導(dǎo)言：作為寫(xiě)作愛(ài)好者，不可錯(cuò)過(guò)為您精心挑選的10篇電力電子技術(shù)論文，它們將為您的寫(xiě)作提供全新的視角，我們衷心期待您的閱讀，并希望這些內(nèi)容能為您提供靈感和參考。

篇1

1.分析電路盡量使用多媒體。

電力電子技術(shù)的核心就是整流、逆變、斬波和交交變換四大基本電路，在電路工作過(guò)程的分析中，通常一個(gè)電路都有多個(gè)工作狀態(tài)，不同的工作狀態(tài)又分別對(duì)應(yīng)著不同的電壓電流波形，也就是說(shuō)電路的工作過(guò)程往往都是動(dòng)態(tài)的過(guò)程，而傳統(tǒng)的書(shū)本上的文字和原理圖是無(wú)法很好地展現(xiàn)動(dòng)態(tài)過(guò)程的。這時(shí)，如果采用幻燈片等多媒體形式，可以將電路工作的動(dòng)態(tài)過(guò)程很好地展現(xiàn)給學(xué)生們觀看，把書(shū)本上靜態(tài)的電路以及波形圖動(dòng)起來(lái)，這樣就能夠讓學(xué)生們更好地理解電力電子電路的工作過(guò)程。與此同時(shí)，結(jié)合書(shū)本上的理論，再將不同電路的特點(diǎn)進(jìn)行總結(jié)，使同學(xué)們復(fù)習(xí)時(shí)結(jié)合著書(shū)中的理論，頭腦中聯(lián)想著多媒體演示動(dòng)畫(huà)，便會(huì)在學(xué)習(xí)中事半功倍，容易記憶，提高學(xué)生的分析計(jì)算和實(shí)際解題的能力。

2.器件與控制部分應(yīng)注重練習(xí)。

電力電子器件及控制部分具有覆蓋面大、定性與定量相結(jié)合的特點(diǎn)，學(xué)好這一部分，就必須將概念的理解與相關(guān)的計(jì)算進(jìn)行練習(xí)，在習(xí)題式的教學(xué)中，不斷提高分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。研究生階段，各高校幾乎很少帶領(lǐng)學(xué)生做與課程相關(guān)的習(xí)題，多數(shù)學(xué)生也只有在考試的時(shí)候才有機(jī)會(huì)在試卷中解答一些問(wèn)題，雖說(shuō)現(xiàn)在不提倡傳統(tǒng)針對(duì)考試的題海戰(zhàn)術(shù)，但是平時(shí)適當(dāng)做一些典型的練習(xí)還是有必要的，電力電子器件種類(lèi)多、特點(diǎn)各不相同，而控制方法也有很多，甚至與自動(dòng)控制原理等其他學(xué)科相關(guān)聯(lián)，在教學(xué)中適當(dāng)找一些典型例題進(jìn)行講解，可以讓同學(xué)們?cè)诜彪s的知識(shí)中抓住重點(diǎn)內(nèi)容進(jìn)行突破，最終掌握這部分知識(shí)要點(diǎn)。

3.學(xué)生自主參與新技術(shù)教學(xué)。

電力電子技術(shù)具有發(fā)展速度快的特點(diǎn)，新的技術(shù)和應(yīng)用領(lǐng)域不斷出現(xiàn)，加強(qiáng)電力電子新技術(shù)的教學(xué)可以擴(kuò)展學(xué)生知識(shí)面，掌握電力電子技術(shù)發(fā)展新方向。這一部分的特點(diǎn)是沒(méi)有定量計(jì)算、難度不大、但對(duì)于資料的收集工作量比較大，根據(jù)這些特點(diǎn)，在教學(xué)中，可以將這部分安排給每個(gè)學(xué)生進(jìn)行講解，在講解前每個(gè)同學(xué)查找相關(guān)資料，然后對(duì)資料進(jìn)行分類(lèi)總結(jié)，加入自己的理解，在講解過(guò)程中既可以使用多媒體也可使用板書(shū)的形式，講解后學(xué)生之間可以相互提出問(wèn)題，相互討論，形成良好的研究氛圍。在這種學(xué)生自主教學(xué)的過(guò)程中，既提高了學(xué)生查找資料的能力，也能提高學(xué)生的概括的創(chuàng)新能力，還為研究生畢業(yè)學(xué)術(shù)論文的撰寫(xiě)提供了相關(guān)的經(jīng)驗(yàn)。

二、實(shí)驗(yàn)教學(xué)應(yīng)進(jìn)行分類(lèi)

電力電子技術(shù)是一個(gè)應(yīng)用性很強(qiáng)的一門(mén)學(xué)科，在理論教學(xué)的同時(shí)一定要有相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)來(lái)配合和補(bǔ)充，開(kāi)設(shè)實(shí)驗(yàn)課是對(duì)理論課的延伸和補(bǔ)充，更能夠突出應(yīng)用型學(xué)科的特色。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)上，應(yīng)分為驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)、探究實(shí)驗(yàn)、拓展實(shí)習(xí)三個(gè)部分進(jìn)行教學(xué)。

1.驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)應(yīng)緊密結(jié)合課本。

驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)的特點(diǎn)是對(duì)已經(jīng)有的理論進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，與學(xué)生的理論教學(xué)緊密銜接，通過(guò)書(shū)上的理論來(lái)指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)的操作，同時(shí)實(shí)驗(yàn)的結(jié)果又可以加深學(xué)生對(duì)于書(shū)本理論的深度理解。在理論課程之后，應(yīng)當(dāng)有相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)課程相跟進(jìn)，在實(shí)驗(yàn)開(kāi)始前，老師帶領(lǐng)學(xué)生對(duì)課本知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行回顧，確定實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮蛯?shí)驗(yàn)步驟，同學(xué)們按照實(shí)驗(yàn)要求完成相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)操作，并能夠運(yùn)用書(shū)本上的知識(shí)來(lái)解釋實(shí)驗(yàn)中的現(xiàn)象，最后通過(guò)實(shí)驗(yàn)報(bào)告的形式進(jìn)行總結(jié)，得出驗(yàn)證性的結(jié)論。

2.鼓勵(lì)開(kāi)展探究性試驗(yàn)。

電力電子技術(shù)是一門(mén)正在快速發(fā)展的學(xué)科，在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，應(yīng)當(dāng)鼓勵(lì)學(xué)生進(jìn)行自主探究，通過(guò)對(duì)已有知識(shí)的學(xué)習(xí)讓學(xué)生們充分發(fā)揮想象力，制作一些相關(guān)的小制作、小發(fā)明，在探究性試驗(yàn)的過(guò)程中培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。學(xué)生根據(jù)自己掌握的知識(shí)，結(jié)合當(dāng)今電力電子發(fā)展的前沿技術(shù)，加上自己的想象力和創(chuàng)造力，獨(dú)立設(shè)計(jì)出屬于自己的電子作品，而在探究的過(guò)程中難免會(huì)遇到一些問(wèn)題，這時(shí)老師應(yīng)進(jìn)行適當(dāng)指導(dǎo)，給出一些方案，讓學(xué)生自主解決實(shí)際問(wèn)題。平時(shí)盡可能地開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室，使學(xué)生增加動(dòng)手操作機(jī)會(huì)。此外還應(yīng)當(dāng)鼓勵(lì)學(xué)生參加“挑戰(zhàn)杯”等科技比賽，增加在創(chuàng)新方面的交流合作，從而學(xué)會(huì)更多解決問(wèn)題的新方法。

3.拓展實(shí)習(xí)應(yīng)突出實(shí)際應(yīng)用。

在傳統(tǒng)的教學(xué)環(huán)節(jié)之外，對(duì)于電力電子技術(shù)這種應(yīng)用型很強(qiáng)的學(xué)科，應(yīng)適當(dāng)組織學(xué)生到某個(gè)單位進(jìn)行參觀學(xué)習(xí)。學(xué)習(xí)的目的是為了應(yīng)用，當(dāng)今電力電子技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用在了許多領(lǐng)域之中，在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中可以聯(lián)系某個(gè)具體單位進(jìn)行參觀，在實(shí)際的生產(chǎn)過(guò)程中，讓學(xué)生們更加具體地了解電力電子技術(shù)的應(yīng)用。除了參觀之外，也可由老師或者學(xué)生找一些與電力電子技術(shù)應(yīng)用相關(guān)的視頻資料，分享給大家進(jìn)行觀看，也可以起到非常好的效果。實(shí)習(xí)結(jié)束之后，學(xué)生以報(bào)告的形式寫(xiě)出自己學(xué)到了什么或者是心得體會(huì)。這樣，理論聯(lián)系實(shí)際，對(duì)于理工科的教學(xué)是有很大幫助的。

篇2

現(xiàn)代電源技術(shù)是應(yīng)用電力電子半導(dǎo)體器件,綜合自動(dòng)控制、計(jì)算機(jī)(微處理器)技術(shù)和電磁技術(shù)的多學(xué)科邊緣交又技術(shù)。在各種高質(zhì)量、高效、高可靠性的電源中起關(guān)鍵作用,是現(xiàn)代電力電子技術(shù)的具體應(yīng)用。

當(dāng)前,電力電子作為節(jié)能、節(jié)才、自動(dòng)化、智能化、機(jī)電一體化的基礎(chǔ),正朝著應(yīng)用技術(shù)高頻化、硬件結(jié)構(gòu)模塊化、產(chǎn)品性能綠色化的方向發(fā)展。在不遠(yuǎn)的將來(lái),電力電子技術(shù)將使電源技術(shù)更加成熟、經(jīng)濟(jì)、實(shí)用,實(shí)現(xiàn)高效率和高品質(zhì)用電相結(jié)合。

1.電力電子技術(shù)的發(fā)展

現(xiàn)代電力電子技術(shù)的發(fā)展方向,是從以低頻技術(shù)處理問(wèn)題為主的傳統(tǒng)電力電子學(xué),向以高頻技術(shù)處理問(wèn)題為主的現(xiàn)代電力電子學(xué)方向轉(zhuǎn)變。電力電子技術(shù)起始于五十年代末六十年代初的硅整流器件,其發(fā)展先后經(jīng)歷了整流器時(shí)代、逆變器時(shí)代和變頻器時(shí)代,并促進(jìn)了電力電子技術(shù)在許多新領(lǐng)域的應(yīng)用。八十年代末期和九十年代初期發(fā)展起來(lái)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(dǎo)體復(fù)合器件,表明傳統(tǒng)電力電子技術(shù)已經(jīng)進(jìn)入現(xiàn)代電力電子時(shí)代。

1.1整流器時(shí)代

大功率的工業(yè)用電由工頻(50Hz)交流發(fā)電機(jī)提供,但是大約20%的電能是以直流形式消費(fèi)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(jī)車(chē)、電傳動(dòng)的內(nèi)燃機(jī)車(chē)、地鐵機(jī)車(chē)、城市無(wú)軌電車(chē)等)和直流傳動(dòng)(軋鋼、造紙等)三大領(lǐng)域。大功率硅整流器能夠高效率地把工頻交流電轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟?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(kāi)發(fā)與應(yīng)用得以很大發(fā)展。當(dāng)時(shí)國(guó)內(nèi)曾經(jīng)掀起了-股各地大辦硅整流器廠的熱潮,目前全國(guó)大大小小的制造硅整流器的半導(dǎo)體廠家就是那時(shí)的產(chǎn)物。

1.2逆變器時(shí)代

七十年代出現(xiàn)了世界范圍的能源危機(jī),交流電機(jī)變頻惆速因節(jié)能效果顯著而迅速發(fā)展。變頻調(diào)速的關(guān)鍵技術(shù)是將直流電逆變?yōu)?~100Hz的交流電。在七十年代到八十年代,隨著變頻調(diào)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(mén)極可關(guān)斷晶閘管(GT0)成為當(dāng)時(shí)電力電子器件的主角。類(lèi)似的應(yīng)用還包括高壓直流輸出,靜止式無(wú)功功率動(dòng)態(tài)補(bǔ)償?shù)?。這時(shí)的電力電子技術(shù)已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)整流和逆變,但工作頻率較低,僅局限在中低頻范圍內(nèi)。

1.3變頻器時(shí)代

進(jìn)入八十年代,大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路技術(shù)的迅猛發(fā)展,為現(xiàn)代電力電子技術(shù)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。將集成電路技術(shù)的精細(xì)加工技術(shù)和高壓大電流技術(shù)有機(jī)結(jié)合,出現(xiàn)了一批全新的全控型功率器件、首先是功率M0SFET的問(wèn)世,導(dǎo)致了中小功率電源向高頻化發(fā)展,而后絕緣門(mén)極雙極晶體管(IGBT)的出現(xiàn),又為大中型功率電源向高頻發(fā)展帶來(lái)機(jī)遇。MOSFET和IGBT的相繼問(wèn)世,是傳統(tǒng)的電力電子向現(xiàn)代電力電子轉(zhuǎn)化的標(biāo)志。據(jù)統(tǒng)計(jì),到1995年底,功率M0SFET和GTR在功率半導(dǎo)體器件市場(chǎng)上已達(dá)到平分秋色的地步,而用IGBT代替GTR在電力電子領(lǐng)域巳成定論。新型器件的發(fā)展不僅為交流電機(jī)變頻調(diào)速提供了較高的頻率,使其性能更加完善可靠,而且使現(xiàn)代電子技術(shù)不斷向高頻化發(fā)展,為用電設(shè)備的高效節(jié)材節(jié)能,實(shí)現(xiàn)小型輕量化,機(jī)電一體化和智能化提供了重要的技術(shù)基礎(chǔ)。

2.現(xiàn)代電力電子的應(yīng)用領(lǐng)域

2.1計(jì)算機(jī)高效率綠色電源

高速發(fā)展的計(jì)算機(jī)技術(shù)帶領(lǐng)人類(lèi)進(jìn)入了信息社會(huì),同時(shí)也促進(jìn)了電源技術(shù)的迅速發(fā)展。八十年代,計(jì)算機(jī)全面采用了開(kāi)關(guān)電源,率先完成計(jì)算機(jī)電源換代。接著開(kāi)關(guān)電源技術(shù)相繼進(jìn)人了電子、電器設(shè)備領(lǐng)域。

計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展,提出綠色電腦和綠色電源。綠色電腦泛指對(duì)環(huán)境無(wú)害的個(gè)人電腦和相關(guān)產(chǎn)品，綠色電源系指與綠色電腦相關(guān)的高效省電電源,根據(jù)美國(guó)環(huán)境保護(hù)署l992年6月17日"能源之星"計(jì)劃規(guī)定,桌上型個(gè)人電腦或相關(guān)的設(shè)備,在睡眠狀態(tài)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(kāi)關(guān)電源而言,電源自身要消耗50瓦的能源。

2.2通信用高頻開(kāi)關(guān)電源

通信業(yè)的迅速發(fā)展極大的推動(dòng)了通信電源的發(fā)展。高頻小型化的開(kāi)關(guān)電源及其技術(shù)已成為現(xiàn)代通信供電系統(tǒng)的主流。在通信領(lǐng)域中,通常將整流器稱(chēng)為一次電源,而將直流-直流(DC/DC)變換器稱(chēng)為二次電源。一次電源的作用是將單相或三相交流電網(wǎng)變換成標(biāo)稱(chēng)值為48V的直流電源。目前在程控交換機(jī)用的一次電源中,傳統(tǒng)的相控式穩(wěn)壓電源己被高頻開(kāi)關(guān)電源取代,高頻開(kāi)關(guān)電源(也稱(chēng)為開(kāi)關(guān)型整流器SMR)通過(guò)MOSFET或IGBT的高頻工作,開(kāi)關(guān)頻率一般控制在50-100kHz范圍內(nèi),實(shí)現(xiàn)高效率和小型化。近幾年,開(kāi)關(guān)整流器的功率容量不斷擴(kuò)大,單機(jī)容量己從48V/12.5A、48V/20A擴(kuò)大到48V/200A、48V/400A。

因通信設(shè)備中所用集成電路的種類(lèi)繁多,其電源電壓也各不相同,在通信供電系統(tǒng)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(hù),且安裝、增加非常方便。一般都可直接裝在標(biāo)準(zhǔn)控制板上,對(duì)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(gè)固定的直流電壓變換為可變的直流電壓,這種技術(shù)被廣泛應(yīng)用于無(wú)軌電車(chē)、地鐵列車(chē)、電動(dòng)車(chē)的無(wú)級(jí)變速和控制,同時(shí)使上述控制獲得加速平穩(wěn)、快速響應(yīng)的性能,并同時(shí)收到節(jié)約電能的效果。用直流斬波器代替變阻器可節(jié)約電能(20~30)%。直流斬波器不僅能起調(diào)壓的作用(開(kāi)關(guān)電源),同時(shí)還能起到有效地抑制電網(wǎng)側(cè)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(shù),開(kāi)關(guān)頻率在500kHz左右,功率密度為5W~20W/in3。隨著大規(guī)模集成電路的發(fā)展,要求電源模塊實(shí)現(xiàn)小型化,因此就要不斷提高開(kāi)關(guān)頻率和采用新的電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),目前已有一些公司研制生產(chǎn)了采用零電流開(kāi)關(guān)和零電壓開(kāi)關(guān)技術(shù)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(jì)算機(jī)、通信系統(tǒng)以及要求提供不能中斷場(chǎng)合所必須的一種高可靠、高性能的電源。交流市電輸入經(jīng)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(jīng)逆變器變成交流,經(jīng)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)送到負(fù)載。為了在逆變器故障時(shí)仍能向負(fù)載提供能量,另一路備用電源通過(guò)電源轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)來(lái)實(shí)現(xiàn)。

現(xiàn)代UPS普遍了采用脈寬調(diào)制技術(shù)和功率M0SFET、IGBT等現(xiàn)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(shù)的引入,可以實(shí)現(xiàn)對(duì)UPS的智能化管理,進(jìn)行遠(yuǎn)程維護(hù)和遠(yuǎn)程診斷。目前在線式UPS的最大容量已可作到600kVA。超小型UPS發(fā)展也很迅速,已經(jīng)有0.5kVA、lkVA、2kVA、3kVA等多種規(guī)格的產(chǎn)品。

2.5變頻器電源

變頻器電源主要用于交流電機(jī)的變頻調(diào)速,其在電氣傳動(dòng)系統(tǒng)中占據(jù)的地位日趨重要,已獲得巨大的節(jié)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(guò)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(qū)動(dòng)交流異步電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速。

國(guó)際上400kVA以下的變頻器電源系列產(chǎn)品已經(jīng)問(wèn)世。八十年代初期,日本東芝公司最先將交流變頻調(diào)速技術(shù)應(yīng)用于空調(diào)器中。至1997年,其占有率已達(dá)到日本家用空調(diào)的70%以上。變頻空調(diào)具有舒適、節(jié)能等優(yōu)點(diǎn)。國(guó)內(nèi)于90年代初期開(kāi)始研究變頻空調(diào),96年引進(jìn)生產(chǎn)線生產(chǎn)變頻空調(diào)器,逐漸形成變頻空調(diào)開(kāi)發(fā)生產(chǎn)熱點(diǎn)。預(yù)計(jì)到2000年左右將形成。變頻空調(diào)除了變頻電源外,還要求有適合于變頻調(diào)速的壓縮機(jī)電機(jī)。優(yōu)化控制策略,精選功能組件,是空調(diào)變頻電源研制的進(jìn)一步發(fā)展方向。

2.6高頻逆變式整流焊機(jī)電源

高頻逆變式整流焊機(jī)電源是一種高性能、高效、省材的新型焊機(jī)電源,代表了當(dāng)今焊機(jī)電源的發(fā)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(yīng)用前景。

逆變焊機(jī)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(jīng)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(jīng)高頻變壓器耦合,整流濾波后成為穩(wěn)定的直流,供電弧使用。

由于焊機(jī)電源的工作條件惡劣,頻繁的處于短路、燃弧、開(kāi)路交替變化之中,因此高頻逆變式整流焊機(jī)電源的工作可靠性問(wèn)題成為最關(guān)鍵的問(wèn)題,也是用戶(hù)最關(guān)心的問(wèn)題。采用微處理器做為脈沖寬度調(diào)制(PWM)的相關(guān)控制器,通過(guò)對(duì)多參數(shù)、多信息的提取與分析,達(dá)到預(yù)知系統(tǒng)各種工作狀態(tài)的目的,進(jìn)而提前對(duì)系統(tǒng)做出調(diào)整和處理,解決了目前大功率IGBT逆變電源可靠性。

國(guó)外逆變焊機(jī)已可做到額定焊接電流300A,負(fù)載持續(xù)率60%,全載電壓60~75V,電流調(diào)節(jié)范圍5~300A,重量29kg。

2.7大功率開(kāi)關(guān)型高壓直流電源

大功率開(kāi)關(guān)型高壓直流電源廣泛應(yīng)用于靜電除塵、水質(zhì)改良、醫(yī)用X光機(jī)和CT機(jī)等大型設(shè)備。電壓高達(dá)50~l59kV,電流達(dá)到0.5A以上,功率可達(dá)100kW。

自從70年代開(kāi)始,日本的一些公司開(kāi)始采用逆變技術(shù),將市電整流后逆變?yōu)?kHz左右的中頻,然后升壓。進(jìn)入80年代,高頻開(kāi)關(guān)電源技術(shù)迅速發(fā)展。德國(guó)西門(mén)子公司采用功率晶體管做主開(kāi)關(guān)元件,將電源的開(kāi)關(guān)頻率提高到20kHz以上。并將干式變壓器技術(shù)成功的應(yīng)用于高頻高壓電源,取消了高壓變壓器油箱,使變壓器系統(tǒng)的體積進(jìn)一步減小。

國(guó)內(nèi)對(duì)靜電除塵高壓直流電源進(jìn)行了研制,市電經(jīng)整流變?yōu)橹绷?采用全橋零電流開(kāi)關(guān)串聯(lián)諧振逆變電路將直流電壓逆變?yōu)楦哳l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(fù)載條件下,輸出直流電壓達(dá)到55kV,電流達(dá)到15mA,工作頻率為25.6kHz。

2.8電力有源濾波器

傳統(tǒng)的交流-直流(AC-DC)變換器在投運(yùn)時(shí),將向電網(wǎng)注入大量的諧波電流,引起諧波損耗和干擾,同時(shí)還出現(xiàn)裝置網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)惡化的現(xiàn)象,即所謂"電力公害",例如,不可控整流加電容濾波時(shí),網(wǎng)側(cè)三次諧波含量可達(dá)(70~80)%,網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)僅有0.5~0.6。

電力有源濾波器是一種能夠動(dòng)態(tài)抑制諧波的新型電力電子裝置,能克服傳統(tǒng)LC濾波器的不足,是一種很有發(fā)展前途的諧波抑制手段。濾波器由橋式開(kāi)關(guān)功率變換器和具體控制電路構(gòu)成。與傳統(tǒng)開(kāi)關(guān)電源的區(qū)別是:(l)不僅反饋輸出電壓,還反饋輸入平均電流;(2)電流環(huán)基準(zhǔn)信號(hào)為電壓環(huán)誤差信號(hào)與全波整流電壓取樣信號(hào)之乘積。

2.9分布式開(kāi)關(guān)電源供電系統(tǒng)

分布式電源供電系統(tǒng)采用小功率模塊和大規(guī)模控制集成電路作基本部件,利用最新理論和技術(shù)成果,組成積木式、智能化的大功率供電電源,從而使強(qiáng)電與弱電緊密結(jié)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(chǎn)效率。

八十年代初期,對(duì)分布式高頻開(kāi)關(guān)電源系統(tǒng)的研究基本集中在變換器并聯(lián)技術(shù)的研究上。八十年代中后期,隨著高頻功率變換技術(shù)的迅述發(fā)展，各種變換器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)相繼出現(xiàn),結(jié)合大規(guī)模集成電路和功率元器件技術(shù),使中小功率裝置的集成成為可能,從而迅速地推動(dòng)了分布式高頻開(kāi)關(guān)電源系統(tǒng)研究的展開(kāi)。自八十年代后期開(kāi)始,這一方向已成為國(guó)際電力電子學(xué)界的研究熱點(diǎn),論文數(shù)量逐年增加，應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大。

分布供電方式具有節(jié)能、可靠、高效、經(jīng)濟(jì)和維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)。已被大型計(jì)算機(jī)、通信設(shè)備、航空航天、工業(yè)控制等系統(tǒng)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(chǎng)合,如電鍍、電解電源、電力機(jī)車(chē)牽引電源、中頻感應(yīng)加熱電源、電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電源等領(lǐng)域也有廣闊的應(yīng)用前景。

3.高頻開(kāi)關(guān)電源的發(fā)展趨勢(shì)

在電力電子技術(shù)的應(yīng)用及各種電源系統(tǒng)中，開(kāi)關(guān)電源技術(shù)均處于核心地位。對(duì)于大型電解電鍍電源,傳統(tǒng)的電路非常龐大而笨重,如果采用高頓開(kāi)關(guān)電源技術(shù),其體積和重量都會(huì)大幅度下降,而且可極大提高電源利用效率、節(jié)省材料、降低成本。在電動(dòng)汽車(chē)和變頻傳動(dòng)中,更是離不開(kāi)開(kāi)關(guān)電源技術(shù)，通過(guò)開(kāi)關(guān)電源改變用電頻率,從而達(dá)到近于理想的負(fù)載匹配和驅(qū)動(dòng)控制。高頻開(kāi)關(guān)電源技術(shù),更是各種大功率開(kāi)關(guān)電源(逆變焊機(jī)、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(shù)。

3.1高頻化

理論分析和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明,電氣產(chǎn)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(dāng)我們把頻率從工頻50Hz提高到20kHz,提高400倍的話,用電設(shè)備的體積重量大體下降至工頻設(shè)計(jì)的5~l0%。無(wú)論是逆變式整流焊機(jī),還是通訊電源用的開(kāi)關(guān)式整流器,都是基于這一原理。同樣,傳統(tǒng)"整流行業(yè)"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(jù)這一原理進(jìn)行改造,成為"開(kāi)關(guān)變換類(lèi)電源",其主要材料可以節(jié)約90%或更高,還可節(jié)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(lái)采用電子管的傳統(tǒng)高頻設(shè)備固態(tài)化,帶來(lái)顯著節(jié)能、節(jié)水、節(jié)約材料的經(jīng)濟(jì)效益,更可體現(xiàn)技術(shù)含量的價(jià)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(jiàn)的器件模塊,含有一單元、兩單元、六單元直至七單元,包括開(kāi)關(guān)器件和與之反并聯(lián)的續(xù)流二極管,實(shí)質(zhì)上都屬于"標(biāo)準(zhǔn)"功率模塊(SPM)。近年,有些公司把開(kāi)關(guān)器件的驅(qū)動(dòng)保護(hù)電路也裝到功率模塊中去,構(gòu)成了"智能化"功率模塊(IPM),不但縮小了整機(jī)的體積,更方便了整機(jī)的設(shè)計(jì)制造。實(shí)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(yán)重,對(duì)器件造成更大的電應(yīng)力(表現(xiàn)為過(guò)電壓、過(guò)電流毛刺)。為了提高系統(tǒng)的可靠性,有些制造商開(kāi)發(fā)了"用戶(hù)專(zhuān)用"功率模塊(ASPM),它把一臺(tái)整機(jī)的幾乎所有硬件都以芯片的形式安裝到一個(gè)模塊中,使元器件之間不再有傳統(tǒng)的引線連接,這樣的模塊經(jīng)過(guò)嚴(yán)格、合理的熱、電、機(jī)械方面的設(shè)計(jì),達(dá)到優(yōu)化完美的境地。它類(lèi)似于微電子中的用戶(hù)專(zhuān)用集成電路(ASIC)。只要把控制軟件寫(xiě)入該模塊中的微處理器芯片,再把整個(gè)模塊固定在相應(yīng)的散熱器上,就構(gòu)成一臺(tái)新型的開(kāi)關(guān)電源裝置。由此可見(jiàn),模塊化的目的不僅在于使用方便,縮小整機(jī)體積,更重要的是取消傳統(tǒng)連線,把寄生參數(shù)降到最小,從而把器件承受的電應(yīng)力降至最低,提高系統(tǒng)的可靠性。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(guò)增加相對(duì)整個(gè)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)功率很小的冗余電源模塊,極大的提高系統(tǒng)可靠性,即使萬(wàn)一出現(xiàn)單模塊故障,也不會(huì)影響系統(tǒng)的正常工作,而且為修復(fù)提供充分的時(shí)間。3.3數(shù)字化

在傳統(tǒng)功率電子技術(shù)中,控制部分是按模擬信號(hào)來(lái)設(shè)計(jì)和工作的。在六、七十年代,電力電子技術(shù)擬電路基礎(chǔ)上的。但是,現(xiàn)在數(shù)字式信號(hào)、數(shù)字電路顯得越來(lái)越重要,數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)日趨完善成熟,顯示出越來(lái)越多的優(yōu)點(diǎn):便于計(jì)算機(jī)處理控制、避免模擬信號(hào)的畸變失真、減小雜散信號(hào)的干擾(提高抗干擾能力)、便于軟件包調(diào)試和遙感遙測(cè)遙調(diào),也便于自診斷、容錯(cuò)等技術(shù)的植入。所以,在八、九十年代,對(duì)于各類(lèi)電路和系統(tǒng)的設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō),模擬技術(shù)還是有用的,特別是:諸如印制版的布圖、電磁兼容(EMC)問(wèn)題以及功率因數(shù)修正(PFC)等問(wèn)題的解決,離不開(kāi)模擬技術(shù)的知識(shí),但是對(duì)于智能化的開(kāi)關(guān)電源,需要用計(jì)算機(jī)控制時(shí),數(shù)字化技術(shù)就離不開(kāi)了。

3.4綠色化

電源系統(tǒng)的綠色化有兩層含義:首先是顯著節(jié)電,這意味著發(fā)電容量的節(jié)約,而發(fā)電是造成環(huán)境污染的重要原因,所以節(jié)電就可以減少對(duì)環(huán)境的污染;其次這些電源不能(或少)對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生污染,國(guó)際電工委員會(huì)(IEC)對(duì)此制定了一系列標(biāo)準(zhǔn),如IEC555、IEC917、IECl000等。事實(shí)上,許多功率電子節(jié)電設(shè)備,往往會(huì)變成對(duì)電網(wǎng)的污染源:向電網(wǎng)注入嚴(yán)重的高次諧波電流,使總功率因數(shù)下降,使電網(wǎng)電壓耦合許多毛刺尖峰,甚至出現(xiàn)缺角和畸變。20世紀(jì)末,各種有源濾波器和有源補(bǔ)償器的方案誕生,有了多種修正功率因數(shù)的方法。

總而言之,電力電子及開(kāi)關(guān)電源技術(shù)因應(yīng)用需求不斷向前發(fā)展,新技術(shù)的出現(xiàn)又會(huì)使許多應(yīng)用產(chǎn)品更新?lián)Q代,還會(huì)開(kāi)拓更多更新的應(yīng)用領(lǐng)域。開(kāi)關(guān)電源高頻化、模塊化、數(shù)字化、綠色化等的實(shí)現(xiàn),將標(biāo)志著這些技術(shù)的成熟,實(shí)現(xiàn)高效率用電和高品質(zhì)用電相結(jié)合。這幾年,隨著通信行業(yè)的發(fā)展,以開(kāi)關(guān)電源技術(shù)為核心的通信用開(kāi)關(guān)電源,僅國(guó)內(nèi)有20多億人民幣的市場(chǎng)需求,吸引了國(guó)內(nèi)外一大批科技人員對(duì)其進(jìn)行開(kāi)發(fā)研究。開(kāi)關(guān)電源代替線性電源和相控電源是大勢(shì)所趨,因此,同樣具有幾十億產(chǎn)值需求的電力操作電源系統(tǒng)的國(guó)內(nèi)市場(chǎng)正在啟動(dòng),并將很快發(fā)展起來(lái)。還有其它許多以開(kāi)關(guān)電源技術(shù)為核心的專(zhuān)用電源、工業(yè)電源正在等待著人們?nèi)ラ_(kāi)發(fā)。

參考文獻(xiàn)：

篇3

1.1整流器時(shí)代

大功率的工業(yè)用電由工頻(50Hz)交流發(fā)電機(jī)提供,但是大約20%的電能是以直流形式消費(fèi)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(jī)車(chē)、電傳動(dòng)的內(nèi)燃機(jī)車(chē)、地鐵機(jī)車(chē)、城市無(wú)軌電車(chē)等)和直流傳動(dòng)(軋鋼、造紙等)三大領(lǐng)域。大功率硅整流器能夠高效率地把工頻交流電轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟?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(kāi)發(fā)與應(yīng)用得以很大發(fā)展。當(dāng)時(shí)國(guó)內(nèi)曾經(jīng)掀起了-股各地大辦硅整流器廠的熱潮,目前全國(guó)大大小小的制造硅整流器的半導(dǎo)體廠家就是那時(shí)的產(chǎn)物。

1.2逆變器時(shí)代

七十年代出現(xiàn)了世界范圍的能源危機(jī),交流電機(jī)變頻惆速因節(jié)能效果顯著而迅速發(fā)展。變頻調(diào)速的關(guān)鍵技術(shù)是將直流電逆變?yōu)?~100Hz的交流電。在七十年代到八十年代,隨著變頻調(diào)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(mén)極可關(guān)斷晶閘管(GT0)成為當(dāng)時(shí)電力電子器件的主角。類(lèi)似的應(yīng)用還包括高壓直流輸出,靜止式無(wú)功功率動(dòng)態(tài)補(bǔ)償?shù)?。這時(shí)的電力電子技術(shù)已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)整流和逆變,但工作頻率較低,僅局限在中低頻范圍內(nèi)。

1.3變頻器時(shí)代

進(jìn)入八十年代,大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路技術(shù)的迅猛發(fā)展,為現(xiàn)代電力電子技術(shù)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。將集成電路技術(shù)的精細(xì)加工技術(shù)和高壓大電流技術(shù)有機(jī)結(jié)合,出現(xiàn)了一批全新的全控型功率器件、首先是功率M0SFET的問(wèn)世,導(dǎo)致了中小功率電源向高頻化發(fā)展,而后絕緣門(mén)極雙極晶體管(IGBT)的出現(xiàn),又為大中型功率電源向高頻發(fā)展帶來(lái)機(jī)遇。MOSFET和IGBT的相繼問(wèn)世,是傳統(tǒng)的電力電子向現(xiàn)代電力電子轉(zhuǎn)化的標(biāo)志。據(jù)統(tǒng)計(jì),到1995年底,功率M0SFET和GTR在功率半導(dǎo)體器件市場(chǎng)上已達(dá)到平分秋色的地步,而用IGBT代替GTR在電力電子領(lǐng)域巳成定論。新型器件的發(fā)展不僅為交流電機(jī)變頻調(diào)速提供了較高的頻率,使其性能更加完善可靠,而且使現(xiàn)代電子技術(shù)不斷向高頻化發(fā)展,為用電設(shè)備的高效節(jié)材節(jié)能,實(shí)現(xiàn)小型輕量化,機(jī)電一體化和智能化提供了重要的技術(shù)基礎(chǔ)。

2.現(xiàn)代電力電子的應(yīng)用領(lǐng)域

2.1計(jì)算機(jī)高效率綠色電源

高速發(fā)展的計(jì)算機(jī)技術(shù)帶領(lǐng)人類(lèi)進(jìn)入了信息社會(huì),同時(shí)也促進(jìn)了電源技術(shù)的迅速發(fā)展。八十年代,計(jì)算機(jī)全面采用了開(kāi)關(guān)電源,率先完成計(jì)算機(jī)電源換代。接著開(kāi)關(guān)電源技術(shù)相繼進(jìn)人了電子、電器設(shè)備領(lǐng)域。

計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展,提出綠色電腦和綠色電源。綠色電腦泛指對(duì)環(huán)境無(wú)害的個(gè)人電腦和相關(guān)產(chǎn)品，綠色電源系指與綠色電腦相關(guān)的高效省電電源,根據(jù)美國(guó)環(huán)境保護(hù)署l992年6月17日"能源之星"計(jì)劃規(guī)定,桌上型個(gè)人電腦或相關(guān)的設(shè)備,在睡眠狀態(tài)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(kāi)關(guān)電源而言,電源自身要消耗50瓦的能源。

2.2通信用高頻開(kāi)關(guān)電源

通信業(yè)的迅速發(fā)展極大的推動(dòng)了通信電源的發(fā)展。高頻小型化的開(kāi)關(guān)電源及其技術(shù)已成為現(xiàn)代通信供電系統(tǒng)的主流。在通信領(lǐng)域中,通常將整流器稱(chēng)為一次電源,而將直流-直流(DC/DC)變換器稱(chēng)為二次電源。一次電源的作用是將單相或三相交流電網(wǎng)變換成標(biāo)稱(chēng)值為48V的直流電源。目前在程控交換機(jī)用的一次電源中,傳統(tǒng)的相控式穩(wěn)壓電源己被高頻開(kāi)關(guān)電源取代,高頻開(kāi)關(guān)電源(也稱(chēng)為開(kāi)關(guān)型整流器SMR)通過(guò)MOSFET或IGBT的高頻工作,開(kāi)關(guān)頻率一般控制在50-100kHz范圍內(nèi),實(shí)現(xiàn)高效率和小型化。近幾年,開(kāi)關(guān)整流器的功率容量不斷擴(kuò)大,單機(jī)容量己從48V/12.5A、48V/20A擴(kuò)大到48V/200A、48V/400A。

因通信設(shè)備中所用集成電路的種類(lèi)繁多,其電源電壓也各不相同,在通信供電系統(tǒng)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(hù),且安裝、增加非常方便。一般都可直接裝在標(biāo)準(zhǔn)控制板上,對(duì)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(gè)固定的直流電壓變換為可變的直流電壓,這種技術(shù)被廣泛應(yīng)用于無(wú)軌電車(chē)、地鐵列車(chē)、電動(dòng)車(chē)的無(wú)級(jí)變速和控制,同時(shí)使上述控制獲得加速平穩(wěn)、快速響應(yīng)的性能,并同時(shí)收到節(jié)約電能的效果。用直流斬波器代替變阻器可節(jié)約電能(20~30)%。直流斬波器不僅能起調(diào)壓的作用(開(kāi)關(guān)電源),同時(shí)還能起到有效地抑制電網(wǎng)側(cè)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(shù),開(kāi)關(guān)頻率在500kHz左右,功率密度為5W~20W/in3。隨著大規(guī)模集成電路的發(fā)展,要求電源模塊實(shí)現(xiàn)小型化,因此就要不斷提高開(kāi)關(guān)頻率和采用新的電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),目前已有一些公司研制生產(chǎn)了采用零電流開(kāi)關(guān)和零電壓開(kāi)關(guān)技術(shù)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(jì)算機(jī)、通信系統(tǒng)以及要求提供不能中斷場(chǎng)合所必須的一種高可靠、高性能的電源。交流市電輸入經(jīng)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(jīng)逆變器變成交流,經(jīng)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)送到負(fù)載。為了在逆變器故障時(shí)仍能向負(fù)載提供能量,另一路備用電源通過(guò)電源轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)來(lái)實(shí)現(xiàn)。

現(xiàn)代UPS普遍了采用脈寬調(diào)制技術(shù)和功率M0SFET、IGBT等現(xiàn)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(shù)的引入,可以實(shí)現(xiàn)對(duì)UPS的智能化管理,進(jìn)行遠(yuǎn)程維護(hù)和遠(yuǎn)程診斷。

目前在線式UPS的最大容量已可作到600kVA。超小型UPS發(fā)展也很迅速,已經(jīng)有0.5kVA、lkVA、2kVA、3kVA等多種規(guī)格的產(chǎn)品。

2.5變頻器電源

變頻器電源主要用于交流電機(jī)的變頻調(diào)速,其在電氣傳動(dòng)系統(tǒng)中占據(jù)的地位日趨重要,已獲得巨大的節(jié)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(guò)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(qū)動(dòng)交流異步電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速。

國(guó)際上400kVA以下的變頻器電源系列產(chǎn)品已經(jīng)問(wèn)世。八十年代初期,日本東芝公司最先將交流變頻調(diào)速技術(shù)應(yīng)用于空調(diào)器中。至1997年,其占有率已達(dá)到日本家用空調(diào)的70%以上。變頻空調(diào)具有舒適、節(jié)能等優(yōu)點(diǎn)。國(guó)內(nèi)于90年代初期開(kāi)始研究變頻空調(diào),96年引進(jìn)生產(chǎn)線生產(chǎn)變頻空調(diào)器,逐漸形成變頻空調(diào)開(kāi)發(fā)生產(chǎn)熱點(diǎn)。預(yù)計(jì)到2000年左右將形成。變頻空調(diào)除了變頻電源外,還要求有適合于變頻調(diào)速的壓縮機(jī)電機(jī)。優(yōu)化控制策略,精選功能組件,是空調(diào)變頻電源研制的進(jìn)一步發(fā)展方向。

2.6高頻逆變式整流焊機(jī)電源

高頻逆變式整流焊機(jī)電源是一種高性能、高效、省材的新型焊機(jī)電源,代表了當(dāng)今焊機(jī)電源的發(fā)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(yīng)用前景。

逆變焊機(jī)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(jīng)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(jīng)高頻變壓器耦合,整流濾波后成為穩(wěn)定的直流,供電弧使用。

由于焊機(jī)電源的工作條件惡劣,頻繁的處于短路、燃弧、開(kāi)路交替變化之中,因此高頻逆變式整流焊機(jī)電源的工作可靠性問(wèn)題成為最關(guān)鍵的問(wèn)題,也是用戶(hù)最關(guān)心的問(wèn)題。采用微處理器做為脈沖寬度調(diào)制(PWM)的相關(guān)控制器,通過(guò)對(duì)多參數(shù)、多信息的提取與分析,達(dá)到預(yù)知系統(tǒng)各種工作狀態(tài)的目的,進(jìn)而提前對(duì)系統(tǒng)做出調(diào)整和處理,解決了目前大功率IGBT逆變電源可靠性。

國(guó)外逆變焊機(jī)已可做到額定焊接電流300A,負(fù)載持續(xù)率60%,全載電壓60~75V,電流調(diào)節(jié)范圍5~300A,重量29kg。

2.7大功率開(kāi)關(guān)型高壓直流電源

大功率開(kāi)關(guān)型高壓直流電源廣泛應(yīng)用于靜電除塵、水質(zhì)改良、醫(yī)用X光機(jī)和CT機(jī)等大型設(shè)備。電壓高達(dá)50~l59kV,電流達(dá)到0.5A以上,功率可達(dá)100kW。

自從70年代開(kāi)始,日本的一些公司開(kāi)始采用逆變技術(shù),將市電整流后逆變?yōu)?kHz左右的中頻,然后升壓。進(jìn)入80年代,高頻開(kāi)關(guān)電源技術(shù)迅速發(fā)展。德國(guó)西門(mén)子公司采用功率晶體管做主開(kāi)關(guān)元件,將電源的開(kāi)關(guān)頻率提高到20kHz以上。并將干式變壓器技術(shù)成功的應(yīng)用于高頻高壓電源,取消了高壓變壓器油箱,使變壓器系統(tǒng)的體積進(jìn)一步減小。

國(guó)內(nèi)對(duì)靜電除塵高壓直流電源進(jìn)行了研制,市電經(jīng)整流變?yōu)橹绷?采用全橋零電流開(kāi)關(guān)串聯(lián)諧振逆變電路將直流電壓逆變?yōu)楦哳l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(fù)載條件下,輸出直流電壓達(dá)到55kV,電流達(dá)到15mA,工作頻率為25.6kHz。

2.8電力有源濾波器

傳統(tǒng)的交流-直流(AC-DC)變換器在投運(yùn)時(shí),將向電網(wǎng)注入大量的諧波電流,引起諧波損耗和干擾,同時(shí)還出現(xiàn)裝置網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)惡化的現(xiàn)象,即所謂"電力公害",例如,不可控整流加電容濾波時(shí),網(wǎng)側(cè)三次諧波含量可達(dá)(70~80)%,網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)僅有0.5~0.6。

電力有源濾波器是一種能夠動(dòng)態(tài)抑制諧波的新型電力電子裝置,能克服傳統(tǒng)LC濾波器的不足,是一種很有發(fā)展前途的諧波抑制手段。濾波器由橋式開(kāi)關(guān)功率變換器和具體控制電路構(gòu)成。與傳統(tǒng)開(kāi)關(guān)電源的區(qū)別是:(l)不僅反饋輸出電壓,還反饋輸入平均電流;(2)電流環(huán)基準(zhǔn)信號(hào)為電壓環(huán)誤差信號(hào)與全波整流電壓取樣信號(hào)之乘積。

2.9分布式開(kāi)關(guān)電源供電系統(tǒng)

分布式電源供電系統(tǒng)采用小功率模塊和大規(guī)?？刂萍呻娐纷骰静考?利用最新理論和技術(shù)成果,組成積木式、智能化的大功率供電電源,從而使強(qiáng)電與弱電緊密結(jié)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(chǎn)效率。

八十年代初期,對(duì)分布式高頻開(kāi)關(guān)電源系統(tǒng)的研究基本集中在變換器并聯(lián)技術(shù)的研究上。八十年代中后期,隨著高頻功率變換技術(shù)的迅述發(fā)展，各種變換器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)相繼出現(xiàn),結(jié)合大規(guī)模集成電路和功率元器件技術(shù),使中小功率裝置的集成成為可能,從而迅速地推動(dòng)了分布式高頻開(kāi)關(guān)電源系統(tǒng)研究的展開(kāi)。自八十年代后期開(kāi)始,這一方向已成為國(guó)際電力電子學(xué)界的研究熱點(diǎn),論文數(shù)量逐年增加，應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大。

分布供電方式具有節(jié)能、可靠、高效、經(jīng)濟(jì)和維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)。已被大型計(jì)算機(jī)、通信設(shè)備、航空航天、工業(yè)控制等系統(tǒng)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(chǎng)合,如電鍍、電解電源、電力機(jī)車(chē)牽引電源、中頻感應(yīng)加熱電源、電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電源等領(lǐng)域也有廣闊的應(yīng)用前景。

3.高頻開(kāi)關(guān)電源的發(fā)展趨勢(shì)

在電力電子技術(shù)的應(yīng)用及各種電源系統(tǒng)中，開(kāi)關(guān)電源技術(shù)均處于核心地位。對(duì)于大型電解電鍍電源,傳統(tǒng)的電路非常龐大而笨重,如果采用高頓開(kāi)關(guān)電源技術(shù),其體積和重量都會(huì)大幅度下降,而且可極大提高電源利用效率、節(jié)省材料、降低成本。在電動(dòng)汽車(chē)和變頻傳動(dòng)中,更是離不開(kāi)開(kāi)關(guān)電源技術(shù)，通過(guò)開(kāi)關(guān)電源改變用電頻率,從而達(dá)到近于理想的負(fù)載匹配和驅(qū)動(dòng)控制。高頻開(kāi)關(guān)電源技術(shù),更是各種大功率開(kāi)關(guān)電源(逆變焊機(jī)、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(shù)。

3.1高頻化

理論分析和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明,電氣產(chǎn)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(dāng)我們把頻率從工頻50Hz提高到20kHz,提高400倍的話,用電設(shè)備的體積重量大體下降至工頻設(shè)計(jì)的5~l0%。無(wú)論是逆變式整流焊機(jī),還是通訊電源用的開(kāi)關(guān)式整流器,都是基于這一原理。同樣,傳統(tǒng)"整流行業(yè)"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(jù)這一原理進(jìn)行改造,成為"開(kāi)關(guān)變換類(lèi)電源",其主要材料可以節(jié)約90%或更高,還可節(jié)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(lái)采用電子管的傳統(tǒng)高頻設(shè)備固態(tài)化,帶來(lái)顯著節(jié)能、節(jié)水、節(jié)約材料的經(jīng)濟(jì)效益,更可體現(xiàn)技術(shù)含量的價(jià)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(jiàn)的器件模塊,含有一單元、兩單元、六單元直至七單元,包括開(kāi)關(guān)器件和與之反并聯(lián)的續(xù)流二極管,實(shí)質(zhì)上都屬于"標(biāo)準(zhǔn)"功率模塊(SPM)。近年,有些公司把開(kāi)關(guān)器件的驅(qū)動(dòng)保護(hù)電路也裝到功率模塊中去,構(gòu)成了"智能化"功率模塊(IPM),不但縮小了整機(jī)的體積,更方便了整機(jī)的設(shè)計(jì)制造。實(shí)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(yán)重,對(duì)器件造成更大的電應(yīng)力(表現(xiàn)為過(guò)電壓、過(guò)電流毛刺)。為了提高系統(tǒng)的可靠性,有些制造商開(kāi)發(fā)了"用戶(hù)專(zhuān)用"功率模塊(ASPM),它把一臺(tái)整機(jī)的幾乎所有硬件都以芯片的形式安裝到一個(gè)模塊中,使元器件之間不再有傳統(tǒng)的引線連接,這樣的模塊經(jīng)過(guò)嚴(yán)格、合理的熱、電、機(jī)械方面的設(shè)計(jì),達(dá)到優(yōu)化完美的境地。它類(lèi)似于微電子中的用戶(hù)專(zhuān)用集成電路(ASIC)。只要把控制軟件寫(xiě)入該模塊中的微處理器芯片,再把整個(gè)模塊固定在相應(yīng)的散熱器上,就構(gòu)成一臺(tái)新型的開(kāi)關(guān)電源裝置。由此可見(jiàn),模塊化的目的不僅在于使用方便,縮小整機(jī)體積,更重要的是取消傳統(tǒng)連線,把寄生參數(shù)降到最小,從而把器件承受的電應(yīng)力降至最低,提高系統(tǒng)的可靠性。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(guò)增加相對(duì)整個(gè)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)功率很小的冗余電源模塊,極大的提高系統(tǒng)可靠性,即使萬(wàn)一出現(xiàn)單模塊故障,也不會(huì)影響系統(tǒng)的正常工作,而且為修復(fù)提供充分的時(shí)間。

3.3數(shù)字化

在傳統(tǒng)功率電子技術(shù)中,控制部分是按模擬信號(hào)來(lái)設(shè)計(jì)和工作的。在六、七十年代,電力電子技術(shù)擬電路基礎(chǔ)上的。但是,現(xiàn)在數(shù)字式信號(hào)、數(shù)字電路顯得越來(lái)越重要,數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)日趨完善成熟,顯示出越來(lái)越多的優(yōu)點(diǎn):便于計(jì)算機(jī)處理控制、避免模擬信號(hào)的畸變失真、減小雜散信號(hào)的干擾(提高抗干擾能力)、便于軟件包調(diào)試和遙感遙測(cè)遙調(diào),也便于自診斷、容錯(cuò)等技術(shù)的植入。所以,在八、九十年代,對(duì)于各類(lèi)電路和系統(tǒng)的設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō),模擬技術(shù)還是有用的,特別是:諸如印制版的布圖、電磁兼容(EMC)問(wèn)題以及功率因數(shù)修正(PFC)等問(wèn)題的解決,離不開(kāi)模擬技術(shù)的知識(shí),但是對(duì)于智能化的開(kāi)關(guān)電源,需要用計(jì)算機(jī)控制時(shí),數(shù)字化技術(shù)就離不開(kāi)了。

3.4綠色化

電源系統(tǒng)的綠色化有兩層含義:首先是顯著節(jié)電,這意味著發(fā)電容量的節(jié)約,而發(fā)電是造成環(huán)境污染的重要原因,所以節(jié)電就可以減少對(duì)環(huán)境的污染;其次這些電源不能(或少)對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生污染,國(guó)際電工委員會(huì)(IEC)對(duì)此制定了一系列標(biāo)準(zhǔn),如IEC555、IEC917、IECl000等。事實(shí)上,許多功率電子節(jié)電設(shè)備,往往會(huì)變成對(duì)電網(wǎng)的污染源:向電網(wǎng)注入嚴(yán)重的高次諧波電流,使總功率因數(shù)下降,使電網(wǎng)電壓耦合許多毛刺尖峰,甚至出現(xiàn)缺角和畸變。20世紀(jì)末,各種有源濾波器和有源補(bǔ)償器的方案誕生,有了多種修正功率因數(shù)的方法。

總而言之,電力電子及開(kāi)關(guān)電源技術(shù)因應(yīng)用需求不斷向前發(fā)展,新技術(shù)的出現(xiàn)又會(huì)使許多應(yīng)用產(chǎn)品更新?lián)Q代,還會(huì)開(kāi)拓更多更新的應(yīng)用領(lǐng)域。開(kāi)關(guān)電源高頻化、模塊化、數(shù)字化、綠色化等的實(shí)現(xiàn),將標(biāo)志著這些技術(shù)的成熟,實(shí)現(xiàn)高效率用電和高品質(zhì)用電相結(jié)合。這幾年,隨著通信行業(yè)的發(fā)展,以開(kāi)關(guān)電源技術(shù)為核心的通信用開(kāi)關(guān)電源,僅國(guó)內(nèi)有20多億人民幣的市場(chǎng)需求,吸引了國(guó)內(nèi)外一大批科技人員對(duì)其進(jìn)行開(kāi)發(fā)研究。開(kāi)關(guān)電源代替線性電源和相控電源是大勢(shì)所趨,因此,同樣具有幾十億產(chǎn)值需求的電力操作電源系統(tǒng)的國(guó)內(nèi)市場(chǎng)正在啟動(dòng),并將很快發(fā)展起來(lái)。還有其它許多以開(kāi)關(guān)電源技術(shù)為核心的專(zhuān)用電源、工業(yè)電源正在等待著人們?nèi)ラ_(kāi)發(fā)。

參考文獻(xiàn)：

[1]林渭勛:淺談半導(dǎo)體高頻電力電子技術(shù),電力電子技術(shù)選編,浙江大學(xué),384-390,1992。

[2]季幼章:迎接知識(shí)經(jīng)濟(jì)時(shí)代,發(fā)展電源技術(shù)應(yīng)用,電源技術(shù)應(yīng)用,N0.2,l998。

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1、整流器時(shí)代

大功率的工業(yè)用電由工頻(50Hz)交流發(fā)電機(jī)提供,但是大約20%的電能是以直流形式消費(fèi)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(jī)車(chē)、電傳動(dòng)的內(nèi)燃機(jī)車(chē)、地鐵機(jī)車(chē)、城市無(wú)軌電車(chē)等)和直流傳動(dòng)(軋鋼、造紙等)三大領(lǐng)域。大功率硅整流器能夠高效率地把工頻交流電轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟?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(kāi)發(fā)與應(yīng)用得以很大發(fā)展。當(dāng)時(shí)國(guó)內(nèi)曾經(jīng)掀起了-股各地大辦硅整流器廠的熱潮,目前全國(guó)大大小小的制造硅整流器的半導(dǎo)體廠家就是那時(shí)的產(chǎn)物。

2、逆變器時(shí)代

七十年代出現(xiàn)了世界范圍的能源危機(jī),交流電機(jī)變頻惆速因節(jié)能效果顯著而迅速發(fā)展。變頻調(diào)速的關(guān)鍵技術(shù)是將直流電逆變?yōu)?~100Hz的交流電。在七十年代到八十年代,隨著變頻調(diào)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(mén)極可關(guān)斷晶閘管(GT0)成為當(dāng)時(shí)電力電子器件的主角。類(lèi)似的應(yīng)用還包括高壓直流輸出,靜止式無(wú)功功率動(dòng)態(tài)補(bǔ)償?shù)?。這時(shí)的電力電子技術(shù)已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)整流和逆變,但工作頻率較低,僅局限在中低頻范圍內(nèi)。

3、變頻器時(shí)代

進(jìn)入八十年代,大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路技術(shù)的迅猛發(fā)展,為現(xiàn)代電力電子技術(shù)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。將集成電路技術(shù)的精細(xì)加工技術(shù)和高壓大電流技術(shù)有機(jī)結(jié)合,出現(xiàn)了一批全新的全控型功率器件、首先是功率M0SFET的問(wèn)世,導(dǎo)致了中小功率電源向高頻化發(fā)展,而后絕緣門(mén)極雙極晶體管(IGBT)的出現(xiàn),又為大中型功率電源向高頻發(fā)展帶來(lái)機(jī)遇。MOSFET和IGBT的相繼問(wèn)世,是傳統(tǒng)的電力電子向現(xiàn)代電力電子轉(zhuǎn)化的標(biāo)志。據(jù)統(tǒng)計(jì),到1995年底,功率M0SFET和GTR在功率半導(dǎo)體器件市場(chǎng)上已達(dá)到平分秋色的地步,而用IGBT代替GTR在電力電子領(lǐng)域巳成定論。新型器件的發(fā)展不僅為交流電機(jī)變頻調(diào)速提供了較高的頻率,使其性能更加完善可靠,而且使現(xiàn)代電子技術(shù)不斷向高頻化發(fā)展,為用電設(shè)備的高效節(jié)材節(jié)能,實(shí)現(xiàn)小型輕量化,機(jī)電一體化和智能化提供了重要的技術(shù)基礎(chǔ)。

二、電力電子技術(shù)的應(yīng)用

1、一般工業(yè)

工業(yè)中大量應(yīng)用各種交直流電動(dòng)機(jī)。直流電動(dòng)機(jī)有良好的調(diào)速性能，給其供電的可控整流電源或直流斬波電源都是電力電子裝置。近年來(lái)，由于電力電子變頻技術(shù)的迅速發(fā)展，使得交流電機(jī)的調(diào)速性能可與直流電機(jī)相媲美，交流調(diào)速技術(shù)大量應(yīng)用并占據(jù)主導(dǎo)地位。大至數(shù)千kW的各種軋鋼機(jī)，小到幾百W的數(shù)控機(jī)床的伺服電機(jī)，以及礦山牽引等場(chǎng)合都廣泛采用電力電子交直流調(diào)速技術(shù)。一些對(duì)調(diào)速性能要求不高的大型鼓風(fēng)機(jī)等近年來(lái)也采用了變頻裝置，以達(dá)到節(jié)能的目的。還有些不調(diào)速的電機(jī)為了避免起動(dòng)時(shí)的電流沖擊而采用了軟起動(dòng)裝置，這種軟起動(dòng)裝置也是電力電子裝置。電化學(xué)工業(yè)大量使用直流電源，電解鋁、電解食鹽水等都需要大容量整流電源。電鍍裝置也需要整流電源。電力電子技術(shù)還大量用于冶金工業(yè)中的高頻、中頻感應(yīng)加熱電源、淬火電源及直流電弧爐電源等場(chǎng)合。

2、交通運(yùn)輸

電氣化鐵道中廣泛采用電力電子技術(shù)。電氣機(jī)車(chē)中的直流機(jī)車(chē)中采用整流裝置，交流機(jī)車(chē)采用變頻裝置。直流斬波器也廣泛用于鐵道車(chē)輛。在未來(lái)的磁懸浮列車(chē)中，電力電子技術(shù)更是一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。除牽引電機(jī)傳動(dòng)外，車(chē)輛中的各種輔助電源也都離不開(kāi)電力電子技術(shù)。電動(dòng)汽車(chē)的電機(jī)靠電力電子裝置進(jìn)行電力變換和驅(qū)動(dòng)控制，其蓄電池的充電也離不開(kāi)電力電子裝置。一臺(tái)高級(jí)汽車(chē)中需要許多控制電機(jī)，它們也要靠變頻器和斬波器驅(qū)動(dòng)并控制。飛機(jī)、船舶需要很多不同要求的電源，因此航空和航海都離不開(kāi)電力電子技術(shù)。如果把電梯也算做交通運(yùn)輸，那么它也需要電力電子技術(shù)。以前的電梯大都采用直流調(diào)速系統(tǒng)，而近年來(lái)交流變頻調(diào)速已成為主流。3、電力系統(tǒng)

電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)中有著非常廣泛的應(yīng)用。據(jù)估計(jì)，發(fā)達(dá)國(guó)家在用戶(hù)最終使用的電能中，有60%以上的電能至少經(jīng)過(guò)一次以上電力電子變流裝置的處理。電力系統(tǒng)在通向現(xiàn)代化的進(jìn)程中，電力電子技術(shù)是關(guān)鍵技術(shù)之一?？梢院敛豢鋸埖卣f(shuō)，如果離開(kāi)電力電子技術(shù)，電力系統(tǒng)的現(xiàn)代化就是不可想象的。直流輸電在長(zhǎng)距離、大容量輸電時(shí)有很大的優(yōu)勢(shì)，其送電端的整流閥和受電端的逆變閥都采用晶閘管變流裝置。近年發(fā)展起來(lái)的柔流輸電（FACTS）也是依靠電力電子裝置才得以實(shí)現(xiàn)的。無(wú)功補(bǔ)償和諧波抑制對(duì)電力系統(tǒng)有重要的意義。晶閘管控制電抗器（TCR）、晶閘管投切電容器（TSC）都是重要的無(wú)功補(bǔ)償裝置。近年來(lái)出現(xiàn)的靜止無(wú)功發(fā)生器（SVG）、有源電力濾波器（APF）等新型電力電子裝置具有更為優(yōu)越的無(wú)功功率和諧波補(bǔ)償?shù)男阅?。在配電網(wǎng)系統(tǒng)，電力電子裝置還可用于防止電網(wǎng)瞬時(shí)停電、瞬時(shí)電壓跌落、閃變等，以進(jìn)行電能質(zhì)量控制，改善供電質(zhì)量。

在變電所中，給操作系統(tǒng)提供可靠的交直流操作電源，給蓄電池充電等都需要電力電子裝置。

4、電子裝置用電源

各種電子裝置一般都需要不同電壓等級(jí)的直流電源供電。通信設(shè)備中的程控交換機(jī)所用的直流電源以前用晶閘管整流電源，現(xiàn)在已改為采用全控型器件的高頻開(kāi)關(guān)電源。大型計(jì)算機(jī)所需的工作電源、微型計(jì)算機(jī)內(nèi)部的電源現(xiàn)在也都采用高頻開(kāi)關(guān)電源。在各種電子裝置中，以前大量采用線性穩(wěn)壓電源供電，由于高頻開(kāi)關(guān)電源體積小、重量輕、效率高，現(xiàn)在已逐漸取代了線性電源。因?yàn)楦鞣N信息技術(shù)裝置都需要電力電子裝置提供電源，所以可以說(shuō)信息電子技術(shù)離不開(kāi)電力電子技術(shù)。

5、家用電器

照明在家用電器中占有十分突出的地位。由于電力電子照明電源體積小、發(fā)光效率高、可節(jié)省大量能源，通常被稱(chēng)為“節(jié)能燈”，它正在逐步取代傳統(tǒng)的白熾燈和日光燈。變頻空調(diào)器是家用電器中應(yīng)用電力電子技術(shù)的典型例子。電視機(jī)、音響設(shè)備、家用計(jì)算機(jī)等電子設(shè)備的電源部分也都需要電力電子技術(shù)。此外，有些洗衣機(jī)、電冰箱、微波爐等電器也應(yīng)用了電力電子技術(shù)。電力電子技術(shù)廣泛用于家用電器使得它和我們的生活變得十分貼近。

篇5

2教材內(nèi)容的合理取舍任課教師要選擇一本合適的電力電子技術(shù)課程教材作為主教材，再參考其他的輔助教材，取長(zhǎng)補(bǔ)短，主講教師應(yīng)具有寬闊的知識(shí)面及豐富的電力電子工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，注重應(yīng)用型人才培養(yǎng)目標(biāo)。教材的內(nèi)容既有豐富的理論知識(shí)，還要注重工程實(shí)際的應(yīng)用，要體現(xiàn)電力電子技術(shù)發(fā)展的新技術(shù)，也要體現(xiàn)出“電力電子技術(shù)”課程是基礎(chǔ)課到專(zhuān)業(yè)課平穩(wěn)過(guò)渡的橋梁，使教材內(nèi)容更符合二本院校電氣工程及其自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)的人才培養(yǎng)的要求。主教材中除重點(diǎn)講授交流變直流、直流變交流、直流變直流、交流變交流四大類(lèi)基本變流電路及它們的組合之外，還要聯(lián)系當(dāng)今電力電子技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)及應(yīng)用情況，注重電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)及其他工程領(lǐng)域中的應(yīng)用，注重主電路設(shè)計(jì)、驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)、保護(hù)電路設(shè)計(jì)、參數(shù)計(jì)算及元器件選擇，還應(yīng)該適當(dāng)介紹SVC、SVG、高壓直流輸電、開(kāi)關(guān)電源、UPS電源、感應(yīng)加熱電源、光伏逆變器等裝置的工作原理和實(shí)際應(yīng)用情況，以適應(yīng)電氣工程及其自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)寬口徑就業(yè)要求。

3課堂教學(xué)方式改革教學(xué)過(guò)程中應(yīng)以學(xué)生為主，教師為輔，避免一人堂和填鴨式教學(xué)方法，針對(duì)教學(xué)內(nèi)容和學(xué)生的具體情況組織安排教學(xué)內(nèi)容。由于“電力電子技術(shù)”課程的教學(xué)內(nèi)容繁多，課堂教學(xué)中需要繪制大量的電路圖和波形圖，以及諸多公式推導(dǎo)及各種參數(shù)計(jì)算等。由于課程學(xué)時(shí)少而教學(xué)內(nèi)容又多,僅僅依靠傳統(tǒng)的黑板加粉筆的教學(xué)方式顯然是達(dá)不到教學(xué)效果的，所以多媒體技術(shù)逐漸走進(jìn)了“電力電子技術(shù)”的課堂教學(xué)，大大地提高了課堂教學(xué)效果。這里需要強(qiáng)調(diào)的是，多媒體教學(xué)的引進(jìn)并非完全取消黑板加粉筆的課堂教學(xué)方式，二者應(yīng)該相互協(xié)調(diào)、相輔相成，各有各的長(zhǎng)處。對(duì)于復(fù)雜的電路及波形的繪制和分析，可以充分利用多媒體的音容并茂的特點(diǎn)，使學(xué)生更容易理解和掌握電路的基本原理和工作過(guò)程，如以flas的方式顯示電力電子器件的開(kāi)通和關(guān)斷過(guò)程、過(guò)電流和過(guò)電壓的產(chǎn)生過(guò)程、電路的輸入輸出電壓和電流波形等，使學(xué)生感到生動(dòng)而有趣，使學(xué)生的課堂學(xué)習(xí)不再枯燥無(wú)味；而對(duì)于簡(jiǎn)單電路的分析以及例題習(xí)題的講解，還是黑板加粉筆的方式顯得更簡(jiǎn)單便捷，更具親和力，加強(qiáng)了教師與學(xué)生間的互動(dòng)和情感交流?？傊?，課堂教學(xué)十分重要，教師要根據(jù)自身的特點(diǎn)、教學(xué)內(nèi)容、學(xué)生的素質(zhì)，充分利用現(xiàn)代化教學(xué)手段及互聯(lián)網(wǎng)資源，在有限的課堂教學(xué)時(shí)間內(nèi)，最大程度地使學(xué)生理解和吸收所學(xué)的知識(shí)。

4改革實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)為了提高學(xué)生的工程實(shí)踐能力，對(duì)原有的電力電子實(shí)驗(yàn)室設(shè)備進(jìn)行了更新和改造，引進(jìn)近幾年內(nèi)較為先進(jìn)的電力電子實(shí)驗(yàn)設(shè)備，對(duì)原有的驗(yàn)內(nèi)容和實(shí)驗(yàn)計(jì)劃進(jìn)行了修改和調(diào)整，盡量減少簡(jiǎn)單的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，增大設(shè)計(jì)性和綜合性實(shí)驗(yàn)的比例，根據(jù)專(zhuān)業(yè)的特點(diǎn)和理論教學(xué)情況組織實(shí)驗(yàn)教學(xué)。我院現(xiàn)有的電力電子綜合實(shí)驗(yàn)室可開(kāi)出多種實(shí)驗(yàn)，囊括了AC/DC、DC/AC/、AC/AC、DC/DC四大電力變換所需的實(shí)驗(yàn)，如整流及有源逆變實(shí)驗(yàn)、交流調(diào)壓及交流調(diào)功實(shí)驗(yàn)、直流斬波實(shí)驗(yàn)、無(wú)源逆變變實(shí)驗(yàn)等。為了培養(yǎng)學(xué)生的科技創(chuàng)新意識(shí)，還增設(shè)了開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)和創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)，加強(qiáng)了教師與學(xué)生間的知識(shí)交流，也使電力電子課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)延伸到課外，對(duì)教學(xué)時(shí)間的不足起了一定程度的彌補(bǔ)作用；同時(shí)，在我院的大學(xué)生電子挑戰(zhàn)杯大賽中，部分學(xué)生的競(jìng)賽題目與電力電子技術(shù)有關(guān)，提高了學(xué)生的電力電子技能。另外，我院每個(gè)學(xué)期舉行教師實(shí)踐技能大賽，有相當(dāng)一部分競(jìng)賽題目與電力電子技術(shù)有關(guān)，大大提高了教師的電力電子技術(shù)實(shí)踐能力和實(shí)驗(yàn)教學(xué)水平。

5將Matlab仿真軟件引進(jìn)課堂教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)Matlab仿真軟件是各院校普遍開(kāi)出的課程，將Matlab仿真軟件與電力電子技術(shù)課程相結(jié)合，在課堂上，利用Matlab仿真軟豐富友好的圖形界面，使學(xué)生更直觀地掌握所學(xué)的知識(shí)，也避免了教師畫(huà)電路圖、波形圖的繁瑣及時(shí)間的浪費(fèi)；將Matlab仿真軟件與電力電子技術(shù)課程實(shí)驗(yàn)相結(jié)合，是原有的實(shí)驗(yàn)操作的有益補(bǔ)充，同時(shí)又具備原有實(shí)驗(yàn)裝置不具備的優(yōu)點(diǎn)，如解決設(shè)備費(fèi)用高、實(shí)驗(yàn)所花時(shí)間長(zhǎng)、危險(xiǎn)性大的缺點(diǎn)。而利用仿真教學(xué)工具代替實(shí)際元件在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行仿真，既不擔(dān)心元器件損壞，也沒(méi)有任何危險(xiǎn)，學(xué)生完全可以在無(wú)人指導(dǎo)的情況下，在任何地點(diǎn)的計(jì)算機(jī)上自行完成電力電子電路的仿真實(shí)驗(yàn)，在此基礎(chǔ)上再進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼鎸?shí)性實(shí)驗(yàn)，這樣不僅激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，更重要的是提高了學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、解決問(wèn)題和實(shí)際動(dòng)手的能力，會(huì)收到事半功倍的實(shí)訓(xùn)效果。

6課程設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)的改革“電力電子技術(shù)”課程教學(xué)改革后，在課程教學(xué)的后期,增加了課程設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，由主講教師布置該課程的設(shè)計(jì)任務(wù),為避免雷同，每人一題，主要以電力電子技術(shù)的四大電力變換為核心，結(jié)合工程實(shí)際，根據(jù)給出的技術(shù)參數(shù)和技術(shù)指標(biāo)，要求學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)的相關(guān)知識(shí),設(shè)計(jì)出總體方案、主電路圖、驅(qū)動(dòng)電路、保護(hù)電路等，并進(jìn)行相關(guān)參數(shù)計(jì)算及元器件選擇。較簡(jiǎn)單的題目，要求制作電路板和元器件焊接，并使用實(shí)驗(yàn)室的儀器和工具進(jìn)行調(diào)試；較復(fù)雜的題目要求用實(shí)驗(yàn)室的實(shí)驗(yàn)設(shè)備驗(yàn)證或進(jìn)行matlab仿真，最終以論文的形式完成課程設(shè)計(jì)，并進(jìn)行課程設(shè)計(jì)答辯。課程設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)的增加，拓寬了學(xué)生的知識(shí)面，提高了學(xué)生獨(dú)立分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力，是理論與實(shí)踐相結(jié)合的有益補(bǔ)充，同時(shí)為后期的畢業(yè)設(shè)計(jì)、就業(yè)及將來(lái)打下基礎(chǔ)。

7畢業(yè)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)的改革為了提高電氣專(zhuān)業(yè)學(xué)生的電力電子技術(shù)理論知識(shí)和工程實(shí)踐能力，近幾年來(lái)，在電氣工程及其自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)畢業(yè)實(shí)習(xí)過(guò)程中，除了到發(fā)電廠、變電所參觀實(shí)習(xí)外，有相當(dāng)一部分學(xué)生到電力電子裝置的廠家實(shí)習(xí)；有時(shí)也請(qǐng)電力電子產(chǎn)品的專(zhuān)家學(xué)者做專(zhuān)題報(bào)告。在畢業(yè)設(shè)計(jì)選題方面，除了發(fā)電廠、變電所、繼電保護(hù)、電氣照明等傳統(tǒng)設(shè)計(jì)題目外，許多教師在本科畢業(yè)設(shè)計(jì)中也增加了許多有關(guān)電力電子技術(shù)方面的設(shè)計(jì)課目，如感應(yīng)加熱電源、大功率開(kāi)關(guān)電源、UPS電源、光伏逆變并網(wǎng)系統(tǒng)、SVC、SVG、高壓直流輸電等方面的題目。有些設(shè)計(jì)題目還獲得了省級(jí)或校級(jí)優(yōu)秀學(xué)士學(xué)位論文。

篇6

歐洲專(zhuān)家介紹了近海岸直流電網(wǎng)示范工程的研究結(jié)論，這項(xiàng)研究工作包括近海岸間歇性能源，直流電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)，控制保護(hù)等問(wèn)題。兩個(gè)著名硬件設(shè)備開(kāi)發(fā)商參與了該項(xiàng)目，完成用于測(cè)試控制技術(shù)開(kāi)發(fā)的低功率模擬器，并證明保護(hù)算法可用于直流電網(wǎng)，開(kāi)發(fā)出了基于電力電子和機(jī)械技術(shù)創(chuàng)新的直流斷路器；另有專(zhuān)家提出了利用有限的直流斷路器操作，設(shè)計(jì)具有故障清除能力直流網(wǎng)絡(luò)，模擬研究表明使用直流斷路器可迅速隔離直流側(cè)電網(wǎng)故障，即可在點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的電纜方案中使換流器繼續(xù)支撐交流網(wǎng)絡(luò)。針對(duì)此問(wèn)題，中國(guó)專(zhuān)家發(fā)言指出可采用全橋型子模塊拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)來(lái)清除直流側(cè)故障，實(shí)現(xiàn)與電網(wǎng)換相換流器（LCC）相同的功能。德國(guó)專(zhuān)家提出了關(guān)于采用電壓源換流器（VSC）的交直流混合架空線運(yùn)行的特殊要求，雖然混合運(yùn)行可提高現(xiàn)有輸電通道的容量，但存在一系列挑戰(zhàn)，包括利用可控、有效的方式實(shí)現(xiàn)多終端的操作管理，交直流系統(tǒng)的耦合效應(yīng)，直流電壓和電流匹配原則以及機(jī)械特性差異等。韓國(guó)專(zhuān)家提出了用于晶閘管換流閥的新型合成運(yùn)行試驗(yàn)回路，該回路可向測(cè)試對(duì)象施加試驗(yàn)用交、直流電壓和電流脈沖，并配置了可在試驗(yàn)前給電容充電的可控硅開(kāi)關(guān)，以及為試驗(yàn)回路中晶閘管門(mén)極提供觸發(fā)能量的獨(dú)立高頻電源。

1．2可再生能源的并網(wǎng)

美國(guó)專(zhuān)家提出了近海岸高壓直流輸電系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案的可靠性分析方法，研究了平均失效時(shí)間和平均修復(fù)時(shí)間等可靠性指標(biāo)，并結(jié)合概率（蒙特卡洛）技術(shù)來(lái)評(píng)估風(fēng)速波動(dòng)對(duì)風(fēng)電場(chǎng)的影響，且評(píng)估不同的系統(tǒng)互聯(lián)、系統(tǒng)冗余以及使用直流斷路器與否等技術(shù)方案的能量削減水平，提議將能量削減作為量化直流電網(wǎng)可靠性的指標(biāo)。為設(shè)計(jì)人員選擇不同的技術(shù)方案、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和保護(hù)方案提供依據(jù)。近海岸直流輸電換流站選址缺乏相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)、項(xiàng)目參考及工程經(jīng)驗(yàn)，難以給項(xiàng)目相關(guān)者提供合理的建議，并且可能會(huì)在項(xiàng)目的開(kāi)發(fā)過(guò)程中引入風(fēng)險(xiǎn)。挪威專(zhuān)家針對(duì)此情況提出了一種從石油和天然氣行業(yè)經(jīng)驗(yàn)總結(jié)得出的技術(shù)資格要求，將有助于更加快速、高效、可靠地部署海上高壓直流輸電系統(tǒng)。

1．3工程項(xiàng)目規(guī)劃、環(huán)境和監(jiān)管

哥倫比亞和意大利專(zhuān)家提出了哥倫比亞與巴拿馬電氣互聯(lián)優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，初步設(shè)計(jì)方案額定容量為600MW／±450kV，經(jīng)過(guò)綜合比較，方案優(yōu)化為300MW／±250kV，400MW／±300kV的雙極結(jié)構(gòu)，并使用金屬回線作為最佳的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)解決方案。線路長(zhǎng)度由原來(lái)的600km變?yōu)?80km，但考慮到哥倫比亞輸電系統(tǒng)的強(qiáng)度問(wèn)題，決定保留原來(lái)的輸電路線。貝盧蒙蒂第一條800kV特高壓直流輸電線路項(xiàng)目規(guī)劃構(gòu)想了額定參數(shù)為2×4GW／±800kV雙極結(jié)構(gòu)，直流線路長(zhǎng)2092km，連接巴西北部與南部的直流輸電工程方案；印尼第一條Java－Sumatra直流輸電工程，額定參數(shù)為3GW／±500kV，雙極結(jié)構(gòu)，直流線路包含架空線和海底電纜，考慮采用每極雙十二脈動(dòng)換流器和備用海底電纜來(lái)提高系統(tǒng)的可靠性和可用率；太平洋直流聯(lián)接紐帶介紹了延長(zhǎng)太平洋北部換流站壽命的最佳方案，將原有的換流器變?yōu)閭鹘y(tǒng)的雙極雙換流器結(jié)構(gòu)，但保留多余的2個(gè)換流器閥廳，現(xiàn)以3．8GW／±560kV為額定參數(shù)運(yùn)行。

1．4工程項(xiàng)目實(shí)施和運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)

新西蘭和德國(guó)專(zhuān)家提出“新西蘭直流工程新增極3的挑戰(zhàn)和解決方案”，該工程不僅要保證設(shè)備能承受較高的地震烈度，保障其在弱交流系統(tǒng)中安全穩(wěn)定運(yùn)行，還要設(shè)計(jì)合理的設(shè)備安裝地點(diǎn)，以及新建極與原有極的一體化控制保護(hù)系統(tǒng)；巴西互聯(lián)電力系統(tǒng)的Madeira河項(xiàng)目中SanAntonio發(fā)電廠對(duì)400MW的背靠背中第一個(gè)模塊及額定參數(shù)為3．15GW／±600kV雙極中的第一極進(jìn)行充電，工程因交流系統(tǒng)沒(méi)有足夠的短路容量而延遲工期，后通過(guò)安裝500kV／230kV聯(lián)接變壓器得以解決。印度的Champa－Kurukshetra±800kV／3GW高壓直流工程首次在特高壓輸電工程中采用金屬回線返回方式運(yùn)行，輸電線路長(zhǎng)1035km，遠(yuǎn)期增加容量3GW，雙極功率傳輸容量可達(dá)6GW；法國(guó)與西班牙東部互聯(lián)案例中采用雙回VSC－HVDC饋入交流網(wǎng)絡(luò)，研究認(rèn)為VSC－HVDC是首選的技術(shù)解決方案。

2FACTS裝置及技術(shù)應(yīng)用

2．1可再生能源并網(wǎng)

丹麥專(zhuān)家開(kāi)發(fā)了多電平靜止同步補(bǔ)償器（STATCOM）通用電磁暫態(tài)模型，并基于倫敦Array風(fēng)力發(fā)電廠多電平STATCOM現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量和電磁暫態(tài)仿真結(jié)果對(duì)比研究進(jìn)行了驗(yàn)證，仿真結(jié)果與現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量結(jié)果比較相符，并顯示出良好的相關(guān)性。

2．2提高交流系統(tǒng)的性能

加拿大專(zhuān)家提出了用于工程規(guī)劃的通用VSC模型，開(kāi)發(fā)了基于PSS／E的穩(wěn)態(tài)和動(dòng)態(tài)模型。驗(yàn)證了該模型部分交流側(cè)和直流側(cè)故障，結(jié)果表明具有良好的相關(guān)性，可在新的工程規(guī)劃和規(guī)范研究中應(yīng)用。伊朗專(zhuān)家提出了分布式發(fā)電并網(wǎng)中基于自適應(yīng)脈沖VSC的新型控制方法，與另外兩種控制方法相比，諧波補(bǔ)償和電能質(zhì)量改善比較表明，分布式發(fā)電中諧波含量減少，從而減少諧波注入交流網(wǎng)絡(luò)。“智能電力線路（smartpowerline，SPL）實(shí)驗(yàn)研究項(xiàng)目”引入了在架空輸電線路嵌入微型變電站的概念。電源交換模塊，保護(hù)模塊和在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可使輸電線路變得更智能，該技術(shù)還可以用于管理功率潮流和額外參數(shù)測(cè)量。

2．3FACTS工程項(xiàng)目規(guī)劃、環(huán)境和監(jiān)管

印度專(zhuān)家進(jìn)行了動(dòng)態(tài)補(bǔ)償裝置在印度電力系統(tǒng)的配置及選址研究，以易受故障擾動(dòng)影響的印度西部地區(qū)為重點(diǎn)研究區(qū)域，并提出了無(wú)功功率控制補(bǔ)償器的最佳位置和動(dòng)態(tài)范圍。

3電力電子設(shè)備的技術(shù)發(fā)展

3．1直流斷路器、直流潮流控制器和故障電流限制裝置

Alstom進(jìn)行了120kV直流斷路器的開(kāi)發(fā)和測(cè)試研究，該斷路器包括電力電子元器件，超快速機(jī)械斷路器，串聯(lián)電容器和避雷器等重要組成部分，可在5．3ms內(nèi)開(kāi)斷電流。ABB提出混合型直流輸電工程斷路器為未來(lái)高壓直流系統(tǒng)的解決方案，描述了混合直流斷路器的詳細(xì)功能、控制方式和設(shè)計(jì)原則，混合斷路器的核心部件同樣為超快速機(jī)械斷路器。ABB的專(zhuān)家還提出了低損耗機(jī)械直流斷路器在高壓直流電網(wǎng)中的應(yīng)用，其可替代混合直流斷路器，開(kāi)斷參數(shù)最大為10kA／5ms。斷路器包含電磁制動(dòng)器、并聯(lián)諧振電路，已完成一個(gè)額定參數(shù)為80kV的斷路器樣機(jī)，并成功通過(guò)了開(kāi)斷目標(biāo)電流的試驗(yàn)。

篇7

隨著我國(guó)的科技不斷進(jìn)步，電力電子技術(shù)的重要性也愈來(lái)愈得到了顯著體現(xiàn)，電力電子技術(shù)能夠?qū)﹄娔艿氖褂眉右詢(xún)?yōu)化，在其作用下可以將電能的應(yīng)用得以高效節(jié)約，這樣就能夠?qū)﹄娔艿氖褂眠_(dá)到優(yōu)化的目標(biāo)。另外就是對(duì)傳統(tǒng)相關(guān)產(chǎn)業(yè)和機(jī)電一體化發(fā)展有著改造作用，再者就是電力電子技術(shù)的智能化可將信息化和功率處理進(jìn)行統(tǒng)一，進(jìn)而將微電子技術(shù)與之相結(jié)合，推動(dòng)電子技術(shù)的改革發(fā)展。

1.2電力電子技術(shù)的發(fā)展分析

電力電子技術(shù)的發(fā)展經(jīng)過(guò)了幾個(gè)重要階段，首先就是在20世紀(jì)50年代末時(shí)，第一個(gè)晶閘管問(wèn)世，在這一階段屬于晶閘管整流時(shí)代。大功率的工業(yè)用電通過(guò)工頻交流發(fā)電機(jī)來(lái)提供，在實(shí)際的應(yīng)用過(guò)程當(dāng)中，大約有百分之二十電能是通過(guò)直流形式進(jìn)行消費(fèi)的，到了60年代及70年代，大功率硅整流管與晶閘管的開(kāi)發(fā)應(yīng)用比較迅速，這一階段就是電力電子技術(shù)的晶閘管時(shí)期。從70年代開(kāi)始，在自關(guān)斷器件發(fā)展中就是的電力電子技術(shù)進(jìn)入到了逆變時(shí)代，在這一時(shí)期由于能源危機(jī)就讓交流電機(jī)變頻調(diào)速因節(jié)能效果明顯而有了很大程度上的發(fā)展，雖然已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了逆變以及整流，但在作的頻率方面還不高。到了80年代，集成電路技術(shù)開(kāi)始從大規(guī)模和超大規(guī)模的方向得到了迅猛發(fā)展，一些以MOSFET和IGBT作為代表的大電流以及高頻和高壓功率的半導(dǎo)體復(fù)合器出現(xiàn)以來(lái)，電力電子技術(shù)在這一階段已經(jīng)進(jìn)入到了發(fā)展的重要時(shí)期，多樣化的新型器件都已經(jīng)應(yīng)用在了電路技術(shù)當(dāng)中，同時(shí)向著復(fù)合化和模塊化的方向進(jìn)行發(fā)展，在性能上更加的完善可靠，為用電的設(shè)備高效節(jié)能等提供了重要基礎(chǔ)。

2電力電子技術(shù)在現(xiàn)階段的實(shí)際應(yīng)用探究

2.1電力電子技術(shù)在交通運(yùn)輸中的實(shí)際應(yīng)用

在我國(guó)的電力電子技術(shù)得到了迅速發(fā)展過(guò)程中，已經(jīng)在諸多的領(lǐng)域有了應(yīng)用，其中在電氣化的鐵道交通當(dāng)中就對(duì)電力電子技術(shù)有了廣泛應(yīng)用，在電氣機(jī)車(chē)當(dāng)中的直流機(jī)車(chē)就是對(duì)整流裝置進(jìn)行的應(yīng)用，而交流機(jī)車(chē)方面就是對(duì)變頻裝置進(jìn)行的應(yīng)用。另外，在磁懸浮列車(chē)當(dāng)中的電力電子技術(shù)的應(yīng)用比較關(guān)鍵，有著諸多的地方需要電力電子技術(shù)的支持才能夠使得磁懸浮列車(chē)得以順利的運(yùn)行，不僅在牽引電機(jī)傳動(dòng)方面，在各種的輔助電源方面也需要這一技術(shù)的支持。而在電動(dòng)汽車(chē)的電機(jī)方面也是需要電子裝置對(duì)電力進(jìn)行轉(zhuǎn)換才能夠起到控制驅(qū)動(dòng)的作用。在船舶以及飛機(jī)等對(duì)電源的使用也有著很大的不同，所以在對(duì)電力電子技術(shù)的應(yīng)用上也比較的關(guān)鍵。

2.2電力電子技術(shù)在家用電器中的實(shí)際應(yīng)用

電力電子技術(shù)在人們?nèi)粘Ｉ钪械募矣秒娖鞣矫娴膽?yīng)用也比較的廣泛，這對(duì)人們的生活提供了很大的方便，其中洗衣機(jī)是生活中常用的家用電器，在電力電子技術(shù)的應(yīng)用下能夠代替人工工作，只需要將衣服放進(jìn)洗衣機(jī)按下按鈕，就能夠通過(guò)電力電子技術(shù)的功能支持完成整整個(gè)洗衣的過(guò)程。還有就是在廚房洗碗機(jī)家用電器的電力電子技術(shù)的應(yīng)用上和洗衣機(jī)的原理類(lèi)似，在空調(diào)器的電力電子技術(shù)的應(yīng)用上能夠起到節(jié)能作用，實(shí)踐證明能夠節(jié)約30%的電能，而電頻熒光燈在工作效率上要比普通的能的效率高很多。

2.3電力節(jié)能中的電力電子技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用

在我國(guó)的經(jīng)濟(jì)得到迅速發(fā)展的過(guò)程中，也在能源的消耗上付出了很大的代價(jià)，尤其是在電力能源的消耗上比較嚴(yán)重。當(dāng)前的工業(yè)和電力的結(jié)合已經(jīng)成了發(fā)展的必需條件，所以在電力能源的消耗上逐漸的增加，主要就是由于電力能源而對(duì)穩(wěn)定以及利用率高等諸多優(yōu)點(diǎn)。從我國(guó)整體的工業(yè)發(fā)展情況來(lái)看，在工業(yè)的用電方面還存在著一些不合理的情況，尤其是在用電的效率上得不到有效提高，從而造成了嚴(yán)重浪費(fèi)的現(xiàn)象，在當(dāng)前的可持續(xù)發(fā)展理念深化背景下節(jié)約電力能源是可持續(xù)發(fā)展理念實(shí)踐的一個(gè)內(nèi)容，通過(guò)對(duì)電力電子技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用能夠有效的將電源的消耗程度有效的降低，在電力電子技術(shù)的作用下，能夠?qū)﹄娏υO(shè)備得到性能上的優(yōu)化以及節(jié)約原材料的使用，這樣就能夠最大化的對(duì)電力能源進(jìn)行節(jié)約。

2.4電力電子技術(shù)在發(fā)電環(huán)節(jié)中的實(shí)際應(yīng)用

隨著我國(guó)對(duì)新能源的開(kāi)發(fā)利用，例如風(fēng)力發(fā)電以及水力發(fā)電等，這其中就涉及到發(fā)電機(jī)的電流頻率的變換，水力發(fā)電功率要取決于水頭壓力以及流量，而這對(duì)機(jī)組的最佳轉(zhuǎn)速變化也會(huì)產(chǎn)生影響，為能夠?qū)⒆畲蟮挠行Чβ实靡詫?shí)現(xiàn)，就需要通過(guò)調(diào)整轉(zhuǎn)子勵(lì)磁電流頻率促進(jìn)機(jī)組的變速運(yùn)行。另外在大型的發(fā)電機(jī)相對(duì)靜止勵(lì)磁控制方面正是采用的晶閘管整流自并勵(lì)的方式，省去了勵(lì)磁機(jī)中間的慣性環(huán)節(jié)。

篇8

在廣泛調(diào)研的基礎(chǔ)上，通過(guò)課程組討論，改變傳統(tǒng)的教學(xué)思路，突出對(duì)學(xué)生工程應(yīng)用素質(zhì)的培養(yǎng)。針對(duì)學(xué)生能力和需求的差異，將教學(xué)內(nèi)容分為基礎(chǔ)知識(shí)掌握、應(yīng)用能力提升和創(chuàng)新培養(yǎng)三個(gè)漸進(jìn)層次，其中最低層次教學(xué)滿足就業(yè)需要，后兩個(gè)層次則以滿足職業(yè)發(fā)展需求和培養(yǎng)創(chuàng)新能力為目標(biāo)。通過(guò)課堂教學(xué)內(nèi)容的改革，體現(xiàn)課程綜合化趨勢(shì)，結(jié)合先進(jìn)的教學(xué)手段，幫助學(xué)生打好扎實(shí)理論基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)貼合實(shí)際應(yīng)用的實(shí)驗(yàn)特別是實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，提升學(xué)生的應(yīng)用能力，培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)和終身學(xué)習(xí)的能力，保證學(xué)生的知識(shí)、能力和素質(zhì)獲得全面提高。

1.2圍繞能力培養(yǎng)，深化教學(xué)方法改革

根據(jù)學(xué)生畢業(yè)后從事職業(yè)所必需的能力，在教學(xué)過(guò)程中，弱化對(duì)教材中過(guò)于復(fù)雜電路的理論分析和公式推導(dǎo)，突出對(duì)實(shí)際電路應(yīng)用和設(shè)計(jì)的分析。同時(shí)充分利用多媒體教學(xué)的優(yōu)勢(shì)，增加理論教學(xué)趣味性。加強(qiáng)實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)、課程設(shè)計(jì)等實(shí)踐性教學(xué)內(nèi)容鍛煉學(xué)生的實(shí)際動(dòng)手和電路分析能力，發(fā)揮學(xué)生潛力。在教學(xué)中積極推廣相關(guān)的學(xué)習(xí)工具和應(yīng)用軟件的使用。

1.3通過(guò)課程改革，提高教師教學(xué)水平與科研能力

新型元器件、電路拓?fù)浜涂刂萍夹g(shù)的不斷涌現(xiàn)，使電力電子技術(shù)課程的內(nèi)容更新較快。通過(guò)課程教學(xué)改革，激勵(lì)教師及時(shí)更新知識(shí)儲(chǔ)備，做好新知識(shí)、新技術(shù)的學(xué)習(xí)與傳授，使課堂教學(xué)更能體現(xiàn)時(shí)代性，并使教師自覺(jué)提高自己的教學(xué)水平。同時(shí)，依托我校已建成的電力電子實(shí)驗(yàn)室，鼓勵(lì)教師開(kāi)發(fā)適用于各層次、滿足不同專(zhuān)業(yè)側(cè)重點(diǎn)的實(shí)驗(yàn)和實(shí)踐環(huán)節(jié)，使教師通過(guò)指導(dǎo)學(xué)生課程設(shè)計(jì)、畢業(yè)設(shè)計(jì)，并結(jié)合企業(yè)項(xiàng)目需求，開(kāi)發(fā)出多項(xiàng)科研教研項(xiàng)目，使教師科研能力得到提高。

1.4為課程群建設(shè)、產(chǎn)學(xué)研相結(jié)合的進(jìn)一步探索研究奠定基礎(chǔ)

電力電子技術(shù)已逐步發(fā)展成為一門(mén)由現(xiàn)代控制理論、材料科學(xué)、電機(jī)工程、微電子技術(shù)多學(xué)科相互滲透的綜合性技術(shù)學(xué)科[3]。通過(guò)課程改革，為電力電子技術(shù)精品課程建設(shè)、課程群建設(shè)奠定良好基礎(chǔ)。此外，通過(guò)課程改革，探索適用于我校的電類(lèi)專(zhuān)業(yè)卓越工程師特色培養(yǎng)模式，并促進(jìn)教科研和企業(yè)項(xiàng)目合作與承接等工作的深入開(kāi)展。

2教學(xué)改革方案的實(shí)施與主要特色

為努力改變?cè)撜n程原有的難教難學(xué)的狀況，教學(xué)改革方案從以下幾個(gè)方面實(shí)施：2.1重新編排教學(xué)內(nèi)容，突出課程實(shí)用性和趣味性改變傳統(tǒng)教學(xué)中對(duì)四大變流電路孤立、單一的學(xué)習(xí)模式，引入生活中常見(jiàn)電路以及電子小制作的實(shí)例，通過(guò)一系列具體電路系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程的演示，將《模擬電路》、《電機(jī)與電氣》等前期專(zhuān)業(yè)課程的知識(shí)與《電力電子技術(shù)》所學(xué)理論知識(shí)相聯(lián)系，展現(xiàn)課程強(qiáng)弱電結(jié)合、多學(xué)科融合的特點(diǎn)。并且，在保證理論基礎(chǔ)扎實(shí)前提下，增加日常電路分析和設(shè)計(jì)實(shí)踐環(huán)節(jié)在整個(gè)教學(xué)過(guò)程中所占比重，以實(shí)例激發(fā)學(xué)生自主學(xué)習(xí)興趣，以興趣帶動(dòng)能力培養(yǎng)，在這一過(guò)程中培養(yǎng)學(xué)生的讀圖、分析、畫(huà)圖、簡(jiǎn)單電源電路設(shè)計(jì)等能力，實(shí)現(xiàn)理論與應(yīng)用相輔相成、有機(jī)結(jié)合，最終提升學(xué)生工程應(yīng)用方面的綜合素質(zhì)。2.2采用引導(dǎo)型教學(xué)方式，注重教學(xué)過(guò)程中的互動(dòng)性和學(xué)生分析解決問(wèn)題能力的培養(yǎng)授課過(guò)程中注意開(kāi)展互動(dòng)，通過(guò)采用提出啟發(fā)性問(wèn)題—共同討論—獲得結(jié)論—實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的方法，在教師“教”與學(xué)生“學(xué)”的過(guò)程中不斷發(fā)現(xiàn)問(wèn)題和新的突破點(diǎn)，將學(xué)生被動(dòng)接受知識(shí)的過(guò)程轉(zhuǎn)化為其不斷解決問(wèn)題的過(guò)程，使學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)、開(kāi)放思維，并在此過(guò)程中加深相關(guān)理論的理解，訓(xùn)練其分析和解決問(wèn)題的能力。2.3充分發(fā)揮多媒體教學(xué)優(yōu)勢(shì)，改變理論教學(xué)抽象、刻板的現(xiàn)狀電力電子技術(shù)重視對(duì)電路波形的分析。課程原有的單一的板書(shū)或簡(jiǎn)單PPT課件加板書(shū)的傳統(tǒng)授課形式課堂信息量較少，不夠直觀，不能解決學(xué)生缺乏學(xué)習(xí)興趣，接收效果較差等問(wèn)題。利用PowerPoint、Flash、視頻等多媒體手段，不僅能使波形分析更為直觀，還能方便地展示電路在不同條件下的工作狀態(tài)，以及課程內(nèi)容在實(shí)際生產(chǎn)中的應(yīng)用。既可使教學(xué)內(nèi)容更加豐富，還使分析過(guò)程不再枯燥抽象，分析結(jié)果生動(dòng)醒目，便于學(xué)生理解。2.4以實(shí)際系統(tǒng)分析為手段，提高學(xué)生知識(shí)融會(huì)貫通的能力改變對(duì)變流技術(shù)中各典型電路孤立的講解，通過(guò)帶領(lǐng)學(xué)生進(jìn)行典型的電力電子系統(tǒng)分析，結(jié)合系統(tǒng)供電、控制等模塊電路結(jié)構(gòu)、原理的介紹，體現(xiàn)該門(mén)課程電力、電子和控制學(xué)科間的交叉性，使學(xué)生學(xué)會(huì)將與課程相關(guān)的專(zhuān)業(yè)課內(nèi)容靈活運(yùn)用于電路分析和設(shè)計(jì)應(yīng)用中，提高他們對(duì)所學(xué)知識(shí)的融會(huì)貫通能力。2.5引入專(zhuān)業(yè)常用仿真軟件，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)基本專(zhuān)業(yè)技能專(zhuān)業(yè)仿真軟件在現(xiàn)代工業(yè)設(shè)計(jì)及應(yīng)用中的作用越來(lái)越顯著，掌握一至兩種仿真軟件工具將成為工科學(xué)生應(yīng)具備的基本素質(zhì)之一。同時(shí)，在教學(xué)過(guò)程中，利用仿真軟件對(duì)電路工作情況進(jìn)行仿真，可以使分析過(guò)程更為直觀，有利于激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。目前，電力電子仿真軟件主要有Matlab、Pspice、SIMetrix/SIMPLIS和Saber等，其中Pspice和Matlab在開(kāi)關(guān)電源開(kāi)發(fā)應(yīng)用中具有重要作用，被相關(guān)企業(yè)廣泛運(yùn)用[4]。在教學(xué)改革中，通過(guò)在課堂教學(xué)和實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)中引入建模的基本原理與過(guò)程，既能使課堂教學(xué)和實(shí)驗(yàn)更加生動(dòng)直觀與安全，還能引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)軟件的應(yīng)用，使他們具備基礎(chǔ)建模能力，有助于滿足企業(yè)對(duì)于學(xué)生基本專(zhuān)業(yè)技能的要求。2.6開(kāi)發(fā)一批設(shè)計(jì)性、綜合性研究實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)學(xué)生的利用學(xué)校電力電子實(shí)驗(yàn)室和軟件仿真的資源，結(jié)合當(dāng)前熱門(mén)課題和企業(yè)需求，開(kāi)發(fā)一些設(shè)計(jì)性、綜合性較強(qiáng)的實(shí)驗(yàn)，或通過(guò)課程設(shè)計(jì)、畢業(yè)設(shè)計(jì)的方式指導(dǎo)帶領(lǐng)學(xué)生進(jìn)行研究設(shè)計(jì)。實(shí)驗(yàn)的開(kāi)發(fā)以培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用創(chuàng)新能力為主要目的，既有助于學(xué)生鞏固所學(xué)知識(shí)，提高知識(shí)綜合運(yùn)用能力，又可為電子設(shè)計(jì)大賽等專(zhuān)業(yè)比賽人才選拔奠定基礎(chǔ)。2.7以課程改革為契機(jī)，積極拓展校企合作途徑，開(kāi)發(fā)產(chǎn)學(xué)研項(xiàng)目，提升教師科研水平在課程改革中，積極尋求校企合作的新途徑，深化校企合作的內(nèi)容，將企業(yè)實(shí)際項(xiàng)目作為教學(xué)的實(shí)踐、提升環(huán)節(jié)，依托學(xué)校的實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)中心，以教師為主導(dǎo)，學(xué)生進(jìn)行設(shè)計(jì)、驗(yàn)證配合，不僅可以極大地激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)和實(shí)踐的興趣，同時(shí)也有利于教師自身科研水平的提高。

篇9

2MATLAB/Simulink在三相橋式全控整流電路的應(yīng)用

筆者在電力電子技術(shù)課堂教學(xué)中可以直接在MATLAB/Simulink畫(huà)出三相半波可控整流電路，其實(shí)也就是搭建其仿真模型，其過(guò)程十分簡(jiǎn)單，不需占用很多課堂教學(xué)時(shí)間，最重要的是這是一種新鮮事物，可吸引學(xué)生的注意力，增加他們的好奇心，間接地可以提高課堂教學(xué)質(zhì)量。三相半波可控整流電路的仿真模型如圖3所示[4-6]。仿真結(jié)果如圖4所示，其中圖4(a)、(b)和(c)中的每個(gè)波形從上到下分別為觸發(fā)脈沖波形仿真波形、晶閘管電流仿真波形、晶閘管電壓仿真波形、輸入負(fù)載電壓和電流仿真波形。很容易看出，圖4中的各個(gè)仿真波形跟圖2所示的理論分析波形完全一致。在這個(gè)教學(xué)過(guò)程中可以得出以下結(jié)論：第一，將計(jì)算機(jī)仿真軟件引入課堂教學(xué)中達(dá)到了實(shí)驗(yàn)的目的，在教學(xué)過(guò)程中直接對(duì)所學(xué)理論知識(shí)進(jìn)行驗(yàn)證，可以完全等同于在實(shí)驗(yàn)室通過(guò)實(shí)驗(yàn)方法驗(yàn)證理論的正確性，從而節(jié)省了實(shí)驗(yàn)資源。第二，將計(jì)算機(jī)仿真軟件引入課堂教學(xué)中，可以改變傳統(tǒng)的授課方式，改變“滿堂灌”的教學(xué)方式，更能吸引學(xué)生的注意力，激發(fā)他們的學(xué)習(xí)興趣，更重要的是在課后他們可以自己動(dòng)手通過(guò)計(jì)算機(jī)仿真軟件對(duì)當(dāng)天所學(xué)的知識(shí)進(jìn)行驗(yàn)證，其實(shí)這個(gè)過(guò)程就是學(xué)生學(xué)習(xí)和掌握所學(xué)課堂知識(shí)的過(guò)程，如果任課教師布置一些任務(wù)，學(xué)生就可以做到學(xué)以致用，達(dá)到培養(yǎng)人才的目的。

篇10

教學(xué)思路

在明確教學(xué)目標(biāo)的基礎(chǔ)上，首先，教師一定要意識(shí)到，興趣是最好的老師，興趣是學(xué)習(xí)的動(dòng)力和源泉。只要通過(guò)有效的興趣培養(yǎng)和教學(xué)方式，就可以讓這些學(xué)生達(dá)到甚至超過(guò)自己的水平。以科研的態(tài)度和精神貫穿于教學(xué)之中，讓學(xué)生在“學(xué)生做”和“做中學(xué)”激發(fā)課程學(xué)習(xí)熱情。鼓勵(lì)學(xué)生走上講臺(tái)，敢于大膽走進(jìn)實(shí)驗(yàn)室;敢于向老師發(fā)難，以“我”為中心，全然不顧“名家顏面。

其次在教學(xué)理念上，以發(fā)展學(xué)生思考能力為本，結(jié)合課程實(shí)驗(yàn)和教師現(xiàn)有的課題進(jìn)行實(shí)踐，建立系統(tǒng)設(shè)計(jì)理念，通過(guò)對(duì)主電路和控制電路、保護(hù)電路、檢測(cè)電路同時(shí)分組進(jìn)行設(shè)計(jì)。CDIO強(qiáng)調(diào)以熟悉產(chǎn)品研發(fā)的生命周期為工程背景的

“做中學(xué)”的學(xué)習(xí)方式，這不是對(duì)教師主導(dǎo)作用的弱化，相反對(duì)教師在整個(gè)教學(xué)活動(dòng)過(guò)程中的掌控能力、自身的知識(shí)水平提出了更高的高求?！敖處煛奔鏋椤皩?dǎo)師”，實(shí)現(xiàn)學(xué)生在知識(shí)獲取過(guò)程中的地位由“被動(dòng)”到“主動(dòng)”的角色轉(zhuǎn)變:學(xué)生在教師指導(dǎo)下積極、主動(dòng)地參與實(shí)踐，從獨(dú)立學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)向合作學(xué)習(xí);從深層次角度講，就是大學(xué)中“物質(zhì)教育”與“自由教育”的轉(zhuǎn)變。在探索、實(shí)驗(yàn)和應(yīng)用中行動(dòng)上給與相當(dāng)?shù)撵`活性，這樣可以喚起學(xué)生的好奇心，使其熱切地尋求有助于解決問(wèn)題的知識(shí)，同時(shí)又具備相當(dāng)?shù)膶?shí)行工具。學(xué)生所具有的創(chuàng)造性的和富有想象力的遠(yuǎn)見(jiàn)都將發(fā)揮作用，并能控制其沖動(dòng)和習(xí)慣。他自己的目的就能指導(dǎo)他的行動(dòng)。

再次，就教學(xué)方法而言，堅(jiān)持把工程科學(xué)基礎(chǔ)和工程專(zhuān)業(yè)知識(shí)緊密地揉合在一起進(jìn)行教學(xué)，學(xué)生仍然需要堅(jiān)實(shí)的科學(xué)基礎(chǔ)。在講述定理、結(jié)論時(shí)，要注意理論基礎(chǔ)與專(zhuān)業(yè)知識(shí)的結(jié)合。除了應(yīng)用高等數(shù)學(xué)和大學(xué)物理分析內(nèi)容的機(jī)理之外，還要講定理、結(jié)論的提出背景、前提條件以及應(yīng)用情況和近展?fàn)顩r等等。在教學(xué)手段上注意應(yīng)用現(xiàn)代信息技術(shù)，如多媒體動(dòng)畫(huà)和系統(tǒng)仿真技術(shù)。熟練的、精心的準(zhǔn)備過(guò)的課堂講授仍然是最有效的學(xué)習(xí)和教授經(jīng)驗(yàn)。

最后，在重點(diǎn)和難點(diǎn)教學(xué)模式上，采用項(xiàng)目或者案例教學(xué)模式，基于問(wèn)題解決模式的模式;教師引導(dǎo)學(xué)生效仿教師、專(zhuān)家學(xué)者做項(xiàng)目的方法，如專(zhuān)題研討、方案和技術(shù)設(shè)計(jì)、仿真模擬和實(shí)驗(yàn)操作等，探索并解決課程內(nèi)容相關(guān)工程應(yīng)用中的現(xiàn)實(shí)問(wèn)題;培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題與綜合分析問(wèn)題的能力。因此恰當(dāng)?shù)卦O(shè)計(jì)題目是項(xiàng)目教學(xué)法運(yùn)用成功的保證，既不能太難，讓學(xué)生望而卻步，又不能太簡(jiǎn)單，沒(méi)有挑戰(zhàn)性。這要求教師平時(shí)有一定知識(shí)積累。“電力電子技術(shù)”實(shí)力較強(qiáng)的幾個(gè)院校的積極嘗試為我們提供了較好的參考。浙江大學(xué)將“功率因數(shù)校正實(shí)驗(yàn)”等部分實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目列為創(chuàng)新設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)，由學(xué)生自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和方法，提高學(xué)生創(chuàng)新能力。哈爾濱工業(yè)大學(xué)以直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)電源的設(shè)計(jì)為課程設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容。南京航空航天大學(xué)開(kāi)發(fā)了“軟開(kāi)關(guān)逆變電源實(shí)驗(yàn)裝置”課程設(shè)計(jì)教學(xué)平臺(tái)，以此設(shè)計(jì)若干個(gè)課程設(shè)計(jì)題目。中國(guó)石油大學(xué)選擇反激式開(kāi)關(guān)電源為課程設(shè)計(jì)題目。這些題目既緊密聯(lián)系書(shū)本知識(shí)，又有創(chuàng)新的空間，值得借鑒。

實(shí)驗(yàn)教學(xué)在方式上注重啟發(fā)，引導(dǎo)學(xué)生積極參與實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的同時(shí);在時(shí)間和內(nèi)容安排上注意了驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)、仿真實(shí)驗(yàn)和綜合設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的循序漸進(jìn)。在實(shí)踐平臺(tái)裝置的設(shè)計(jì)上，注意

“先進(jìn)性、實(shí)用性、開(kāi)放性、安全性”的特點(diǎn)，滿足基礎(chǔ)型和綜合設(shè)計(jì)型的實(shí)驗(yàn)教學(xué)和實(shí)踐活動(dòng)的要求。使學(xué)生既動(dòng)手又動(dòng)腦，豐富工程實(shí)踐知識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和綜合能力。同時(shí)學(xué)生小組成員之間密切協(xié)作和互相配合，鍛煉學(xué)生的責(zé)任感和協(xié)作、互助的團(tuán)隊(duì)精神。

教學(xué)案例