电力电子技术在农业电气化中的运用

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  摘要:当今社会,产业发展的核心在于科学技术的实践应用,农业产业作为我国现代化发展的重要领域,其电气化水平直接决定了农业的生产效率。农业对电能的需求较大,因此,改善电力利用模式,不仅可以为农业现代化发展提供技术方面的支持,还能够进一步提升农村区域的居民生活质量。为此,利用电子技术,可以在优化电流传输、利用模式的同时,降低不必要的能源损耗,为农业用电系统提供更稳定的电力能源。
  关键词:直流转换;整流转换;农业机械
  当前阶段,在农业生产领域,进行现代化转型是提升农作物产量,解放劳动力的重要途径。与此同时,社会现代化进程的推进离不开现代农业的发展,作为“十二五”的重要任务,农业产业电气化应用水平与现代农业进程的推进有着直接的关系。
  一、农业电气化领域电力电子科学技术的应用情况
  农业的电气化水平实质上指的是,在农业生产项目中对电力的应用水平。除此之外,农村生活领域的电能利用也属于电气化的范围。在农业生产项目中,电能的利用包括农业机械的自动化、数字化管理;居民生活的电气利用主要包括电力的运输、配置、使用等。相较于西方发展国家的电气化应用水平,我国农业领域的电气化程度有所欠缺,不同区域之间的利用率差距较大。
  具体来讲,农业产业的电气化水平与电力电子科技的实践水平有着密切的关系。电力电子主要是指在电能应用领域通过电子科技合理利用电力设备使弱电与强电对接。应用范围包括电能变换以及电力控制。进入二十世纪后,电子技术应用水平的快速提升,电力电子的应用范围逐步扩大,在工业生产、交通运输、电力单位、电子通信、节能生产、家电以及农业生产等领域电气化水平逐步提高。在农业生产过程中,利用电子技术不仅可以提升农业器械的自动化水平,增强设备控制的灵活性,还在可以通过精细化生产,降低农业产业经营成本。
  二、电力电子科技在农业生产电能变换方面的实践应用
  农业生产区域中,对电能的利用模式主要以在电网单位购买为主,这种电力利用模式需要投入较高的经济成本,在偏远地区还容易出现电力输送问题。由于我国农业较为发达的地区通常具有丰富的能源,且多属于可再生类型。因此,地方电力单位及相关的管理部门可以通过因地制宜的资源利用模式,设置分布式的电力生产、输送技术点,改善偏远地区的电力使用条件。如在水资源丰富的农村区域,利用水能发电;在风力资源较为丰富的区域,推广风力发电技术;在太阳能丰富的区域,设置光伏发电点。除此之外,还可以设置风光互补电力生产点、利用沼气发电、推广生物质能的发电技术等。
  1、AC/DC变换
  AC/DC电流的变换也可以称为整流。通常情况下,由于风力发电的风速具有不可控性,在农业生产的电能利用过程中,需要先将AC/DC电流的变换为直流电,然后利用逆变技术将直流电转换为交流电。图1所示为三相桥式的转换电路。
  2、DC/DC变换
  DC/DC电流变换模式属于直流变换。被广泛应用于水能、太陽能、生物能、沼气能等电力使用的过程中。通常为用户提供直流电压,由于电压相对较低,因此需要利用升压装置提升直流电压等级,如图2所示,然后进行逆变处理。除此之外,光伏、风力发电系统的随机性相对较大,需要另外设置储能单元,对电力进行调节。储能单元通常为蓄电池等装置。
  3、电流逆变
  DC/AC变换称为逆变。上文所述的整流或直流变换技术,都是把电源变换到合适电压等级的直流电,而农业装备中使用的电动机、农业生产所需要的照明电源等都需要的是标准的正弦交流电,所以需要采用逆变电路把直流电变换为标准的交流电,以供给负荷,或者将余电并网。
  三、电力电子科技在农业生产机械装备中的实践应用
  1、变频水泵
  传统的农业滴灌中所使用的水泵采用的电动机基本上是不可调速的电动机,水泵在工作时,电动机在一定转速下运行,这种电动机不能通过调速来调节滴灌量的多少,而只能通过调节多个阀门的开关以满足灌溉流量的需要,在需要小流量滴灌时,电动机的大部分能量都消耗在阀门上,浪费很大,因此需要根据需要来控制滴灌的流量。而采用电力电子变频器进行频率变换而进一步达到调速的目的,可以控制滴灌流量,大约能节约30%的电能,同时可以实现滴灌过程的自动化,形成无人值守的现代农业灌溉系统。
  2、精准施肥机
  精准施肥技术可以减少肥料的使用,降低对环境的污染,优化农业生产,以获得最高的产量和最大的经济效益。精准施肥机基于脉宽调制(PWM)技术,能够因地制宜,实现肥料播撒随农业机械的行驶速度自动调节,并且可以在施肥过程中根据实际需要改变施肥量,也可结合采样技术、导航技术等进行施肥,达到精准施肥的目的。
  3、计算机节能开关电源
  计算机现在已深入到生活的方方面面,在农业中计算机的利用也得到了迅速的发展。发达国家的农业科技人员,已利用计算机控制技术代替人力来管理农田,例如控制农田的滴灌、喷灌、施肥和人工智能化的田间管理,实现了农业的现代化。计算机并不是无时无刻地在工作,而是在需要时发出控制指令,如果长期处于运行状态会使得耗电量大大增加,由此推动了计算机全面采用了数字开关电源,在睡眠状态下的耗电量只有30瓦甚至更低。
  4、高压变频农业清选机
  高压变频农业清选机采用了电力电子技术中的高压交流变频调速技术,其调速方式以效率高,调速范围宽并且可以实现无级调速,应用范围广、易于操作,安全性能高等众多有点,超过任何一种调速方式,在农业清选机中广泛应用。农业清选机中应用了高压变频调速电机后,降低了运行成本,实现了自动调控,也使电动机转动造成的环境噪音大大的降低。
  结语:
  农业产业的现代化转型是现阶段我国产业结构改革的重点任务,也是促进农业生产机械化、自动化发展关键所在。农业电气化作为现代农业的重要发展方向,同时也是提高农民生活水平的主要途径之一。电子电气的电力生产、运输、使用技术,为农业发展的电气化提供了技术方面的支持。电力技术研究的逐步深入,可以在利用计算机、电子元件等系统,提升农业器械精细化程度的同时,拓宽电子技术的应用范围,为农业电气化实践水平的提升夯实了基础。
  参考文献:
  [1]李永东.大容量电力电子技术在电气化交通系统中的应用[J].自动化博览,2018(4);
  [2]马赟婷.基于电气工程自动化低压电器中继电器的运用要点探究[J].科技经济导刊,2017(8);
  [3]马金安.基于电气工程自动化低压电器中继电器的运用点探究[J].工程技术:全文版,2016(6).
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