一、摘要
电力电子技术作为在人类社会发展中广泛使用的技术,它本身对人类赖以生存的环境有着一定的影响,而本篇期末论文将会谈谈我通过查阅相关资料了解到的电力电子技术以及谐波和电磁干扰给人类社会带来的有益之处以及它的危害。
关键词:电力电子技术;谐波;电磁干扰;环境
二、内容
1.电力电子技术
在研究之前首先应该理解什么是电力电子技术,电力电子技术是一门新兴的应用于电力领域的电子技术,就是使用电力电子器件对电能进行变换和控制的技术。电力电子技术所变换的“电力”功率可大到数百MW甚至GW,也可以小到数W甚至1W以下,和以信息处理为主的信息电子技术不同,电力电子技术主要用于电力变换。
电力电子技术被应用于各个行业,自然是因为它有过人之处。
优化电能使用。通过电力电子技术对电能的处理,使电能的使用达到合理、高效和节约,实现了电能使用最佳化。例如,在节电方面,针对风机水泵、电力牵引、轧机冶炼、轻工造纸、工业窑炉、感应加热、电焊、化工、电解等14个方面的调查,潜在节电总量相当于1990年全国发电量的16%,所以推广应用电力电子技术是节能的一项战略措施,一般节能效果可达10%-40%,我国已将许多装置列入节能的推广应用项目。
电力电子智能化的进展,在一定程度上将信息处理与功率处理合一,使微电子技术与电力电子技术一体化,其发展有可能引起电子技术的重大改革。有人甚至提出,电子学的下一项革命将发生在以工业设备和电网为对象的电子技术应用领域,电力电子技术将把人们带到第二次电子革命的边缘。
可以说电力电子技术对人类的作用是巨大的,除了推进人类科学技术发展,电力电子技术对环境也有着许多有利影响。
对环境的有利影响主要体现在能源方面。以我国为例,现阶段我国的能源总产量中煤炭占67%,石油占22.1%,其余大多数来源于水电等发电方式,将电力电子技术应用于新能源系统中发展风能、光伏等清洁能源,节能效果十分明显,能有效解决以煤炭为主的能源结构,达到减少二氧化碳排放等环境问题减少了传统能源转换造成的环境污染。
但是,科技是一把双刃剑,电力电子技术也不外如是,它有着诸多优点,但它也有着许多的缺点,对人类和环境也会有着不利影响。其不利影响主要体现在电能变换带来的谐波问题和电磁干扰等问题对人类和环境起到的负面效果。
2.谐波
谐波是指电流中所含有的频率为基波的整数倍的电量,一般是指对周期性的非正弦电量进行傅里叶级数分解,其余大于基波频率的电流产生的电量。而电网谐波主要由发电设备(电源端)、输配电设备以及电力系统非线性负载等三个方面引起的。
对旋转的发电机、电动机而言,由于谐波电流或谐波电压在定子绕组、转子回路及铁心中产生附加损耗,从而降低发电、输电及用电设备的效率。更为严重的是,谐波振荡容易使汽轮发电机产生振荡力矩,可能引起机械共振,造成汽轮机叶片扭曲及产生疲劳破坏。
由于电机、变压器、电力电容器、电缆等负载处于经常的变动之中,极易与电网中含有的大量谐波源构成串联或并联的谐振条件,形成谐波振荡,产生过电压或过电流,危及电机、变压器等负载及电力系统的安全运行,引发输配电事故的发生。
电网谐波将使测量仪表、计量装置产生误差,达不到正确指示及计量。断路器开断谐波含量较高的电流时,断路器的开断能力将大大降低,造成电弧重燃,发生短路,甚至断路器爆炸。
另外,由于谐波的存在,易使电网的各类保护及自动装置产生误动或拒动以及在通信系统内产生声频干扰,严重时将威胁通信设备及人身安全等。
为了消除谐波的影响,基本思路有两条:
第一个是安装谐波治理装置来补偿谐波,这对各种谐波源都是适用的。这种方法可治理谐波,又可以补偿无功功率,而且结构简单,一直被广泛应用。谐波治理装置分为无源谐波滤除装置和有源谐波滤除装置。有源滤波器的基本工作原理是把电源侧的电流波型与正弦波相比较,差额部分由有源滤波器进行补偿,这是谐波治理的发展方向。目前由于功率电子元件容量做不大、电压做不高,而且成本很高,因此在现阶段不可能大量推广应用。随着科学技术的发展,功率电子元件的成本下降,这一技术一定会在谐波治理上占主导地位的。无源滤波器是通过L、C串联或并联,使其在某次谐波产生谐振,当发生串联谐振时,使滤波器两端该次谐波的电压很小,几乎接近零,这类滤波器往往接在变压器的二次侧出口处,从而使变压器的一次侧该次谐波的分量也很小,达到对该次谐波治理的目的。
第二是对电力电子装置本身进行改造,使其不产生谐波,且功率因数可控制为1,这只适用于作为主要谐波源的电力电子装置。
3.电磁干扰
电磁干扰是干扰电缆信号并降低信号完好性的电子噪音,通常由电磁辐射发生源如马达和机器产生。
电磁干扰对人类本身具有很大的危害性,主要表现为:
对电子系统、设备的危害,强烈的电磁干扰可能使灵敏的电子设备因过载而损坏。一般硅晶体管发射极与基极间的反向击穿电压为2~5V,很易损坏,而且其反向击穿电压随温度升高而下降。电磁干扰引起的尖峰电压能使发射结和集电结中某点杂质浓度增加,导致晶体管击穿或内部短路。在强射频电磁场下工作的晶体管会吸收足够的能量,使结温超过允许温升而导致损坏。
电磁场对人体的危害。电磁辐射一旦进入人体细胞组织就要引起生物效应,即局部热效应和非热效应。非热效应机理较复杂,有待于进一步探讨。热效应取决于辐射峰值功率,同时还与频率有关。在1~3GHz范围内热效应最为严重,生物效应吸收的能量可达入射能量的20%~100%。而在其它频率范围内,生物效应吸收的能量为入射能量的40%左右。不同频率的电磁辐射对人体的危害程度并不一样。对低于1GHz的辐射,皮肤组织感觉迟钝,能量渗透性强,易产生深部组织受热而损伤。对1~3GHz的辐射,人体表面组织和深部组织都会吸收能量,如眼球和内组织极易损伤。
电磁干扰对人类生产活动也有着极大危害。增加了发、输、供和用电设备的附加损耗,使设备过热,降低设备的效率和利用率;刺激功率竞赛,加剧了电磁污染;降低了电子设备的技术性能指标,引起电磁兼容性故障;电磁干扰产生的电火花使易燃气体或易燃物误燃,干扰电爆装置使其爆炸,等等。
电磁干扰对环境的影响相对较小,主要体现在对生物的辐射可能造成的病变。
三、结论
电力电子技术这一把双刃剑有好处也有危害,如何扬长避短,广泛利用它的优点而减少危害就成了应当研究的问题,相信随着科学技术的发展,人们会研究出减少电力电子技术对人类以及环境影响的方案。
参考文献
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