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現代電力電子技術論文范文1
[論文摘要]汽車是當前重要的交通工具，汽車的發明和汽車相關技術的發展極大地改變了人們的出行方式，加快了商品和人員的流通。
隨著汽車工業與電子工業的不斷發展，在現代汽車上，電子技術的應用越來越廣泛，汽車電子化的程度也越來越高。汽車技術與電子技術相結合催生出汽車電子技術概念。電子技術在現代汽車工業中的廣泛應用加快了電子汽車的發展趨勢，推動了汽車功能的多元化和便捷化。
一、汽車電子技術
現代電子技術與汽車工業的結合促成了電子汽車概念的誕生和實現，概括地來說當前的汽車電子技術主要包括：智能化集成傳感器：提供用于模擬和處理的信號，而且還能對信號作坊大處理。同時，他還能自動進行時漂、溫漂和非線性的自動校正，具有較強的抵抗外部電磁干擾的能力，保證傳感器信號的質量不受影響；嵌入式微處理機已廣泛地應用與安全、環保、發動機、傳動系、速度控制和故障診斷中。軟件技術：隨著汽車電子技術應用的增加，對有關控制軟件的需求也相應增加，并可能要求進一步計算機聯網。因此，要求使用多種語言，并開發出通用的高水平軟件，以滿足多種硬件的要求。轎車上多通道傳輸網絡將大大地依賴于軟件；多通道傳輸技術，多通道傳輸技術的采用，對電子控制集成化的實現是十分必要和有效的。采用這種技術后，使各個數據線成為一個網絡，以便分享汽車中心計算機的信息。汽車車載電子網絡：汽車電子設備發展的一個重要趨勢是大量使用微處理機來改善汽車的性能。隨著電控器件在汽車上越來越多的應用，車載電子設備間的數據通信變得越來越重要。為了進一步提高行使的經濟性，溫度及車速等信息必須在不同控制單元間交換。由此，以分布式控制系統為基礎構造汽車車載電子網絡系統是很有必要的。集成化技術：汽車電子技術的一個發展趨向是功能集成化，從而實現更經濟、更有效以及可診斷的數據中心。光導纖維：汽車電子技術的進步，已使各系統控制走向集中，形成整車控制系統。這一系統除了中心電腦外，甚至包括多達23個微處理器及大量傳感器和執行部件，組成一個龐大而復雜的信息交換與控制系統等。
二、國內汽車電子技術發展
電子技術在汽車工業中的應用加快了汽車技術的升級和突破，自20世紀80年代以來，汽車工業的長足發展，也是以電子技術（特別是計算機、集成電路技術）為動力而實現的。采用電子技術是解決汽車所面臨的諸多技術問題的最佳方案。因此一國電子產業的發展水平及其在汽車工業領域的應用情況決定了其在未來軌跡汽車行業競爭中的地位和影響力。目前，國產汽車的電子技術應用多數還處于初級階段。只有少數廠家，主要集中在一些中外合資和國內較為先進的汽車生產廠家，開始將電子控制裝置應用在汽車工業中。國內現在采用的電子裝置主要包括發動機的燃油噴射、電子點火控制、汽車安全性方面的安全氣囊，ABS等領域，而且多數為直接引進國外產品組裝，國內科研院所目前有關汽車電子技術應用的研究也主要集中在發動機控制、電控懸架、ABS系統等幾個方面，在汽車的電子網絡化技術、GPRS導航及智能交通系統的研究等方面與國外還有一定差距。
三、現代電子技術促進汽車智能管理的發展
隨著經濟的快速發展和人民群眾對汽車工業要求的逐步提高，當前的電子技術在汽車工業領域里得到了很好較快較好的應用。汽車智能管理系統就是這一應用的重要體現。車輛智能管理儀（以下簡稱管理儀）硬件構成主要由CPU，數據存儲器擴展電路、IC卡接口電路、GPS接收電路、光電隔離的輸入、輸出電路、數碼相機控制電路、指示燈、蜂鳴器及電源部分組成。采用GPS接收機接收衛星的信號，經過計算后可得出車輛所處的經緯度、行駛速度、行駛方向等參數。管理儀還能夠采集與司機操作有關的數據，如剎車、遠光燈、近光燈、左右轉向燈、喇叭、霧燈、制動氣壓、車門開關等參數。管理儀根據預先設定的時間間隔和特殊事件的觸發，將有關數據保存入IC（IntelligentCard）卡中。根據這些數據，車輛管理部門就可以對車輛的歷史運行狀況進行檢查、管理，以確定車輛是否按照規定的要求運行。管理儀還能夠對最近15次停車前，每次停車前50秒的所有信息進行詳細記錄，GPS數據的采集速度受GPS系統的限制，每秒鐘記錄1次，其他參數每隔0.2秒記錄一次。管理儀還具有數碼照相機的控制接口，可以根據外部觸發信號，對車內的情景拍照。
汽車工業是高科技工業，汽車性能的每一步提升都伴隨著新技術、新工藝的運用。電子技術是21世紀推動經濟發展和社會變革的重要技術之一，電子技術的發展及其在汽車工業領域的廣泛應用將有效提升汽車工業的發展水平。
參考文獻：
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現代電力電子技術論文范文2
當前,電力電子作為節能、節才、自動化、智能化、機電一體化的基礎,正朝著應用技術高頻化、硬件結構模塊化、產品性能綠色化的方向發展。在不遠的將來,電力電子技術將使電源技術更加成熟、經濟、實用,實現高效率和高品質用電相結合。
1.電力電子技術的發展
現代電力電子技術的發展方向,是從以低頻技術處理問題為主的傳統電力電子學,向以高頻技術處理問題為主的現代電力電子學方向轉變。電力電子技術起始于五十年代末六十年代初的硅整流器件,其發展先后經歷了整流器時代、逆變器時代和變頻器時代,并促進了電力電子技術在許多新領域的應用。八十年代末期和九十年代初期發展起來的、以功率MOSFET和IGBT為代表的、集高頻、高壓和大電流于一身的功率半導體復合器件,表明傳統電力電子技術已經進入現代電力電子時代。
1.1整流器時代
大功率的工業用電由工頻(50Hz)交流發電機提供,但是大約20%的電能是以直流形式消費的,其中最典型的是電解(有色金屬和化工原料需要直流電解)、牽引(電氣機車、電傳動的內燃機車、地鐵機車、城市無軌電車等)和直流傳動(軋鋼、造紙等)三大領域。大功率硅整流器能夠高效率地把工頻交流電轉變為直流電,因此在六十年代和七十年代,大功率硅整流管和晶閘管的開發與應用得以很大發展。當時國內曾經掀起了-股各地大辦硅整流器廠的熱潮,目前全國大大小小的制造硅整流器的半導體廠家就是那時的產物。
1.2逆變器時代
七十年代出現了世界范圍的能源危機,交流電機變頻惆速因節能效果顯著而迅速發展。變頻調速的關鍵技術是將直流電逆變為0~100Hz的交流電。在七十年代到八十年代,隨著變頻調速裝置的普及,大功率逆變用的晶閘管、巨型功率晶體管(GTR)和門極可關斷晶閘管(GT0)成為當時電力電子器件的主角。類似的應用還包括高壓直流輸出,靜止式無功功率動態補償等。這時的電力電子技術已經能夠實現整流和逆變,但工作頻率較低,僅局限在中低頻范圍內。
1.3變頻器時代
進入八十年代,大規模和超大規模集成電路技術的迅猛發展,為現代電力電子技術的發展奠定了基礎。將集成電路技術的精細加工技術和高壓大電流技術有機結合,出現了一批全新的全控型功率器件、首先是功率M0SFET的問世,導致了中小功率電源向高頻化發展,而后絕緣門極雙極晶體管(IGBT)的出現,又為大中型功率電源向高頻發展帶來機遇。MOSFET和IGBT的相繼問世,是傳統的電力電子向現代電力電子轉化的標志。據統計,到1995年底,功率M0SFET和GTR在功率半導體器件市場上已達到平分秋色的地步,而用IGBT代替GTR在電力電子領域巳成定論。新型器件的發展不僅為交流電機變頻調速提供了較高的頻率,使其性能更加完善可靠,而且使現代電子技術不斷向高頻化發展,為用電設備的高效節材節能,實現小型輕量化,機電一體化和智能化提供了重要的技術基礎。
2.現代電力電子的應用領域
2.1計算機高效率綠色電源
高速發展的計算機技術帶領人類進入了信息社會,同時也促進了電源技術的迅速發展。八十年代,計算機全面采用了開關電源,率先完成計算機電源換代。接著開關電源技術相繼進人了電子、電器設備領域。
計算機技術的發展,提出綠色電腦和綠色電源。綠色電腦泛指對環境無害的個人電腦和相關產品，綠色電源系指與綠色電腦相關的高效省電電源,根據美國環境保護署l992年6月17日“能源之星"計劃規定,桌上型個人電腦或相關的設備,在睡眠狀態下的耗電量若小于30瓦,就符合綠色電腦的要求,提高電源效率是降低電源消耗的根本途徑。就目前效率為75%的200瓦開關電源而言,電源自身要消耗50瓦的能源。
2.2通信用高頻開關電源
通信業的迅速發展極大的推動了通信電源的發展。高頻小型化的開關電源及其技術已成為現代通信供電系統的主流。在通信領域中,通常將整流器稱為一次電源,而將直流-直流(DC/DC)變換器稱為二次電源。一次電源的作用是將單相或三相交流電網變換成標稱值為48V的直流電源。目前在程控交換機用的一次電源中,傳統的相控式穩壓電源己被高頻開關電源取代,高頻開關電源(也稱為開關型整流器SMR)通過MOSFET或IGBT的高頻工作,開關頻率一般控制在50-100kHz范圍內,實現高效率和小型化。近幾年,開關整流器的功率容量不斷擴大,單機容量己從48V/12.5A、48V/20A擴大到48V/200A、48V/400A。
因通信設備中所用集成電路的種類繁多,其電源電壓也各不相同,在通信供電系統中采用高功率密度的高頻DC-DC隔離電源模塊,從中間母線電壓(一般為48V直流)變換成所需的各種直流電壓,這樣可大大減小損耗、方便維護,且安裝、增加非常方便。一般都可直接裝在標準控制板上,對二次電源的要求是高功率密度。因通信容量的不斷增加,通信電源容量也將不斷增加。
2.3直流-直流(DC/DC)變換器
DC/DC變換器將一個固定的直流電壓變換為可變的直流電壓,這種技術被廣泛應用于無軌電車、地鐵列車、電動車的無級變速和控制,同時使上述控制獲得加速平穩、快速響應的性能,并同時收到節約電能的效果。用直流斬波器代替變阻器可節約電能(20~30)%。直流斬波器不僅能起調壓的作用(開關電源),同時還能起到有效地抑制電網側諧波電流噪聲的作用。
通信電源的二次電源DC/DC變換器已商品化,模塊采用高頻PWM技術,開關頻率在500kHz左右,功率密度為5W~20W/in3。隨著大規模集成電路的發展,要求電源模塊實現小型化,因此就要不斷提高開關頻率和采用新的電路拓撲結構,目前已有一些公司研制生產了采用零電流開關和零電壓開關技術的二次電源模塊,功率密度有較大幅度的提高。
2.4不間斷電源(UPS)
不間斷電源(UPS)是計算機、通信系統以及要求提供不能中斷場合所必須的一種高可靠、高性能的電源。交流市電輸入經整流器變成直流,一部分能量給蓄電池組充電,另一部分能量經逆變器變成交流,經轉換開關送到負載。為了在逆變器故障時仍能向負載提供能量,另一路備用電源通過電源轉換開關來實現。
現代UPS普遍了采用脈寬調制技術和功率M0SFET、IGBT等現代電力電子器件,電源的噪聲得以降低,而效率和可靠性得以提高。微處理器軟硬件技術的引入,可以實現對UPS的智能化管理,進行遠程維護和遠程診斷。
目前在線式UPS的最大容量已可作到600kVA。超小型UPS發展也很迅速,已經有0.5kVA、lkVA、2kVA、3kVA等多種規格的產品。
2.5變頻器電源
變頻器電源主要用于交流電機的變頻調速,其在電氣傳動系統中占據的地位日趨重要,已獲得巨大的節能效果。變頻器電源主電路均采用交流-直流-交流方案。工頻電源通過整流器變成固定的直流電壓,然后由大功率晶體管或IGBT組成的PWM高頻變換器,將直流電壓逆變成電壓、頻率可變的交流輸出,電源輸出波形近似于正弦波,用于驅動交流異步電動機實現無級調速。
國際上400kVA以下的變頻器電源系列產品已經問世。八十年代初期,日本東芝公司最先將交流變頻調速技術應用于空調器中。至1997年,其占有率已達到日本家用空調的70%以上。變頻空調具有舒適、節能等優點。國內于90年代初期開始研究變頻空調,96年引進生產線生產變頻空調器,逐漸形成變頻空調開發生產熱點。預計到2000年左右將形成。變頻空調除了變頻電源外,還要求有適合于變頻調速的壓縮機電機。優化控制策略,精選功能組件,是空調變頻電源研制的進一步發展方向。
2.6高頻逆變式整流焊機電源
高頻逆變式整流焊機電源是一種高性能、高效、省材的新型焊機電源,代表了當今焊機電源的發展方向。由于IGBT大容量模塊的商用化,這種電源更有著廣闊的應用前景。
逆變焊機電源大都采用交流-直流-交流-直流(AC-DC-AC-DC)變換的方法。50Hz交流電經全橋整流變成直流,IGBT組成的PWM高頻變換部分將直流電逆變成20kHz的高頻矩形波,經高頻變壓器耦合,整流濾波后成為穩定的直流,供電弧使用。
由于焊機電源的工作條件惡劣,頻繁的處于短路、燃弧、開路交替變化之中,因此高頻逆變式整流焊機電源的工作可靠性問題成為最關鍵的問題,也是用戶最關心的問題。采用微處理器做為脈沖寬度調制(PWM)的相關控制器,通過對多參數、多信息的提取與分析,達到預知系統各種工作狀態的目的,進而提前對系統做出調整和處理,解決了目前大功率IGBT逆變電源可靠性。
國外逆變焊機已可做到額定焊接電流300A,負載持續率60%,全載電壓60~75V,電流調節范圍5~300A,重量29kg。
2.7大功率開關型高壓直流電源
大功率開關型高壓直流電源廣泛應用于靜電除塵、水質改良、醫用X光機和CT機等大型設備。電壓高達50~l59kV,電流達到0.5A以上,功率可達100kW。
自從70年代開始,日本的一些公司開始采用逆變技術,將市電整流后逆變為3kHz左右的中頻,然后升壓。進入80年代,高頻開關電源技術迅速發展。德國西門子公司采用功率晶體管做主開關元件,將電源的開關頻率提高到20kHz以上。并將干式變壓器技術成功的應用于高頻高壓電源,取消了高壓變壓器油箱,使變壓器系統的體積進一步減小。
國內對靜電除塵高壓直流電源進行了研制,市電經整流變為直流,采用全橋零電流開關串聯諧振逆變電路將直流電壓逆變為高頻電壓,然后由高頻變壓器升壓,最后整流為直流高壓。在電阻負載條件下,輸出直流電壓達到55kV,電流達到15mA,工作頻率為25.6kHz。
2.8電力有源濾波器
傳統的交流-直流(AC-DC)變換器在投運時,將向電網注入大量的諧波電流,引起諧波損耗和干擾,同時還出現裝置網側功率因數惡化的現象,即所謂“電力公害”,例如,不可控整流加電容濾波時,網側三次諧波含量可達(70~80)%,網側功率因數僅有0.5~0.6。
電力有源濾波器是一種能夠動態抑制諧波的新型電力電子裝置,能克服傳統LC濾波器的不足,是一種很有發展前途的諧波抑制手段。濾波器由橋式開關功率變換器和具體控制電路構成。與傳統開關電源的區別是:(l)不僅反饋輸出電壓,還反饋輸入平均電流;(2)電流環基準信號為電壓環誤差信號與全波整流電壓取樣信號之乘積。
2.9分布式開關電源供電系統
分布式電源供電系統采用小功率模塊和大規?？刂萍呻娐纷骰静考?利用最新理論和技術成果,組成積木式、智能化的大功率供電電源,從而使強電與弱電緊密結合,降低大功率元器件、大功率裝置(集中式)的研制壓力,提高生產效率。
八十年代初期,對分布式高頻開關電源系統的研究基本集中在變換器并聯技術的研究上。八十年代中后期,隨著高頻功率變換技術的迅述發展，各種變換器拓撲結構相繼出現,結合大規模集成電路和功率元器件技術,使中小功率裝置的集成成為可能,從而迅速地推動了分布式高頻開關電源系統研究的展開。自八十年代后期開始,這一方向已成為國際電力電子學界的研究熱點,論文數量逐年增加，應用領域不斷擴大。
分布供電方式具有節能、可靠、高效、經濟和維護方便等優點。已被大型計算機、通信設備、航空航天、工業控制等系統逐漸采納,也是超高速型集成電路的低電壓電源(3.3V)的最為理想的供電方式。在大功率場合,如電鍍、電解電源、電力機車牽引電源、中頻感應加熱電源、電動機驅動電源等領域也有廣闊的應用前景。
3.高頻開關電源的發展趨勢
在電力電子技術的應用及各種電源系統中，開關電源技術均處于核心地位。對于大型電解電鍍電源,傳統的電路非常龐大而笨重,如果采用高頓開關電源技術,其體積和重量都會大幅度下降,而且可極大提高電源利用效率、節省材料、降低成本。在電動汽車和變頻傳動中,更是離不開開關電源技術，通過開關電源改變用電頻率,從而達到近于理想的負載匹配和驅動控制。高頻開關電源技術,更是各種大功率開關電源(逆變焊機、通訊電源、高頻加熱電源、激光器電源、電力操作電源等)的核心技術。
3.1高頻化
理論分析和實踐經驗表明,電氣產品的變壓器、電感和電容的體積重量與供電頻率的平方根成反比。所以當我們把頻率從工頻50Hz提高到20kHz,提高400倍的話,用電設備的體積重量大體下降至工頻設計的5~l0%。無論是逆變式整流焊機,還是通訊電源用的開關式整流器,都是基于這一原理。同樣,傳統“整流行業”的電鍍、電解、電加工、充電、浮充電、電力合閘用等各種直流電源也可以根據這一原理進行改造,成為“開關變換類電源”,其主要材料可以節約90%或更高,還可節電30%或更多。由于功率電子器件工作頻率上限的逐步提高,促使許多原來采用電子管的傳統高頻設備固態化,帶來顯著節能、節水、節約材料的經濟效益,更可體現技術含量的價值。
3.2模塊化
模塊化有兩方面的含義,其一是指功率器件的模塊化,其二是指電源單元的模塊化。我們常見的器件模塊,含有一單元、兩單元、六單元直至七單元,包括開關器件和與之反并聯的續流二極管,實質上都屬于“標準”功率模塊(SPM)。近年,有些公司把開關器件的驅動保護電路也裝到功率模塊中去,構成了“智能化”功率模塊(IPM),不但縮小了整機的體積,更方便了整機的設計制造。實際上,由于頻率的不斷提高,致使引線寄生電感、寄生電容的影響愈加嚴重,對器件造成更大的電應力(表現為過電壓、過電流毛刺)。為了提高系統的可靠性,有些制造商開發了“用戶專用”功率模塊(ASPM),它把一臺整機的幾乎所有硬件都以芯片的形式安裝到一個模塊中,使元器件之間不再有傳統的引線連接,這樣的模塊經過嚴格、合理的熱、電、機械方面的設計,達到優化完美的境地。它類似于微電子中的用戶專用集成電路(ASIC)。只要把控制軟件寫入該模塊中的微處理器芯片,再把整個模塊固定在相應的散熱器上,就構成一臺新型的開關電源裝置。由此可見,模塊化的目的不僅在于使用方便,縮小整機體積,更重要的是取消傳統連線,把寄生參數降到最小,從而把器件承受的電應力降至最低,提高系統的可靠性。另外,大功率的開關電源,由于器件容量的限制和增加冗余提高可靠性方面的考慮,一般采用多個獨立的模塊單元并聯工作,采用均流技術,所有模塊共同分擔負載電流,一旦其中某個模塊失效,其它模塊再平均分擔負載電流。這樣,不但提高了功率容量,在有限的器件容量的情況下滿足了大電流輸出的要求,而且通過增加相對整個系統來說功率很小的冗余電源模塊,極大的提高系統可靠性,即使萬一出現單模塊故障,也不會影響系統的正常工作,而且為修復提供充分的時間。
3.3數字化
在傳統功率電子技術中,控制部分是按模擬信號來設計和工作的。在六、七十年代,電力電子技術完全是建立在模擬電路基礎上的。但是,現在數字式信號、數字電路顯得越來越重要,數字信號處理技術日趨完善成熟,顯示出越來越多的優點:便于計算機處理控制、避免模擬信號的畸變失真、減小雜散信號的干擾(提高抗干擾能力)、便于軟件包調試和遙感遙測遙調,也便于自診斷、容錯等技術的植入。所以,在八、九十年代,對于各類電路和系統的設計來說,模擬技術還是有用的,特別是:諸如印制版的布圖、電磁兼容(EMC)問題以及功率因數修正(PFC)等問題的解決,離不開模擬技術的知識,但是對于智能化的開關電源,需要用計算機控制時,數字化技術就離不開了。
3.4綠色化
電源系統的綠色化有兩層含義:首先是顯著節電,這意味著發電容量的節約,而發電是造成環境污染的重要原因,所以節電就可以減少對環境的污染;其次這些電源不能(或少)對電網產生污染,國際電工委員會(IEC)對此制定了一系列標準,如IEC555、IEC917、IECl000等。事實上,許多功率電子節電設備,往往會變成對電網的污染源:向電網注入嚴重的高次諧波電流,使總功率因數下降,使電網電壓耦合許多毛刺尖峰,甚至出現缺角和畸變。20世紀末,各種有源濾波器和有源補償器的方案誕生,有了多種修正功率因數的方法。這些為2l世紀批量生產各種綠色開關電源產品奠定了基礎。
現代電力電子技術論文范文3
論文摘要：“電力電子技術”是我國高等院校電氣工程與自動化類本科專業最為重要的學科基礎課之一。主要介紹浙江工業大學多年來在電力電子技術本科生教學方面取得的一些有益的實踐經驗，如注重建設優秀的教學團隊和培養有前途的青年教師、完善適合學校實際情況的課程設計、以學生為本安排內容豐富的教學活動、運用靈活多樣的教學方法和教學手段等。為了更充分地發揮“電力電子技術”課程的作用，在現有實踐經驗的基礎上提出今后繼續深化電力電子技術本科生教學改革創新的若干設想，如循序漸進地推進電力電子技術的本科生雙語教學模式、繼續完善電氣工程與自動化類本科專業教學鏈等。
論文關鍵詞：電力電子技術；課程設計；教學方法
電力電子技術始于20世紀50年代末、60年代初，主要研究電力領域中使用電力電子器件對電能進行高效的變換和控制，是電力、電子、控制三大學科的交叉學科。目前，“電力電子技術”課程已成為我國高等院校電氣工程與自動化類本科專業最為重要的學科基礎課之一，教學內容涵蓋電力電子器件、四大類電力變換電路、控制技術以及電力電子新技術等多方面知識，理論性和實用性都非常強。為實現良好的教學效果，該課程要求教師能結合各自學校的實際情況合理地設計課程，均衡理論和實驗教學的比例，針對具體不同的授課內容靈活運用多種教學方法和教學手段，注重激發學生的學習興趣，使學生通過學習掌握相關的基本概念、基本分析方法等理論知識并提高他們理論聯系實際和分析解決問題的實踐能力。
浙江工業大學（以下簡稱“我校”）“電力電子技術”課程是全校電氣工程與自動化類本科專業教學鏈中一個承上啟下的重要環節。它的前續課程有“電路原理與實驗”、“模擬電子技術”、“電機學”、“數字電路與數字邏輯”、“電氣工程基礎等”，后續課程有“開關電源設計”、“控制電機及應用”、“現代電氣傳動控制技術”、“DSP原理及應用”、“畢業設計”等。多年來，我校在不斷學習國內外高校教學經驗的同時不斷實踐，豐富自身的教學經驗，積極改革創新，追求高質量和高水平的教學。
本文將主要介紹我校多年來在電力電子技術本科生教學方面所取得的一些實踐經驗以及關于今后如何繼續提高教學質量和水平的一些設想。
一、注重建設教學團隊和培養青年教師
在整個教學過程中，教師不但是知識的教授者、教學活動的組織者，同時還是學生學習效果的評估者。優秀的教師是保證教學高質量和高水平的關鍵，他們為人師表、具有豐富的知識和經驗、富有愛心，能夠激發學生求知的熱情，既教會學生學習方法，又讓學生掌握科學知識。 我校電力電子技術本科生教學團隊自組建以來一直定期召開會議討論并解決教學中遇到的問題，交流并總結教學經驗，共同開展教學和科研課題項目，促進各成員教師特別是青年教師在業務上的進步。在培養教學新生力量上，該教學團隊引入青年教師導師制度，由多位（副）教授級的教師擔任指導教師，對經驗尚淺的青年教師進行全程、全方位的培訓，包括寫教案、制作PPT課件、課堂試講、實驗指導、批改作業、學生答疑、擬考試卷、指導畢業設計等。每個階段，指導教師都會對青年教師的表現做出中肯的評價，幫助他們盡快熟悉業務、提高水平。在整個團隊的關心下，青年教師成長很快，在由學院組織的學評教和教學技能比賽中都取得了良好的成績。
二、完善適合學校實際情況的課程設計
三、以學生為本的教學活動實踐
在具體實施電力電子教學的過程中，教師激發學生的學習興趣，創造良好的互動教學氛圍是非常重要的。這就需要教師以學生為本結合具體的授課內容靈活運用多種教學方法和教學手段。
我?！半娏﹄娮蛹夹g”是“電路原理與實驗”等課程的后續課程，理論性很強。在教授該課程新知識點時，若涉及到相關前續課程重要的舊知識點，教師會采用先溫故后知新的教學方法，通過學生回答問題的方式復習舊知識點，由淺入深幫助學生進入狀態以便教授新知識點。比如，在講述變壓器漏感對整流電路的影響這一節內容的最開始，先溫習理想變壓器的特性和非理想變壓器的等效電路模型，再把簡化后的非理想變壓器等效電路模型代入到已學的整流電路中，然后進入正題——分析電路的工作原理。教師在講授電路工作原理時，會一再強調電力電子器件的開關工作狀態和電力電子電路的分段線性分析方法這兩個貫穿整個課程始終的基本概念和基本方法，并現場指導學生獨立完成一部分電路的分析工作，通過加強學生的參與感來促使他們更積極地把外在的基本知識點轉化為內在的電路分析能力。
在傳統的口頭講授過程中，教師會適當地借助“靜動相宜”的PPT課件、具體的實物教具和靈活的板書等來提高“電力電子技術”課程的理論教學效果。此外，教師還會適當地擴充一些教科書以外的電力電子技術內容，如仿真技術等。教師利用仿真軟件PSPICE、MATLAB等在課堂上虛擬地實時演示電路更真實的工作過程，既拓展了學生的視野又能很形象地解說課程中的知識難點，如三相半波可控整流電路中晶閘管的正向耐壓問題。電力電子器件的封裝材料及形式多種多樣，性能也不盡相同。為了讓學生更真實、更立體地認識電力電子器件，教師除了展示器件照片外還會提供一些器件的樣品讓學生親身接觸。關于教材中重要公式的推導，教師會采用PPT課件與板書相結合的方式幫助學生更容易理解和掌握。
“電力電子技術”課程包含很多基本概念，在講述時教師會根據聽課學生的實際英語能力，有意識地就專業術語部分進行中英文雙語教學。這不但能增強學生的專業英語水平，而且還可以提高學生使用中英文關鍵詞檢索科技文獻的能力，為該課程的后續課程特別是“畢業設計”的教學打下良好的基礎。
在“電力電子技術”的理論教學過程中，強調電力電子技術對國計民生的重要性是非常必要的。比如，在舉例說明電力電子技術的實際應用時，教師會盡量多舉些與學生日常生活以及當前社會熱點相關的例子（如手機電池充電器、筆記本電腦電源適配器、未來的“光源之星”LED照明、節能環保的電動汽車等）。先拋磚引玉讓學生有些感性的認識，再通過啟發性的提問鼓勵學生積極地去發現身邊所遇到的科學技術。在增加學生學習興趣的同時，提高學生對該課程的重視程度。
“電力電子技術”是一門理論性和實踐性都很強的課程。為了更好地銜接理論知識和實驗內容，教師在課堂上除了提供電力電子電路的理想波形圖，還會提供一些電力電子電路的實際波形圖，讓學生自己去發現和思考它們之間的異同。用一連串的疑問激發起學生的強烈求知欲，令他們更主動地去預習實驗，更認真地進行實驗，并且更努力地去嘗試著尋找答案。比如，反激式電路在電流斷續工作模式下，由教科書提供的開關管S兩端電壓的理想波形和在實驗中用示波器觀察到的S兩端電壓的實際波形在S關斷的部分是有很大差別的。在理論課堂上，當教師同時給出理論和實驗波形圖加以對照時，學生表現出極大的興趣，躍躍欲試地去尋找實際電路中S兩端電壓在S關斷時刻出現阻尼振蕩現象的原因。此時，教師正好因勢利導，鼓勵他們認真地去完成相關的實驗，通過實驗再結合已學理論知識自主地找出答案。實踐結果表明該教學效果很好。
四、關于今后教學的一些設想
電力電子技術的發展日新月異，關于“電力電子技術”的教學也需要與時俱進，緊跟潮流，與社會接軌。目前，在我校采用全英文教學電力電子技術的條件還不夠成熟。但是，教師可采用循序漸進的方法，從目前以中文為主的雙語授課，到中英文各半的雙語授課，再到以英文為主的雙語授課，最后過渡到全英文授課。目前，最適合我校的辦法是課程的重要章節主要采用中文教學，務必讓學生掌握必要的基本知識；而次重要章節則可主要采用英文教學，這對擴展學生視野很有利。
層出不窮的電力電子新技術不斷豐富著“電力電子技術”的教學內容。全面而系統的“電力電子技術”教學是無法僅通過一門課程來完成的，但它可以通過一系列課程來不斷深化。在現有“電力電子技術”課程的基礎上，按社會就業的需求配套完善其后續課程。除了強化這些課程之間的內在聯系、完善整個教學鏈，教師還應多鼓勵優秀的學生積極參加各類電子設計競賽、申請由學院提供的建龍基金等，在教師指導下開展一些與電力電子技術相關的小課題。通過一系列課程的學習和科研課題的參與，學生能更深入地了解和掌握電力電子技術，對他們今后從事與電力電子技術相關的工作具有積極的意義。
現代電力電子技術論文范文4
關鍵詞：Saber；電力電子技術；課堂教學
作者簡介：丁新平（1975-），男，甘肅定西人，青島理工大學自動化工程學院，副教授；馬淋淋（1979-），男，黑龍江黑河人，青島理工大學自動化工程學院，講師。（山東 青島 266520）
中圖分類號：G642.0 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2014）06-0053-02
隨著半導體器件技術的日益成熟和數字控制技術（Digital Signal Control）的飛速發展。電力電子技術在國民經濟和工業生產中的地位越來越突出：節能減排的很大一部分比重都是通過以電力電子技術為核心的變頻調速、高效節能燈具等電力電子節能產品完成。在國家大力發展的新能源利用以及分布式發電等領域，電力電子技術也是大有用武之地，作用越來越明顯。同時，電力電子技術人才供不應求，國家需要大量電力電子技術的應用型人才。
本科教學中，對電力電子技術的要求越來越高。而電力電子技術教學中存在的主要問題是該門功課屬于理論和實踐結合性非常強的課程，任何一個環節出現問題都會影響到學習效果。高校中電力電子技術課堂教學主要以理論講解為主，在教學過程中配以部分典型電路的實驗驗證等實踐教學。而實驗項目的完全封閉性（考慮到學生安全性等原因）造成了學生在學習過程中的盲目性和迷茫感。學生很難把課堂所學理論知識和實際應用項目聯系起來。筆者調研后發現，學生由于缺乏對理論知識相對應實踐環節的感性認識，學習的主動性和積極性不高。學生最主要的迷茫感是——學習的電力電子電路能用到什么地方？怎么去用？成天講的電力電子器件在實際中到底如何控制？這些問題在傳統課堂教學中得不到有效解決，久而久之，學生就喪失了學習的積極性。單純為了分數的學習使得教師教得費勁，學生學得沒勁。
Saber仿真軟件是一款專門針對電力電子學而開發的仿真軟件，其主要應用于科研人員對新型拓撲電路的驗證上，為實驗驗證提供相關參數和對新電路的有效性進行驗證。[1，2]先有很多仿真軟件都是把物理特性用數學模型表示出來，然后在數學模型的基礎上進行仿真。這些仿真電路和實際硬件電路相差較多，更不能給人帶來更直觀的硬件電路設計指導作用。Saber仿真軟件最大的優點是“硬件化”仿真思想的植入，其在仿真時能夠完整還原真實系統，而不是用數學模型來代替系統特性進行設計研究。Saber仿真軟件應用在電力電子技術課堂教學中將解決目前在學習過程中困擾學生的主要難題。
第一，增加學生的成就感，進而培養學生的學習興趣。很多時候，學生在接觸到一門新課的時候，都會有一個過程：滿懷信心和好奇地去了解和學習感性認識和理論入門主動（或被動）學習考試。在一門課程學習過程中，起關鍵作用的是感性認識和理論入門階段，如果此時能有真實的應用電路來入門，其必然的結果將是學生主動和有興趣去學習，效果將不言而喻。Saber軟件的“硬件化設計”給人以電力電子電路的真實感，解決了學生學習過程中由于理論公式推導而造成的“實際電路和理論分析對不上號”的困境，能夠起到“感性認識電路仿真出結果學習成就感學習興趣”的良性循環。
第二，培養學生的主動思考能力。一改傳統教學中課堂上教師枯燥地講和學生被動聽的教學模式，變被動聽課為主動參與設計電路，通過在仿真軟件上自己搭建電路及設計閉環控制器，培養了學生主動思考問題的能力。
第三，在課堂教學中，引入硬件仿真電路的現場演示，增加電路的直觀和感性認識。通過仿真電路對電力電子電路工作原理和工作模式的驗證和演示，現場用“硬件電路”驗證了理論分析的結果，加深了學生對所學電力電子電路知識的認識和掌握。
第四，實驗前認識電路工作原理，驗證各部分實驗波形，為知識點的更好掌握和實驗的順利進行做前期準備工作。有些論文介紹計算機仿真軟件能夠部分或者全部代替實驗教學，[3]筆者持否定觀點。仿真軟件無外乎是理論知識的驗證，其根本代替不了實驗對學生實踐動手能力的鍛煉。筆者認為要學好學通“電力電子技術”這門課程，不但要保留電力電子實驗，還應該增加相關課程創新項目等實踐活動來增加學生在實際設計中對理論知識的加強和融會貫通。
一、典型電力電子電路工作原理介紹
幾乎所有的電力電子電路都可以用Saber軟件實現仿真，其中包括各種電能轉換電路：AC-DC，DC-DC，DC-AC，以及AC-AC電路。在現代電力電子技術里面頗具代表性的幾種典型電路有：應用于開關電源中的DC-DC斬波電路之Boost /Buck/Buck-boost電路；廣泛應用于節能減排中，作為變頻調速系統主要能量轉換環節的電壓源全橋逆變電路（VSI）；大功率場合應用較廣的可控整流電路。限于篇幅限制，本文主要以Boost電路和電壓源逆變器為例進行闡述。
作為應用較廣的電路之一，Boost電路能夠實現對輸入電壓的任意升壓功能，通過控制開關管的占空比能夠控制輸出電壓的大小。在閉環控制器的作用下，該電路能夠抑制輸入電壓擾動和負載擾動對系統的影響，保持恒定的輸出電壓。Boost電路除了應用于開關電源DC-DC中外，主要應用在PFC電路實現功率因數的校正。同時，在新能源能量轉換電路中，其可以作為前級電路以實現MPPT（Maximum Power Point Tracking）調整功能，在實現光伏模塊和燃料電池等新型能源的最大功率輸出的基礎上，實現對輸入電壓的升壓功能。圖1所示為Boost電路在光伏電池發電中實現MPPT和升壓功能的原理圖。圖2為實現PFC功能的Boost電路，能夠實現較高的功率因數，減少了開關電源對電網的影響，并得到相對穩定的直流電壓。
圖3為應用廣泛的變頻器主電路圖，電網輸入，經過二極管不控整流得到6脈波波動的直流電，再通過電壓源逆變器實現DC-AC轉換，得到所需的可控交流電（CVCF或者VVVF），實現電機的變頻調速功能。全橋電壓源逆變器控制可以采用比較簡單的SPWM控制或者SVPWM方法實現。
二、Saber軟件在電力電子典型電路中的應用
1.課堂授課中的應用
Saber軟件應用到課堂教學中，可以增加上課時學生的參與性和理論知識驗證的直觀性。為枯燥的課堂教學帶來生機，具體例子為：在講授DC-DC斬波電路時，必須要講明白兩個前提（概念）：一是穩態的概念，二是電感的伏秒平衡（電容的安秒平衡）法則。在此基礎上，所有的變換電路都可以解釋并推導出來。在講到這兩個概念的時候，學生很難理解透徹，大多數情況下學生都是一知半解的狀態，這時能夠利用Saber軟件進行說明則會起到事半功倍的效果。在電路啟動階段，此時電感電流從零開始上升，然后振蕩幾個周期，最后進入穩態階段，具體如圖4所示。穩態狀態最關鍵的現象是：每個開關周期，電感電流的上升變化量和下降變化量保持相等，通過電感公式VL=Ldi/dt可以推導出電感的伏秒平衡法則。用該法則可以推導出幾乎所有DC-DC斬波電路輸出-輸入電壓關系。用該仿真軟件直觀驗證和理論推導相結合教學效果非常好。
在講不同DC-DC電路輸出-輸入電壓關系時，推導的公式可以直接用Saber仿真軟件驗證，具體如圖5所示，Vout=（1/（1-D）Vg=12/0.6=20V。圖5直觀顯示出兩個關鍵現象：一是讓學生知道了開關管是如何驅動的；二是輸出-輸入電壓增益的驗證。DC-DC斬波電路另一個比較關鍵的概念是電路的連續工作模式（CCM）和斷續工作模式（DCM）。通過仿真軟件能夠非常直觀地呈現給學生，當電感電流較大的時候，電路工作在連續工作模式（CCM）下；當電感電流變小到在一個開關周期里面有部分時段電感電流等于零，此即進入了斷續工作模式（DCM）。具體仿真演示結果如圖6所示。
在講到其他電力電子電路時，Saber仿真軟件在講課中的直觀性優勢也非常明顯，譬如以電壓源逆變器為例，其交流輸出電壓頻率和幅值受調制波的控制而變化。最直觀的講解如圖7仿真所示，圖7上半部分為調制因子M的波形，可以控制交流輸出電壓的大小，也就是說輸出交流電的頻率和調制信號頻率相同，而幅值和調制信號幅值成正比。通過上下兩部分仿真圖的比較，非常直觀地看出逆變器輸出電壓和調制信號之間的關系。
2.課后設計電路時的應用
Saber仿真軟件還可以作為課后設計電路參數和閉環控制器的主要依據。工業應用中，絕大部分產品都是工作在閉環控制方式下，以達到抑制輸入擾動和負載擾動、最后輸出穩定的直流電壓。在主電路參數（L，C）選型和閉環控制器設計上，Sabrer軟件起到指導和驗證的作用。在控制器參數設計完畢后，可以通過Saber仿真軟件進行初期驗證，對參數進行優化和微調以得到最優的控制參數。圖8所示是Boost變換器在閉環控制器的作用下進行的負載擾動和輸入擾動仿真驗證，由圖可以看到在PI閉環控制器的作用下，系統具有抑制負載擾動和輸入電壓擾動的能力，輸出電壓Vout很少受兩種擾動的影響。
三、結論
本文研究了Saber仿真軟件在“電力電子技術”教學中的應用。在教學中通過引入Saber軟件使得課堂教學生動直觀，一改傳統教學中的死板和枯燥。以“電力電子技術”課程里的幾種典型電路為例，詳細地說明了如何有效地應用Saber軟件輔助傳統課堂教學以收到直觀生動和事半功倍的效果。
參考文獻：
[1]李艷林，宋海良，陳凱，等.基于saber的電壓源仿真設計[J].科技信息，2012，（33）：30-31.
現代電力電子技術論文范文5
一、機電一體化技術發展歷程及其趨勢
自電子技術一問世,電子技術與機械技術的結合就開始了,只是出現了半導體集成電路,尤其是出現了以微處理器為代表的大規模集成電路以后,"機電一體化"技術之后有了明顯進展,引起了人們的廣泛注意.
(一)"機電一體化"的發展歷程
1.數控機床的問世,寫下了"機電一體化"歷史的第一頁;
2.微電子技術為"機電一體化''''''''帶來勃勃生機;
3.可編程序控制器、"電力電子"等的發展為"機電一體化"提供了堅強基礎;
4.激光技術、模糊技術、信息技術等新技術使"機電一體化"躍上新臺階.(二)"機電一體化"發展趨勢
1.光機電一體化.一般的機電一體化系統是由傳感系統、能源系統、信息處理系統、機械結構等部件組成的.因此,引進光學技術,實現光學技術的先天優點是能有效地改進機電一體化系統的傳感系統、能源(動力)系統和信息處理系統.光機電一體化是機電產品發展的重要趨勢.
2.自律分配系統化——柔性化.未來的機電一體化產品,控制和執行系統有足夠的“冗余度”，有較強的“柔性”，能較好地應付突發事件，被設計成“自律分配系統”。在自律分配系統中，各個子系統是相互獨立工作的，子系統為總系統服務，同時具有本身的“自律性”，可根據不同的環境條件作出不同反應。其特點是子系統可產生本身的信息并附加所給信息，在總的前提下，具體“行動”是可以改變的。這樣，既明顯地增加了系統的適應能力(柔性)，又不因某一子系統的故障而影響整個系統。
3.全息系統化——智能化。今后的機電一體化產品“全息”特征越來越明顯，智能化水平越來越高。這主要收益于模糊技術、信息技術(尤其是軟件及芯片技術)的發展。除此之外，其系統的層次結構，也變簡單的“從上到下”的形勢而為復雜的、有較多冗余度的雙向聯系。
4.“生物一軟件”化—仿生物系統化。今后的機電一體化裝置對信息的依賴性很大，并且往往在結構上是處于“靜態”時不穩定，但在動態(工作)時卻是穩定的。這有點類似于活的生物：當控制系統(大腦)停止工作時，生物便“死亡”，而當控制系統(大腦)工作時，生物就很有活力。仿生學研究領域中已發現的一些生物體優良的機構可為機電一體化產品提供新型機體，但如何使這些新型機體具有活的“生命”還有待于深入研究。這一研究領域稱為“生物——軟件”或“生物系統”，而生物的特點是硬件(肌體)——軟件(大腦)一體，不可分割?？磥?，機電一體化產品雖然有向生物系統化發展趨，但有一段漫長的道路要走。
5.微型機電化——微型化。目前，利用半導體器件制造過程中的蝕刻技術，在實驗室中已制造出亞微米級的機械元件。當將這一成果用于實際產品時，就沒有必要區分機械部分和控制器了。屆時機械和電子完全可以“融合”，機體、執行機構、傳感器、cpu等可集成在一起，體積很小，并組成一種自律元件。這種微型機械學是機電一體化的重要發展方向。
三、典型的機電一體化產品
機電一體化產品分系統(整機)和基礎元、部件兩大類。典型的機電一體化系統有：數控機床、機器人、汽車電子化產品、智能化儀器儀表、電子排版印刷系統、cad／cam系統等。典型的機電一體化元、部件有：電力電子器件及裝置、可編程序控制器、模糊控制器、微型電機、傳感器、專用集成電路、伺服機構等。這些典型的機電一體化產品的技術現狀、發展趨勢、市場前景分析從略。
四、北京發展“機電一體化”而臨的形勢和任務
機電一體化工作主要包括兩個層次：一是用微電子技術改造傳統產業，其目的是節能、節材，提高工效，提高產品質量，把傳統工業的技術進步提高一步；二是開發自動化、數字化、智能化機電產品，促進產品的更新換代。
前者是面上的工作，普及工作；后者是提高工作，深層次工作。
(一)北京“機電一體化”工作面臨的形勢
1.北京用微電子技術改造傳統工業的工作量大而廣，有難度
(1)在700余家北京市屬工業系統的企業中，有60%以上的企業用微電子技術改造機床設備、工業窯爐、風機電泵、生產過程的任務還未完成需要量的一半。
(2)北京工業系統還有2000余臺機床設備亟需用微電子技術進行改造；在已改造的近6500臺機床設備中，大約有15%需進一步改造。
(3)北京工業系統尚有近250座工業爐窯亟需用電子信息技術進行改造；且610座已改造過的工業爐窯也很有進一步應用模糊技術進行二次改造的必要。
(4)北京工業系統cad應用還有較大差距。目前，北京工業品設計，cad應用率僅17%(而美、日等國已超過85%；國內先進地區也超過了30%)；cad的覆蓋率才達到11%(而全國cad應用工程領導小組指出，“八五”期間大中型企業要達到35%，中小型骨干企業要達到15%—20%；到“九五”時，按國務委員宋健的要求，基本上要甩掉繪圖板)。
(5)北京工業系統共有改造價值的各種風機電泵裝機容量50萬千瓦，尚49萬多千瓦用變調速技術進行改造的任務，占總任務量的99.5%左右。
(6)工業是全市能源消耗大戶。1992年，北京工業系統占全市能耗總量的59.5%。而北京是一個能源嚴重缺乏的城市，1992年北京工業系統萬元產值能耗折合標煤為2.47噸，比上海的1.57噸高57%，比天津的2.15噸高14%，比先進的工業化國家高近9倍。因此，北京工業系統節能降耗的任務非常重，而電力電子技術是節能降耗的王牌。
2.北京用機電一體化技術加速產品更新換代，提高市場占有率的呼聲高，有壓力。北京市的工業產品大約有3萬種，每年約開發試制新產品3000種，更新周期很長。由于更新換代速度跟不上市場變化的需要，影響了北京工業產品的競爭能力。
1993年，北京市工業系統生產的機電一體化產品約837種，在當年生產的產品品種總數中僅占7.8%左右。其中：機械局系統主要產品約1200種，機電一體化產品不到150種機電一體化產品所占比例僅4%強；儀器儀表總公司系統主要產品350種，機電一體化產品210種，機電一體化產品所占比例為60%；輕工系統主要產品總數為649種，機電一體化、智能化產品15種，機電一體化、智能化產品所占比例約2.3%；汽車工業總公司系統平均每輛汽車的總成本為3.5萬元，每輛汽車平均裝用電子產品的費用約300元，不是總成本的1%；與國外約28%的先進水平相差甚遠；與國內先進水平相差一半左右。
3.北京用機電一體化產品取代技術含量和附加值低，耗能、耗水、耗材高，污染、擾民產品的責任重，有意義。在北京工業系統中，能耗、耗水大戶，對環境污染嚴重的企業還占相當大的比重，且不少地處城區和近郊區。近年來北京的工業結構、產品結構雖然幾經調整，但由于多種原因，成效一直不夠明顯。這里面固然有上級領導部門的政出多門問題，有企業的“故土難離”“死守故業”問題，但不可否認也有優化不出理想的產業，優選不出中意的產品問題。上佳的答案早就擺在了這些企業的面前，這就是發展機電一體化，開發和生產有關的機電一體化產品。機電一體化產品功能強、性能好、質量高、成本低，且具有柔性，可根據市場需要和用戶反映時產品結構和生產過程做必要的調整、改革，而無須改換設備。這是解決機電產品多品種、少批量生產的重要出路。同時，可為傳統的機械工業注入新鮮血液，帶來新的活力，把機械生產從繁重的體力勞動中解脫出來，實現文明生產。
另外，從市場需求的角度看，由于我國研制、開發機電一體化產品的歷史不長，差距較大，許多產品的品種、數量、檔次、質量都不能滿足需求，每年進口量都比較大，因此亟需發展。
(二)北京“機電一體化”工作的任務
北京在機電一體化方面的任務可以概括為兩句話：一句話是廣泛深入地用機電一體化技術改造傳統產業；另一句話是大張旗鼓地開發機電一體化產品，促進機電產品的更新換代?？偟哪康氖谴龠M機電一體產業的形成、為北京產業結構和產品結構調整作貢獻。
1.北京應用機電一體化技術改造傳統產業的工作重點
(1)大力采用模糊技術，工業爐窯改造應上新臺階
國內外成功的范例表明，應用模糊技術改造工業爐窯比單純用計算機和pid技術好的多。因此，我們建議今后北京在改造工業爐窯時要大力推廣應用模糊技術，到2000年，對應該進行改造但尚未改造的近250座工業爐窯要用模糊技術等先進電子信息技術改造完畢，其中采用模糊技術改造要在80%。
(2)積極采用數控技術，機床高備改造要達新水平
對機床設備的改造重點應放在經濟型數控系統的推廣應用上。根據需要和可能，到1995年，北京應該改造的機床設備(8420臺)的改造率要達80%以上，到本世紀末要改造完畢。
(3)努力推廣變頻調速技術，風機電泵改造要攀新高度
風機、電泵采用變頻調速后一般可節電20%以上，效果十分顯著。因此，在今后幾乎，北京要把交流變頻調速技術的推廣應用作為重點來抓。到1995年，應該采用變頻調速技術改造的風機、電泵要改造完60%；到本世紀末，北京的風機、電泵和其它調速電機要普遍；采用先進的變頻調速技術。
(4)優先應用cad／cam技術，工業設計水平提高要有新目標
北京工業產品更新換代慢，設計工作跟不上需求變化是重要原因之一。目前，北京工業系統cad的應用率為17%，cad的覆蓋率為11%，到1995年應分別達到20%和15%，本世紀末，要力爭分別達到55%和45%。
2.北京機電一體化產品開發的奮斗目標
(1)總體目標：到1995年全市的機電一體化產品數應不少于800種，2000年，應不少于2000種，機電產品的機電一體化率分別達到25%和60%。
(2)單項目標：
·機床數控化率：1995年，產量數控化率達5%，產值數控化率達16%；2000年，分別達12%和40%。
·汽車電子化程度：1995年，平均每輛汽車上裝用和電子產品的費用不少于1000元，在整車成本中所占比例不低于3%；到2000年分別不少于3000元，不低于8%。
·plc的開發生產能力：“八五”期間，開發能力要穩居全國首位；“九五”北京要成為全國主要的plc生產基地之一。
·“電力電子”開發生產能力：“八五”期間掌握第二代電力電子器件的批量生產技術和第三代電力電子器件的開發技術。“九五”期間第三代電力電子器件的生產要形成經濟批量。在電力電子產品應用方面，“八五”期間，開關電源、高頻電源、逆變電源要成為拳頭產品；交流變頻調速裝置要達到批量生產程度；高頻電子鎮流器要能出口創匯；“九五”，北京要形成一個具有電力電子器件、電力電子裝置研制、生產、開發、推廣綜合配套能力的高新技術產業。
·模糊控制器的開發生產能力：“八五”要把北京建成全國模糊技術控制器的開發生產基地，開發出用于工業爐窯改造，壓力、溫度、流量控制的模糊技術控制系統典型產品來；交逐步將模糊技術應用于家用電器中。1995年，空調器、洗衣機、電冰箱、吸塵器、電風扇等家用電器產品模糊控制器的普及率要分別達到15、20%、5%、15%、8%左右。到本世紀末，北京家用電器模糊技術普及率要達到50%以上。
·其它機電一體化產品的開發生產能力：微機控制多色印刷機要穩居全國第一；電子醫療儀器的開發、生產爭取在“八五”有較大突破，“九五”在品種和產量上全國領先；在“八五”期間，以30萬千瓦汽輪發電機組為代表的發電設備要形成綜合配套能力，打出規模效益來；數字化、智能化儀器儀表，自動化裝置要上品種、上批量……
總之，機電一體化技術既是振興傳統機電工業的新鮮血液和源動力，又是開啟北京機電行業產品結構、產業結構調整大門的鑰匙。如果北京完成好上面所建議的“機電一體化”發展兩方面的目標，那么，到本世紀末，北京就會形成一個銷售額超過200億元的機電一體化產業。其中，數控機床、機電一體化印刷系統、新型電子醫療設備和數字化智能化儀器儀表等機電一體化裝備銷售額可超過150億元；“電力電子”的銷售額可超過20億元；plc模糊控制器等銷售額可超過15億元；汽車電子化、自動化智能化輕工民用電器產品銷售額可超過25億元。機電一體化產業不僅是北京高新技術產業的主力軍，也是機電行業停工、待產、明虧、潛虧企業的出路所在。
五、北京發展“機電一體化”的對策
(一)加強統籌安排，協調發展計劃
目前，北京地區從事“機電一體化”研究開發及生產的單位很多。各自都有一套發展策略和計是。同時，市政府各有關委、辦、局(總公司)也有不少相應的發展計劃與規劃。各單位的計劃由于受各自立足點、著眼點的限制，難免只考慮局部利益，市政府各主管部門的有關計劃和規劃，也有統一考慮不足，統籌安排不夠的問題，全市缺少綜觀全局的有權威性的發展計劃和戰略規劃。因此，建議市政府責成有關機構在進行深入調查研究、科學分析的基礎上，制定出北京統管全局的“機電一體化”研究、開發、生產計劃和規劃，避免開發上重復，生產上撞車!
(二)強化行業管理，發揮“協會”作用
目前，北京“機電一體化”較熱，而按目前的行業劃分方法和管理體制，“政出多門”是難哆的。因此，北京有必要明確一個“機電一體化”行業的統管機構，根據目前國家政治體制改革和經濟體制改革的精神，以及機電一體化行業特點，我們建議，盡快加強北京機電一體化協會的建設，賦予其行業管理職能。
“協會”要進一步擴大領導機構——理事會的代表層面和復蓋面，要加強辦公室、秘書處的建設；要通過其精明干練的辦事機構、經濟實體，組織“行業”發展計劃、戰略規劃的擬制；指導行業布點布局的調整，進行發展突破口的選擇，抓好重點工程的試點和有關項目的發標、招標工作……
(三)優化發展環境、增大支持力度
優化發展環境指通過宣傳群眾，造成一種社會上下、企業內外都重視、支持“機電一體化”發展的氛圍，如盡快為外商到北京投資發展“機電一體化”產業提供方便；盡可能為興辦開發、生產機電一體化產品的高新技術企業開綠燈；盡力為開發、生產機電一體化產品調配好資源要素等。
增大支持力度，在技術政策上，要嚴格限制耗電、耗水、耗材高的傳統產品的發展，對未采用機電一體化技術落后產品限制強制淘汰；大力提倡用機電一體化技術對傳統產業進行改造，對有關機電一體化技術對傳統產業乾地改造，對有關技術開發、應用項目優先立項、優先支持，對在技術開發、應用中做出貢獻的單位領導、科技人員進行表彰獎勵等。
在經濟政策上，要多給機電一體化科研攻關課題、開發應用項目利用科技專項基金和科技三項費用的機會；銀行發設貸款要多向機電一體化技術改進、生產合資和機電一體化產業規?；ㄔO項目上傾斜；成立“機電一體化”發展基金，支持機電一體化生產發展等。
(四)突出發展重點，兼顧“兩個層次”
機電一體化產業復蓋面非常廣，而我們的財力、人力和物力是有限的，因此我們在抓機電一體化產業發展時不能面面俱到、平鋪直敘，而應分清主次，大膽取舍，有所為，有所不為。要注意抓兩個層次上的工作。第一個層次是“面上”的工作，即用電子信息技術對傳統產業進行改造，在傳統的機電設備上植入或嫁接上微電子(計算機)裝置，使“機械”和“電子”技術在淺層次上結合。第二個層次是“提高”工作，即在新產品設計之初，就把“機械”與“電子”統一起來進行考慮，使“機械”與“電子”密不可分，深度結合，生產出來的新產品起碼正做到機電一體化。
我們認為，北京“機電一體化”發展，當務之急，重中之重是：
抓緊開發生產gto、gtr、vdmos等新型電力電子器件及其應用裝置——交流變頻調速器、逆變焊機、高頻電子鎮流器等，用電力電子技術進行的節能、節材為主要目的的技術改造；
抓緊推廣應用經濟型數控系統，改造機床設備；開發生產低、中檔數控系統；
現代電力電子技術論文范文6
關鍵詞： 功率轉換插座 學生寢室 智能限電 功率因數 單片機
學生寢室目前為保障學生用電安全，限制學生在寢室使用大功率純電阻電器，如暖手寶，熱得快等裝置。目前學生寢室配電箱中安裝已編程的單片機，采用限制電壓和電流最小相位角的限電機制，即當功率較大（>400W）且功率因數接近1（電壓電流相位角偏?。r，單片機會切斷電源電路[1]。但是當前市場上出現了一種名為功率轉換插座的裝置，利用電容產生無功功率，以減小大功率純電阻電器使用時的功率因數，從而將純電阻電器偽裝成非純電阻電器，避開單片機的限電控制。本項目的目的在于研究設計一種新型裝置，從根本上解決限制學生寢室使用大功率純電阻電器的目的。項目的最大意義在于保障學生用電安全。根據之前對于多種功率轉換器的研究，了解到部分功率轉換器內部沒有熔斷電阻，容易發生危險，且功率轉換器的工作原理在于產生無功功率，無功功率在線路中不斷傳遞，會加重學校電路的負擔，加快線路老化[2]，既造成了經濟損失，又埋下了安全隱患。對于使用功率轉換器是否會造成電器的壽命縮短，加快內部線路老化，還在進一步研究當中。
1.功率轉換插座的研究
1.1功率轉換插座的內部結構
通過對不同功率轉換器內部結構的研究以及元件參數的測量，不同功率轉換器內部構造不同。但是通過對內部電路分析，畫出電路圖，其內部電路分布一致，圖1為XW-03B型號的功率轉換器內部電路及其元件參數。
圖1 XW-03B型號的功率轉換器內部電路
1.2功率轉換插座的工作原理
功率轉換插座利用并聯在電阻上的電容產生無功功率，補償線路中接入大功率純電阻電器后電流和電壓相位角的減小，從而減小了功率因數，因而在原有的限電機制下，大功率純電阻電器與功率轉換插座配合使用，不會造成斷電。圖中雙向二極管的作用在于穩壓，保證用電器在此電路中，置于額定電壓下工作。熔斷電阻的作用是在發生短路等情況下切斷電路。
2.實地調研
通過電話網絡及實地調查等相結合的方式，深入了解我國各地區不同高校的限電機制，以及功率轉換器的使用情況，并且了解學生宿舍日常使用的電器，做成明細表。如表1，表2所示。
通過以上調研數據可得到以下實驗結論：
a.各個高校宿舍均采取限電措施保障學生安全，限電額度稍高于學生宿舍用電總額，為800W～1000W。
b.以上高校學生群體中均存在使用功率轉換器的現象。
c.以上可推知，各高校配電箱均采用同一機制限制大功率純電阻電器的使用。
3.實驗過程
由于當前限電機制是在宿舍配電箱處，添加了已編程的單片機。由于實驗條件的限制，無法對寢室配電箱內部結構進行研究。故將探究的著手點確定為宿舍端口，并采用同配電箱相同的限電方式，即在宿舍用電總線入口處添加已編程的單片機對電路的開閉實行控制。
本文采用智能限電理念[4]，即通過單片機對用電負荷信號進行數據采集，將采集到的數據進行一系列運算和判斷，從而對用戶使用了違章電器進行監控。如果單片機沒有檢測到符合違章電器特征的負荷且總負荷小于規定的負荷，說明該用戶用電是安全的電閘導通，綠燈一直亮，數碼管顯示當前的負荷大??；反之，單片機將輸出關斷信號，將電閘關閉，同時數碼管顯示HH，蜂鳴器報警，10秒后，單片機自動檢測負荷情況，若違章電器仍然存在，單片機繼續關閉電閘；若違章電器被撤去，則單片機發出導通信號，控制晶閘管恢復供電，數碼管恢復顯示負荷大小。
綜合以上各種理論，確定了具體的研究路線：通過分析對比正常用電情況下的參數和違章用電（大功率純電阻電器和功率轉換器配合使用）情況下的參數的不同，來使單片機分析檢測線路中是否存在違章用電情況。
正常用電情況：
a.所有用電器共同工作（包括四臺電腦，四盞臺燈，一臺飲水機，四部手機充電器）。
b.四臺電腦同時工作。
c.四部手機充電器共同工作。
違章用電情況：
a.XW-03B型功率轉換器，500W暖手寶共同使用。
b.PZD001型功率轉換器，500W暖手寶共同使用。
通過以上幾種用電情況的參數，總結出正常用電情況下的功率因數范圍和違章用電情況下的功率因數范圍。找出其中的不同，用以指導確定新裝置的限電機制。
針對以上幾種用電情況的實驗計算過程如下：
正常用電情況：
a.所有用電器共同工作（包括四臺電腦，四盞臺燈，一臺飲水機，四部手機充電器）。
b.四臺電腦同時工作。
功率因數=360.24W/1320W=0.273
c.四部手機充電器共同工作。
功率因數=20W/176W=0.114
違章用電情況：
4.結論
在正常用電情況下功率因數可以為1，比如單獨使用臺燈或者飲水機的情況。但是當功率較大時（P>300W）功率因數接近1時會斷電，而違章用電情況為大功率用電，所以正常用電情況下的功率因數僅考慮功率較大時的功率因數范圍。故將功率因數的范圍的上限定為0.40。
通過以上實驗可知：
a.正常用電情況下的功率因數范圍在0.114～0.40。違章用電情況下的功率因數范圍在0.142～0.228。違規用電情況下的功率因數范圍在正常用電情況下的功率因數的范圍之間。
b.正常用電情況下總線的電流在0A～8.44A，即0A
由此確定了新裝置的研究的最終技術路線：在宿舍電路入口處安裝單片機，用以判斷線路電流是否大于9A。當總線電流大于或等于9A，切斷電源，蜂鳴器發出警報，10秒后自動恢復供電。若依舊大于9A，則再次瞬間斷電，直至違章電器在線路中移除，方可恢復供電。其流程圖如圖2所示。
圖2 智能限電流程圖
參考文獻：
[1]王新河，許建新.現代電力電子技術在電源中的應用是今后發展的必然趨勢[J].治黃科技信息，2006，（03）.
[2]張文亮，湯廣福，查鯤鵬，賀之淵.先進電力電子技術在智能電網中的應用[J].中國電機工程學報，2010，（04）.
[3]滕樂天，何維國，劉雋，包海龍.電力電子技術對上海電網發展的革新與挑戰[J].供用電，2009，（07）.
[4]張炳武.固態繼電器電參數測試技術研究和測試系統軟件設計[D].中國優秀碩士學位論文全文數據庫，2007，（8）.
