電力變流技術(shù)電力電子論文

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一、電力電子變流技術(shù)概述

隨著社會用電的需求,電力電子技術(shù)逐漸得到了相應(yīng)的研究與發(fā)展。20世紀(jì)60年代以后,電力電子技術(shù)開始被應(yīng)用到相關(guān)的領(lǐng)域,如電力電子領(lǐng)域和控制技術(shù)領(lǐng)域。其中,電力電子技術(shù)在控制技術(shù)方面的研究和應(yīng)用使相應(yīng)的電能能夠得到科學(xué)有效的轉(zhuǎn)換和控制,從而推動了電能的合理應(yīng)用和可持續(xù)發(fā)展。電力電子技術(shù)是用計算機(jī)系統(tǒng)將電子技術(shù)、電路技術(shù)和電力控制技術(shù)等方面進(jìn)行相應(yīng)的整合應(yīng)用的現(xiàn)代化的電力技術(shù),晶閘管的出現(xiàn)標(biāo)志著這項技術(shù)發(fā)展到相應(yīng)的成熟階段。電力電子技術(shù)主要包括兩個方面的技術(shù),一是電子電子器件制造技術(shù)和電力電子變流技術(shù)。電力電子器件制造技術(shù)在發(fā)展過程中得到了不斷的提高和發(fā)展。相應(yīng)的電力電子器件已經(jīng)由第一代的低耗能和小體積發(fā)展到具有自動關(guān)斷功能和結(jié)合相應(yīng)的功率器件、驅(qū)動器件、控制器件等更完善的第三代電力電子器件。其發(fā)展前景更加可觀。電力電子變流技術(shù)也在不斷的發(fā)展中得到了廣泛的應(yīng)用。20世紀(jì)70年代,整流電路得到了廣泛的應(yīng)用,逆變電路也在此過程中得到了一定程度的發(fā)展。隨著自動斷電器件的應(yīng)用,逆變電路開始有了更為迅速的發(fā)展。與此同時,隨著控制技術(shù)的不斷發(fā)展,使電力電子系統(tǒng)的現(xiàn)代化控制技術(shù)得到了不斷的發(fā)展,出現(xiàn)了模糊控制、自適應(yīng)控制等控制方式。控制技術(shù)在很多領(lǐng)域都得到了相應(yīng)的應(yīng)用,也為電力電子技術(shù)的發(fā)展提供了更多的技術(shù)支持。

二、電力電子變流技術(shù)的應(yīng)用形式

作為電力電子技術(shù)中的一部分,電力電子變流技術(shù)從上個世紀(jì)七、八十年代開始被廣泛應(yīng)用到電力系統(tǒng)中。一經(jīng)應(yīng)用便受到社會各界的極大關(guān)注。隨著不斷的發(fā)展,電力電子變流技術(shù)以整流電路、交流調(diào)壓電路、逆變電路、斬波電路等形式在電力系統(tǒng)中都得到了廣泛的應(yīng)用,并取得了相應(yīng)的良好效果。

(一)整流電路

整流電路是用可以調(diào)節(jié)大小的直流電代替了交流電供給直流用電設(shè)備的一種電力電子變流電路。整流電路通過整流二極管將輸出的電壓較低的交流電轉(zhuǎn)化成直流電,實現(xiàn)對交流電的整流。交流電壓在通過整流電路之后,就會變成混合電壓,既有交流電壓也有直流電壓。整流電路被應(yīng)用到一些相應(yīng)的用電控制和相關(guān)輸電環(huán)節(jié),實現(xiàn)了快速高效控制并推動了電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行。與此同時,整流電路還用多相整流的方式減少和控制了輸出電壓的脈動情況,并減少了電能的損失。整流電路一般是由變壓器、濾波器和整流主電路組成的,在調(diào)節(jié)直流電動機(jī)的速度和調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的勵磁、電鍍、電解等方面得到了相應(yīng)的普遍運(yùn)用。整流電路的變壓器的設(shè)置是為了使輸入的相應(yīng)的交流電壓與輸出的直流電壓之間保持相匹配協(xié)調(diào),并實現(xiàn)對交流電網(wǎng)與整流電路之間的隔離。變壓器在整流電路中的設(shè)置情況需要依據(jù)相應(yīng)的具體情況來確定。整流電路中的濾波器是為了能夠?qū)⒅绷麟妷褐械慕涣麟妷哼^濾掉而在主電路與負(fù)載之間進(jìn)行的相應(yīng)連接。2。世紀(jì)70年代,整流電路的主電路主要是由晶閘管和整流二極管。隨著不斷發(fā)展,發(fā)光二極管等新形材料逐漸被應(yīng)用到主電路中。電力系統(tǒng)中的整流電路主要包括半波整流電路、全波整流電路和橋式整流電路。其中,半波整流電路是整流電路系統(tǒng)中最為簡單的一種,它能夠通過電源變壓器將220伏電壓轉(zhuǎn)變成所需要的電壓大小,整流二極管能將相應(yīng)的交流電轉(zhuǎn)換成直流電。經(jīng)過反復(fù)的轉(zhuǎn)換過程,一半的交流電被演變成了直流電,這也是半波整流的由來。半坡整流電路的電流利用率比較低,多用于電壓高、電流小的領(lǐng)域。全波整流電路可以認(rèn)為是由兩個半波整流電路組成的,其通過對整流電路的相應(yīng)調(diào)整,達(dá)到了對電能的高效運(yùn)用,但其二級管所承受的電壓相對較大。橋式整流電路是使用最為廣泛的整流電路,它通過接入兩個二極管使電路形成了橋的形狀。橋式整流電路既能夠高效利用電能,還能夠使承受的反向電壓相應(yīng)減少,對其穩(wěn)定運(yùn)行有一定的作用。

(二)交流調(diào)壓電路

交流調(diào)壓電路是運(yùn)用改變電壓、相數(shù)等方式實現(xiàn)新形式的交流電代替原來的交流電的一種變流電路,其主要被應(yīng)用在控制電熱、控制燈光和控制交流電動機(jī)速度等方面。交流調(diào)壓電路在被廣泛應(yīng)用到電力系統(tǒng)中的同時,也實現(xiàn)了在高壓電器中的應(yīng)用。交流調(diào)壓電路雖然會產(chǎn)生諧波,但其對電路系統(tǒng)的影響并不是很大,而且該電路還具有設(shè)置簡單、方便控制和調(diào)節(jié),對有色金屬的消耗較小等特點。此外,交流調(diào)壓電路還能在電動機(jī)的整個運(yùn)行過程進(jìn)行調(diào)壓,以保持電壓的穩(wěn)定和電動機(jī)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。交流電壓器通過依照相應(yīng)的規(guī)律控制交流開關(guān)從而達(dá)到控制輸出電壓的目的。交流調(diào)壓器控制電壓的方式主要有周波控制調(diào)壓、相位控制調(diào)壓和斬波控制調(diào)壓。其中,周波控制調(diào)壓是通過交流開關(guān)關(guān)閉和開通相應(yīng)的周波,從而改變輸出電壓的波形達(dá)到改變輸出電壓大的目的。相位控制調(diào)壓是通過改變晶閘管電壓到觸發(fā)點之間的電角度,從而改變輸出電壓的方式。斬波控制調(diào)壓是通過利用開關(guān)將電源周期內(nèi)進(jìn)行切斷,將輸出電壓也相應(yīng)切成小段,再通過改變其寬度或開關(guān)通斷的周期來調(diào)節(jié)輸出電壓的方式。

(三)逆變電路

逆變電路是用不同的交流電代替直流電的一種變流電路,可用于構(gòu)成各種交流電源,在工業(yè)領(lǐng)域有比較廣泛的運(yùn)用。生活中的一些直流電源向交流負(fù)載供電時就需要逆變電路來實現(xiàn)。逆變電路通過相應(yīng)的開關(guān)和晶閘管來改變直流電路的電壓或電流,從而把直流電轉(zhuǎn)變成交流電的過程。逆變電路有單相和多相之分。逆變電路常常被拿來與變頻做相關(guān)聯(lián)系。逆變電路能夠通過轉(zhuǎn)變電流頻率實現(xiàn)與水力、風(fēng)力發(fā)電機(jī)的輸出頻率相一致的目標(biāo),從而能夠使水力、風(fēng)力發(fā)電取得高效運(yùn)轉(zhuǎn)。為了實現(xiàn)發(fā)電廠節(jié)能運(yùn)行,可將逆變電路應(yīng)用到對風(fēng)機(jī)水泵的調(diào)節(jié)中去,以通過轉(zhuǎn)變頻率的方式調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)水泵的運(yùn)行速度,實現(xiàn)其節(jié)能高效運(yùn)轉(zhuǎn)。此外,通過運(yùn)用帶有逆變電路的逆變器,可實現(xiàn)對太陽能發(fā)電的轉(zhuǎn)換運(yùn)用。

(四)斬波電路

斬波電路是用斬波器使改變原有電路的電壓,使一種新的固定電壓或可調(diào)電壓的直流電來代替原來電壓的直流電的一種變流電路。它在一些電動機(jī)的驅(qū)動中得到了廣泛應(yīng)用,如開關(guān)電源等。斬波電路是為了電力運(yùn)用的相應(yīng)需要,將相應(yīng)的一部分正弦波斬掉,從而改變電路電壓的變流技術(shù)。斬波電路的斬波器往往會采用脈寬調(diào)制和頻率調(diào)制兩種方式。斬波電路主要包括升壓斬波電路、降壓斬波電路和升降壓斬波電路等。斬波電路能夠在節(jié)約電能的基礎(chǔ)上使相應(yīng)的電動機(jī)能夠平穩(wěn)加速。與此同時,斬波電路還能夠起到調(diào)節(jié)電壓和對電網(wǎng)側(cè)諧波進(jìn)行有效控制的作用。

三、電力電子變流技術(shù)的作用

(一)促進(jìn)電力電子技術(shù)的發(fā)展

隨著電力電子控制設(shè)備和變流技術(shù)的不斷發(fā)展和廣泛應(yīng)用,電力電子變流技術(shù)在促進(jìn)電力電子的智能化發(fā)展方面發(fā)揮出了重要的作用,也對實現(xiàn)微電子技術(shù)與變流技術(shù)的有機(jī)整合提供了相應(yīng)的支持和幫助。這不僅有利于電力電子變流技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展,也能夠在一定程度上推動電子技術(shù)的重大發(fā)展,為新的電子革命的到來起到了相應(yīng)的推動作用。

(二)對電能的使用更加高效合理

傳統(tǒng)的電力技術(shù)在電能運(yùn)用上存在著相應(yīng)的浪費(fèi)和管控不足等情況,不利于電能的高效配置和合理利用。而通過在電力系統(tǒng)中運(yùn)用電力電子變流技術(shù)則能夠?qū)崿F(xiàn)轉(zhuǎn)變電流和電壓,從而達(dá)到相應(yīng)的用電需求,也能夠?qū)崿F(xiàn)節(jié)約電能,高效用電的目標(biāo),促使社會對電能的應(yīng)用更加科學(xué)合理。在實際應(yīng)用中,如果將電力電子變流技術(shù)針對一些電力設(shè)備進(jìn)行相關(guān)的節(jié)能操作,則可以實現(xiàn)相當(dāng)可觀的節(jié)電效果。這對減少不必要的用電浪費(fèi)和提高用電效率有著良好的推動作用。

(三)推動電力系統(tǒng)的全面發(fā)展

傳統(tǒng)的機(jī)電設(shè)備往往有著龐大的體積和反應(yīng)較慢的低頻運(yùn)行效果,對電力系統(tǒng)的發(fā)展造成相應(yīng)的不良影響。而將電力電子變流技術(shù)應(yīng)用到電力系統(tǒng)當(dāng)中來,不僅可以使電力系統(tǒng)的工作效率大大提高,還可以減小機(jī)電設(shè)備的體積,并能提高機(jī)電設(shè)備的運(yùn)行速度,使其實現(xiàn)高效率、高頻化的運(yùn)作。這些變化既能夠?qū)崿F(xiàn)電力設(shè)備的高效運(yùn)作,也能夠推動電力系統(tǒng)的全面發(fā)展。(四)促進(jìn)在相關(guān)產(chǎn)業(yè)中的普及和信息化發(fā)展在電力電子變流技術(shù)的發(fā)展過程中,其逐漸滿足了人們生產(chǎn)和生活的各種需要,也逐步被應(yīng)用到人們的生產(chǎn)和生活當(dāng)中的各個領(lǐng)域中,不僅促進(jìn)了人們生產(chǎn)生活領(lǐng)域相關(guān)內(nèi)容的開展,也在一些傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)中實現(xiàn)了對這種技術(shù)的普及應(yīng)用。與此同時,由于電力電子變流技術(shù)能夠溝通機(jī)電設(shè)備與計算機(jī)之間的聯(lián)系,其能夠有效地將微電子技術(shù)運(yùn)用到相關(guān)產(chǎn)業(yè)中,從而推動了相關(guān)產(chǎn)業(yè)和電力系統(tǒng)的信息化發(fā)展。

四、電力電子變流技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用

(一)在發(fā)電環(huán)節(jié)的應(yīng)用

在電力系統(tǒng)的發(fā)展中,電力發(fā)電的方式也是多種多樣的,既有傳統(tǒng)的火力、水力發(fā)電,也有新興的太陽能發(fā)電、風(fēng)能發(fā)電和核能發(fā)電。由于能源總量十分有限,傳統(tǒng)的發(fā)電方式不能夠在可持續(xù)發(fā)展的基礎(chǔ)上更好地滿足人們的用電需求,人們對新興發(fā)電方式的關(guān)注度也就越來越高。但新興發(fā)電方式有其優(yōu)越性的同時,也存在著一定不穩(wěn)定。電力電子變流技術(shù)則能彌補(bǔ)新興發(fā)電方式或受環(huán)境影響或受電力儲存的影響而導(dǎo)致的發(fā)電和用電效果不佳的情況,使其得到高效運(yùn)用。同時,變流技術(shù)還能夠改善各種發(fā)電系統(tǒng)中的相關(guān)設(shè)備,以促進(jìn)它們在發(fā)電過程中的有效運(yùn)用,保證發(fā)電環(huán)節(jié)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

(二)在輸電環(huán)節(jié)的應(yīng)用

電力系統(tǒng)的輸電環(huán)節(jié)往往存在著電網(wǎng)運(yùn)行不穩(wěn)定等方面的問題,將能夠執(zhí)行相應(yīng)的變流技術(shù)的電力電子器件應(yīng)用到輸電系統(tǒng)中,能夠克制相應(yīng)的電壓不穩(wěn)的問題,并實現(xiàn)電流形式的轉(zhuǎn)換,使電網(wǎng)的運(yùn)行狀況更加穩(wěn)定和完善。不管是在直流輸電過程中還是在交流輸電過程中,電力電子變流技術(shù)都充分發(fā)揮了其轉(zhuǎn)換頻率或者抗擊諧波等一系列的重要作用,保證了電力輸送的正常與穩(wěn)定,完善了供電質(zhì)量。

(三)在配電環(huán)節(jié)的應(yīng)用

電力系統(tǒng)在進(jìn)行配電操作的時候也要依靠對電力電子技術(shù)的應(yīng)用。電力電子變流技術(shù)不僅能夠用在配電系統(tǒng)的操作電源上,還能夠應(yīng)用到蓄電充電方面,既能保障了配電環(huán)節(jié)的電流轉(zhuǎn)換,也能協(xié)助相應(yīng)的電力儲備,保證了配電工作有條不紊。與此同時,人們的日常生活用電也離不開對電力電子變流技術(shù)的應(yīng)用,它既可以維護(hù)日常用電的穩(wěn)定性,還能通過相應(yīng)設(shè)備使家用電器節(jié)省用電量。

五、結(jié)語

隨著社會的不斷發(fā)展,人們對電力系統(tǒng)的供電和生產(chǎn)生活用電有了更多元化的需求。為了適應(yīng)人們的生產(chǎn)生活,電力電子技術(shù)得到了相應(yīng)的研究和應(yīng)用。不斷發(fā)展的電力電子變流技術(shù)實現(xiàn)了對電力系統(tǒng)中電流的轉(zhuǎn)換和有效控制,不僅為電力系統(tǒng)的各個環(huán)節(jié)的高效運(yùn)轉(zhuǎn)提供了保障,還促進(jìn)了電力系統(tǒng)的穩(wěn)定發(fā)展。隨著社會的不斷發(fā)展,電力電子變流技術(shù)還會被應(yīng)用到更多領(lǐng)域,新的承載著電力電子變流技術(shù)的電力電子設(shè)備也會相繼問世,這都會給人們的生產(chǎn)生活帶來更多的便利。

作者：魏志芬郝夢薇工作單位：西安西電電力系統(tǒng)有限公司江南大學(xué)