主頁 > 技術（shù）文章 > 淺談電氣自動化在電（diàn）力（lì）係統中的應用 2025-08-28

淺談電氣自動化在（zài）電力係統中的應用

摘要（yào）：電氣自動化（huà）係統在它操作運行（háng）過程中（zhōng）不（bú）同（tóng）於其他控製係統，電氣自動化係（xì）統的設備一（yī）般來講（jiǎng）不可以在（zài）配件比較多的配電室和控製室裏裝置，其往往被安排放置在控製中心，原因（yīn）是電氣自動化係統操作的頻率（lǜ）和次數低相較於（yú）其他的控製係統來說，其控製的信息采集數量與對象不僅小而且較少。電氣設備要配（pèi）置安全電氣自動化在電氣工程中的應用（yòng）文/宋飛社會經濟的持續增長與科學技術的不斷發展，促進了電力工程的（de）數字化，信息化和科技化發展，也進一步提（tí）高了人們對（duì）電力的需求。在電力（lì）行業中（zhōng），電氣工程中的電氣自動化技術也普遍存在人們生活中，而加強電氣（qì）自動化在電氣工程之（zhī）中的運用，可以（yǐ）保障企業實現自動化生產（chǎn），進而提高經濟效益和增強競爭力。本文就電氣自動化（huà）在電氣工程中的應用做出簡要分析（xī），以（yǐ）供（gòng）大家探（tàn）究。

一、全控型電力電子開關逐（zhú）步取代半控型晶閘管：
　　5O年代末（mò）出（chū）現的晶閘管標誌著運動控製的新紀元。它是第一（yī）代電子電力器件，在我（wǒ）國至今仍廣泛用於直流和交流傳動控製（zhì）係統。隨著交流變頻技（jì）術的興起，相繼出現了全控式器件——GTR、GTO、P—MOSEFT等。這是（shì）第二代電力電子器件。由於目前所能生產（chǎn）的電流／電壓定（dìng）額和開關時間的不同，各種器件各有其應用範圍。
　　GTR的（de）二次擊穿現象以及其安全工作區受各項參數影響而變化和熱容量（liàng）小、過流能力低（dī）等問題（tí），使得人們把主要精力放在根據不同的特性設計出合適的保護電路和驅動電路上，這也（yě）使得（dé）電路比較複雜，難以掌握。
　　GT0是一種用（yòng）門極可關斷（duàn）的高壓器件，它的主要缺點是關斷增益低，一般為4～5，這就需（xū）要一個十分龐大的關斷驅動電（diàn）路，且它的（de）通態壓（yā）降比普通晶閘管高，約為2～4．5V，開通（tōng）di／dt和關斷dv／dt也是限製GTO推廣運用的另（lìng）一原因（yīn），前者約為500A／us，後者約為（wéi）500V／us，這就需要一個龐（páng）大的吸收電路。
　　由於GTR、GT0等雙極性全控性器件必須要（yào）有較大（dà）的控製電流，因而使門極控製電路非常龐大，從（cóng）而（ér）促進廠新（xīn）一代具有高輸入阻抗的（de）M0S結構電力半導體器件的一切。功率MOSFET是一種電壓驅動器件，基本上（shàng）不要（yào）求（qiú）穩（wěn）定的驅動電（diàn）流，驅動電路（lù）隻需要在器件開通時提供容性充電電流（liú），而關（guān）斷時提供放電電流即可，因此驅動電（diàn）路（lù）很簡單。它的開關時間（jiān）很快，安（ān）全工（gōng）作區十（shí）分穩定，但是P—MOSFET的（de）通態電壓降隨著額定電（diàn）壓的增加而成倍增大，這就給製造高壓P—MOSFET造成了很大困難。
　　IGBT是P—MOSFET工藝技術基礎上（shàng）的產物，它兼（jiān）有MOSFET高輸入阻抗、高速（sù）特性（xìng）和GTR大電流密度特性的混合器件。其開關速度比P—MOSFET低，但比GTR快其（qí）通態（tài）電壓降與GTR相擬（nǐ）約為（wéi）1．5～3．5V，比P—MOSFET小得多，其關（guān）斷存（cún）儲時間和電流I、降時間為別為O．2～O．4us和O．2～1．5s，因而有較高的工作頻率，它具有寬而穩定的安（ān）個工（gōng）作區，較高的效率，驅動電路簡單等（děng）優點。
二、變換（huàn）器電路從低頻向高頻方向發展：
　　隨（suí）著電力電子器（qì）件的更新，由它組成的變換器電路也必然要換代。應用普通晶閘管時，直流傳功的（de）變換器主（zhǔ）要是（shì）相控整流，而交流變頻動（dòng）則是交一直一交變頻器。當電力電子（zǐ）器件人第二代後，更多早采用PWM變換（huàn）器了、采用PWM方式後，提高了功率因數，減少了高次諧波對電網的影響，解決（jué）了電動機在低頻區的轉矩脈動問題。
　　但是PWM逆（nì）變器中（zhōng）的電壓、電流的諧波分量產生的轉矩脈動作用在定轉子上，使電機繞組產生振動而發出噪聲。為了解決（jué）這個問題，一種方法是提高（gāo）開關頻率（lǜ），使之超過人耳能感受的範圍，但是（shì）電力電子器件在高電壓大電流的情況下導通或關斷，開關損耗很大。開關（guān）損耗的存在限製了逆變器工作頻率的提高。
三、交流調速控製理論（lùn）日漸成熟：
矢量控製的基本思想是仿照（zhào）直流電（diàn）動機的控製方（fāng）式，把定子電流的磁場分量和轉矩分量解禍開來，分別加以控製。這種解藕，實際上是把異步電動機的物理模型設法等效地變換成類似於直流電動機的模式，這種（zhǒng）等效變換是借助於坐標變（biàn）換完成的。它（tā）需要檢測轉子磁鏈的方向，且（qiě）其性能（néng）易受轉子參數，特別是轉子回（huí）路時間（jiān）常數的影響（xiǎng）。加（jiā）上矢量旋轉變換的複（fù）雜性，使得實際的控製效果難於達到分析的結（jié）果。
四、通用變頻器開始大量投入工業自動化實用：
　　一般把係列化、批員化、占市場量最大的中小功率如400KVA以下的變頻器稱（chēng）為通用變頻器。從產品（pǐn）來看（kàn），第一代是普通功能型U／F控製型，多彩（cǎi）用16位CPU，第二代為高功能型U／F型，采用32位DSP，或雙16位CPU進行（háng）控製，采用了（le）磁通補償器、轉差補償器和電流限（xiàn）製拄製（zhì）器．具有挖上機和“無跳閘”能力，也稱為“無跳閘變頻器”。這類變頻器目前占市場份額最大、第三代為高動態（tài）性能矢量控製型。它采用全數字控製（zhì），可通過軟件實現參數自動設定，實現變（biàn）結構控（kòng）製和自適應控製（zhì），可選（xuǎn）擇U／F左頻率開環控製、無速（sù）度傳感器矢幼控製和有速度傳感器矢量控製，實現了（le）閉環控製的（de）自優化。從（cóng）技術發展看，電力半導體器件有GT0、GTR、IGBT，但（dàn）以後兩種為主，尤以IGBT為發展趨勢：支頻器（qì）的可靠性、可維修性、可操作性即所謂的RAS(Reliabiliry，Availability，Servicebility)功能也由於采用單片機控製動（dòng）技術而得以提高。
五、單片（piàn）機、集成電路及工業自動（dòng）化控製計算（suàn）機的發展：
　　以MCS一51代表的8位機雖（suī）然仍占主導地位但功能簡單，指令集短小，可靠（kào）性（xìng）高，保（bǎo）密性（xìng）高，適於大批量生產的PIC係列單片機（jī）及GM$97C(二係列單片（piàn）機等正在推廣（guǎng），而且單片機的應用範圍已開始（shǐ）擴展至智能儀器儀表（biǎo）或不太（tài）複（fù）雜的工業（yè）控製場（chǎng）合以充分發揮單片機的優勢另（lìng）外，單片機的開發手段也更加豐富，除用（yòng）匯編語言外，更多地是采用模塊（kuài）化的C語言（yán）、PL／M語言。
在集成電路方麵（miàn），需要重點說明的是集成模擬乘法器和集成鎖相環路（lù）及集成時基電路在自動控製係統中運用很（hěn）廣。在電機控製方麵，還有專用於產生（shēng）PWM控製信號的HEF4752、TL494、SLE4520和（hé）MA818等應用也相當廣泛（fàn）。
六、結束語：
　　在經（jīng）濟快（kuài）速發（fā）展的時代，競（jìng）爭機製不斷（duàn）激烈，要想提（tí）高企業在市場上的競爭力，就（jiù）得利用先進（jìn）的科（kē）學技術，提高企業辦（bàn）公自動化水平，從而有效地提高企業的經濟效益。人工智能的理論是（shì）經過對人的智能實行模擬、使（shǐ）得（dé）理論不斷（duàn）延伸和發展，能夠有效地實現自動化水平。在電氣自（zì）動化工程中利用智能化技術，可發揮巨大的作用，提高電氣辦公自動（dòng）化水平，在設（shè）備（bèi）發生故障時（shí）能夠及時地發現（xiàn）故障（zhàng）所在，並且實現（xiàn）智能控製，不（bú）斷提升電氣自動（dòng）化工程（chéng）的工作效率，更好地（dì）服務於社會。

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