楊達志

(廣東電網有限責任公司 湛江吳川供電局)

摘要: 電力電氣生產的自動化可以有效提高電力氣企業的管理水平和生產效率，同時，還能有效提高產品生產的質量，也使得人們的生產條件得到改善，實現節能降耗，降低成本，是增強企業競爭力的有效途徑。電力電氣的自動化發展程度也是衡量一個國家電力電子行業發展水平的標準，這也是微電子技術推動下的信息技術發展的必然結果，本文就自動化發展中用到的電力電氣自動化元件技術的運用進行了詳細的分析。具體分析了全控型電力電子開關、高頻變換器、通用變頻器、單片機、集成電路還有工業控制計算機的發展變化，從中展示了自動化元件技術的運用發展細節。

關鍵詞: 電力電氣;元件;自動化

電力電氣自動化元件的技術運用是近年來發電企業熱議的課題。電力企業采用的自動化控制技術及產品越先進，其自動化運行和管理水平就越高。這也是適應信息化技術的發展及電力市場推進的需要的良好措施，是實現經濟效益的可靠保證。電力電氣的自動化發展程度也是衡量一個國家電力電子行業發展水平的標準，是整個社會經濟運行必不可少的技術助力。

電力傳動控制也即電子拖動控制是運動控制系統的前身，隨著電力電子技術、微電子技術的迅猛發展，這種控制系統越發顯得笨拙，而新型的電氣自動化技術的運動控制系統，較上一代，控制能力更強，效率更高。下面，就對其中的自動化元件技術的運用進行一些分析。

一、全控型電力電子開關

我國的直流和交流傳動控制系統至今仍廣泛用到晶閘管，這是第一代的電力電子開關控制器件。但是，近年來隨著交流變頻技術的興起，全控式器件如電力晶體管(GTR)可關斷晶閘管GTO、p-MOSEFT等逐漸出現，大有取代之勢。他們被稱為是第二代電力電子器件。也由于目前所生產的電流/電壓定額和開關時間的不同，這類器件中不同種類的各有其應用范圍。

下面逐例介紹:

1.電力晶體管(GTR)，具有耐高壓、電流大、開關特性好的優點，同時，使用這種電子器件還必須注意它的二次擊穿現象、其工作區易受各項參數的影響而變化，熱容量小、過流能力低等特性。具體的使用時，人們需根據不同的特性設計合適的保護電路和驅動電路，這樣一來，驅動電路就比較復雜而難以掌握。

2.可關閘管GTO，主要特點是，當門極加負向觸發信號的時候，晶閘管能自行關斷。其容量及使用壽命都超過了電力晶體管(GTR)，只是在工作頻率上低于GTR，廣泛應用于斬波調速、變頻調速、逆變電源等領域。但是，其主要缺點是關斷增益低，通常為4.5，這就要求在使用中配置一個十分龐大的關斷驅動電路。可關斷晶閘管的通態壓降比普通晶閘管高，約為24.5V其較高開通電流變化率和關斷電壓變化要求在使用過程中配備一個龐大的吸收電路，這在一定程度上限制了可關斷晶閘門(GTO)的推廣運用。

3.P-MOSEFT-是一種電壓驅動器件，在使用上不要求穩定的驅動電流。驅動電路很簡單，能在器件開通時提供充電電流，關斷時提供放電電流即可滿足使用。它的開關頻率很快，工作區很穩定。主要缺點是，在使用過程中不得不考慮其通態壓降會隨著額定電壓的增加而成倍加大造成的困擾。

4.IGBT和MGT是復合型的電力電子器件，也被稱為第三代器件。其中IGBT是兼有 MOSFET高輸入阻抗、高速特性與GTR的大電流密度特性的混合器件，開關速度也介于兩者之間，通態電壓降也與GTR相似，而比P-MOSFET-小得多，具有較高的工作頻率，驅動電路也簡單。MGT晶閘管的單胞內集成了MOSFET，其開關利用MOS門來控制完成，具有晶閘管的低通態電壓降，且工作時的電流密度高于IGBT和GTR，關斷增益極高，理論上用于制成幾千伏的阻斷電壓和幾十赫茲的開關頻率。第三代器件秉承了模塊化和集成化的思想，沿此思想發展下去，便是功率集成電路(PIC)，將驅動電路、過壓電流保護、電流檢測等作用集成到一起，形成具有更多優勢的全控型電力電子開關器件。

二、高頻變換器電路的運用

當電力電子器件更新到第二代，多采用PWM變換器，這樣，提高了功率因數，使得電動機在低頻區的轉矩脈動問題得以解決，但是又產生了噪音的問題。解決這個新問題的一個辦法是提高開關頻率，使之超過人耳的感受范圍。若說這個思路可行的話，又一個問題是造成開關損耗很大，這限制了逆變器工作頻率的提高。有人提出了運用諧振式直流環逆變器，把逆變器掛在高頻振蕩的振路上，使電力電子器件在零電壓和零電流下轉換，從而使開關損耗降低到零。問題于是得到解決。從中，我們可以看到諧振式直流逆變器電路的應用前景。

三、交流調速控制理論逐漸完善

矢量控制的基本思路是仿照直流電動機的控制方式，將定子電流的磁場分量和轉矩分量解耦開來分別加以控制，實際上是把異步電動機的物理模型借助于坐標等效變換成類似于直流電動機的模式。這種變換具有一定的復雜性，還需要檢測轉子磁鏈的方向，參照轉子參數的影響，這使得實際控制效果具有一定的復雜性。但是，這個控制思想還是比較新穎的。若采用定子磁場定向，借助離散的兩點式調節來產生PwM信號，直接對逆變器的開關狀態進行控制，省掉了復雜的矢量變換與對數學模型的簡化處理，沒有通常的PWM信號發生器大大減少了矢量控制中性能參數易受參數影響的問題。這種思想所提出的控制結構簡單，具有一定的實踐價值，是一種具有高靜動態性能的交流調換方法。

四、大量使用通用變頻器

通用變頻器通常是指那些系列化、批量化、目前在市場份額中占比最大的400KVA以下的小功率變頻器。從產品上來區分，則是指第一代和第二代變頻器。第一代變頻器是普通功能型U/F控制型，采用16位的CPU，第二代較第一代在性能上有了很大的提高，為高功能型的U/F控制型，采用32位DSP，或雙16位CPU，也稱為“無跳閘變頻器”，這是因為二代產品還采用了磁通補通補償器，轉差補償器、電流限制器，具有“無跳閘”能力。第三代產品為高動態性能矢量控制型，其參數設定可通過軟件自動實現，還可實現結構控制和自適應控制以及閉環控制的自優化，可選擇有速度傳感器矢量控制、無速度傳感器矢量控制、以及U/F左頻率開環控制。從技術上看，在變頻器的大量使用過程中，其可操作性、可靠性、可維修性也由于由于單片機控制動技術的發展而得以提高。

五、單片機、集成電路及工業控制計算機的發展

以MCS-51代表的8位機功能簡單，指令集短小，可靠性強，保密性高，在市場上占有主導地位。其適用于PIC系列單片機以及二系列單片機(GMS97C)。現在，單片機的開發手段在不斷地豐富著，可以采用匯編語言、也可以采用模塊化的C語言、PL/M語言。

自動控制系統中運用非常廣的是集成模擬乘法器、集成鎖相和集成時基電路。電機控制方面多應用HEF452、TL494、SLE4520和MA818來專門產生PWM控制信號。邏輯電路則采用專用芯片(ASIC)進行邏輯設計。有四種類型的器件組成ASIC中的邏輯陣列PLD:PROM、FPLA、PAL、GAL。可以在線性擦洗，能做到較快速的響應。

結語

全控型的電力電子開關取代半控型晶閘管，高頻的變換器得到發展應用，交流調速控制理論的日漸成熟，以及集成電路和工業控制計算機的發展，這些技術的快速發展以及廣泛應用，給電力電器企業的生產能力帶來了提升，自動化的生產是電力電器企業適應市場進程的必然要求。科技做為第一生產力的作用越加凸顯。

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