電力電子在電氣工程中的應用

鄭璐

摘 要 將電力電子技術合理、有效的應用于電氣工程，電氣工程的工作效率將會得到很大提高。本文分析了電力電子技術發展的歷程，并針對電力電子技術的優勢對其在電氣工程中的應用進行探討。

關鍵詞 電力電子技術 電氣工程 應用優勢

一、電力電子技術的發展

電力電子技術起始于20世紀五十年代末硅整流器的發展，到九十年代低頻、低功率可控硅已經不能滿足工業需求，以MOSFET、IGBT為代表的功率半導體復合器件開始應用于現場。電力電子技術發展先后經歷了整流器時代、逆變器時代和變頻器時代，高頻、高壓和大電流的復合器件現已經成為應用的主流。

（一）整流器時代

五十年代末，主要工作為集中研究如何將工頻交流電轉換為直流電，因此大功率硅整流管和晶閘管的開發與應用得到較大突破，電力電子技術的基礎逐漸建立，并逐漸進入到晶閘管整流時代。

（二）逆變器時代

七十年代，為適應能源危機，具有節能效果的交流電動機變頻調速迅速發展，如何高效的將直流電逆變為交流電成為主要研究工作，在這一時期，變頻調速技術發展迅速。八十年代，門極可關斷晶閘管（GTO）、巨型功率晶體管（GTR）得到普遍的應用。逆變器時代的電氣電子技術已經可以完成工作頻率較低的整流及逆變工作。

（三）變頻器時代

八十年代，大規模和超大規模集成電路技術掀起了電力電子技術的新浪潮，功率M0SFET及絕緣門極雙極晶體管（IGBT）相繼進入市場，標志著電力電子技術邁進現代化。新型器件的推廣，使現代電力電子技術逐漸應用于更高頻、更節能、更可靠的工作場合，為人們日常生活創造了極大的便利。

二、電力電子技術在電氣工程中的優勢

（一）電力電子技術實現機電一體化

通過弱電控制強電是電力電子技術優勢，大部分電能需要經過電力電子技術的處理之后才投放到各種機電設備。電力電子器件與智能控制、模糊控制等領域相融合，使系統向智能化方向不斷發展，改造了傳統產業并發展了機電一體化等新型產業，促使電力電子技術擴大應用范圍。

（二）電力電子技術可以改善系統性能

1.電力電子技術可以使電能使用更加合理、經濟，實現高效節能。

2.電力電子技術應用于電氣工程，操作方式簡單，減少了工作時間，使工作效率得以巨大提高。

3.電力電子技術的出現，使工頻轉換為直流電，直流電逆變為0-100HZ的交流電，實現低頻和高頻之間的相互轉化。機電設備的體積減小，響應速度變快，并可以實現無噪音。

（三）電力電子技術增加社會及經濟效益

電力電子技術可以提高電子器件和電氣工程的電能轉化效率，優化了電能的使用，節約能源，并且可以使提供的電能供更加安全、穩定、可靠，對社會效益及經濟效益具有重大意義。

三、電氣工程中電力電子技術的實際應用

（一）有源電力濾波器

有源電力濾波器本質相當于一種變頻器，通過給予反相補償電流來有效抑制諧波電流。主要由指令電流檢測電路和補償電流發生電路構成，檢測電路分離出諧波電流分量和基波電流分量，利用反極性相互抵消，最終只保留基波電流，PWM逆變器為電力有源濾波器主電路常用器件，可有減少電網阻抗值。

（二）靜止無功補償裝置

靜止無功補償裝置可以對電力系統中負載的沖擊進行無功補償，從而提高電力系統及其負載的功率因數，減少了有功功率損耗，使電力系統的安全性、穩定性、可靠性進一步優化，電力系統更加經濟化運行，同時，在一定程度上維持電網電壓的穩定性。

（三）高壓直流輸電技術

高壓直流輸電是將從發電廠發出的交流電整流后轉變為直流電，再將整流后的直流電輸送和分配給各用戶端，用戶端再利用電子換流器逆變為交流電進而使用。采用高壓直流輸電技術，可以極大地降低電能在傳輸過程中的損耗，且對于輸電線路要求不高，在保證線路安全運行的同時，也能夠最大程度的減少投資。因此在建設輸電線路時，高壓直流輸電技術是大容量長距離輸電、異步聯網輸電等方面的主要技術手段。

（四）節能用電

1.調速變負荷風機

我國交流調速技術相較于一些發達國家還有些落后，但我國正在逐步發展，交流調速效果顯著有較廣的調速范圍、較高的精度等優勢，但是技術要求較高，投資需求較大，且高次諧波污染問題不易消除。

2.在配電系統中的應用

電力電子技術在配電系統中的應用主要在監控和管理方面，當操作人員操作出現失誤時，系統可以立即指出錯誤并即時修正，使得配電工作安全可靠進行，提供更加智能化人性化服務。

參考文獻：

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