自從1958年美國(guó)出現(xiàn)了世界上第一個(gè)集成電路以來(lái)，發(fā)展異常迅速。它應(yīng)用到電力電子裝置的控制電路中,使其結(jié)構(gòu)緊湊,功能和可靠性得到提高。
3、由微機(jī)進(jìn)行控制。
70年代以來(lái)，由于微機(jī)的發(fā)展使電力電子裝置進(jìn)一步朝實(shí)現(xiàn)智能化的方向進(jìn)步。 電力電子裝置 隨著電力電子電路的發(fā)展和完善，由晶閘管組成的許多類型的電力電子裝置不斷出現(xiàn)。如大功率的電解電源、焊接電源、電鍍用的直流電源;直流和交流牽引、直流傳動(dòng)、交流串級(jí)調(diào)速、變頻調(diào)速等傳動(dòng)用電源;勵(lì)磁、無(wú)功靜止補(bǔ)償、諧波補(bǔ)償?shù)入娏ο到y(tǒng)用的電力電子裝置;低頻、中頻、高頻電源等各種非工頻電源，尤其是感應(yīng)加熱的中高頻電源;不停電電源、交流穩(wěn)壓電源等各種工業(yè)用電力電子電源;各種調(diào)壓器等等。這些電力電子裝置,與傳統(tǒng)的電動(dòng)機(jī)-發(fā)電機(jī)組比，有較高的電效率(以容量10千瓦至數(shù)百千瓦、頻率為1000赫的電動(dòng)機(jī)-發(fā)電機(jī)組為例,在額定負(fù)載下,效率η=80%，并隨負(fù)載減小而顯著降低,若用晶閘管電源,η≥92%,且隨負(fù)載變化不大)，因此，有明顯的節(jié)能效果。電力電子裝置是靜止式裝置，占地面積小，重量輕，安裝方便(以焊接電源為例,與旋轉(zhuǎn)焊機(jī)相比，重量減輕80%,節(jié)能15%)。同時(shí)，電力電子裝置往往對(duì)頻率、電壓等的調(diào)節(jié)比較容易，響應(yīng)快，功能多，自動(dòng)化程度高，因此用于工業(yè)上不但明顯節(jié)能，還往往能提高生產(chǎn)率和產(chǎn)品質(zhì)量，節(jié)省原材料，并常能改善工作環(huán)境。但電力電子裝置大多為電子開(kāi)關(guān)式裝置，它往往對(duì)電網(wǎng)和負(fù)載產(chǎn)生諧波干擾，有時(shí)還對(duì)周圍環(huán)境引起一定的高頻干擾，這是在設(shè)計(jì)這些裝置和系統(tǒng)時(shí)必須妥善解決的。
電力電子新技術(shù)論文篇二
電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用
摘要：隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展，電子技術(shù)在各個(gè)行業(yè)中都獲得了廣泛的應(yīng)用，并且發(fā)揮了重要作用，給人們的生產(chǎn)與生活帶來(lái)極大的便利。同樣電力電子技術(shù)應(yīng)用于電力系統(tǒng)中，也取得了一定的成效，為電力系統(tǒng)的發(fā)展提供了技術(shù)支持，促進(jìn)了電力系統(tǒng)的發(fā)展。
關(guān)鍵詞：電力電子技術(shù);電力系統(tǒng);發(fā)展;應(yīng)用
中圖分類號(hào)：F470.6 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A
電力電子技術(shù)是電子技術(shù)的主要內(nèi)容之一，除了電力電子技術(shù)，還有信息電子技術(shù)。現(xiàn)代電子技術(shù)主要是用電子器件進(jìn)行設(shè)計(jì)的，以電子學(xué)原理為基礎(chǔ)，進(jìn)而制造一些特定功能的電路，可以為解決實(shí)際問(wèn)題提供科學(xué)的依據(jù)的一項(xiàng)高科技電子技術(shù)。該項(xiàng)技術(shù)主要應(yīng)用在電力領(lǐng)域，是以功率半導(dǎo)體器件、電路技術(shù)、現(xiàn)代控制等技術(shù)為支撐的技術(shù)平臺(tái)新技術(shù)，主要是建立在電工原理學(xué)科、電子學(xué)等學(xué)科的理論基礎(chǔ)上。
一、電力電子技術(shù)的發(fā)展
電力電子技術(shù)智能化的飛速發(fā)展：主要是可以將電子信息和器具的功率處理合二為一，將微電子技術(shù)和電力電子技術(shù)能夠進(jìn)行一體化。很多人指出：工業(yè)設(shè)備領(lǐng)域和電網(wǎng)領(lǐng)域是電子學(xué)下一步的重要應(yīng)用范疇，該技術(shù)可以將人類帶到第二次電子革命的前沿。
在大型電解電鍍電源中，用高頻開(kāi)關(guān)電源與用傳統(tǒng)的電源相比更具有優(yōu)越性，傳統(tǒng)的顯得很笨重;而新技術(shù)的應(yīng)用可以大幅度的降低其重量。此應(yīng)用，還可以節(jié)省材料、降低成本，更為重要的是，使得電源的利用效率得到極大的提高。各種較大功率的開(kāi)關(guān)電源的核心技術(shù)為高頻開(kāi)關(guān)電源技術(shù);各大功率開(kāi)關(guān)電源主要包括通訊電源、電力操作電源等。
二、電力電子技術(shù)的應(yīng)用
自上個(gè)世紀(jì)末，提出柔性交流輸電(FACTS)的概念后，電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用技術(shù)得到了全社會(huì)的極大關(guān)注，多種設(shè)備陸續(xù)呈現(xiàn)，其中較為成功的是在電力系統(tǒng)的大功率直流輸電(HVDC)中得到廣泛應(yīng)用的電力電子技術(shù)。
1.在發(fā)電環(huán)節(jié)中的應(yīng)用
在電力系統(tǒng)中，包括發(fā)電環(huán)節(jié)在內(nèi)的多種設(shè)備，是將來(lái)應(yīng)用該技術(shù)的主要環(huán)節(jié)，主要是進(jìn)行改善和應(yīng)用這些設(shè)備。
(1)大型發(fā)電機(jī)的靜止勵(lì)磁具有安全性高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單和成本廉價(jià)等優(yōu)點(diǎn)，其控制靜止勵(lì)磁是采用的閘管整流并自勵(lì)方式，此方式在各行業(yè)的大電力系統(tǒng)得到廣泛采用。因?yàn)閯?lì)磁機(jī)的中間慣性部分被去掉了，所以具備快速性調(diào)節(jié)性能，可以產(chǎn)生良好控制效果和充分發(fā)揮其性能。
(2)風(fēng)力和水力發(fā)電機(jī)的變速恒頻勵(lì)磁。電力的輸出功率大小主要受水流量和水頭壓力控制。在水頭變化較大時(shí)，機(jī)組最優(yōu)的轉(zhuǎn)速也會(huì)跟著發(fā)生變化。風(fēng)力發(fā)電的有效功率主要是和風(fēng)速的三次方有關(guān)系，是正比關(guān)系，風(fēng)車捕捉最大風(fēng)能的轉(zhuǎn)速隨風(fēng)速而變化。要使機(jī)組變速運(yùn)行，取得最大的有效功率，可以通過(guò)改變轉(zhuǎn)子勵(lì)磁電流的頻率，使其與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速、輸出的頻率恒定。該應(yīng)用的核心技術(shù)主要是變頻電源。
發(fā)電廠中的風(fēng)機(jī)水泵可是實(shí)現(xiàn)變頻調(diào)速調(diào)整，一般而言，發(fā)電廠的用電率都保持著在8%左右，它的總耗電量在整個(gè)設(shè)備耗電量中占到65%，整體運(yùn)行效率非常低。設(shè)備一般使用高壓變頻器或者是低壓變頻器，該變頻器實(shí)現(xiàn)相互轉(zhuǎn)化，達(dá)到電氣使用效果，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了風(fēng)機(jī)水泵的變頻調(diào)速。
2.在節(jié)電方面的應(yīng)用
(1)變負(fù)荷電動(dòng)機(jī)調(diào)速運(yùn)行。電動(dòng)機(jī)節(jié)電主要是表現(xiàn)在兩個(gè)方面：一個(gè)是電動(dòng)機(jī)本身挖掘節(jié)電潛力;另一個(gè)是通過(guò)變負(fù)荷電動(dòng)機(jī)的調(diào)速技術(shù)。只有將二者結(jié)合起來(lái)，才使得電動(dòng)機(jī)節(jié)電方面變得較完善。交流調(diào)速目前在礦山和冶金等行業(yè)的電力系統(tǒng)中應(yīng)用較為廣泛。
(2)減少無(wú)功損耗，提高功率因數(shù)。
在電氣設(shè)備中，其器具包括變壓器在內(nèi)的主要設(shè)備都是屬于感性負(fù)載。他們?cè)谶\(yùn)行時(shí)，不但消耗電氣設(shè)備的有功功率，還消耗它的無(wú)功功率。無(wú)功電源和有功電源是一樣的，是用來(lái)保證電能質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)。所以，當(dāng)電氣設(shè)備中的無(wú)用功的容量比較小時(shí)，應(yīng)該增裝無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備，從而使得設(shè)備功率因數(shù)得到很大的提高。
3.在輸電環(huán)節(jié)中的應(yīng)用
(1)通信用高頻開(kāi)關(guān)電源。通信業(yè)的進(jìn)步和飛速發(fā)展，在很大程度上推動(dòng)了通信電源的高速發(fā)展。在通信技術(shù)中，一次電源通常為整流器，而二次電源為直流—直流變換器。在通信設(shè)備中，電源電壓不同，集成電路的種類也多;因此，在通信供電系統(tǒng)中，從中間母線電壓，將變換成所需的各種各樣的直流電壓，這樣才可以減小損耗，能較為方便的增加和安裝設(shè)備。
(2)直流-直流(DC/DC)變換器。DC/DC變換器是一個(gè)將固定的直流電壓轉(zhuǎn)換成可以變動(dòng)的直流電壓，在地鐵列車和無(wú)軌電車無(wú)級(jí)變速的控制上該技術(shù)已經(jīng)成功的應(yīng)用了，同時(shí)使上述控制獲得加速平穩(wěn)、快速響應(yīng)的性能。將直流斬波器用來(lái)代替變阻器，可以節(jié)約電能達(dá)到30%左右，效果很好。直流斬波器不僅可以起到能夠調(diào)節(jié)電壓的作用(如開(kāi)關(guān)電源)，而且還可以對(duì)電網(wǎng)側(cè)諧波電流噪聲進(jìn)行有效地控制和抑制，使調(diào)節(jié)和控制效果取得了明顯的進(jìn)步。
(3)直流輸電技術(shù)。直流輸電、輕型直流輸電技術(shù)具有很多優(yōu)點(diǎn)：有較大的輸電容量，能靈活的進(jìn)行調(diào)節(jié)和控制，并且穩(wěn)定性能極好等。同時(shí)，電壓直流輸電所具有的的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)是：可以利用海底電纜輸電;并能進(jìn)行遠(yuǎn)距離輸電;還可以將不同頻率系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)。在上個(gè)世紀(jì)七十年代，電力電子技術(shù)正式應(yīng)用在直流輸電上，起源于世界上第一個(gè)晶閘管換流器的誕生。從那往后，在生產(chǎn)實(shí)踐中所用到的直流輸電工程基本上都是用的晶閘管換流閥。
4.在配電環(huán)節(jié)中的應(yīng)用
目前，能否進(jìn)行可靠性供電，到底如何進(jìn)行加強(qiáng)和提高電能質(zhì)量，是現(xiàn)在配電系統(tǒng)中所需要迫切解決的問(wèn)題，要抑制各種瞬態(tài)的波動(dòng)和干擾才可以使電能質(zhì)量得到控制，同時(shí)還要滿足頻率和諧波以及電壓的不對(duì)稱度的要求。用戶電力技術(shù)(DFACTS)是在柔性交流輸電技術(shù)(FACTS)的各項(xiàng)技術(shù)成熟以后，在此基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，并能對(duì)電能質(zhì)量進(jìn)行控制的一項(xiàng)新技術(shù);它是現(xiàn)代控制技術(shù)和電力電子技術(shù)在配電系統(tǒng)中的主要應(yīng)用。由于DFACTS設(shè)備其原理、結(jié)構(gòu)、功能與FACTS比較相似，成本投入少，技術(shù)開(kāi)發(fā)較簡(jiǎn)單，根據(jù)市場(chǎng)的需求，其使用范圍會(huì)逐漸廣泛，再加上電力電子器件價(jià)格越來(lái)越廉價(jià)，可以預(yù)計(jì)DFACTS設(shè)備產(chǎn)品將快速進(jìn)入一個(gè)高速發(fā)展的階段。
5.改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)和發(fā)展機(jī)電一體化等新興產(chǎn)業(yè)
根據(jù)世界上較為發(fā)達(dá)的國(guó)家進(jìn)行的預(yù)測(cè)和判斷，今后將有百分之九十以上的電能需要利用電力電子技術(shù)進(jìn)行處理之后，才可以進(jìn)行使用。電力電子技術(shù)與百分之九十五的現(xiàn)代的工業(yè)以及各種民用的機(jī)電設(shè)備有很大的關(guān)系。特別指出的是，電力電子技術(shù)是一個(gè)用弱電來(lái)控制強(qiáng)電的載體，同樣也是計(jì)算機(jī)技術(shù)與機(jī)電設(shè)備之間進(jìn)行接口的重要瓶頸。該技術(shù)可以為傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)和新興產(chǎn)業(yè)將來(lái)采用微電子技術(shù)創(chuàng)造有利的條件和強(qiáng)大的技術(shù)支持，還可以為將來(lái)充分發(fā)揮計(jì)算機(jī)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)奠定強(qiáng)有力的技術(shù)條件和基礎(chǔ)。
三、結(jié)語(yǔ)
綜上所述，電力系統(tǒng)是電力電子技術(shù)主要應(yīng)用的一個(gè)方向。在已有研究成果的基礎(chǔ)上，使得該技術(shù)應(yīng)用和運(yùn)行投入逐漸加大。只有在不斷改善該技術(shù)應(yīng)用經(jīng)濟(jì)性的情況下，才有可能在電力系統(tǒng)中大規(guī)模推廣這項(xiàng)技術(shù)，大幅度提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定水平，從而產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。
參考文獻(xiàn)：
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