張春霞

（武漢職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子信息工程學(xué)院，湖北武漢 430074）

0 引言

電力電子技術(shù)是一種新興技術(shù)，主要指借助電子技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)電能的控制，到達(dá)以弱電控制強(qiáng)電的目的。隨著我國(guó)電力電子技術(shù)逐漸完善，其應(yīng)用范圍也在不斷擴(kuò)大，在各個(gè)行業(yè)中應(yīng)用廣泛，并取得了卓越成績(jī)?？萍及l(fā)展推進(jìn)了電力電子技術(shù)的進(jìn)步，同時(shí)也提升了電力電子技術(shù)的運(yùn)行效率。近年來(lái)，電力電子技術(shù)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用到國(guó)防、醫(yī)療、農(nóng)業(yè)等多個(gè)領(lǐng)域之中，實(shí)現(xiàn)了電力電子技術(shù)在各行各業(yè)的全覆蓋。當(dāng)前，電力電子技術(shù)已經(jīng)成為電氣工程中一項(xiàng)重要的組成部分，尤其在電機(jī)等設(shè)備中具有顯著的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。借助電力電子技術(shù)能夠節(jié)約能源、增加系統(tǒng)運(yùn)行安全性，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

1 電力電子技術(shù)概述

1.1 電力電子技術(shù)

電力電子技術(shù)作為一種新興技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)電能轉(zhuǎn)換、電能控制，在各個(gè)領(lǐng)域中起到重要作用[1]。一般來(lái)說(shuō)，電力電子技術(shù)器件中包含大功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)器件、高斯型軌道等，利用這些器件能夠?qū)㈦娔芄β蔬M(jìn)行轉(zhuǎn)換。區(qū)別于一般的信息電子技術(shù)，電力電子技術(shù)能夠進(jìn)行電力資源的轉(zhuǎn)換，而信息電子技術(shù)則主要負(fù)責(zé)對(duì)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行處理。

1.2 電力電子技術(shù)的分類(lèi)

當(dāng)前，電力電子技術(shù)在電氣工程中的應(yīng)用十分廣泛。對(duì)電力電子技術(shù)進(jìn)行分類(lèi)，按照其功能類(lèi)型劃分可分為電力電子制造技術(shù)和電力電子變流技術(shù)兩類(lèi)：前者主要針對(duì)電力電子器件的制造，后者則主要包括對(duì)電力的整流、斬波、逆變等功能。其中，電力電子制造技術(shù)范圍覆蓋較廣且專(zhuān)業(yè)性較強(qiáng)。由于電力電子技術(shù)具有大功率的特性，因此在一些工業(yè)電氣工程領(lǐng)域應(yīng)用較為突出[2]。電力電子器件包括電子元件、電子電路、電子裝置和電子系統(tǒng)。電力電子器件的制造通常采用晶硅類(lèi)半導(dǎo)體材料，應(yīng)用相關(guān)理論基礎(chǔ)，結(jié)合半導(dǎo)體器件工藝制造而成。隨著科技的快速發(fā)展，現(xiàn)今的電力電子技術(shù)中廣泛采用微電子學(xué)技術(shù)，該項(xiàng)技術(shù)結(jié)合電子學(xué)基礎(chǔ)理論，并延續(xù)傳統(tǒng)電力電子器件的特點(diǎn)，能夠滿足電能轉(zhuǎn)換實(shí)際需求。當(dāng)前，將電子學(xué)基礎(chǔ)理論應(yīng)用到電力電子技術(shù)中，能夠?qū)崿F(xiàn)電能轉(zhuǎn)換、電能控制、控制顯示、信息集成處理等諸多功能。電子學(xué)基礎(chǔ)理論在電力電子技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用，也為電力電子技術(shù)提供了更加廣闊的發(fā)展空間。將不同領(lǐng)域中應(yīng)用的電路進(jìn)行整合，從而形成具備多用途的電力電子裝置。將電力電子裝置、配套設(shè)施、負(fù)載進(jìn)行組合能夠形成一個(gè)電力電子系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化的電能應(yīng)用。

1.3 電力電子技術(shù)的發(fā)展演變

電力電子技術(shù)的發(fā)展最初源于晶閘管的研發(fā)[3]。晶閘管能夠?qū)崿F(xiàn)電力的整流，在20 世紀(jì)60 年代中期應(yīng)用較為廣泛，并取得了卓越的成績(jī)。當(dāng)時(shí)，晶閘管主要用于50 Hz 交流發(fā)電機(jī)的發(fā)電工作中，能夠?yàn)楫?dāng)時(shí)社會(huì)生產(chǎn)提供大功率電力資源，很少應(yīng)用到直流電供應(yīng)領(lǐng)域。后來(lái)，隨著人們對(duì)于用電需求量的快速增長(zhǎng)，晶閘管開(kāi)始應(yīng)用于直流電供應(yīng)領(lǐng)域，解決當(dāng)時(shí)社會(huì)生產(chǎn)的電流轉(zhuǎn)換問(wèn)題。到70 年代初期，能源需求量直線上升導(dǎo)致能源供不應(yīng)求，人們開(kāi)始廣泛關(guān)注節(jié)能減排，以解決能源危機(jī)為社會(huì)經(jīng)濟(jì)帶來(lái)的不利影響。此時(shí)，自關(guān)斷器件逐漸應(yīng)用到工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域，從此電力電子技術(shù)步入了一個(gè)全新的逆變階段。通過(guò)在交流電機(jī)中安裝自關(guān)斷器件，實(shí)現(xiàn)交流電機(jī)的電力轉(zhuǎn)換，達(dá)到節(jié)能減排的目的。但總體來(lái)說(shuō)，采用電力電子逆變技術(shù)的轉(zhuǎn)換效率較低，并未解決一些大型工業(yè)企業(yè)的實(shí)際問(wèn)題，無(wú)法滿足其供電需要。

隨著各類(lèi)高端科學(xué)技術(shù)不斷涌現(xiàn)，集成電路的研發(fā)使得電力電子技術(shù)進(jìn)入到變頻器時(shí)代。集成電路能夠?qū)Τ邏弘娏鬟M(jìn)行轉(zhuǎn)換，結(jié)合經(jīng)濟(jì)加工技術(shù)能夠有效的提高電力供應(yīng)效率，解決電力供應(yīng)的難題。但是由于電力電子器件內(nèi)部結(jié)構(gòu)日漸復(fù)雜，所處環(huán)境條件更加多樣，這也為我國(guó)電力電子技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用帶來(lái)了一定的難度和挑戰(zhàn)。

2 電力電子技術(shù)在電氣工程中的實(shí)際應(yīng)用

2.1 電力電子技術(shù)在電氣工程中應(yīng)用的重要性

電力電子技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)電能間的相互轉(zhuǎn)換，并且具有強(qiáng)化電氣系統(tǒng)、提升自控能力的特性，可以提升電氣工程工作效率以及電氣工程的服務(wù)質(zhì)量。電力電子技術(shù)對(duì)于電氣工程的應(yīng)用意義不僅在于提升電氣工程整體工作效率，更使得電氣系統(tǒng)朝著智能化、自動(dòng)化的方向邁進(jìn)。適用于各個(gè)領(lǐng)域的電力電子器件的研發(fā)工作，極大地推進(jìn)我國(guó)電氣工程朝著更加廣闊的發(fā)展空間不斷前進(jìn)。與此同時(shí)，電力電子技術(shù)對(duì)電氣系統(tǒng)的自動(dòng)化控制、模糊控制也在一定程度上提升了電氣系統(tǒng)的管理效率[4]。電力電子技術(shù)在電氣工程中的應(yīng)用在提升系統(tǒng)工作效率的同時(shí)也為相關(guān)企業(yè)帶來(lái)了可觀的經(jīng)濟(jì)效益。電力電子技術(shù)能夠有效節(jié)約電力資源，更加符合我國(guó)節(jié)能減排基本政策，為企業(yè)提供更加安全、高效、環(huán)保的電力資源。而且，當(dāng)前電力電子技術(shù)還實(shí)現(xiàn)了對(duì)電氣系統(tǒng)的精確化控制，借助電力電子技術(shù)能夠?qū)﹄姎庀到y(tǒng)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)進(jìn)行全方位的管控，為企業(yè)管理工作提供便利。企業(yè)管理者也可以利用電力電子技術(shù)制定最符合企業(yè)發(fā)展的管理模式，調(diào)整企業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，以便于更好地為我國(guó)強(qiáng)電工業(yè)服務(wù)。

2.2 電力電子技術(shù)在電氣工程中的優(yōu)化對(duì)策

研發(fā)電氣電子器件，有助于推進(jìn)我國(guó)電氣工程的發(fā)展。晶閘管作為電力電子技術(shù)中一項(xiàng)重要的的電子器件元件，是電力電子技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)。不過(guò)，傳統(tǒng)電力電子技術(shù)中的半控型晶閘管已經(jīng)無(wú)法滿足當(dāng)前電氣系統(tǒng)應(yīng)用的實(shí)際需求，因此應(yīng)全力研發(fā)更為先進(jìn)的電力電子器件。當(dāng)前，市面上常見(jiàn)的電壓驅(qū)動(dòng)器件包括GTO 以及CTR 兩種，能夠滿足電力電子器件電流以及電壓的轉(zhuǎn)換。

第二代全控型電力電子開(kāi)關(guān)技術(shù)實(shí)現(xiàn)了大功率電流的控制。在第二代全控型電力電子開(kāi)關(guān)技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用中，交流變頻技術(shù)的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用為電功率電流控制提供了便捷途徑。借助電壓驅(qū)動(dòng)器件，能夠使電力電子器件的開(kāi)關(guān)速度顯著提升，同時(shí)滿足電力電子器件運(yùn)行過(guò)程中的穩(wěn)定性和安全性。但電壓驅(qū)動(dòng)器件的運(yùn)行電壓較高，不利于對(duì)電力電子器件進(jìn)行電壓控制。

基于此類(lèi)問(wèn)題，新型的復(fù)合型電力電子器件應(yīng)運(yùn)而生，并且有效地解決了電壓驅(qū)動(dòng)器件隨額定電壓增高的問(wèn)題。新型復(fù)合型電力電子器件具有運(yùn)轉(zhuǎn)高速性以及高輸入阻抗性的特質(zhì)，能夠適用于各類(lèi)電力電子器件的應(yīng)用。除此之外，新型復(fù)合型電力電子器件性能中還增加了相同大電流面密度特性，相較于傳統(tǒng)的電力電子器件，新型電力電子器件具有低通態(tài)電壓、運(yùn)行效率高、驅(qū)動(dòng)電路穩(wěn)定安全等優(yōu)勢(shì)，更加適用于現(xiàn)代的電氣工程領(lǐng)域。新型復(fù)合型電力電子器件借助各類(lèi)高新技術(shù)，能夠強(qiáng)化電氣工程企業(yè)的生產(chǎn)力度，因此，想要優(yōu)化電力電子技術(shù)在電氣工程中的應(yīng)用效果，應(yīng)重點(diǎn)研發(fā)更加現(xiàn)代化的復(fù)合型電力電子器件，從而全面推進(jìn)我國(guó)電氣行業(yè)朝著更加廣闊的空間發(fā)展。

2.3 電力電子技術(shù)的發(fā)展方向

可以說(shuō)，電力電子技術(shù)在一定程度上決定了我國(guó)電氣行業(yè)的發(fā)展前景。當(dāng)前，我國(guó)電力電子技術(shù)正處于新時(shí)期的發(fā)展階段，電力電子器件的研發(fā)也在不斷的更新和完善中，為了能夠使電力電子技術(shù)發(fā)揮出更加優(yōu)良的效果，相關(guān)企業(yè)投入大量人力、物力在電力電子技術(shù)的研究工作中。諧奪式直流環(huán)逆變器是新時(shí)代科技發(fā)展的產(chǎn)物，能夠滿足現(xiàn)代電力電子器件的應(yīng)用需求，且降低了電能轉(zhuǎn)換的損耗，提高電能轉(zhuǎn)換的效率。將諧奪式直流環(huán)逆變器安裝在高頻振蕩諧振電路上，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)電子器件電壓以及電流狀態(tài)的自由轉(zhuǎn)換。區(qū)別于低頻變頻器，高頻變頻器能全面滿足現(xiàn)代電力電子器件的運(yùn)行需求，在運(yùn)行過(guò)程中更能夠節(jié)約能源，降低企業(yè)實(shí)際成本。總體來(lái)說(shuō)，高頻變頻器是當(dāng)代電力電子技術(shù)的發(fā)展方向。

隨著人們對(duì)于電力電子技術(shù)的研究不斷深入，電力電子技術(shù)的研究范圍也有著明顯擴(kuò)大。當(dāng)前，借助交流雕塑控制理論，能夠簡(jiǎn)化電力電子器件結(jié)構(gòu)研發(fā)的復(fù)雜性，并能夠提升器件制造的可控性，使復(fù)雜的研發(fā)流程簡(jiǎn)單化。交流雕塑控制理論在電力電子技術(shù)中的應(yīng)用打破了傳統(tǒng)交流調(diào)速方式，電力電子技術(shù)在應(yīng)用過(guò)程中更具創(chuàng)造性、可控性，適用于當(dāng)前電氣自動(dòng)化領(lǐng)域，能夠滿足電氣自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展的需求。而變頻技術(shù)也是電力電子技術(shù)發(fā)展的一大方向。當(dāng)前，變頻技術(shù)不斷走向成熟，并在電氣工程中得到了廣泛的應(yīng)用。在科技發(fā)展飛速的當(dāng)代，各類(lèi)先進(jìn)技術(shù)開(kāi)始在電力電子技術(shù)領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，這使得電力電子技術(shù)的應(yīng)用范圍更廣，應(yīng)用效果更佳。電力電子技術(shù)正隨著科技發(fā)展不斷更新，相信在不久的未來(lái)，電力電子技術(shù)將會(huì)向更加智能化、高頻化、節(jié)能化的方向不斷邁進(jìn)，并在各個(gè)領(lǐng)域應(yīng)用中取得進(jìn)一步的突破，助推我國(guó)電氣領(lǐng)域朝著更加快速、更加穩(wěn)定的方向發(fā)展。

3 結(jié)論

綜上所述，電力電子技術(shù)在電氣工程中的應(yīng)用具有十分可觀的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。隨著我國(guó)科技的發(fā)展，電力電子技術(shù)也朝著更加安全、高效、科學(xué)的方向不斷邁進(jìn)。電力電子技術(shù)在電氣工程中的應(yīng)用有助促進(jìn)電氣工程持續(xù)健康發(fā)展，對(duì)于我國(guó)電氣工程領(lǐng)域具有深遠(yuǎn)的影響力。而且，電力電子技術(shù)的發(fā)展程度極大地決定了我國(guó)電氣工程領(lǐng)域的發(fā)展。因此，相關(guān)企業(yè)應(yīng)充分重視電力電子技術(shù)的創(chuàng)新研究，不斷進(jìn)行電力電子技術(shù)的研發(fā)與改革，使之能夠更好地服務(wù)于電氣工程領(lǐng)域，提高電力電子技術(shù)在電氣工程中的運(yùn)行效率，并取得更加卓越的應(yīng)用效果，促進(jìn)我國(guó)電氣工程的快速、穩(wěn)定發(fā)展。