電力電子裝置

電力電子裝置（power electronic equipment）由各類電力電子電路組成的裝置。用於大功率電能的變換和控制。又稱變流裝置。它包括整流器、逆變器、直流變流器、交流變流器、各類電源和開關、電機調速裝置、直流輸電裝置、感應加熱裝置、無功補償裝置、電鍍電解裝置、家用電器變流裝置等。

其中，直流電源可由整流器或直流變流器組成，用於直流電動機調速、充電(備充電電源)、電鍍和科學儀器等的電源。交流電源可由變頻器(見交流變換電路)組成。分為變頻變壓電源(用於交流籠式異步電動機調速)、恆頻恆壓電源(用以構成交流不停電電源)、交流穩壓電源、中頻感應加熱電源(電源輸出頻率達8千赫，用於感應加熱和淬火)、高頻加熱電源(電源輸出頻率高於8千赫，用於淬火和焊接)等。利用電力電子器件的快速開關性能，可構成靜止式無觸點大功率開關，代替傳統的電磁式有觸點大功率開關。

電力電子裝置受所用器件性能的影響，承受過電壓、過電流的能力比較差。例如，電動機、變壓器等通常可在幾倍的額定電流下工作幾秒鐘或幾分鐘，而在相同條件下電力電子器件只需0.1秒或更短時間就已損壞。因此，除在設計電力電子裝置時合理選擇器件的電壓、電流容量外，還需專門採取一些保護措施，以防止裝置內的器件因過電流、過電壓而損壞。某些電力電子裝置對環境條件(如温度、冷卻水壓力、風速等)有特殊要求，需對這些條件進行監測，以保證裝置可靠運行。

過電流會使器件迅速升温，如不及時切斷或限制過電流，器件很快會損壞。過電流越大，器件能承受過電流的時間越短。常用的過流保護措施有：①採用快速熔斷器。其熔斷時間通常在20毫秒以內。但快速熔斷器價格較高，更換麻煩，常作為多種過流保護措施的最後一道措施。②設置交流斷路器。其動作時間較長，為0.1～0.2秒。主要用於切斷交流電路與交流電源的連接，防止過電流進一步擴大。③安裝快速直流開關。其動作時間約為10～20毫秒，可保護晶閘管等元件而快速熔斷器又不至於熔斷。安裝於交流電路的直流端，用於大、中容量電力電子裝置。④加設快速短路器。其動作時間約為2～3毫秒。過電流發生時，它使電源變壓器經快速短路器直接短路，防止過電流再進入電力電子裝置。⑤採用電子電路作過電流檢測和保護。

過電壓會使裝置的絕緣遭破壞而無法工作。常用的過電壓保護措施有：①採用阻容吸收電路。由電容和電阻串聯而成，利用電容來吸收尖峯狀態的過電壓，利用與電容串聯的電阻消耗過電壓的能量，從而抑制電路的振盪。②選用非線性電阻器件。利用這類器件接近於穩壓管的伏安特性和擊穿後其特性可自動恢復的特點，實現電力電子裝置的過電壓保護。常用器件有硒堆過電壓抑制器和壓敏電阻。③採用電子電路作過電壓檢測和保護。

電力電子裝置是大功率電能變換設備，它的安裝使用現場不可避免存在嚴重電磁干擾。強幹擾信號竄入裝置中除直接使電力電子器件誤動作外，主要干擾裝置的控制電路，使裝置誤動作。常用抗干擾的技術措施有：①抑制干擾信號的強度。例如交流繼電器、交流接觸器觸頭並聯電容，可減小觸頭通斷時的電火花干擾。②合理佈線以減小導線間的分佈電容、分佈電感和互感，防止干擾信號竄入。③實施電磁屏蔽。④正確選擇接地點並良好接地。⑤加強電路本身的抗干擾能力。設計時選用抗干擾性能好的電子元件。⑥控制電路共用直流穩壓電源時，電路各部分應單獨引線。⑦在信號強度允許條件下儘量降低各單元電路的輸入、輸出阻抗。⑧採用變壓器耦合等隔離手段，將控制電路與信號源或控制電路與電力電子裝置的主電路在電路上隔離，防止干擾信號竄入。

電力系統是能源利用、輸送和配給的主要載體,在社會經濟中發揮着重要作用。化石能源和氣候環境的危機使得電力系統正在從規模化發展向可持續發展和智能化轉型。分佈式電源和儲能裝置的大規模接入,地方電網、微型電網與主幹電網的配合,高效、靈活的輸電方式,配電和用電的智能化雙向互動,供電質量和可靠性的提高,是電力系統轉型的特徵。

在電力系統中,可再生能源的併網發電、儲能裝置的功率轉換、交直流電網的柔性互聯、配用電能的雙向流動、無功和諧波的動態補償都需要依靠電力電子裝置來實現。隨着高電壓、大功率電力電子器件的發展,變換器模塊化、單元化和智能化水平的提升，控制策略和調製策略性能的提高,電力電子裝置在電力系統中將會發揮更大的作用 ^[1]  。