電力變流技術電力電子論文

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一、電力電子變流技術概述

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

二、電力電子變流技術的應用形式

作為電力電子技術中的一部分,電力電子變流技術從上個世紀七、八十年代開始被廣泛應用到電力系統中。一經應用便受到社會各界的極大關注。隨著不斷的發展,電力電子變流技術以整流電路、交流調壓電路、逆變電路、斬波電路等形式在電力系統中都得到了廣泛的應用,并取得了相應的良好效果。

(一)整流電路

整流電路是用可以調節大小的直流電代替了交流電供給直流用電設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化成直流電,實現對交流電的整流。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。整流電路被應用到一些相應的用電控制和相關輸電環節,實現了快速高效控制并推動了電網的穩定運行。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,在調節直流電動機的速度和調節發電機的勵磁、電鍍、電解等方面得到了相應的普遍運用。整流電路的變壓器的設置是為了使輸入的相應的交流電壓與輸出的直流電壓之間保持相匹配協調,并實現對交流電網與整流電路之間的隔離。變壓器在整流電路中的設置情況需要依據相應的具體情況來確定。整流電路中的濾波器是為了能夠將直流電壓中的交流電壓過濾掉而在主電路與負載之間進行的相應連接。2。世紀70年代,整流電路的主電路主要是由晶閘管和整流二極管。隨著不斷發展,發光二極管等新形材料逐漸被應用到主電路中。電力系統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中最為簡單的一種,它能夠通過電源變壓器將220伏電壓轉變成所需要的電壓大小,整流二極管能將相應的交流電轉換成直流電。經過反復的轉換過程,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、電流小的領域。全波整流電路可以認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調整,達到了對電能的高效運用,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減少,對其穩定運行有一定的作用。

(二)交流調壓電路

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

(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,可用于構成各種交流電源,在工業領域有比較廣泛的運用。生活中的一些直流電源向交流負載供電時就需要逆變電路來實現。逆變電路通過相應的開關和晶閘管來改變直流電路的電壓或電流,從而把直流電轉變成交流電的過程。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聯系。逆變電路能夠通過轉變電流頻率實現與水力、風力發電機的輸出頻率相一致的目標,從而能夠使水力、風力發電取得高效運轉。為了實現發電廠節能運行,可將逆變電路應用到對風機水泵的調節中去,以通過轉變頻率的方式調節風機水泵的運行速度,實現其節能高效運轉。此外,通過運用帶有逆變電路的逆變器,可實現對太陽能發電的轉換運用。

(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。它在一些電動機的驅動中得到了廣泛應用,如開關電源等。斬波電路是為了電力運用的相應需要,將相應的一部分正弦波斬掉,從而改變電路電壓的變流技術。斬波電路的斬波器往往會采用脈寬調制和頻率調制兩種方式。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。斬波電路能夠在節約電能的基礎上使相應的電動機能夠平穩加速。與此同時,斬波電路還能夠起到調節電壓和對電網側諧波進行有效控制的作用。

三、電力電子變流技術的作用

(一)促進電力電子技術的發展

隨著電力電子控制設備和變流技術的不斷發展和廣泛應用,電力電子變流技術在促進電力電子的智能化發展方面發揮出了重要的作用,也對實現微電子技術與變流技術的有機整合提供了相應的支持和幫助。這不僅有利于電力電子變流技術的進一步發展,也能夠在一定程度上推動電子技術的重大發展,為新的電子革命的到來起到了相應的推動作用。

(二)對電能的使用更加高效合理

傳統的電力技術在電能運用上存在著相應的浪費和管控不足等情況,不利于電能的高效配置和合理利用。而通過在電力系統中運用電力電子變流技術則能夠實現轉變電流和電壓,從而達到相應的用電需求,也能夠實現節約電能,高效用電的目標,促使社會對電能的應用更加科學合理。在實際應用中,如果將電力電子變流技術針對一些電力設備進行相關的節能操作,則可以實現相當可觀的節電效果。這對減少不必要的用電浪費和提高用電效率有著良好的推動作用。

(三)推動電力系統的全面發展

傳統的機電設備往往有著龐大的體積和反應較慢的低頻運行效果,對電力系統的發展造成相應的不良影響。而將電力電子變流技術應用到電力系統當中來,不僅可以使電力系統的工作效率大大提高,還可以減小機電設備的體積,并能提高機電設備的運行速度,使其實現高效率、高頻化的運作。這些變化既能夠實現電力設備的高效運作,也能夠推動電力系統的全面發展。(四)促進在相關產業中的普及和信息化發展在電力電子變流技術的發展過程中,其逐漸滿足了人們生產和生活的各種需要,也逐步被應用到人們的生產和生活當中的各個領域中,不僅促進了人們生產生活領域相關內容的開展,也在一些傳統產業中實現了對這種技術的普及應用。與此同時,由于電力電子變流技術能夠溝通機電設備與計算機之間的聯系,其能夠有效地將微電子技術運用到相關產業中,從而推動了相關產業和電力系統的信息化發展。

四、電力電子變流技術在電力系統中的應用

(一)在發電環節的應用

在電力系統的發展中,電力發電的方式也是多種多樣的,既有傳統的火力、水力發電,也有新興的太陽能發電、風能發電和核能發電。由于能源總量十分有限,傳統的發電方式不能夠在可持續發展的基礎上更好地滿足人們的用電需求,人們對新興發電方式的關注度也就越來越高。但新興發電方式有其優越性的同時,也存在著一定不穩定。電力電子變流技術則能彌補新興發電方式或受環境影響或受電力儲存的影響而導致的發電和用電效果不佳的情況,使其得到高效運用。同時,變流技術還能夠改善各種發電系統中的相關設備,以促進它們在發電過程中的有效運用,保證發電環節的正常運轉。

(二)在輸電環節的應用

電力系統的輸電環節往往存在著電網運行不穩定等方面的問題,將能夠執行相應的變流技術的電力電子器件應用到輸電系統中,能夠克制相應的電壓不穩的問題,并實現電流形式的轉換,使電網的運行狀況更加穩定和完善。不管是在直流輸電過程中還是在交流輸電過程中,電力電子變流技術都充分發揮了其轉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定,完善了供電質量。

(三)在配電環節的應用

電力系統在進行配電操作的時候也要依靠對電力電子技術的應用。電力電子變流技術不僅能夠用在配電系統的操作電源上,還能夠應用到蓄電充電方面,既能保障了配電環節的電流轉換,也能協助相應的電力儲備,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的應用,它既可以維護日常用電的穩定性,還能通過相應設備使家用電器節省用電量。

五、結語

隨著社會的不斷發展,人們對電力系統的供電和生產生活用電有了更多元化的需求。為了適應人們的生產生活,電力電子技術得到了相應的研究和應用。不斷發展的電力電子變流技術實現了對電力系統中電流的轉換和有效控制,不僅為電力系統的各個環節的高效運轉提供了保障,還促進了電力系統的穩定發展。隨著社會的不斷發展,電力電子變流技術還會被應用到更多領域,新的承載著電力電子變流技術的電力電子設備也會相繼問世,這都會給人們的生產生活帶來更多的便利。

作者：魏志芬郝夢薇工作單位：西安西電電力系統有限公司江南大學