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• 定義與分類
  • 定義：功率單元是電力電子設備中的基本組件之一，用于電能的轉換和控制，通常包括功率半導體器件和相關的電路元件，能夠將輸入電源的電能轉換為所需的輸出電能形式。
  • 分類：根據工作原理和應用場景不同，可分為交流功率單元，主要用于交流電能的轉換和控制，如交流調壓器等；直流功率單元，主要用于直流電能的轉換和控制，如直流穩壓器等；混合功率單元，是交流功率單元和直流功率單元的結合體，可實現交流電能和直流電能之間的相互轉換和控制。
• 組成部件
  • 整流橋：作用是將交流變成直流，內部封裝形式有兩種，一種內部有 6 只整流二極管，用于功率單元的三相輸入端；另一種內部有 2 只整流二極管，用于功率單元的三相輸入端以及旁通回路中。
  • 可控硅：使用在充電電路和旁通回路上，起 “開關” 作用。
  • 電解電容：對整流橋整流后的直流進行濾波。
  • IGBT：作用是將直流變為交流，大部分為 “雙管”，即內部封裝了兩組 IGBT 模塊。
• 工作原理
  • 交流功率單元：輸入交流電源先通過濾波器濾波和去除雜散信號，再經過整流電路轉換為直流電源，然后直流電源通過逆變器將直流轉換為交流電源，輸出電壓、頻率和相位可通過控制逆變器的開關管和脈沖調制技術進行調節，控制器根據需求和輸入信號對逆變器的開關管和脈沖調制技術進行控制，實現對輸出交流電壓的調節和變頻控制。
  • 直流功率單元：輸入直流電源經過整流電路進行整流，將交流電源轉換為直流電源，直流電源通過變換器將直流電壓轉換為所需的直流電壓，輸出電壓和電流可通過控制變換器的開關管和調制技術進行調節，控制器通過對開關管和調制技術的控制，控制輸出電壓和電流的大小和穩定性。
  • 混合功率單元：將交流功率單元和直流功率單元的工作原理進行了結合和優化，輸入交流電源經過濾波器進行濾波和去除雜散信號，再經過整流電路轉換為直流電源，直流電源通過逆變器將直流轉換為交流電源，輸出電壓、頻率和相位可通過控制逆變器的開關管和脈沖調制技術進行調節，混合功率單元通過直流電源和交流電源之間的連接進行功率轉換和調節。
• 主要功能
  • 整流功能：功率單元的整流部分主要采用二極管不可控整流橋，將輸入的交流電轉換為直流電，為后續的逆變操作提供必要的直流電源。
  • 濾波功能：整流后得到的直流電壓波形通常包含較多的諧波成分，濾波裝置通常采用電解電容或薄膜電容等元器件，吸收和儲存電能，平滑直流電壓波形，減少諧波成分，提高逆變過程的效率和穩定性。
  • 逆變功能：是功率單元的核心功能之一，利用 IGBT 模塊等電力電子器件將濾波后的直流電壓波形轉換為可調頻率的交流電壓波形，通過控制 IGBT 模塊的開關時間和順序，實現對輸出交流電壓波形頻率和幅值的控制，從而實現對電動機轉速和負載的控制。
  • 能量回饋功能：在某些情況下，電動機產生的多余能量可通過功率單元重新轉換為電能并送回電網中，實現能量的利用和節約。
  • 保護功能：具備多種保護功能，如電動機過載或短路時，迅速切斷電源并發出報警信號；IGBT 模塊溫度過高時，觸發保護機制停止逆變過程；電網電壓波動過大時，自動調整輸出電壓以維持穩定運行等，防止設備損壞和事故發生，提高系統的可靠性和安全性。
• 應用領域
  • 電力系統：用于電能的傳輸、變換和控制，如交流功率單元可調節電壓、頻率和相位，實現電力系統的穩定供電和電網調節；直流功率單元可用于高壓直流輸電，實現遠距離輸電和多能源互聯。
  • 工業自動化：主要用于電機驅動和電能控制，如交流功率單元可用于變頻調速控制和電機驅動器；直流功率單元可用于電動機控制和工藝過程控制。
  • 新能源發電：在風力發電和太陽能發電裝置中，交流功率單元可進行電能轉換和逆變控制；直流功率單元可用于能量存儲系統和電動汽車充電設備。
  • 電動交通領域：交流功率單元可用于電動汽車的充電設備和電動汽車主動保護裝置；直流功率單元可用于電動汽車的電機驅動和動力管理系統。