电力电子技术在电气工程中的应用

张春霞

（武汉职业技术学院电子信息工程学院，湖北武汉 430074）

0 引言

电力电子技术是一种新兴技术，主要指借助电子技术实现对电能的控制，到达以弱电控制强电的目的。随着我国电力电子技术逐渐完善，其应用范围也在不断扩大，在各个行业中应用广泛，并取得了卓越成绩。科技发展推进了电力电子技术的进步，同时也提升了电力电子技术的运行效率。近年来，电力电子技术已经被广泛应用到国防、医疗、农业等多个领域之中，实现了电力电子技术在各行各业的全覆盖。当前，电力电子技术已经成为电气工程中一项重要的组成部分，尤其在电机等设备中具有显著的应用优势。借助电力电子技术能够节约能源、增加系统运行安全性，提高系统的稳定性。

1 电力电子技术概述

1.1 电力电子技术

电力电子技术作为一种新兴技术，能够实现电能转换、电能控制，在各个领域中起到重要作用[1]。一般来说，电力电子技术器件中包含大功率半导体开关器件、高斯型轨道等，利用这些器件能够将电能功率进行转换。区别于一般的信息电子技术，电力电子技术能够进行电力资源的转换，而信息电子技术则主要负责对数据信息进行处理。

1.2 电力电子技术的分类

当前，电力电子技术在电气工程中的应用十分广泛。对电力电子技术进行分类，按照其功能类型划分可分为电力电子制造技术和电力电子变流技术两类：前者主要针对电力电子器件的制造，后者则主要包括对电力的整流、斩波、逆变等功能。其中，电力电子制造技术范围覆盖较广且专业性较强。由于电力电子技术具有大功率的特性，因此在一些工业电气工程领域应用较为突出[2]。电力电子器件包括电子元件、电子电路、电子装置和电子系统。电力电子器件的制造通常采用晶硅类半导体材料，应用相关理论基础，结合半导体器件工艺制造而成。随着科技的快速发展，现今的电力电子技术中广泛采用微电子学技术，该项技术结合电子学基础理论，并延续传统电力电子器件的特点，能够满足电能转换实际需求。当前，将电子学基础理论应用到电力电子技术中，能够实现电能转换、电能控制、控制显示、信息集成处理等诸多功能。电子学基础理论在电力电子技术领域的应用，也为电力电子技术提供了更加广阔的发展空间。将不同领域中应用的电路进行整合，从而形成具备多用途的电力电子装置。将电力电子装置、配套设施、负载进行组合能够形成一个电力电子系统，从而实现机电一体化的电能应用。

1.3 电力电子技术的发展演变

电力电子技术的发展最初源于晶闸管的研发[3]。晶闸管能够实现电力的整流，在20 世纪60 年代中期应用较为广泛，并取得了卓越的成绩。当时，晶闸管主要用于50 Hz 交流发电机的发电工作中，能够为当时社会生产提供大功率电力资源，很少应用到直流电供应领域。后来，随着人们对于用电需求量的快速增长，晶闸管开始应用于直流电供应领域，解决当时社会生产的电流转换问题。到70 年代初期，能源需求量直线上升导致能源供不应求，人们开始广泛关注节能减排，以解决能源危机为社会经济带来的不利影响。此时，自关断器件逐渐应用到工业生产领域，从此电力电子技术步入了一个全新的逆变阶段。通过在交流电机中安装自关断器件，实现交流电机的电力转换，达到节能减排的目的。但总体来说，采用电力电子逆变技术的转换效率较低，并未解决一些大型工业企业的实际问题，无法满足其供电需要。

随着各类高端科学技术不断涌现，集成电路的研发使得电力电子技术进入到变频器时代。集成电路能够对超高压电流进行转换，结合经济加工技术能够有效的提高电力供应效率，解决电力供应的难题。但是由于电力电子器件内部结构日渐复杂，所处环境条件更加多样，这也为我国电力电子技术的实际应用带来了一定的难度和挑战。

2 电力电子技术在电气工程中的实际应用

2.1 电力电子技术在电气工程中应用的重要性

电力电子技术能够实现对电能间的相互转换，并且具有强化电气系统、提升自控能力的特性，可以提升电气工程工作效率以及电气工程的服务质量。电力电子技术对于电气工程的应用意义不仅在于提升电气工程整体工作效率，更使得电气系统朝着智能化、自动化的方向迈进。适用于各个领域的电力电子器件的研发工作，极大地推进我国电气工程朝着更加广阔的发展空间不断前进。与此同时，电力电子技术对电气系统的自动化控制、模糊控制也在一定程度上提升了电气系统的管理效率[4]。电力电子技术在电气工程中的应用在提升系统工作效率的同时也为相关企业带来了可观的经济效益。电力电子技术能够有效节约电力资源，更加符合我国节能减排基本政策，为企业提供更加安全、高效、环保的电力资源。而且，当前电力电子技术还实现了对电气系统的精确化控制，借助电力电子技术能够对电气系统产业结构进行全方位的管控，为企业管理工作提供便利。企业管理者也可以利用电力电子技术制定最符合企业发展的管理模式，调整企业产业结构，以便于更好地为我国强电工业服务。

2.2 电力电子技术在电气工程中的优化对策

研发电气电子器件，有助于推进我国电气工程的发展。晶闸管作为电力电子技术中一项重要的的电子器件元件，是电力电子技术发展的基础。不过，传统电力电子技术中的半控型晶闸管已经无法满足当前电气系统应用的实际需求，因此应全力研发更为先进的电力电子器件。当前，市面上常见的电压驱动器件包括GTO 以及CTR 两种，能够满足电力电子器件电流以及电压的转换。

第二代全控型电力电子开关技术实现了大功率电流的控制。在第二代全控型电力电子开关技术的实际应用中，交流变频技术的开发和应用为电功率电流控制提供了便捷途径。借助电压驱动器件，能够使电力电子器件的开关速度显著提升，同时满足电力电子器件运行过程中的稳定性和安全性。但电压驱动器件的运行电压较高，不利于对电力电子器件进行电压控制。

基于此类问题，新型的复合型电力电子器件应运而生，并且有效地解决了电压驱动器件随额定电压增高的问题。新型复合型电力电子器件具有运转高速性以及高输入阻抗性的特质，能够适用于各类电力电子器件的应用。除此之外，新型复合型电力电子器件性能中还增加了相同大电流面密度特性，相较于传统的电力电子器件，新型电力电子器件具有低通态电压、运行效率高、驱动电路稳定安全等优势，更加适用于现代的电气工程领域。新型复合型电力电子器件借助各类高新技术，能够强化电气工程企业的生产力度，因此，想要优化电力电子技术在电气工程中的应用效果，应重点研发更加现代化的复合型电力电子器件，从而全面推进我国电气行业朝着更加广阔的空间发展。

2.3 电力电子技术的发展方向

可以说，电力电子技术在一定程度上决定了我国电气行业的发展前景。当前，我国电力电子技术正处于新时期的发展阶段，电力电子器件的研发也在不断的更新和完善中，为了能够使电力电子技术发挥出更加优良的效果，相关企业投入大量人力、物力在电力电子技术的研究工作中。谐夺式直流环逆变器是新时代科技发展的产物，能够满足现代电力电子器件的应用需求，且降低了电能转换的损耗，提高电能转换的效率。将谐夺式直流环逆变器安装在高频振荡谐振电路上，可以实现对电子器件电压以及电流状态的自由转换。区别于低频变频器，高频变频器能全面满足现代电力电子器件的运行需求，在运行过程中更能够节约能源，降低企业实际成本。总体来说，高频变频器是当代电力电子技术的发展方向。

随着人们对于电力电子技术的研究不断深入，电力电子技术的研究范围也有着明显扩大。当前，借助交流雕塑控制理论，能够简化电力电子器件结构研发的复杂性，并能够提升器件制造的可控性，使复杂的研发流程简单化。交流雕塑控制理论在电力电子技术中的应用打破了传统交流调速方式，电力电子技术在应用过程中更具创造性、可控性，适用于当前电气自动化领域，能够满足电气自动化技术发展的需求。而变频技术也是电力电子技术发展的一大方向。当前，变频技术不断走向成熟，并在电气工程中得到了广泛的应用。在科技发展飞速的当代，各类先进技术开始在电力电子技术领域广泛应用，这使得电力电子技术的应用范围更广，应用效果更佳。电力电子技术正随着科技发展不断更新，相信在不久的未来，电力电子技术将会向更加智能化、高频化、节能化的方向不断迈进，并在各个领域应用中取得进一步的突破，助推我国电气领域朝着更加快速、更加稳定的方向发展。

3 结论

综上所述，电力电子技术在电气工程中的应用具有十分可观的经济价值。随着我国科技的发展，电力电子技术也朝着更加安全、高效、科学的方向不断迈进。电力电子技术在电气工程中的应用有助促进电气工程持续健康发展，对于我国电气工程领域具有深远的影响力。而且，电力电子技术的发展程度极大地决定了我国电气工程领域的发展。因此，相关企业应充分重视电力电子技术的创新研究，不断进行电力电子技术的研发与改革，使之能够更好地服务于电气工程领域，提高电力电子技术在电气工程中的运行效率，并取得更加卓越的应用效果，促进我国电气工程的快速、稳定发展。