1、电气工程及其自动化【摘要】电力电子作为节能、节才、自动化、智能化、机电一体化的基础，正朝着应用技术高频化、硬件结构模块化、产品性能绿色化的方向发展。在不远的将来，电力电子技术将使电源技术更加成熟、经 济、实用，实现高效率和高品质用电相结。 【关键字】电子工程，自动化，发展 电气工程及其自动化涉及电力电子技术，计算机技术，电机电器技术信息与网络控制技术，机电一体化技术等。主要应学会探究电机工程及自动化相关方面。现代电力电子及电源技术的发展 现代电源技术是应用电力电子半导体器件，综合自动控制、计算机（微处理器）技术和电磁技术的多学科边缘交又技术。在各种高质量、高效、高可靠性的电源中起关键作用，是现
2、代电力电子技术的具体应用。 1、电力电子技术的发展。现代电力电子技术的发展方向，是从以低频技术处理问题为主的传统电力电子学，向以高频技术处理问题为主的现代电力电子学方向转变。电力电子技术起始于五十年代末六十年代初的硅整流器件，其发展先后经历了整流器时代、逆变器时代和变频器时代，并促进了电力电子技术在许多新领域的应用。八十年代末期和九十年代初期发展起来的、以功率 MOSFET 和 IGBT 为代表的、集高频、高压和大电流于一身的功率半导体复合器件，表明传统电力电子技术已经进入现代电力电子时代。 2、整流器时代。大功率的工业用电由工频（50Hz）交流发电机提供，但是大约 20%的电能是以直流形式消
3、费的，其中最典型的是电解（有色金属和化工原料需要直流电解）、牵引（电气机车、电传动的内燃机车、地铁机车、城市无轨电车等）和直流传动（轧钢、造纸等）三大领域。大功率硅整流器能够高效率地把工频交流电转变为直流电，因此在六十年代和七十年代，大功率硅整流管和晶闸管的开发与应用得以很大发展。当时国内曾经掀起了-股各地大办硅整流器厂的热潮，目前全国大大小小的制造硅整流器的半导体厂家就是那时的产物。 3、逆变器时代。七十年代出现了世界范围的能源危机，交流电机变频惆速因节能效果显著而迅速发展。变频调速的关键技术是将直流电逆变为 0100Hz 的交流电。在七十年代到八十年代，随着变频调速装置的普及，大功率逆变用
4、的晶闸管、巨型功率晶体管（GTR）和门极可关断晶闸管（GT0 ）成为当时电力电子器件的主角。类似的应用还包括高压直流输出，静止式无功功率动态补偿等。这时的电力电子技术已经能够实现整流和逆变，但工作频率较低，仅局限在中低频范围内 4、变频器时代。进入八十年代，大规模和超大规模集成电路技术的迅猛发展，为现代电力电子技术的发展奠定了基础。将集成电路技术的精细加工技术和高压大电流技术有机结合，出现了一批全新的全控型功率器件、首先是功率 M0SFET 的问世，导致了中小功率电源向高频化发展，而后绝缘门极双极晶体管（IGBT）的出现，又为大中型功率电源向高频发展带来机遇。MOSFET 和 IGBT 的相继
5、问世，是传统的电力电子向现代电力电子转化的标志。据统计，到 1995 年底，功率 M0SFET 和 GTR 在功率半导体器件市场上已达到平分秋色的地步，而用 IGBT 代替 GTR 在电力电子领域巳成定论。新型器件的发展不仅为交流电机变频调速提供了较高的频率，使其性能更加完善可靠，而且使现代电子技术不断向高频化发展，为用电设备的高效节材节能，实现小型轻量化，机电一体化和智能化提供了重要的技术基础。 5、现代电力电子的应用领域计算机高效率绿色电源。高速发展的计算机技术带领人类进入了信息社会，同时也促进了电源技术的迅速发展。八十年代，计算机全面采用了开关电源，率先完成计算机电源换代。接着开关电源技
6、术相继进人了电子、电器设备领域。计算机技术的发展，提出绿色电脑和绿色电源。绿色电脑泛指对环境无害的个人电脑和相关产品，绿色电源系指与绿色电脑相关的高效省电电源，根据美国环境保护署 l992 年 6 月 17 日“ 能源之星“计划规定，桌上型个人电脑或相关的外围设备，在睡眠状态下的耗电量若小于 30 瓦，就符合绿色电脑的要求，提高电源效率是降低电源消耗的根本途径。就目前效率为 75%的 200 瓦开关电源而言，电源自身要消耗 50 瓦的能源。通信用高频开关电源 通信业的迅速发展极大的推动了通信电源的发展。高频小型化的开关电源及其技术已成为现代通信供电系统的主流。在通信领域中，通常将整流器称为一次
7、电源，而将直流-直流（DC/DC ）变换器称为二次电源。一次电源的作用是将单相或三相交流电网变换成标称值为 48V 的直流电源。目前在程控交换机用的一次电源中，传统的相控式稳压电源己被高频开关电源取代，高频开关电源（也称为开关型整流器 SMR）通过 MOSFET 或 IGBT 的高频工作，开关频率一般控制在 50-100kHz 范围内，实现高效率和小型化。 6、电气自动化的未来发展趋势现阶段随着电气工程及自动化领域在新时期的高速发展，电力一次设备与电力互感器的智能化，已成为电气自动化技术在未来发展中的必然趋势，这是因为电力互感器在运用电气工程及自动化技术后，可以将电压和电流降低到可以应用的范围
8、内，但是将其完全实现自动控制，以目前的电气工程及自动化技术难以实现，但是随着电气工程及自动化领域在新时期的高速发展，在未来势必会实现电力互感器的智能化控制。电力工程及自动化的高速发展可以有效实现电力一次设备的智能化，这是因为传统的电力设备在运行过程中需要靠大电流电缆对其进行连接，该种运行管理方式在安全性与管理效率上都无法满足电力企业的发展要求，因此，随着电力工程及自动化领域在新时期的高速发展，可以实现对电力系统设备的实时在线检测，这对提高电力系统设备的使用寿命、工作效率以及安全性能有着重要意义。 电气自动化工程控制系统逐步市场产业化在有了创新技术，以及统一的体系、标准化接口的同时，市场产业化更是产业不断发展的目标，这样才能够有效提升配置资源的工作效率。电气自动化工程控制系统正在朝着安全防范技术的集成系统方向发展。重点加强了安全与非安全系统控制的一体化集成。分析我国的市场特性，逐步的进行市场扩展。把电气自动化工程控制系统的安全与防范设计进行全面的研究。 随着我国社会各领域在新时期的高速发展与人民生活水平的不断提高，电气工程及自动化技术在发展中面临着更多的机遇和挑战，这不仅要求电气人员在发展中要注重科技创新，更要加强电气工程及自动化的质量管理作为一项重点内容，这样才能确保电气工程及自动化对推动国民经济发展做出重要贡献。
