电力电子技术 名词解释

柔性交流输电系统柔性交流输电系统是FlexibleACTransmissionSystems）中文翻译，英文简称FACTS，指应用于交流输电系统的电力电子装置，其中“柔性”是指对电压电流的可控性；如装置与系统并联可以对系统电压和无功功率进行控制，装置与系统串联可以对电流和潮流进行控制；FACTS通过增加输电网络的传输容量，从而提高输电网络的价值，FACTS控制装置动作速度快，因而能够扩大输电网络的安全运行区域；在电力电子装置最早用于直流输电系统中并实现了对输送功率的快速控制，由此人们想在交流系统中加装电力电子装置，寻求对潮流的可控，以获得最大的安全裕度和最小的输电成本，FACTS技术应运而生，静止无功补偿器（SVC），静止同步补偿器（STATCON），晶闸管投切串联电容器（TCSC），统一潮流控制器（UPFC）就是基于FACTS技术的产品。节能灯节能灯又叫紧凑型荧光灯（国外简称CFL灯）它是1978年由国外厂家首先发明的，由于它具有光效高（是普通灯泡的5倍），节能效果明显，寿命长（是普通灯泡的8倍），体积小，使用方便等优点，受到各国人民和国家的重视和欢迎，我国于1982年，首先在复旦大学电光源研究所成功研制SL型紧凑型荧光灯，二十年来，产量迅速增长，质量稳步提高，国家已经把它作为国家重点发展的节能产品（绿色照明产品）作为推广和使用。现如今我们所讲的节能产品主要都是针对白炽灯来讲。普通的白炽灯光效大约在每瓦10流明左右，寿命大约在1000小时左右，它的工作原理是：当灯接入电路中，电流流过灯丝，电流的热效应，使白炽灯发出连续的可见光和红外线，此现象在灯丝温度升到700K即可觉察，由于工作时的灯丝温度很高，大部分的能量以红外辐射的形式浪费掉了，由于灯丝温度很高，蒸发也很快，所以寿命也大缩短了，大约在1000小时左右。节能灯主要是通过镇流器给灯管灯丝加热，大约在1160K温度时，灯丝就开始发射电子（因为在灯丝上涂了一些电子粉），电子碰撞氩原子产生非弹性碰撞，氩原子碰撞后获得了能量又撞击汞原子，汞原子在吸收能量后跃迁产生电离，发出253.7nm的紫外线，紫外线激发荧光粉发光，由于荧光灯工作时灯丝的温度在1160K左右，比白炽灯工作的温度2200K-2700K低很多，所以它的寿命也大提高，达到5000小时以上，由于它不存在白炽灯那样的电流热效应，荧光粉的能量转换效率也很高，达到每瓦50流明以上。齐纳击穿当PN结两边的掺杂浓度很高时，阻挡层将变很薄，在这种阻挡层中，载流子与中性原子相碰撞的机会极小，因而不容易发生碰撞...显然，场致激发能够产出大量的载流子，使PN结的反向电流剧增，呈现反向击穿现象，这种击穿称为齐纳击穿(因齐纳研究而得名）。齐纳击穿一般发生在低反压、高掺杂的情况下。利用齐纳击穿可做成稳压二极管,又叫齐纳二极管.该二极管是一种直到临界反向击穿电压前都具有很高电阻的半导体器件.在这临界击穿点上,反向电阻降低到一个很少的数值,在这个低阻区中电流增加而电压则保持恒定,稳压二极管是根据击穿电压来分档的,因为这种特性,稳压管主要被作为稳压器或电压基准元件使用.其伏安特性见图1,稳压二极管可以串联起来以便在较高的电压上使用,通过串联就可获得更多的稳定电压.稳压二极管的正向特性与一般二极管相同，而反向击穿特性很陡峭。雪崩击穿在材料掺杂浓度较低的PN结中，当PN结反向电压增加时，空间电荷区中的电场随着增强。这样，通过空间电荷区的电子和空穴，就会在电场作用下获得的能量增大，在晶体中运动的电子和空穴将不断地与晶体原子又发生碰撞，当电子和空穴的能量足够大时，通过这样的碰撞的可使共价键中的电子激发形成自由电子–空穴对。新产生的电子和空穴也向相反的方向运动，重新获得能量，又可通过碰撞，再产生电子–空穴对，这就是载流子的倍增效应。当反向电压增大到某一数值后，载流子的倍增情况就像在陡峻的积雪山坡上发生雪崩一样，载流子增加得多而快，这样，反向电流剧增，PN结就发生雪崩击穿。利用该特点可制作高反压二极管。下图是雪崩击穿的示意图.雪崩二极管是一种负阻器件，特点是输出功率大，但噪声也很大。主要噪声来自于雪崩噪声，是由于雪崩倍增过程中产生电子和空穴和无规则性所引起的，其性质和散弹噪声类似。雪崩噪声是雪崩二极管振荡器的噪声远高于其它振荡器的主要原因。电路的噪声对于电子线路中所标称的噪声，可以概括地认为，它是对目的信号以外的所有信号的一个总称。最初人们把造成收音机这类音响设备所发出噪声的那些电子信号，称为噪声。但是，一些非目的的电子信号对电子线路造成的后果并非都和声音有关，因而，后来人们逐步扩大了噪声概念。例如，把造成视屏幕有白班呀条纹的那些电子信号也称为噪声。可能以说，电路中除目的的信号以外的一切信号，不管它对电路是否造成影响，都可称为噪声。例如，电源电压中的纹波或自激振荡，可对电路造成不良影响，使音响装置发出交流声或导致电路误动作，但有时也许并不导致上述后果。对于这种纹波或振荡，都应称为电路的一种噪声。又有某一频率的无线电波信号，对需要接收这种信号的接收机来讲，它是正常的目的信号，而对另一接收机它就是一种非目的信号，即是噪声。在电子学中常使用干扰这个术语，有时会与噪声的概念相混淆，其实，是有区别的。噪声是一种电子信号，而干扰是指的某种效应，是由于噪声原因对电路造成的一种不良反应。而电路中存在着噪声，却不一定就有干扰。在数字电路中。往往可以用示波器观察到在正常的脉冲信号上混有一些小的尖峰脉冲是所不期望的，而是一种噪声。但由于电路特性关系，这些小尖峰脉冲还不致于使数字电路的逻辑受到影响而发生混乱，所以可以认为是没有干扰。当一个噪声电压大到足以使电路受到干扰时，该噪声电压就称为干扰电压。而一个电路或一个器件，当它还能保持正常工作时所加的最大噪声电压，称为该电路或器件的抗干扰容限或抗扰度。一般说来，噪声很难消除，但可以设法降低噪声的强度或提高电路的抗扰度，以使噪声不致于形成干扰。软启动技术软起动器实际上是一个晶闸管交流调压器。改变晶闸管的触发角，就可调节晶闸管调压电路的输出电压。在整个起动过程中，软起动器的输出是一个平滑的升压过程（且可具有限流功能），直到晶闸管全导通，电机在额定电压下工作。“软启动”不仅能够大幅度减轻传动系统本身所受到的启动冲击，延长关键零部件的使用寿命，同时还能大大缩短电动机启动电流的冲击时间，减小对电动机的热冲击负荷及对电网的影响，从而节约电能并延长电动机的工作寿命。此外，通过使用“软启动”技术，在电动机的选型上将可以选用容量较小的电动机，因而也能够减少不必要的设备投资。变频器、软启动在大中型供水设备中的应用摘要：由变频器、软启动及可编程控制器为主组成的高性能控制系统具有运行稳定、高效节能、自动化程度高易于操作等优点。由于采用了软启动，设备启、停过程平稳，避免了“水垂”效应，此控制系统只需增加较少的投资，就能较大幅度的提高设备性能，此项技术在大中型水泵站中很有推广应用价值。关键词：恒压供水，变频调速，软启动，供水泵站，节能，水垂效应。通常供水设备的控制系统是由变频器、控制器、低压电器及压力传感器组成，可完成对供水压力闭环控制，当供水管网流量变化时，通过调整变频泵的转速和改变投入运行的水泵台数，可达到稳定供水管网出口压力的目的。图1所示是一个典型的恒压变频供水系统框图，此控制系统的控制对象是供水管网出口压力，由压力传感器采集供水管网出口压力信号，将此压力信号与设图1自动恒压供水系统原理图定压力信号进行比较，其差值进入CPU进行PID运算，运算结果控制变频器的输出频率及输出电压，使水泵转速能随着供水管网压力的波动而不断的变化,从而使管网出口压力稳定。如果管网流量变化大,当只调整变频泵的转速不能满足管网出口压力稳定要求时,则由控制器发出指令，通过改变投入运行的水泵台数来满足稳定管网出口压力要求。在上述过程中,当变频泵达到最高设定转速时，说明管网用水量大,只靠调整变频泵的转速已不能使管网出口压力稳定，在经过一定延时后，如果此泵仍然在最高设定转速运行，控制系统就要启动一台水泵，在水泵容量较大的供水系统中，往往采用一项叫作“循环软启动”的技术，即将变频器带动的正在全速运转的电机交给电网，变频器再带动下一台电机变频启动，目的是减少启动过程中的机械和电气冲击。这项被称为“循环软启动”的技术存在着一个致命弱点，因为在此过程中刚脱离变频器的水泵在惯性作用下高速旋转，电机转子中还有较大的电流，由此电流形成的磁场在电机定子中感应出较高的电压，此电压与电网电压不同频率、不同相位，因而此时不能立即将此电机合到电网上，一般方法是根据电机容量大小，确定一个延时，要等转子电流衰减到一定值以后，才能将此电机合到电网上，然后变频器带动下一台电机运行。如在上述，从变频器脱开的电机要经过一定延时后才能并入电网，对于中型电机此延时大约是1-2秒钟，在此期间，水泵失去了动力，并且水的位能阻止水泵继续旋转，水泵转速下降很快，当此水泵电机并入电网时，电机转速已降的很低，当将此电机并入电网时将产生较大的电气和机械冲击。如果电机从变频到工频切换过程处理不当，会给电网及供水管网造成重大事故，所以许多专家在大中型供水设备中不主张采用这项“循环软启动”技术。变频与工频平稳切换，已成为大中型供水设备中迫切需要解决的问题。为解决以上问题，现采用另一项电力电子产品“软启动”器，它基本原理是改变晶闸管的导通角改变输出电压，使电机在启动和停机过程中，端电压可以按照预先设定的方式逐渐变化，从而使启动和停机过程平稳。如果是启动一台电机，软启动将逐渐增大晶闸管的导通角，使电动机端电压逐渐升高，水泵平稳升速完成启动过程。如果是关闭一台电机，软启动内的晶闸管的导通角将由大逐渐减小，逐渐降低输出电压，使正在运转的电机平稳停机。高性能的软启动及控制系统允许用一台软启动顺序带动多台电机完成软启、软停操作（图2）。比如启动1#电机,软启动晶闸管的起始导通角为零,将KM11闭合，然后软启动晶闸管的导通角由小变大，电机端电压逐渐升高到电网电压，图2一台软启动实现多台电机软启、软停控制主电路图电机可较平稳升速完成启动过程。此时电机的端电压与电网电压同频率，同相位,软启动器的晶闸管完全导通,其输出电压接近电网电压,这样,可将KM21闭合，使软启器旁路,然后KM11断开，软启动退出运行。此过程中电机端子上始终保持着较稳定的电压，所以整个启动过程平稳，无冲击。软启动退出运行以后准备接受下一次启动或停机操作指令。如果下一次操作指令是再启动一台电机，软启动将关闭软启动器上晶闸管，然后使相应的接触器闭合，再重复上述过程。如果下一次操作是关闭一台电机，比如1#电机停机，软启动先使晶闸管全导通，输出电压接近电网电压，然后KM11闭合将软启动并入正在运行的1#电机上，再断开1#电机直接和电网相联接的接触器KM21，这时就由软启动单独带动1#电机运行，软启动逐步降低输出电压，电机速度逐渐下降，直到停机，完成软停操作后，KM11断开。在上述过程中，控制系统适时的将软启动接入或退出运行电路。使用一台软启动顺序带动多台电机完成软启、软停操作的软启动器应具有“级联”功能，“级联”功能的主要作用是，在每一次操作前，软启动都要进行状态准备，在完成操作之后发出信号使软启动及时退出运行。比如启动电机，软启动晶闸管必须是关闭状态，输出电压为零，然后进入启动操作，如果是执行停机操作，软启动晶闸管必须是导通状态，逐渐降低输出电压，完成停机操作，每一次操作之后软启动都要退出运行线路。软启动本身保护功能齐全，但是当一台软启动带多台电机时，软启动完成启停操作后要退出运行，所以电机保护要另外设置，软启动只在启停过程中起保护。一个由变频器、软启动器、可编程序控制器及低压电器组成的供水控制具有良好的运行性能如图3，图3变频器、软启动组成的自动恒压供水系统原理图它由变频器带动一台泵变速运行，由一台软启动器完成其余各泵开、停泵操作，变频泵可定时轮换使各泵运行时间均衡。此控制系统除能根据管网出口压力调整变频泵转速外，还能适时的将软启动接入或退出运行电路，完成开停泵操作。此系统克服了变频