摘 要：本文針對全控型電力電子開關、變換器電路、交流調速控制、通用變頻器、單片機、集成電路及工業控制計算機的發展幾方面論述了電氣自動化在電力系統中的應用。

關鍵詞：自動化 變換器 交流 工業控制

電氣自動化專業在我國最早開設于50年代，名稱為工業企業電氣自動化。據教育部最新公布的本科專業設置目錄，它屬于工科電氣信息類。新名稱為電氣二程及其自動化或自動化。

隨著電力電子技術、微電子技術溝迅猛發展，原有的電力傳動(電子拖動)控制的概念已經不能充分概抓現代生產自動化系流中承擔第一線任務的全部控制設備。它的研究對象已經發展為運動控制系統，下面僅對有關電氣自動化技術的新發展作一些介紹。

1 全控型電力電子開關逐步取代半控型晶閘管

50年代末出現的晶閘管標志著運動控制的新紀元。它是第一代電子電力器件，在我國至今仍廣泛用于直流和交流傳動控制系統。由于目前所能生產的電流/電壓定額和開關時間的不同，各種器件各有其應用范圍。

GTR的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小、過流能力低等問題，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，這也使得電路比較復雜，難以掌握。

GTO是一種用門極可關斷的高壓器件，它的主要缺點是關斷增益低，一般為4~5，這就需要一個十分龐大的關斷驅動電路，且它的通態壓降比普通晶閘管高，約為2V~4.5V，開通di/dt和關斷dv/dt也是限制GTO推廣運用的另一原因，前者約為500A/μs，后者約為500V/μs，這就需要一個龐大的吸收電路。

由于GTR、GTO等雙極性全控性器件必須要有較大的控制電流，因而使門極控制電路非常龐大，從而促進廠新一代具有高輸人阻抗的MOS結構電力半導體器件的一切。它的開關時間很快，安全工作區十分穩定，但是P一MOSFET的通態電壓降隨著額定電壓的增加而成倍增大，這就給制造高壓P一MOSFET造成了很大困難。

IGBT是P一MOSFET工藝技術基礎上的產物，它兼有MOSFET高輸人阻抗、高速特性和GTR大電流密度特性的混合器件。其開關速度比P一MOSFET低，但比GTR快;其通態電壓降與GTR相擬約為1.5V一3.5V，比P一MOSFET小得多，其關斷存儲時間和電流卜降時間為別為0.2μs一0.4μs和0.2μs一1.5μs，因而有較高的工作頻率，它具有寬而穩定的安個工作區，較高的效率，驅動電路簡單等優點。

MOS控制晶閘管(MCT)是一種在它的單胞內集成了MOSFET的品閘管，利用MOS門來控制品閘管的開通和關斷，具有晶閘管的低通態電壓降，但其工作電流密度遠高IGBT和GTR，在理論上可制成幾千伏的阻斷電壓和幾十千赫的開關頻率，且其關斷增益極高。

IGBT和MGT這一類復合型電力電子器件可以稱為第三代器件。在模塊化和復合化思路的基礎上，其發展便是功率集成電路PIC(Power，lntegrated Circute)，在PIC中，不僅主回路的器件，而月驅動電路、過壓過流保護、電流檢測甚至溫度自動控制等作用都集成到一起，形成一個整體，這可以算作第四代電力電子器件。

2 變換器電路從低頻向高頻方向發展

隨著電力電子器件的更新，由它組成的變換器電路也必然要換代。當電力電子器件進人第二代后，更多早采用PWM變換器了、采用PWM方式后，提高了功率因數，減少了高次諧波對電網的影響，解決了電動機在低頻區的轉矩脈動問題。

但是PWM逆變器中的電壓、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。開關損耗的存在限制了逆變器工作頻率的提高。

1986年美國威斯康星大學Divan教授提出諧振式直流環逆變器。傳統的逆變器是掛在穩定的直流母線上，電力電子器件是在高電壓下進行轉換的‘硬開關’，其開關損耗較大，限制了開關在頻率上的提高。這樣，可以使逆器尺寸減少，降低成本，還可能在較高功率上使逆變器集成化。因此，諧振式直流逆變器電路極有發展前途。

3 交流調速控制理論日漸成熟

矢量控制的基本思想是仿照直流電動機的控制方式，把定子電流的磁場分量和轉矩分量解禍開來，分別加以控制。它需要檢測轉子磁鏈的方向，且其性能易受轉子參數，特別是轉子回路時間常數的影響。加上矢量旋轉變換的復雜性，使得實際的控制效果難于達到分析的結果。

大致來說，直接轉矩控制，用空間矢量的分析方法，直接在定子坐標系下分析計算與控制電流電動機的轉矩。它省掉了復雜的矢量變換與電動數學模型的簡化處理，大大減少了矢量控制中控制性能參數易受參數變化影響的問題，沒有通常的PWM信號發生器，其控制思想新穎，控制結構簡單，控制手段直接，信號處理物理概念明確，轉矩響應迅速，限制在一拍之內，且無超調，是一種具有高靜動態性能的新型交流調速方法。

4 通用變頻器開始大量投入實用

一般把系列化、批員化、占市場量最大的中小功率如400KVA以下的變頻器稱為通用變頻器。從技術發展看，電力半導體器件有GTO、GTR、IGBT，但以后兩種為主，尤以IGBT為發展趨勢：支頻器的可靠性、可維修性、可操作性即所謂的RAS(Reliabiliry，Availability，Servicebility)功能也由于采用單片機控制動技術而得以提高。

5 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位機雖然仍占主導地位，但功能簡單，指令集短小，可靠性高，保密性高，適于大批量生產的PIC系列單片機及GMS97C(二系列單片機等正在推廣，而且單片機的應用范圍已開始擴展至智能儀器儀表或不太復雜的工業控制場合以充分發揮單片機的優勢另外，單片機的開發手段也更加豐富，除用匯編語言外，更多地是采用模塊化的C語言、PL/M語言。

在集成電路方面，需要重點說明的是集成模擬乘法器和集成鎖相環路及集成時基電路在自動控制系統中運用很廠。在電機控制方面，還有專用于產生PWM控制信號的HEF4752、TL494、SLE4520和MA818等應用也相當廣泛。

在邏輯電路方面，值得注意的是用專用芯片(ASIC)進行邏輯設計。ASIC(Appilca-tion Specificl，Int egrated Circuit)中有編程邏輯陣列PLD(Programmable Logic Device)。這些特點使得GAL在降低系統造價，減少產品體積和功耗，提高可靠性和穩定性及簡化系統設計，增強應用的保密性方面有廣闊的發展產景，特別適合新產品研制及DMA控制和高速圖表處理，其上述交流的控制最終用工業控制計算機完成。