引言:电工电子技术的进步与电气工程的发展息息相关,像发电机、电机、变压器、继电器保护装置等电气设备的设计、控制与保护都需要电工电子技术的支持。随着电力电子技术、微处理器技术、传感器技术的发展,电工电子技术在电力系统自动化、电机系统控制、工业过程监测与自动化等方面发挥着越来越重要的作用，基于此，研究电工电子技术在电气工程中的应用具有重要意义。

1电工电子技术在电气工程中的应用现状

电工电子技术在电力系统中的广泛应用推动着电力系统向自动化、智能化和信息化方向发展。数字化继电保护、灵活交流输电系统(FACTS)、配电自动化等技术的应用,极大提高了电力系统的控制精度、运行效率和供电可靠性。此外,电力电子技术的进步推动着新能源并网技术与电力质量控制技术的不断发展。电机控制系统中也越来越多采用变频调速、矢量控制、直流调速等先进控制策略,在工业和交通运输领域发挥着重要作用。电工电子技术在工业过程自动化和装备的设计中也发挥着越来越大作用,实现过程参数的精确监测与闭环控制,推动工业生产自动化水平的提高^[1]。

2电工电子技术在电气工程中的具体应用  

2.1 在电力系统中的应用

(1)发电系统中广泛使用发电机保护与监控系统,这些系统使用微处理器和数字化继电保护实现对发电机的全面监测保护。此外,采用电力电子技术设计的无刷发电机、永磁发电机、风力发电系统中使用变流器进行输出控制,这些新型发电系统效率更高,可实现无人值守运行。例如,无刷发电机无需使用碳刷和滑环,从而减少了机械损耗和火花干扰;永磁发电机具有高效率、高功率因数、低温升等优点,适用于高速、高可靠性的场合;风力发电系统利用变流器控制风机的输出功率和电网的并网,实现风能的最大利用和电网的平稳运行。

(2)输电系统中使用数字化保护继电器和自恢复开关等装置提高系统安全性和供电可靠性。同时采用柔性交流输电系统(FACTS)等新技术控制运用无线电开关(GTO)等电力电子装置实现对输电装置和线路参数的实时控制,提升系统稳定性,防止故障扩展。例如,FACTS技术能够通过改变线路的等效阻抗和电压幅值,实现对输电功率的快速调节,从而提高输电系统的灵活性和可控性;自恢复开关能够在短路故障发生时自动切断电源,在故障消除后自动恢复供电,从而减少停电时间和范围^[2]。

(3)制配电系统中应用配电自动化、智能电表、用电信息采集系统等技术实现远程监测和管理,使用电力电子装置设计的无功补偿装置、调相装置改善电能质量。例如,配电自动化技术能够实现对配电网的远程监控、故障定位、故障隔离、恢复供电等功能,提高配电网的可靠性和自愈性;智能电表能够实时记录用户的用电量、用电时间、用电质量等信息,并通过通信网络传输给供电部门,实现用电信息的透明化和电费的精确计算;无功补偿装置和调相装置能够改善配电网的功率因数和电压相位,减少线损和电压波动,提高电能利用率和稳定性。

2.2 在电机和驱动中的应用  

(1)电机控制系统广泛采用电力电子变频器实现交流调速系统(ASDS)和直流调速系统(DCDS),可精确控制电机速度和转矩,实现高效节能运行。此外矢量控制技术能使交流电机实现类似直流电机的运转性能。这些技术极大提高了电机系统的控制水平。例如,变频器能够通过改变电源的频率和电压,实现对电机的无级调速,并提供过流、过压、过热等保护功能;矢量控制技术能够将交流电机的定子电流分解为磁场电流和转矩电流,并分别进行控制,从而实现对交流电机的转矩和磁场的独立控制,使交流电机具有快速启动、制动和反向运行的能力。

(2)伺服系统中使用光电编解码器等高精度位置和速度传感器实现对主轴位置和速度的检测,为实现精确运动控制提供保障。模糊控制、神经网络控制等智能控制算法的引入,使伺服系统运动控制性能和鲁棒性达到新的高度。例如,光电编解码器能够将机械运动转换为电信号,并通过数字化处理得到主轴的位置和速度信息,从而实现对主轴的闭环控制;模糊控制和神经网络控制能够利用人工智能的原理,根据系统的输入和输出之间的关系,自动调整控制参数,从而实现对系统的非线性和不确定性的补偿,提高系统的跟踪精度和抗干扰能力。

(3)采用先进的电机与驱动技术如无刷直流电机系统、永磁同步电机系统、交流伺服系统等将电力电子技术与电机深度融合,实现更高效、更智能的系统,具有速度范围宽、功率密度高、控制精度高的特点。例如,无刷直流电机系统将电子换相器代替了传统的机械换相器,从而消除了碳刷和滑环的存在,减少了机械损耗和火花干扰,提高了电机的效率和可靠性;永磁同步电机系统利用永磁体作为电机的励磁源,从而减少了电机的铜损和铁损,提高了电机的功率密度和效率。

2.3 在工业自动化中的应用  

(1)使用各类电子传感器测量工业过程中的温度、压力、液位、流量等工艺参数和设备状态参数,为过程控制和装置保护提供准确可靠的反馈信号。这些传感器能够将物理量转换为电信号,并通过信号调理、放大、滤波、模数转换等电子电路处理,输出标准的电压或电流信号,从而实现对工业过程的实时监测和控制。例如,热电偶和热电阻能够测量温度,压力传感器能够测量压力,液位传感器能够测量液位,流量计能够测量流量等。这些传感器的输出信号能够通过仪表、显示器、记录器等设备显示、记录和分析,或者通过控制器、执行器等设备实现对工业过程的自动控制和调节。

(2)应用工业以太网、现场总线、网络通讯协议等数字化通信和现场总线技术实现过程控制系统与生产现场之间信息高速稳定传输。这些网络技术极大简化了布线,并实现过程数据远程共享。这些技术能够实现不同设备之间的互联互通,提高数据传输的速度和准确性,降低系统的复杂度和成本。例如,工业以太网能够利用标准的TCP/IP协议,实现不同厂商和不同层次的设备之间的通信,并提供高速、高可靠、高安全的数据传输;现场总线能够利用分布式现场总线技术,实现现场设备的集中管理和分散控制,并提供多种通信协议和应用功能;网络通讯协议能够利用串行通信技术,实现不同类型的设备之间的数据交换,并提供简单、灵活、开放的通信方式^[3]。

(3)可编程逻辑控制器(PLC)因为其抗干扰能力强、可靠性高,被广泛应用于自动化生产线和过程控制的设计中,实现精确逻辑控制。与传统继电器控制相比,可程控制器编程灵活、系统扩展方便。这些技术能够实现对工业过程的可编程控制,提高系统的灵活性和适应性,满足不同的控制需求和条件。例如,PLC能够利用梯形图、指令表、区块功能图等多种编程语言,实现对工业过程的逻辑、顺序、定时、计数等控制功能,并提供故障诊断、监视、调试等功能;PLC能够通过模块化的设计,实现对系统的容易扩展和修改,并提供与传感器、执行器、显示器、网络等设备的接口,实现对系统的集成控制和管理。

结束语:总而言之，电工电子技术在电力系统、电机驱动以及工业过程自动化等电气工程关键领域发挥着重要作用,使电气系统向更加智能化和精确化方向发展,是电气工程进一步进步的重要动力。电力电子技术、传感器技术与先进控制理论的有机结合,必将推动电气工程的深入发展。

参考文献：

[1] 张永香. 电工电子技术在电气工程中的应用 [J]. 电子技术, 2023, 52 (07): 394-395.

[2] 侯宁. 电气工程技术与电工电子技术应用研究 [J]. 城市建设理论研究(电子版), 2023, (18): 58-60.

[3] 张进全. 分析电工电子技术在电气工程中的应用 [J]. 中国设备工程, 2023, (10): 151-153.