電力電子工程雖然可能不如其他形式的工程流行，但對(duì)我們周圍的世界至關(guān)重要，尤其是在保持世界動(dòng)力的系統(tǒng)方面。

就像我們最近在許多其他行業(yè)中所看到的那樣，COVID-19展示了工程師和他們生產(chǎn)的技術(shù)對(duì)世界的重要性。從發(fā)電到運(yùn)輸和通信技術(shù)再到日常廚房用具，電力電子設(shè)備以及這些電子設(shè)備背后的工程師無處不在。

這個(gè)簡短的系列文章一直在探索電力電子技術(shù)滲透到我們?nèi)粘Ｉ钪械亩喾N方式。在本系列的最后一部分，我們將研究電力系統(tǒng)如何真正涵蓋我們周圍世界的各個(gè)方面。

電力系統(tǒng)

當(dāng)我們聽到“電力系統(tǒng)”一詞時(shí)，我們可能首先想到的是市電系統(tǒng)，傳統(tǒng)上將其結(jié)構(gòu)化為電能的產(chǎn)生，傳輸和分配。但是，電力系統(tǒng)的范圍遠(yuǎn)不止于此，它包括工業(yè)，購物中心，房屋，交通，航空，陸地，海洋等等。

電動(dòng)汽車是最流行的產(chǎn)品之一，向我們展示了集成電力電子技術(shù)對(duì)我們的日常生活有何影響。圖片由替代燃料數(shù)據(jù)中心提供。

電力系統(tǒng)和電力電子領(lǐng)域之間的聯(lián)系是牢固的。兩個(gè)世界相互依賴。

電力電子技術(shù)已越來越成為電力系統(tǒng)的重要組成部分-改善質(zhì)量，提高性能，并促進(jìn)逐步實(shí)現(xiàn)更智能，更高效的能源。

電力電子技術(shù)以多種形式存在于電力系統(tǒng)中。我們將在下面詳細(xì)介紹其中的一些。

電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器

電動(dòng)機(jī)在為家庭和工業(yè)應(yīng)用提供電源方面起著至關(guān)重要的作用。

電力電子驅(qū)動(dòng)器使電動(dòng)機(jī)的控制成為可能，另外還有更高的系統(tǒng)效率和可靠性。電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器包括電動(dòng)機(jī)，功率電子轉(zhuǎn)換器以及可能的速度和位置傳感器。

直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器

當(dāng)需要以下方面的組合時(shí)，工程師可以使用直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器：恒定速度或轉(zhuǎn)矩，自動(dòng)轉(zhuǎn)矩限制，恒定加速度，負(fù)載下的反向，根據(jù)機(jī)械或電氣信號(hào)進(jìn)行準(zhǔn)確的速度變化以及動(dòng)態(tài)制動(dòng)。

這些驅(qū)動(dòng)器允許直流電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)，停止，速度控制和反向旋轉(zhuǎn)。典型的應(yīng)用是在精密生產(chǎn)操作（混合，輸送和卷繞）的機(jī)器人（伺服質(zhì)量驅(qū)動(dòng)器），家用電器和其他低成本設(shè)備上的精密機(jī)床（磨床和車床）上。

最常見的轉(zhuǎn)換器控制直流電動(dòng)機(jī)的電樞電壓和電流，并分為兩大類：DC-DC和AC-DC。直流電源系統(tǒng)不常見；例外情況是牽引應(yīng)用和電池驅(qū)動(dòng)的車輛。

直流驅(qū)動(dòng)器通?？刂齐妱?dòng)機(jī)的電樞電流。小數(shù)和低積分馬力電動(dòng)機(jī)通常為單相，而較大的電動(dòng)機(jī)為三相。

感應(yīng)（AC）電機(jī)驅(qū)動(dòng)器

鼠籠式感應(yīng)器是工業(yè)上最常見的電動(dòng)機(jī)，主要是因?yàn)槠涑杀镜土医Y(jié)構(gòu)堅(jiān)固。當(dāng)直接從線路額定電壓運(yùn)行時(shí)，感應(yīng)電動(dòng)機(jī)會(huì)以恒定速度緊密運(yùn)行。電力電子轉(zhuǎn)換器允許在需要變速和伺服驅(qū)動(dòng)的應(yīng)用中使用感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，從而提高了能效。

同步（AC）電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器

傳統(tǒng)上，速度和位置控制應(yīng)用程序使用直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器。但是，近年來，交流同步電動(dòng)機(jī)伺服驅(qū)動(dòng)器在諸如外圍計(jì)算機(jī)設(shè)備和機(jī)器人技術(shù)之類的應(yīng)用中是常規(guī)的。

同步電動(dòng)機(jī)使用多種形式的變速驅(qū)動(dòng)器，例如熱泵，壓縮機(jī)和大型風(fēng)扇。在幾千瓦的應(yīng)用中，通常使用永磁同步電動(dòng)機(jī)，但是，當(dāng)額定功率較大時(shí)，最好使用帶有繞線轉(zhuǎn)子的同步電動(dòng)機(jī)。

循環(huán)轉(zhuǎn)換器

在低速和大功率應(yīng)用中，交流變頻器控制同步電動(dòng)機(jī)和感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的速度。循環(huán)轉(zhuǎn)換器使用由交流線路換向的受控整流器來改變交流電源的頻率。這是改變頻率的另一種方式，與使用整流器和逆變器的系統(tǒng)不同。

電機(jī)軟起動(dòng)器

用于感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的恒速軟起動(dòng)器，可在啟動(dòng)時(shí)降低電動(dòng)機(jī)電壓，從而減少涌入電流，限制轉(zhuǎn)矩并提供直至全速的緩慢加速。

通過增加提供給電動(dòng)機(jī)的電壓來減少浪涌電流，從而改善了電源系統(tǒng)的電壓曲線，延長了電動(dòng)機(jī)的壽命，并避免了與感應(yīng)電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)相關(guān)的其他典型問題。

儲(chǔ)能和可再生能源

儲(chǔ)能技術(shù)允許按需從電網(wǎng)獲取電能，并在以后將其幾乎全部返還（負(fù)荷峰-峰值）。當(dāng)它們不一定重合時(shí)，該存儲(chǔ)有助于平衡發(fā)電量和消耗量。

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在光伏，熱電，熱電子，燃料電池或磁流體動(dòng)力學(xué)原理上運(yùn)行的設(shè)備本質(zhì)上是高電流，低電壓的DC設(shè)備。

存儲(chǔ)技術(shù)和可再生能源要求電力電子設(shè)備將直流電轉(zhuǎn)換為穩(wěn)定頻率的交流電，以便以高功率水平插入電網(wǎng)。

隨著世界不斷考慮節(jié)能的重要性，我們將儲(chǔ)能和可再生能源技術(shù)視為電力的未來。

高壓直流輸電（HVDC）

與長距離傳輸大量電力以及在海底或地下電纜傳輸應(yīng)用中相比，DC線路和電纜比三相AC便宜。AC在發(fā)電，低壓配電，中短距離傳輸和消耗方面更具優(yōu)勢。

直到50年代中期，直流系統(tǒng)的應(yīng)用才是不切實(shí)際的，當(dāng)時(shí)高壓汞弧閥的創(chuàng)新首次使直流輸電在經(jīng)濟(jì)上具有吸引力。半導(dǎo)體技術(shù)的后續(xù)發(fā)展豐富了HVDC轉(zhuǎn)換器的主題。

在交流發(fā)電機(jī)側(cè)，轉(zhuǎn)換器充當(dāng)整流器，在通過轉(zhuǎn)換器變壓器升壓后獲得直流電。在接收端，轉(zhuǎn)換器充當(dāng)逆變器以獲取交流電。最后，在通過轉(zhuǎn)換器變壓器降低電壓之后，將為用戶供電。

改善的瞬態(tài)穩(wěn)定性和電氣系統(tǒng)振蕩的動(dòng)態(tài)阻尼是兩個(gè)因素，使平衡優(yōu)先于直流而不是交流。HVDC傳輸還用于互連具有不同頻率或不同步的交流電源系統(tǒng)。

靜態(tài)無功補(bǔ)償器（SVC）

靜態(tài)伏安無功（VAR）補(bǔ)償器可根據(jù)負(fù)載變化對(duì)無功功率進(jìn)行快速控制。它們提高了交流系統(tǒng)之間互連的穩(wěn)定性，并防止了電弧爐和其他工業(yè)負(fù)載引起的電壓閃變，從而提高了電能質(zhì)量。

有源電力濾波器

有源電力濾波器是用于提高電網(wǎng)系統(tǒng)質(zhì)量和效率的設(shè)備。

當(dāng)公用事業(yè)公司提供非線性負(fù)載時(shí)，諧波不應(yīng)進(jìn)入電力系統(tǒng)。第一步是改進(jìn)非線性負(fù)載本身的設(shè)計(jì)，將諧波降低到安全值。當(dāng)該解決方案不可行時(shí)，使用有源功率濾波器將變得切實(shí)可行。

有源功率濾波器在補(bǔ)償動(dòng)態(tài)諧波方面具有比LC無源濾波器更好的性能，并且不受電網(wǎng)阻抗和電網(wǎng)頻率的影響。它們可以改善負(fù)載的功率因數(shù)，實(shí)施適當(dāng)?shù)目刂品桨浮?/font>