浅析电力电子技术在电气控制中的一些具体应用

摘 要：科学技术的发展与经济水平的提高，电力电子技术也不断进步，在人们生活中的应用也日益普及，其在电气控制中的地位也越来越重要。在电力系统中，发电、输电以及配电都需要应用电力电子技术，其作用极为重要。本文对电力电子技术和电气控制进行了介绍，并阐述电气控制应用电力电子技术的重要意义，然后提出了电力电子技术在电气控制中的一些具体应用，供读者分析与思考。

关键词：电力电子技术；电气控制；具体应用

1 电力电子技术

电子科技的发展为人们的生活带来了极大的便利，其中，电力电子技术作为一种广泛应用于电力系统中的电子技术更是关键，它能够加强对电力系统中各个电子元件的控制与转换，从而有效提高电力系统的工作效率，保证人们的生活所需。电力电子技术由三个部分组成，分别是电子学、电工原理和自動化控制技术，这三者相互配合，加强了对电气设备的控制，对稳定电力系统发挥了重要作用。

电力电子技术在现阶段有两个明显的特征：全控化与集成化。全控化表现在一些有自动断电需求的电子元器件上，满足一定条件下取代半控型普通晶闸管的作用，这是电力电子技术的新发展领域。集成化则指电气系统需要依赖众多的电子元件来组合而成，并进行合理的运用，充分结合计算机技术扩大电气控制的范围，高度集成化是电子电力技术发展的重要特点。

2 电气控制

电气控制以电的利用和发展为基础，其技术发展之始是沿着信息传递（弱点）和电能利用（强电）两个方向进行的。现代的电气控制技术以弱点控制强电为特征，实现了强电与弱点的结合。随着科学技术的持续发展与生产工艺的不断提高，电气控制技术实现了从手动到自动、从简单到复杂、从有触点的硬接线到以计算机为中心的存储控制的过程。从电气控制对象的工艺过程来看，可以将其分为两大类：一类是以化学反应或热量流程为主要生产方式、以自动化仪表与装置为检测和执行机构的电气仪表控制过程，另一类是以机械运动为主要生产方式、以电动机为执行机构的电气传动控制。随着计算机技术的发展与普及，这两类电气控制技术早已结合在了一起，取得了新的发展成就。

3 在电气控制中应用电力电子技术的重要意义

3.1 促进电力工作的顺利开展

随着经济的发展，人们的生活水平不断提高，对电的需求量也越来越大，传统的电力系统已不能满足人们的生产和生活需求，其出现故障的概率也日益增大，对电力应用来说存在较大的安全隐患。为了减少安全隐患，确保电力系统的稳定运行，对电力电子技术的合理应用能有效解决电力系统的问题，使其能更加高效的开展工作。

3.2 电气工程的不断进步

电力电子技术的应用日益广泛，其应用方向和技术构造都得到了提高，其良好的性能为电气工程的升级换代提供了保障，为电气控制的实现奠定基础。电力电子技术能为电气控制的相关人员提供有力的技术帮助，使其尽快掌握相应的工作操作流程，有利于电气工程的发展，推动电力企业的技术提高，为电力的发展开辟更加广阔的应用前景。目前社会对电气的需求是越来越大的，这对电气控制系统的工作提出了很大的挑战，各种问题的出现会给人们带来一定的经济损失，如发生系统故障、运行不稳定等。在电气控制系统中应用电力电子技术能较大程度地避免这些问题的发生，从而确保电气控制系统的稳定运行，提高电气控制系统的工作效率。

4 电力电子技术在电气控制系统中的具体应用

4.1 在过电流保护装置上的应用

在电力的运行过程中，如果某一部分发生故障就容易引起过电流的危害，要解决这一问题，传统的解决方法是及时用中断熔断器、电流继电器以及直流快速断路器等设备来保证电流的及时中断，以维护电力系统中的重要电路。但随着电力电子器件的不断缩小，功率也得到了相应的提高，所以以往的电路保护装置也满足不了当下的需求，所以驱动控制信号去除自动化技术进入了人们的视线，即通过安装专门的过电流保护装置，对过电流进行实时监控并对电路进行调整和驱动。如桥臂互锁保护法（图1），当发生信号反复或延时过长等现象时，桥式逆变电路就会产生桥臂短路现象，通过这一方法可以使故障发生时能迅速进行驱动信号的切除，使用联锁手段，通过连接桥臂的部件来避免短路的发生，从而保护电力电路系统的正常运行。

4.2 有源电力滤波器

在电力电子技术支持下的有源电力滤波器的工作原理如下：首先对电路系统补偿元件进行检测分析，从而获得相应的等分量谐波电流；然后借助补偿装置产生和谐波电流分量相反的电流分量，实现电流分量与被检测谐波分量的互相抵消。使用这种检测方式，能使电力网中的运行电流变成基波电流，不再是谐波电流。在电气控制中使用有源电力滤波器可以使其具备反应快速、抗干扰能力强的特征，一般用于补偿电路装置和指令性的电流运算电路。将电力电子技术应用于电气控制系统，能有效实现对电路系统中的补偿电流进行分析检测，从而能获得电力系统中的电路谐波数量和无功电流。

4.3 PWM控制技术的应用

PWM技术即Pulse Width Modulation技术，是指通过调整对脉冲宽度的设置以获取相应波形的技术方法和手段。PWM控制技术的理论基础是面积等效原理，换句话说，就是面积相同但形状不同的窄脉冲作用于具有惯性的环节上时要能保证所导出的响应波能保持一致性。如今随着MOSFET和IGBT技术的应用与普及，PWM控制技术已经广泛应用于各类变流电路中，如直-直、交-交、整流、逆变等，其中PWM技术在逆变电路中应用最佳。

PWM控制技术在直-直斩波电路中应用最为成熟，将直流斩波电路应用于直流电机控制系统中使其成为直流脉宽调速系统。在交-交变流电路中，PWM控制技术主要以斩控式交流调压电路和矩阵式变频电路为主，但目前这类应用还没有广泛推广和普及，但矩阵式变频电路的应用前景潜力巨大。目前基本上所有的逆变电路都应用了PWM控制技术，但特大功率的逆变设备除外，PWM控制技术在逆变电路中的应用奠定其关键作用。

4.4 软开关控制技术

如今，电力电子装置朝着轻型化、小型化的方向发展，对电磁兼容和效率都提出了更高的要求。一般说来，电力电子装置中的变压器、电容和滤波电感等都需要占据较大的空间，而通过开关频率的提高可以有效减低滤波器的参数，从而减少装置的空间大小。换句话说，就是使电路高频化可以实现装置的轻型化和小型化，但應明确一点，电路的高频化肯定会增加开关的损耗，从而影响电路效率和增大电磁干扰。这一问题的解决，主要以软开关技术为关键，从而有效解决了开关噪音与损耗的问题。

软开关技术是电气控制的发展需要，从而具有以下特点：一是软开关技术越来越广泛应用于IT业中，其拓扑数量不断增加；二是谐振电路在效率方面要求很高，且开关频率超过一兆赫兹的场合中性能较高；三是通过串联、并联以及级联等方式可以实现多个高效简单的电路组合，这种多场合使用的高性能成为了软开关技术的一种发展方向。

4.5 静止无功补偿装置

目前，人们对电量的需求不断增大，这对电网功率提出了更高的要求与挑战。如果电网在运行过程中经常发生变频或遭受负荷冲击，就容易对电网的安全性和稳定性造成损失和影响，同时难以有效控制电网电路的低频振荡的发生。电力电子技术中的静止无功补偿装置能有效提高电力系统的相应性能和承载能力，使得电力系统在运行中的损耗得到有效规避，从而提高系统性能的稳定性，满足人们的用电需求。

5 总结

在新形势下将电力电子技术应用于电气控制系统中，能有效提高电气控制系统的效率，确保电气设备的安全和运行稳定，满足社会对电气的需求。随着智能电网的发展，电力电子技术也为电气系统的发展和智能化建设提供了基础和条件。图2为静止无功补偿装置的应用电路图，目前有两种类型：一种是晶闸管投切电容器（TSC），与普通的电容器不同，在于其用晶闸管代替了断路器作电容器组的投切；另一种则是晶闸管控制电抗器（TCR），TCR可以连续调节电抗器电流的大小，使无功按要求变化。

参考文献：

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作者简介：徐跃华（1980-），汉族，江苏宜兴人，本科，毕业院校：河海大学，专业：电子信息工程。