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现代电力电子技术论文范文1
[论文摘要]汽车是当前重要的交通工具，汽车的发明和汽车相关技术的发展极大地改变了人们的出行方式，加快了商品和人员的流通。
随着汽车工业与电子工业的不断发展，在现代汽车上，电子技术的应用越来越广泛，汽车电子化的程度也越来越高。汽车技术与电子技术相结合催生出汽车电子技术概念。电子技术在现代汽车工业中的广泛应用加快了电子汽车的发展趋势，推动了汽车功能的多元化和便捷化。
一、汽车电子技术
现代电子技术与汽车工业的结合促成了电子汽车概念的诞生和实现，概括地来说当前的汽车电子技术主要包括：智能化集成传感器：提供用于模拟和处理的信号，而且还能对信号作坊大处理。同时，他还能自动进行时漂、温漂和非线性的自动校正，具有较强的抵抗外部电磁干扰的能力，保证传感器信号的质量不受影响；嵌入式微处理机已广泛地应用与安全、环保、发动机、传动系、速度控制和故障诊断中。软件技术：随着汽车电子技术应用的增加，对有关控制软件的需求也相应增加，并可能要求进一步计算机联网。因此，要求使用多种语言，并开发出通用的高水平软件，以满足多种硬件的要求。轿车上多通道传输网络将大大地依赖于软件；多通道传输技术，多通道传输技术的采用，对电子控制集成化的实现是十分必要和有效的。采用这种技术后，使各个数据线成为一个网络，以便分享汽车中心计算机的信息。汽车车载电子网络：汽车电子设备发展的一个重要趋势是大量使用微处理机来改善汽车的性能。随着电控器件在汽车上越来越多的应用，车载电子设备间的数据通信变得越来越重要。为了进一步提高行使的经济性，温度及车速等信息必须在不同控制单元间交换。由此，以分布式控制系统为基础构造汽车车载电子网络系统是很有必要的。集成化技术：汽车电子技术的一个发展趋向是功能集成化，从而实现更经济、更有效以及可诊断的数据中心。光导纤维：汽车电子技术的进步，已使各系统控制走向集中，形成整车控制系统。这一系统除了中心电脑外，甚至包括多达23个微处理器及大量传感器和执行部件，组成一个庞大而复杂的信息交换与控制系统等。
二、国内汽车电子技术发展
电子技术在汽车工业中的应用加快了汽车技术的升级和突破，自20世纪80年代以来，汽车工业的长足发展，也是以电子技术（特别是计算机、集成电路技术）为动力而实现的。采用电子技术是解决汽车所面临的诸多技术问题的最佳方案。因此一国电子产业的发展水平及其在汽车工业领域的应用情况决定了其在未来轨迹汽车行业竞争中的地位和影响力。目前，国产汽车的电子技术应用多数还处于初级阶段。只有少数厂家，主要集中在一些中外合资和国内较为先进的汽车生产厂家，开始将电子控制装置应用在汽车工业中。国内现在采用的电子装置主要包括发动机的燃油喷射、电子点火控制、汽车安全性方面的安全气囊，ABS等领域，而且多数为直接引进国外产品组装，国内科研院所目前有关汽车电子技术应用的研究也主要集中在发动机控制、电控悬架、ABS系统等几个方面，在汽车的电子网络化技术、GPRS导航及智能交通系统的研究等方面与国外还有一定差距。
三、现代电子技术促进汽车智能管理的发展
随着经济的快速发展和人民群众对汽车工业要求的逐步提高，当前的电子技术在汽车工业领域里得到了很好较快较好的应用。汽车智能管理系统就是这一应用的重要体现。车辆智能管理仪（以下简称管理仪）硬件构成主要由CPU，数据存储器扩展电路、IC卡接口电路、GPS接收电路、光电隔离的输入、输出电路、数码相机控制电路、指示灯、蜂鸣器及电源部分组成。采用GPS接收机接收卫星的信号，经过计算后可得出车辆所处的经纬度、行驶速度、行驶方向等参数。管理仪还能够采集与司机操作有关的数据，如刹车、远光灯、近光灯、左右转向灯、喇叭、雾灯、制动气压、车门开关等参数。管理仪根据预先设定的时间间隔和特殊事件的触发，将有关数据保存入IC（IntelligentCard）卡中。根据这些数据，车辆管理部门就可以对车辆的历史运行状况进行检查、管理，以确定车辆是否按照规定的要求运行。管理仪还能够对最近15次停车前，每次停车前50秒的所有信息进行详细记录，GPS数据的采集速度受GPS系统的限制，每秒钟记录1次，其他参数每隔0.2秒记录一次。管理仪还具有数码照相机的控制接口，可以根据外部触发信号，对车内的情景拍照。
汽车工业是高科技工业，汽车性能的每一步提升都伴随着新技术、新工艺的运用。电子技术是21世纪推动经济发展和社会变革的重要技术之一，电子技术的发展及其在汽车工业领域的广泛应用将有效提升汽车工业的发展水平。
参考文献：
[1]高艳青：《现代电力电子及电源技术的发展趋势》，载《电脑与电信》2007，1.
[2]张庆湘：《浅析电子技术在现代汽车工业中的发展与应用》，载《企业技术开发》2007，6.
[3]李卫东：《浅谈电子技术在现代汽车工业领域中的应用》，载《中国职工教育》2005，9.
[4]陈长军、张敏、马红岩、林希峰、闫文清，《激光技术在汽车工业上的应用》，载《机械工程师》2007，9.
现代电力电子技术论文范文2
当前,电力电子作为节能、节才、自动化、智能化、机电一体化的基础,正朝着应用技术高频化、硬件结构模块化、产品性能绿色化的方向发展。在不远的将来,电力电子技术将使电源技术更加成熟、经济、实用,实现高效率和高品质用电相结合。
1.电力电子技术的发展
现代电力电子技术的发展方向,是从以低频技术处理问题为主的传统电力电子学,向以高频技术处理问题为主的现代电力电子学方向转变。电力电子技术起始于五十年代末六十年代初的硅整流器件,其发展先后经历了整流器时代、逆变器时代和变频器时代,并促进了电力电子技术在许多新领域的应用。八十年代末期和九十年代初期发展起来的、以功率MOSFET和IGBT为代表的、集高频、高压和大电流于一身的功率半导体复合器件,表明传统电力电子技术已经进入现代电力电子时代。
1.1整流器时代
大功率的工业用电由工频(50Hz)交流发电机提供,但是大约20%的电能是以直流形式消费的,其中最典型的是电解(有色金属和化工原料需要直流电解)、牵引(电气机车、电传动的内燃机车、地铁机车、城市无轨电车等)和直流传动(轧钢、造纸等)三大领域。大功率硅整流器能够高效率地把工频交流电转变为直流电,因此在六十年代和七十年代,大功率硅整流管和晶闸管的开发与应用得以很大发展。当时国内曾经掀起了-股各地大办硅整流器厂的热潮,目前全国大大小小的制造硅整流器的半导体厂家就是那时的产物。
1.2逆变器时代
七十年代出现了世界范围的能源危机,交流电机变频惆速因节能效果显著而迅速发展。变频调速的关键技术是将直流电逆变为0~100Hz的交流电。在七十年代到八十年代,随着变频调速装置的普及,大功率逆变用的晶闸管、巨型功率晶体管(GTR)和门极可关断晶闸管(GT0)成为当时电力电子器件的主角。类似的应用还包括高压直流输出,静止式无功功率动态补偿等。这时的电力电子技术已经能够实现整流和逆变,但工作频率较低,仅局限在中低频范围内。
1.3变频器时代
进入八十年代,大规模和超大规模集成电路技术的迅猛发展,为现代电力电子技术的发展奠定了基础。将集成电路技术的精细加工技术和高压大电流技术有机结合,出现了一批全新的全控型功率器件、首先是功率M0SFET的问世,导致了中小功率电源向高频化发展,而后绝缘门极双极晶体管(IGBT)的出现,又为大中型功率电源向高频发展带来机遇。MOSFET和IGBT的相继问世,是传统的电力电子向现代电力电子转化的标志。据统计,到1995年底,功率M0SFET和GTR在功率半导体器件市场上已达到平分秋色的地步,而用IGBT代替GTR在电力电子领域巳成定论。新型器件的发展不仅为交流电机变频调速提供了较高的频率,使其性能更加完善可靠,而且使现代电子技术不断向高频化发展,为用电设备的高效节材节能,实现小型轻量化,机电一体化和智能化提供了重要的技术基础。
2.现代电力电子的应用领域
2.1计算机高效率绿色电源
高速发展的计算机技术带领人类进入了信息社会,同时也促进了电源技术的迅速发展。八十年代,计算机全面采用了开关电源,率先完成计算机电源换代。接着开关电源技术相继进人了电子、电器设备领域。
计算机技术的发展,提出绿色电脑和绿色电源。绿色电脑泛指对环境无害的个人电脑和相关产品，绿色电源系指与绿色电脑相关的高效省电电源,根据美国环境保护署l992年6月17日“能源之星"计划规定,桌上型个人电脑或相关的设备,在睡眠状态下的耗电量若小于30瓦,就符合绿色电脑的要求,提高电源效率是降低电源消耗的根本途径。就目前效率为75%的200瓦开关电源而言,电源自身要消耗50瓦的能源。
2.2通信用高频开关电源
通信业的迅速发展极大的推动了通信电源的发展。高频小型化的开关电源及其技术已成为现代通信供电系统的主流。在通信领域中,通常将整流器称为一次电源,而将直流-直流(DC/DC)变换器称为二次电源。一次电源的作用是将单相或三相交流电网变换成标称值为48V的直流电源。目前在程控交换机用的一次电源中,传统的相控式稳压电源己被高频开关电源取代,高频开关电源(也称为开关型整流器SMR)通过MOSFET或IGBT的高频工作,开关频率一般控制在50-100kHz范围内,实现高效率和小型化。近几年,开关整流器的功率容量不断扩大,单机容量己从48V/12.5A、48V/20A扩大到48V/200A、48V/400A。
因通信设备中所用集成电路的种类繁多,其电源电压也各不相同,在通信供电系统中采用高功率密度的高频DC-DC隔离电源模块,从中间母线电压(一般为48V直流)变换成所需的各种直流电压,这样可大大减小损耗、方便维护,且安装、增加非常方便。一般都可直接装在标准控制板上,对二次电源的要求是高功率密度。因通信容量的不断增加,通信电源容量也将不断增加。
2.3直流-直流(DC/DC)变换器
DC/DC变换器将一个固定的直流电压变换为可变的直流电压,这种技术被广泛应用于无轨电车、地铁列车、电动车的无级变速和控制,同时使上述控制获得加速平稳、快速响应的性能,并同时收到节约电能的效果。用直流斩波器代替变阻器可节约电能(20~30)%。直流斩波器不仅能起调压的作用(开关电源),同时还能起到有效地抑制电网侧谐波电流噪声的作用。
通信电源的二次电源DC/DC变换器已商品化,模块采用高频PWM技术,开关频率在500kHz左右,功率密度为5W~20W/in3。随着大规模集成电路的发展,要求电源模块实现小型化,因此就要不断提高开关频率和采用新的电路拓扑结构,目前已有一些公司研制生产了采用零电流开关和零电压开关技术的二次电源模块,功率密度有较大幅度的提高。
2.4不间断电源(UPS)
不间断电源(UPS)是计算机、通信系统以及要求提供不能中断场合所必须的一种高可靠、高性能的电源。交流市电输入经整流器变成直流,一部分能量给蓄电池组充电,另一部分能量经逆变器变成交流,经转换开关送到负载。为了在逆变器故障时仍能向负载提供能量,另一路备用电源通过电源转换开关来实现。
现代UPS普遍了采用脉宽调制技术和功率M0SFET、IGBT等现代电力电子器件,电源的噪声得以降低,而效率和可靠性得以提高。微处理器软硬件技术的引入,可以实现对UPS的智能化管理,进行远程维护和远程诊断。
目前在线式UPS的最大容量已可作到600kVA。超小型UPS发展也很迅速,已经有0.5kVA、lkVA、2kVA、3kVA等多种规格的产品。
2.5变频器电源
变频器电源主要用于交流电机的变频调速,其在电气传动系统中占据的地位日趋重要,已获得巨大的节能效果。变频器电源主电路均采用交流-直流-交流方案。工频电源通过整流器变成固定的直流电压,然后由大功率晶体管或IGBT组成的PWM高频变换器,将直流电压逆变成电压、频率可变的交流输出,电源输出波形近似于正弦波,用于驱动交流异步电动机实现无级调速。
国际上400kVA以下的变频器电源系列产品已经问世。八十年代初期,日本东芝公司最先将交流变频调速技术应用于空调器中。至1997年,其占有率已达到日本家用空调的70%以上。变频空调具有舒适、节能等优点。国内于90年代初期开始研究变频空调,96年引进生产线生产变频空调器,逐渐形成变频空调开发生产热点。预计到2000年左右将形成。变频空调除了变频电源外,还要求有适合于变频调速的压缩机电机。优化控制策略,精选功能组件,是空调变频电源研制的进一步发展方向。
2.6高频逆变式整流焊机电源
高频逆变式整流焊机电源是一种高性能、高效、省材的新型焊机电源,代表了当今焊机电源的发展方向。由于IGBT大容量模块的商用化,这种电源更有着广阔的应用前景。
逆变焊机电源大都采用交流-直流-交流-直流(AC-DC-AC-DC)变换的方法。50Hz交流电经全桥整流变成直流,IGBT组成的PWM高频变换部分将直流电逆变成20kHz的高频矩形波,经高频变压器耦合,整流滤波后成为稳定的直流,供电弧使用。
由于焊机电源的工作条件恶劣,频繁的处于短路、燃弧、开路交替变化之中,因此高频逆变式整流焊机电源的工作可靠性问题成为最关键的问题,也是用户最关心的问题。采用微处理器做为脉冲宽度调制(PWM)的相关控制器,通过对多参数、多信息的提取与分析,达到预知系统各种工作状态的目的,进而提前对系统做出调整和处理,解决了目前大功率IGBT逆变电源可靠性。
国外逆变焊机已可做到额定焊接电流300A,负载持续率60%,全载电压60~75V,电流调节范围5~300A,重量29kg。
2.7大功率开关型高压直流电源
大功率开关型高压直流电源广泛应用于静电除尘、水质改良、医用X光机和CT机等大型设备。电压高达50~l59kV,电流达到0.5A以上,功率可达100kW。
自从70年代开始,日本的一些公司开始采用逆变技术,将市电整流后逆变为3kHz左右的中频,然后升压。进入80年代,高频开关电源技术迅速发展。德国西门子公司采用功率晶体管做主开关元件,将电源的开关频率提高到20kHz以上。并将干式变压器技术成功的应用于高频高压电源,取消了高压变压器油箱,使变压器系统的体积进一步减小。
国内对静电除尘高压直流电源进行了研制,市电经整流变为直流,采用全桥零电流开关串联谐振逆变电路将直流电压逆变为高频电压,然后由高频变压器升压,最后整流为直流高压。在电阻负载条件下,输出直流电压达到55kV,电流达到15mA,工作频率为25.6kHz。
2.8电力有源滤波器
传统的交流-直流(AC-DC)变换器在投运时,将向电网注入大量的谐波电流,引起谐波损耗和干扰,同时还出现装置网侧功率因数恶化的现象,即所谓“电力公害”,例如,不可控整流加电容滤波时,网侧三次谐波含量可达(70~80)%,网侧功率因数仅有0.5~0.6。
电力有源滤波器是一种能够动态抑制谐波的新型电力电子装置,能克服传统LC滤波器的不足,是一种很有发展前途的谐波抑制手段。滤波器由桥式开关功率变换器和具体控制电路构成。与传统开关电源的区别是:(l)不仅反馈输出电压,还反馈输入平均电流;(2)电流环基准信号为电压环误差信号与全波整流电压取样信号之乘积。
2.9分布式开关电源供电系统
分布式电源供电系统采用小功率模块和大规模控制集成电路作基本部件,利用最新理论和技术成果,组成积木式、智能化的大功率供电电源,从而使强电与弱电紧密结合,降低大功率元器件、大功率装置(集中式)的研制压力,提高生产效率。
八十年代初期,对分布式高频开关电源系统的研究基本集中在变换器并联技术的研究上。八十年代中后期,随着高频功率变换技术的迅述发展，各种变换器拓扑结构相继出现,结合大规模集成电路和功率元器件技术,使中小功率装置的集成成为可能,从而迅速地推动了分布式高频开关电源系统研究的展开。自八十年代后期开始,这一方向已成为国际电力电子学界的研究热点,论文数量逐年增加，应用领域不断扩大。
分布供电方式具有节能、可靠、高效、经济和维护方便等优点。已被大型计算机、通信设备、航空航天、工业控制等系统逐渐采纳,也是超高速型集成电路的低电压电源(3.3V)的最为理想的供电方式。在大功率场合,如电镀、电解电源、电力机车牵引电源、中频感应加热电源、电动机驱动电源等领域也有广阔的应用前景。
3.高频开关电源的发展趋势
在电力电子技术的应用及各种电源系统中，开关电源技术均处于核心地位。对于大型电解电镀电源,传统的电路非常庞大而笨重,如果采用高顿开关电源技术,其体积和重量都会大幅度下降,而且可极大提高电源利用效率、节省材料、降低成本。在电动汽车和变频传动中,更是离不开开关电源技术，通过开关电源改变用电频率,从而达到近于理想的负载匹配和驱动控制。高频开关电源技术,更是各种大功率开关电源(逆变焊机、通讯电源、高频加热电源、激光器电源、电力操作电源等)的核心技术。
3.1高频化
理论分析和实践经验表明,电气产品的变压器、电感和电容的体积重量与供电频率的平方根成反比。所以当我们把频率从工频50Hz提高到20kHz,提高400倍的话,用电设备的体积重量大体下降至工频设计的5~l0%。无论是逆变式整流焊机,还是通讯电源用的开关式整流器,都是基于这一原理。同样,传统“整流行业”的电镀、电解、电加工、充电、浮充电、电力合闸用等各种直流电源也可以根据这一原理进行改造,成为“开关变换类电源”,其主要材料可以节约90%或更高,还可节电30%或更多。由于功率电子器件工作频率上限的逐步提高,促使许多原来采用电子管的传统高频设备固态化,带来显著节能、节水、节约材料的经济效益,更可体现技术含量的价值。
3.2模块化
模块化有两方面的含义,其一是指功率器件的模块化,其二是指电源单元的模块化。我们常见的器件模块,含有一单元、两单元、六单元直至七单元,包括开关器件和与之反并联的续流二极管,实质上都属于“标准”功率模块(SPM)。近年,有些公司把开关器件的驱动保护电路也装到功率模块中去,构成了“智能化”功率模块(IPM),不但缩小了整机的体积,更方便了整机的设计制造。实际上,由于频率的不断提高,致使引线寄生电感、寄生电容的影响愈加严重,对器件造成更大的电应力(表现为过电压、过电流毛刺)。为了提高系统的可靠性,有些制造商开发了“用户专用”功率模块(ASPM),它把一台整机的几乎所有硬件都以芯片的形式安装到一个模块中,使元器件之间不再有传统的引线连接,这样的模块经过严格、合理的热、电、机械方面的设计,达到优化完美的境地。它类似于微电子中的用户专用集成电路(ASIC)。只要把控制软件写入该模块中的微处理器芯片,再把整个模块固定在相应的散热器上,就构成一台新型的开关电源装置。由此可见,模块化的目的不仅在于使用方便,缩小整机体积,更重要的是取消传统连线,把寄生参数降到最小,从而把器件承受的电应力降至最低,提高系统的可靠性。另外,大功率的开关电源,由于器件容量的限制和增加冗余提高可靠性方面的考虑,一般采用多个独立的模块单元并联工作,采用均流技术,所有模块共同分担负载电流,一旦其中某个模块失效,其它模块再平均分担负载电流。这样,不但提高了功率容量,在有限的器件容量的情况下满足了大电流输出的要求,而且通过增加相对整个系统来说功率很小的冗余电源模块,极大的提高系统可靠性,即使万一出现单模块故障,也不会影响系统的正常工作,而且为修复提供充分的时间。
3.3数字化
在传统功率电子技术中,控制部分是按模拟信号来设计和工作的。在六、七十年代,电力电子技术完全是建立在模拟电路基础上的。但是,现在数字式信号、数字电路显得越来越重要,数字信号处理技术日趋完善成熟,显示出越来越多的优点:便于计算机处理控制、避免模拟信号的畸变失真、减小杂散信号的干扰(提高抗干扰能力)、便于软件包调试和遥感遥测遥调,也便于自诊断、容错等技术的植入。所以,在八、九十年代,对于各类电路和系统的设计来说,模拟技术还是有用的,特别是:诸如印制版的布图、电磁兼容(EMC)问题以及功率因数修正(PFC)等问题的解决,离不开模拟技术的知识,但是对于智能化的开关电源,需要用计算机控制时,数字化技术就离不开了。
3.4绿色化
电源系统的绿色化有两层含义:首先是显著节电,这意味着发电容量的节约,而发电是造成环境污染的重要原因,所以节电就可以减少对环境的污染;其次这些电源不能(或少)对电网产生污染,国际电工委员会(IEC)对此制定了一系列标准,如IEC555、IEC917、IECl000等。事实上,许多功率电子节电设备,往往会变成对电网的污染源:向电网注入严重的高次谐波电流,使总功率因数下降,使电网电压耦合许多毛刺尖峰,甚至出现缺角和畸变。20世纪末,各种有源滤波器和有源补偿器的方案诞生,有了多种修正功率因数的方法。这些为2l世纪批量生产各种绿色开关电源产品奠定了基础。
现代电力电子技术论文范文3
论文摘要：“电力电子技术”是我国高等院校电气工程与自动化类本科专业最为重要的学科基础课之一。主要介绍浙江工业大学多年来在电力电子技术本科生教学方面取得的一些有益的实践经验，如注重建设优秀的教学团队和培养有前途的青年教师、完善适合学校实际情况的课程设计、以学生为本安排内容丰富的教学活动、运用灵活多样的教学方法和教学手段等。为了更充分地发挥“电力电子技术”课程的作用，在现有实践经验的基础上提出今后继续深化电力电子技术本科生教学改革创新的若干设想，如循序渐进地推进电力电子技术的本科生双语教学模式、继续完善电气工程与自动化类本科专业教学链等。
论文关键词：电力电子技术；课程设计；教学方法
电力电子技术始于20世纪50年代末、60年代初，主要研究电力领域中使用电力电子器件对电能进行高效的变换和控制，是电力、电子、控制三大学科的交叉学科。目前，“电力电子技术”课程已成为我国高等院校电气工程与自动化类本科专业最为重要的学科基础课之一，教学内容涵盖电力电子器件、四大类电力变换电路、控制技术以及电力电子新技术等多方面知识，理论性和实用性都非常强。为实现良好的教学效果，该课程要求教师能结合各自学校的实际情况合理地设计课程，均衡理论和实验教学的比例，针对具体不同的授课内容灵活运用多种教学方法和教学手段，注重激发学生的学习兴趣，使学生通过学习掌握相关的基本概念、基本分析方法等理论知识并提高他们理论联系实际和分析解决问题的实践能力。
浙江工业大学（以下简称“我校”）“电力电子技术”课程是全校电气工程与自动化类本科专业教学链中一个承上启下的重要环节。它的前续课程有“电路原理与实验”、“模拟电子技术”、“电机学”、“数字电路与数字逻辑”、“电气工程基础等”，后续课程有“开关电源设计”、“控制电机及应用”、“现代电气传动控制技术”、“DSP原理及应用”、“毕业设计”等。多年来，我校在不断学习国内外高校教学经验的同时不断实践，丰富自身的教学经验，积极改革创新，追求高质量和高水平的教学。
本文将主要介绍我校多年来在电力电子技术本科生教学方面所取得的一些实践经验以及关于今后如何继续提高教学质量和水平的一些设想。
一、注重建设教学团队和培养青年教师
在整个教学过程中，教师不但是知识的教授者、教学活动的组织者，同时还是学生学习效果的评估者。优秀的教师是保证教学高质量和高水平的关键，他们为人师表、具有丰富的知识和经验、富有爱心，能够激发学生求知的热情，既教会学生学习方法，又让学生掌握科学知识。 我校电力电子技术本科生教学团队自组建以来一直定期召开会议讨论并解决教学中遇到的问题，交流并总结教学经验，共同开展教学和科研课题项目，促进各成员教师特别是青年教师在业务上的进步。在培养教学新生力量上，该教学团队引入青年教师导师制度，由多位（副）教授级的教师担任指导教师，对经验尚浅的青年教师进行全程、全方位的培训，包括写教案、制作PPT课件、课堂试讲、实验指导、批改作业、学生答疑、拟考试卷、指导毕业设计等。每个阶段，指导教师都会对青年教师的表现做出中肯的评价，帮助他们尽快熟悉业务、提高水平。在整个团队的关心下，青年教师成长很快，在由学院组织的学评教和教学技能比赛中都取得了良好的成绩。
二、完善适合学校实际情况的课程设计
三、以学生为本的教学活动实践
在具体实施电力电子教学的过程中，教师激发学生的学习兴趣，创造良好的互动教学氛围是非常重要的。这就需要教师以学生为本结合具体的授课内容灵活运用多种教学方法和教学手段。
我校“电力电子技术”是“电路原理与实验”等课程的后续课程，理论性很强。在教授该课程新知识点时，若涉及到相关前续课程重要的旧知识点，教师会采用先温故后知新的教学方法，通过学生回答问题的方式复习旧知识点，由浅入深帮助学生进入状态以便教授新知识点。比如，在讲述变压器漏感对整流电路的影响这一节内容的最开始，先温习理想变压器的特性和非理想变压器的等效电路模型，再把简化后的非理想变压器等效电路模型代入到已学的整流电路中，然后进入正题——分析电路的工作原理。教师在讲授电路工作原理时，会一再强调电力电子器件的开关工作状态和电力电子电路的分段线性分析方法这两个贯穿整个课程始终的基本概念和基本方法，并现场指导学生独立完成一部分电路的分析工作，通过加强学生的参与感来促使他们更积极地把外在的基本知识点转化为内在的电路分析能力。
在传统的口头讲授过程中，教师会适当地借助“静动相宜”的PPT课件、具体的实物教具和灵活的板书等来提高“电力电子技术”课程的理论教学效果。此外，教师还会适当地扩充一些教科书以外的电力电子技术内容，如仿真技术等。教师利用仿真软件PSPICE、MATLAB等在课堂上虚拟地实时演示电路更真实的工作过程，既拓展了学生的视野又能很形象地解说课程中的知识难点，如三相半波可控整流电路中晶闸管的正向耐压问题。电力电子器件的封装材料及形式多种多样，性能也不尽相同。为了让学生更真实、更立体地认识电力电子器件，教师除了展示器件照片外还会提供一些器件的样品让学生亲身接触。关于教材中重要公式的推导，教师会采用PPT课件与板书相结合的方式帮助学生更容易理解和掌握。
“电力电子技术”课程包含很多基本概念，在讲述时教师会根据听课学生的实际英语能力，有意识地就专业术语部分进行中英文双语教学。这不但能增强学生的专业英语水平，而且还可以提高学生使用中英文关键词检索科技文献的能力，为该课程的后续课程特别是“毕业设计”的教学打下良好的基础。
在“电力电子技术”的理论教学过程中，强调电力电子技术对国计民生的重要性是非常必要的。比如，在举例说明电力电子技术的实际应用时，教师会尽量多举些与学生日常生活以及当前社会热点相关的例子（如手机电池充电器、笔记本电脑电源适配器、未来的“光源之星”LED照明、节能环保的电动汽车等）。先抛砖引玉让学生有些感性的认识，再通过启发性的提问鼓励学生积极地去发现身边所遇到的科学技术。在增加学生学习兴趣的同时，提高学生对该课程的重视程度。
“电力电子技术”是一门理论性和实践性都很强的课程。为了更好地衔接理论知识和实验内容，教师在课堂上除了提供电力电子电路的理想波形图，还会提供一些电力电子电路的实际波形图，让学生自己去发现和思考它们之间的异同。用一连串的疑问激发起学生的强烈求知欲，令他们更主动地去预习实验，更认真地进行实验，并且更努力地去尝试着寻找答案。比如，反激式电路在电流断续工作模式下，由教科书提供的开关管S两端电压的理想波形和在实验中用示波器观察到的S两端电压的实际波形在S关断的部分是有很大差别的。在理论课堂上，当教师同时给出理论和实验波形图加以对照时，学生表现出极大的兴趣，跃跃欲试地去寻找实际电路中S两端电压在S关断时刻出现阻尼振荡现象的原因。此时，教师正好因势利导，鼓励他们认真地去完成相关的实验，通过实验再结合已学理论知识自主地找出答案。实践结果表明该教学效果很好。
四、关于今后教学的一些设想
电力电子技术的发展日新月异，关于“电力电子技术”的教学也需要与时俱进，紧跟潮流，与社会接轨。目前，在我校采用全英文教学电力电子技术的条件还不够成熟。但是，教师可采用循序渐进的方法，从目前以中文为主的双语授课，到中英文各半的双语授课，再到以英文为主的双语授课，最后过渡到全英文授课。目前，最适合我校的办法是课程的重要章节主要采用中文教学，务必让学生掌握必要的基本知识；而次重要章节则可主要采用英文教学，这对扩展学生视野很有利。
层出不穷的电力电子新技术不断丰富着“电力电子技术”的教学内容。全面而系统的“电力电子技术”教学是无法仅通过一门课程来完成的，但它可以通过一系列课程来不断深化。在现有“电力电子技术”课程的基础上，按社会就业的需求配套完善其后续课程。除了强化这些课程之间的内在联系、完善整个教学链，教师还应多鼓励优秀的学生积极参加各类电子设计竞赛、申请由学院提供的建龙基金等，在教师指导下开展一些与电力电子技术相关的小课题。通过一系列课程的学习和科研课题的参与，学生能更深入地了解和掌握电力电子技术，对他们今后从事与电力电子技术相关的工作具有积极的意义。
现代电力电子技术论文范文4
关键词：Saber；电力电子技术；课堂教学
作者简介：丁新平（1975-），男，甘肃定西人，青岛理工大学自动化工程学院，副教授；马淋淋（1979-），男，黑龙江黑河人，青岛理工大学自动化工程学院，讲师。（山东 青岛 266520）
中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2014）06-0053-02
随着半导体器件技术的日益成熟和数字控制技术（Digital Signal Control）的飞速发展。电力电子技术在国民经济和工业生产中的地位越来越突出：节能减排的很大一部分比重都是通过以电力电子技术为核心的变频调速、高效节能灯具等电力电子节能产品完成。在国家大力发展的新能源利用以及分布式发电等领域，电力电子技术也是大有用武之地，作用越来越明显。同时，电力电子技术人才供不应求，国家需要大量电力电子技术的应用型人才。
本科教学中，对电力电子技术的要求越来越高。而电力电子技术教学中存在的主要问题是该门功课属于理论和实践结合性非常强的课程，任何一个环节出现问题都会影响到学习效果。高校中电力电子技术课堂教学主要以理论讲解为主，在教学过程中配以部分典型电路的实验验证等实践教学。而实验项目的完全封闭性（考虑到学生安全性等原因）造成了学生在学习过程中的盲目性和迷茫感。学生很难把课堂所学理论知识和实际应用项目联系起来。笔者调研后发现，学生由于缺乏对理论知识相对应实践环节的感性认识，学习的主动性和积极性不高。学生最主要的迷茫感是——学习的电力电子电路能用到什么地方？怎么去用？成天讲的电力电子器件在实际中到底如何控制？这些问题在传统课堂教学中得不到有效解决，久而久之，学生就丧失了学习的积极性。单纯为了分数的学习使得教师教得费劲，学生学得没劲。
Saber仿真软件是一款专门针对电力电子学而开发的仿真软件，其主要应用于科研人员对新型拓扑电路的验证上，为实验验证提供相关参数和对新电路的有效性进行验证。[1，2]先有很多仿真软件都是把物理特性用数学模型表示出来，然后在数学模型的基础上进行仿真。这些仿真电路和实际硬件电路相差较多，更不能给人带来更直观的硬件电路设计指导作用。Saber仿真软件最大的优点是“硬件化”仿真思想的植入，其在仿真时能够完整还原真实系统，而不是用数学模型来代替系统特性进行设计研究。Saber仿真软件应用在电力电子技术课堂教学中将解决目前在学习过程中困扰学生的主要难题。
第一，增加学生的成就感，进而培养学生的学习兴趣。很多时候，学生在接触到一门新课的时候，都会有一个过程：满怀信心和好奇地去了解和学习感性认识和理论入门主动（或被动）学习考试。在一门课程学习过程中，起关键作用的是感性认识和理论入门阶段，如果此时能有真实的应用电路来入门，其必然的结果将是学生主动和有兴趣去学习，效果将不言而喻。Saber软件的“硬件化设计”给人以电力电子电路的真实感，解决了学生学习过程中由于理论公式推导而造成的“实际电路和理论分析对不上号”的困境，能够起到“感性认识电路仿真出结果学习成就感学习兴趣”的良性循环。
第二，培养学生的主动思考能力。一改传统教学中课堂上教师枯燥地讲和学生被动听的教学模式，变被动听课为主动参与设计电路，通过在仿真软件上自己搭建电路及设计闭环控制器，培养了学生主动思考问题的能力。
第三，在课堂教学中，引入硬件仿真电路的现场演示，增加电路的直观和感性认识。通过仿真电路对电力电子电路工作原理和工作模式的验证和演示，现场用“硬件电路”验证了理论分析的结果，加深了学生对所学电力电子电路知识的认识和掌握。
第四，实验前认识电路工作原理，验证各部分实验波形，为知识点的更好掌握和实验的顺利进行做前期准备工作。有些论文介绍计算机仿真软件能够部分或者全部代替实验教学，[3]笔者持否定观点。仿真软件无外乎是理论知识的验证，其根本代替不了实验对学生实践动手能力的锻炼。笔者认为要学好学通“电力电子技术”这门课程，不但要保留电力电子实验，还应该增加相关课程创新项目等实践活动来增加学生在实际设计中对理论知识的加强和融会贯通。
一、典型电力电子电路工作原理介绍
几乎所有的电力电子电路都可以用Saber软件实现仿真，其中包括各种电能转换电路：AC-DC，DC-DC，DC-AC，以及AC-AC电路。在现代电力电子技术里面颇具代表性的几种典型电路有：应用于开关电源中的DC-DC斩波电路之Boost /Buck/Buck-boost电路；广泛应用于节能减排中，作为变频调速系统主要能量转换环节的电压源全桥逆变电路（VSI）；大功率场合应用较广的可控整流电路。限于篇幅限制，本文主要以Boost电路和电压源逆变器为例进行阐述。
作为应用较广的电路之一，Boost电路能够实现对输入电压的任意升压功能，通过控制开关管的占空比能够控制输出电压的大小。在闭环控制器的作用下，该电路能够抑制输入电压扰动和负载扰动对系统的影响，保持恒定的输出电压。Boost电路除了应用于开关电源DC-DC中外，主要应用在PFC电路实现功率因数的校正。同时，在新能源能量转换电路中，其可以作为前级电路以实现MPPT（Maximum Power Point Tracking）调整功能，在实现光伏模块和燃料电池等新型能源的最大功率输出的基础上，实现对输入电压的升压功能。图1所示为Boost电路在光伏电池发电中实现MPPT和升压功能的原理图。图2为实现PFC功能的Boost电路，能够实现较高的功率因数，减少了开关电源对电网的影响，并得到相对稳定的直流电压。
图3为应用广泛的变频器主电路图，电网输入，经过二极管不控整流得到6脉波波动的直流电，再通过电压源逆变器实现DC-AC转换，得到所需的可控交流电（CVCF或者VVVF），实现电机的变频调速功能。全桥电压源逆变器控制可以采用比较简单的SPWM控制或者SVPWM方法实现。
二、Saber软件在电力电子典型电路中的应用
1.课堂授课中的应用
Saber软件应用到课堂教学中，可以增加上课时学生的参与性和理论知识验证的直观性。为枯燥的课堂教学带来生机，具体例子为：在讲授DC-DC斩波电路时，必须要讲明白两个前提（概念）：一是稳态的概念，二是电感的伏秒平衡（电容的安秒平衡）法则。在此基础上，所有的变换电路都可以解释并推导出来。在讲到这两个概念的时候，学生很难理解透彻，大多数情况下学生都是一知半解的状态，这时能够利用Saber软件进行说明则会起到事半功倍的效果。在电路启动阶段，此时电感电流从零开始上升，然后振荡几个周期，最后进入稳态阶段，具体如图4所示。稳态状态最关键的现象是：每个开关周期，电感电流的上升变化量和下降变化量保持相等，通过电感公式VL=Ldi/dt可以推导出电感的伏秒平衡法则。用该法则可以推导出几乎所有DC-DC斩波电路输出-输入电压关系。用该仿真软件直观验证和理论推导相结合教学效果非常好。
在讲不同DC-DC电路输出-输入电压关系时，推导的公式可以直接用Saber仿真软件验证，具体如图5所示，Vout=（1/（1-D）Vg=12/0.6=20V。图5直观显示出两个关键现象：一是让学生知道了开关管是如何驱动的；二是输出-输入电压增益的验证。DC-DC斩波电路另一个比较关键的概念是电路的连续工作模式（CCM）和断续工作模式（DCM）。通过仿真软件能够非常直观地呈现给学生，当电感电流较大的时候，电路工作在连续工作模式（CCM）下；当电感电流变小到在一个开关周期里面有部分时段电感电流等于零，此即进入了断续工作模式（DCM）。具体仿真演示结果如图6所示。
在讲到其他电力电子电路时，Saber仿真软件在讲课中的直观性优势也非常明显，譬如以电压源逆变器为例，其交流输出电压频率和幅值受调制波的控制而变化。最直观的讲解如图7仿真所示，图7上半部分为调制因子M的波形，可以控制交流输出电压的大小，也就是说输出交流电的频率和调制信号频率相同，而幅值和调制信号幅值成正比。通过上下两部分仿真图的比较，非常直观地看出逆变器输出电压和调制信号之间的关系。
2.课后设计电路时的应用
Saber仿真软件还可以作为课后设计电路参数和闭环控制器的主要依据。工业应用中，绝大部分产品都是工作在闭环控制方式下，以达到抑制输入扰动和负载扰动、最后输出稳定的直流电压。在主电路参数（L，C）选型和闭环控制器设计上，Sabrer软件起到指导和验证的作用。在控制器参数设计完毕后，可以通过Saber仿真软件进行初期验证，对参数进行优化和微调以得到最优的控制参数。图8所示是Boost变换器在闭环控制器的作用下进行的负载扰动和输入扰动仿真验证，由图可以看到在PI闭环控制器的作用下，系统具有抑制负载扰动和输入电压扰动的能力，输出电压Vout很少受两种扰动的影响。
三、结论
本文研究了Saber仿真软件在“电力电子技术”教学中的应用。在教学中通过引入Saber软件使得课堂教学生动直观，一改传统教学中的死板和枯燥。以“电力电子技术”课程里的几种典型电路为例，详细地说明了如何有效地应用Saber软件辅助传统课堂教学以收到直观生动和事半功倍的效果。
参考文献：
[1]李艳林，宋海良，陈凯，等.基于saber的电压源仿真设计[J].科技信息，2012，（33）：30-31.
现代电力电子技术论文范文5
一、机电一体化技术发展历程及其趋势
自电子技术一问世,电子技术与机械技术的结合就开始了,只是出现了半导体集成电路,尤其是出现了以微处理器为代表的大规模集成电路以后,"机电一体化"技术之后有了明显进展,引起了人们的广泛注意.
(一)"机电一体化"的发展历程
1.数控机床的问世,写下了"机电一体化"历史的第一页;
2.微电子技术为"机电一体化''''''''带来勃勃生机;
3.可编程序控制器、"电力电子"等的发展为"机电一体化"提供了坚强基础;
4.激光技术、模糊技术、信息技术等新技术使"机电一体化"跃上新台阶.(二)"机电一体化"发展趋势
1.光机电一体化.一般的机电一体化系统是由传感系统、能源系统、信息处理系统、机械结构等部件组成的.因此,引进光学技术,实现光学技术的先天优点是能有效地改进机电一体化系统的传感系统、能源(动力)系统和信息处理系统.光机电一体化是机电产品发展的重要趋势.
2.自律分配系统化——柔性化.未来的机电一体化产品,控制和执行系统有足够的“冗余度”，有较强的“柔性”，能较好地应付突发事件，被设计成“自律分配系统”。在自律分配系统中，各个子系统是相互独立工作的，子系统为总系统服务，同时具有本身的“自律性”，可根据不同的环境条件作出不同反应。其特点是子系统可产生本身的信息并附加所给信息，在总的前提下，具体“行动”是可以改变的。这样，既明显地增加了系统的适应能力(柔性)，又不因某一子系统的故障而影响整个系统。
3.全息系统化——智能化。今后的机电一体化产品“全息”特征越来越明显，智能化水平越来越高。这主要收益于模糊技术、信息技术(尤其是软件及芯片技术)的发展。除此之外，其系统的层次结构，也变简单的“从上到下”的形势而为复杂的、有较多冗余度的双向联系。
4.“生物一软件”化—仿生物系统化。今后的机电一体化装置对信息的依赖性很大，并且往往在结构上是处于“静态”时不稳定，但在动态(工作)时却是稳定的。这有点类似于活的生物：当控制系统(大脑)停止工作时，生物便“死亡”，而当控制系统(大脑)工作时，生物就很有活力。仿生学研究领域中已发现的一些生物体优良的机构可为机电一体化产品提供新型机体，但如何使这些新型机体具有活的“生命”还有待于深入研究。这一研究领域称为“生物——软件”或“生物系统”，而生物的特点是硬件(肌体)——软件(大脑)一体，不可分割。看来，机电一体化产品虽然有向生物系统化发展趋，但有一段漫长的道路要走。
5.微型机电化——微型化。目前，利用半导体器件制造过程中的蚀刻技术，在实验室中已制造出亚微米级的机械元件。当将这一成果用于实际产品时，就没有必要区分机械部分和控制器了。届时机械和电子完全可以“融合”，机体、执行机构、传感器、cpu等可集成在一起，体积很小，并组成一种自律元件。这种微型机械学是机电一体化的重要发展方向。
三、典型的机电一体化产品
机电一体化产品分系统(整机)和基础元、部件两大类。典型的机电一体化系统有：数控机床、机器人、汽车电子化产品、智能化仪器仪表、电子排版印刷系统、cad／cam系统等。典型的机电一体化元、部件有：电力电子器件及装置、可编程序控制器、模糊控制器、微型电机、传感器、专用集成电路、伺服机构等。这些典型的机电一体化产品的技术现状、发展趋势、市场前景分析从略。
四、北京发展“机电一体化”而临的形势和任务
机电一体化工作主要包括两个层次：一是用微电子技术改造传统产业，其目的是节能、节材，提高工效，提高产品质量，把传统工业的技术进步提高一步；二是开发自动化、数字化、智能化机电产品，促进产品的更新换代。
前者是面上的工作，普及工作；后者是提高工作，深层次工作。
(一)北京“机电一体化”工作面临的形势
1.北京用微电子技术改造传统工业的工作量大而广，有难度
(1)在700余家北京市属工业系统的企业中，有60%以上的企业用微电子技术改造机床设备、工业窑炉、风机电泵、生产过程的任务还未完成需要量的一半。
(2)北京工业系统还有2000余台机床设备亟需用微电子技术进行改造；在已改造的近6500台机床设备中，大约有15%需进一步改造。
(3)北京工业系统尚有近250座工业炉窑亟需用电子信息技术进行改造；且610座已改造过的工业炉窑也很有进一步应用模糊技术进行二次改造的必要。
(4)北京工业系统cad应用还有较大差距。目前，北京工业品设计，cad应用率仅17%(而美、日等国已超过85%；国内先进地区也超过了30%)；cad的覆盖率才达到11%(而全国cad应用工程领导小组指出，“八五”期间大中型企业要达到35%，中小型骨干企业要达到15%—20%；到“九五”时，按国务委员宋健的要求，基本上要甩掉绘图板)。
(5)北京工业系统共有改造价值的各种风机电泵装机容量50万千瓦，尚49万多千瓦用变调速技术进行改造的任务，占总任务量的99.5%左右。
(6)工业是全市能源消耗大户。1992年，北京工业系统占全市能耗总量的59.5%。而北京是一个能源严重缺乏的城市，1992年北京工业系统万元产值能耗折合标煤为2.47吨，比上海的1.57吨高57%，比天津的2.15吨高14%，比先进的工业化国家高近9倍。因此，北京工业系统节能降耗的任务非常重，而电力电子技术是节能降耗的王牌。
2.北京用机电一体化技术加速产品更新换代，提高市场占有率的呼声高，有压力。北京市的工业产品大约有3万种，每年约开发试制新产品3000种，更新周期很长。由于更新换代速度跟不上市场变化的需要，影响了北京工业产品的竞争能力。
1993年，北京市工业系统生产的机电一体化产品约837种，在当年生产的产品品种总数中仅占7.8%左右。其中：机械局系统主要产品约1200种，机电一体化产品不到150种机电一体化产品所占比例仅4%强；仪器仪表总公司系统主要产品350种，机电一体化产品210种，机电一体化产品所占比例为60%；轻工系统主要产品总数为649种，机电一体化、智能化产品15种，机电一体化、智能化产品所占比例约2.3%；汽车工业总公司系统平均每辆汽车的总成本为3.5万元，每辆汽车平均装用电子产品的费用约300元，不是总成本的1%；与国外约28%的先进水平相差甚远；与国内先进水平相差一半左右。
3.北京用机电一体化产品取代技术含量和附加值低，耗能、耗水、耗材高，污染、扰民产品的责任重，有意义。在北京工业系统中，能耗、耗水大户，对环境污染严重的企业还占相当大的比重，且不少地处城区和近郊区。近年来北京的工业结构、产品结构虽然几经调整，但由于多种原因，成效一直不够明显。这里面固然有上级领导部门的政出多门问题，有企业的“故土难离”“死守故业”问题，但不可否认也有优化不出理想的产业，优选不出中意的产品问题。上佳的答案早就摆在了这些企业的面前，这就是发展机电一体化，开发和生产有关的机电一体化产品。机电一体化产品功能强、性能好、质量高、成本低，且具有柔性，可根据市场需要和用户反映时产品结构和生产过程做必要的调整、改革，而无须改换设备。这是解决机电产品多品种、少批量生产的重要出路。同时，可为传统的机械工业注入新鲜血液，带来新的活力，把机械生产从繁重的体力劳动中解脱出来，实现文明生产。
另外，从市场需求的角度看，由于我国研制、开发机电一体化产品的历史不长，差距较大，许多产品的品种、数量、档次、质量都不能满足需求，每年进口量都比较大，因此亟需发展。
(二)北京“机电一体化”工作的任务
北京在机电一体化方面的任务可以概括为两句话：一句话是广泛深入地用机电一体化技术改造传统产业；另一句话是大张旗鼓地开发机电一体化产品，促进机电产品的更新换代。总的目的是促进机电一体产业的形成、为北京产业结构和产品结构调整作贡献。
1.北京应用机电一体化技术改造传统产业的工作重点
(1)大力采用模糊技术，工业炉窑改造应上新台阶
国内外成功的范例表明，应用模糊技术改造工业炉窑比单纯用计算机和pid技术好的多。因此，我们建议今后北京在改造工业炉窑时要大力推广应用模糊技术，到2000年，对应该进行改造但尚未改造的近250座工业炉窑要用模糊技术等先进电子信息技术改造完毕，其中采用模糊技术改造要在80%。
(2)积极采用数控技术，机床高备改造要达新水平
对机床设备的改造重点应放在经济型数控系统的推广应用上。根据需要和可能，到1995年，北京应该改造的机床设备(8420台)的改造率要达80%以上，到本世纪末要改造完毕。
(3)努力推广变频调速技术，风机电泵改造要攀新高度
风机、电泵采用变频调速后一般可节电20%以上，效果十分显著。因此，在今后几乎，北京要把交流变频调速技术的推广应用作为重点来抓。到1995年，应该采用变频调速技术改造的风机、电泵要改造完60%；到本世纪末，北京的风机、电泵和其它调速电机要普遍；采用先进的变频调速技术。
(4)优先应用cad／cam技术，工业设计水平提高要有新目标
北京工业产品更新换代慢，设计工作跟不上需求变化是重要原因之一。目前，北京工业系统cad的应用率为17%，cad的覆盖率为11%，到1995年应分别达到20%和15%，本世纪末，要力争分别达到55%和45%。
2.北京机电一体化产品开发的奋斗目标
(1)总体目标：到1995年全市的机电一体化产品数应不少于800种，2000年，应不少于2000种，机电产品的机电一体化率分别达到25%和60%。
(2)单项目标：
·机床数控化率：1995年，产量数控化率达5%，产值数控化率达16%；2000年，分别达12%和40%。
·汽车电子化程度：1995年，平均每辆汽车上装用和电子产品的费用不少于1000元，在整车成本中所占比例不低于3%；到2000年分别不少于3000元，不低于8%。
·plc的开发生产能力：“八五”期间，开发能力要稳居全国首位；“九五”北京要成为全国主要的plc生产基地之一。
·“电力电子”开发生产能力：“八五”期间掌握第二代电力电子器件的批量生产技术和第三代电力电子器件的开发技术。“九五”期间第三代电力电子器件的生产要形成经济批量。在电力电子产品应用方面，“八五”期间，开关电源、高频电源、逆变电源要成为拳头产品；交流变频调速装置要达到批量生产程度；高频电子镇流器要能出口创汇；“九五”，北京要形成一个具有电力电子器件、电力电子装置研制、生产、开发、推广综合配套能力的高新技术产业。
·模糊控制器的开发生产能力：“八五”要把北京建成全国模糊技术控制器的开发生产基地，开发出用于工业炉窑改造，压力、温度、流量控制的模糊技术控制系统典型产品来；交逐步将模糊技术应用于家用电器中。1995年，空调器、洗衣机、电冰箱、吸尘器、电风扇等家用电器产品模糊控制器的普及率要分别达到15、20%、5%、15%、8%左右。到本世纪末，北京家用电器模糊技术普及率要达到50%以上。
·其它机电一体化产品的开发生产能力：微机控制多色印刷机要稳居全国第一；电子医疗仪器的开发、生产争取在“八五”有较大突破，“九五”在品种和产量上全国领先；在“八五”期间，以30万千瓦汽轮发电机组为代表的发电设备要形成综合配套能力，打出规模效益来；数字化、智能化仪器仪表，自动化装置要上品种、上批量……
总之，机电一体化技术既是振兴传统机电工业的新鲜血液和源动力，又是开启北京机电行业产品结构、产业结构调整大门的钥匙。如果北京完成好上面所建议的“机电一体化”发展两方面的目标，那么，到本世纪末，北京就会形成一个销售额超过200亿元的机电一体化产业。其中，数控机床、机电一体化印刷系统、新型电子医疗设备和数字化智能化仪器仪表等机电一体化装备销售额可超过150亿元；“电力电子”的销售额可超过20亿元；plc模糊控制器等销售额可超过15亿元；汽车电子化、自动化智能化轻工民用电器产品销售额可超过25亿元。机电一体化产业不仅是北京高新技术产业的主力军，也是机电行业停工、待产、明亏、潜亏企业的出路所在。
五、北京发展“机电一体化”的对策
(一)加强统筹安排，协调发展计划
目前，北京地区从事“机电一体化”研究开发及生产的单位很多。各自都有一套发展策略和计是。同时，市政府各有关委、办、局(总公司)也有不少相应的发展计划与规划。各单位的计划由于受各自立足点、着眼点的限制，难免只考虑局部利益，市政府各主管部门的有关计划和规划，也有统一考虑不足，统筹安排不够的问题，全市缺少综观全局的有权威性的发展计划和战略规划。因此，建议市政府责成有关机构在进行深入调查研究、科学分析的基础上，制定出北京统管全局的“机电一体化”研究、开发、生产计划和规划，避免开发上重复，生产上撞车!
(二)强化行业管理，发挥“协会”作用
目前，北京“机电一体化”较热，而按目前的行业划分方法和管理体制，“政出多门”是难哆的。因此，北京有必要明确一个“机电一体化”行业的统管机构，根据目前国家政治体制改革和经济体制改革的精神，以及机电一体化行业特点，我们建议，尽快加强北京机电一体化协会的建设，赋予其行业管理职能。
“协会”要进一步扩大领导机构——理事会的代表层面和复盖面，要加强办公室、秘书处的建设；要通过其精明干练的办事机构、经济实体，组织“行业”发展计划、战略规划的拟制；指导行业布点布局的调整，进行发展突破口的选择，抓好重点工程的试点和有关项目的发标、招标工作……
(三)优化发展环境、增大支持力度
优化发展环境指通过宣传群众，造成一种社会上下、企业内外都重视、支持“机电一体化”发展的氛围，如尽快为外商到北京投资发展“机电一体化”产业提供方便；尽可能为兴办开发、生产机电一体化产品的高新技术企业开绿灯；尽力为开发、生产机电一体化产品调配好资源要素等。
增大支持力度，在技术政策上，要严格限制耗电、耗水、耗材高的传统产品的发展，对未采用机电一体化技术落后产品限制强制淘汰；大力提倡用机电一体化技术对传统产业进行改造，对有关机电一体化技术对传统产业乾地改造，对有关技术开发、应用项目优先立项、优先支持，对在技术开发、应用中做出贡献的单位领导、科技人员进行表彰奖励等。
在经济政策上，要多给机电一体化科研攻关课题、开发应用项目利用科技专项基金和科技三项费用的机会；银行发设贷款要多向机电一体化技术改进、生产合资和机电一体化产业规模化建设项目上倾斜；成立“机电一体化”发展基金，支持机电一体化生产发展等。
(四)突出发展重点，兼顾“两个层次”
机电一体化产业复盖面非常广，而我们的财力、人力和物力是有限的，因此我们在抓机电一体化产业发展时不能面面俱到、平铺直叙，而应分清主次，大胆取舍，有所为，有所不为。要注意抓两个层次上的工作。第一个层次是“面上”的工作，即用电子信息技术对传统产业进行改造，在传统的机电设备上植入或嫁接上微电子(计算机)装置，使“机械”和“电子”技术在浅层次上结合。第二个层次是“提高”工作，即在新产品设计之初，就把“机械”与“电子”统一起来进行考虑，使“机械”与“电子”密不可分，深度结合，生产出来的新产品起码正做到机电一体化。
我们认为，北京“机电一体化”发展，当务之急，重中之重是：
抓紧开发生产gto、gtr、vdmos等新型电力电子器件及其应用装置——交流变频调速器、逆变焊机、高频电子镇流器等，用电力电子技术进行的节能、节材为主要目的的技术改造；
抓紧推广应用经济型数控系统，改造机床设备；开发生产低、中档数控系统；
现代电力电子技术论文范文6
关键词： 功率转换插座 学生寝室 智能限电 功率因数 单片机
学生寝室目前为保障学生用电安全，限制学生在寝室使用大功率纯电阻电器，如暖手宝，热得快等装置。目前学生寝室配电箱中安装已编程的单片机，采用限制电压和电流最小相位角的限电机制，即当功率较大（>400W）且功率因数接近1（电压电流相位角偏小）时，单片机会切断电源电路[1]。但是当前市场上出现了一种名为功率转换插座的装置，利用电容产生无功功率，以减小大功率纯电阻电器使用时的功率因数，从而将纯电阻电器伪装成非纯电阻电器，避开单片机的限电控制。本项目的目的在于研究设计一种新型装置，从根本上解决限制学生寝室使用大功率纯电阻电器的目的。项目的最大意义在于保障学生用电安全。根据之前对于多种功率转换器的研究，了解到部分功率转换器内部没有熔断电阻，容易发生危险，且功率转换器的工作原理在于产生无功功率，无功功率在线路中不断传递，会加重学校电路的负担，加快线路老化[2]，既造成了经济损失，又埋下了安全隐患。对于使用功率转换器是否会造成电器的寿命缩短，加快内部线路老化，还在进一步研究当中。
1.功率转换插座的研究
1.1功率转换插座的内部结构
通过对不同功率转换器内部结构的研究以及元件参数的测量，不同功率转换器内部构造不同。但是通过对内部电路分析，画出电路图，其内部电路分布一致，图1为XW-03B型号的功率转换器内部电路及其元件参数。
图1 XW-03B型号的功率转换器内部电路
1.2功率转换插座的工作原理
功率转换插座利用并联在电阻上的电容产生无功功率，补偿线路中接入大功率纯电阻电器后电流和电压相位角的减小，从而减小了功率因数，因而在原有的限电机制下，大功率纯电阻电器与功率转换插座配合使用，不会造成断电。图中双向二极管的作用在于稳压，保证用电器在此电路中，置于额定电压下工作。熔断电阻的作用是在发生短路等情况下切断电路。
2.实地调研
通过电话网络及实地调查等相结合的方式，深入了解我国各地区不同高校的限电机制，以及功率转换器的使用情况，并且了解学生宿舍日常使用的电器，做成明细表。如表1，表2所示。
通过以上调研数据可得到以下实验结论：
a.各个高校宿舍均采取限电措施保障学生安全，限电额度稍高于学生宿舍用电总额，为800W～1000W。
b.以上高校学生群体中均存在使用功率转换器的现象。
c.以上可推知，各高校配电箱均采用同一机制限制大功率纯电阻电器的使用。
3.实验过程
由于当前限电机制是在宿舍配电箱处，添加了已编程的单片机。由于实验条件的限制，无法对寝室配电箱内部结构进行研究。故将探究的着手点确定为宿舍端口，并采用同配电箱相同的限电方式，即在宿舍用电总线入口处添加已编程的单片机对电路的开闭实行控制。
本文采用智能限电理念[4]，即通过单片机对用电负荷信号进行数据采集，将采集到的数据进行一系列运算和判断，从而对用户使用了违章电器进行监控。如果单片机没有检测到符合违章电器特征的负荷且总负荷小于规定的负荷，说明该用户用电是安全的电闸导通，绿灯一直亮，数码管显示当前的负荷大小；反之，单片机将输出关断信号，将电闸关闭，同时数码管显示HH，蜂鸣器报警，10秒后，单片机自动检测负荷情况，若违章电器仍然存在，单片机继续关闭电闸；若违章电器被撤去，则单片机发出导通信号，控制晶闸管恢复供电，数码管恢复显示负荷大小。
综合以上各种理论，确定了具体的研究路线：通过分析对比正常用电情况下的参数和违章用电（大功率纯电阻电器和功率转换器配合使用）情况下的参数的不同，来使单片机分析检测线路中是否存在违章用电情况。
正常用电情况：
a.所有用电器共同工作（包括四台电脑，四盏台灯，一台饮水机，四部手机充电器）。
b.四台电脑同时工作。
c.四部手机充电器共同工作。
违章用电情况：
a.XW-03B型功率转换器，500W暖手宝共同使用。
b.PZD001型功率转换器，500W暖手宝共同使用。
通过以上几种用电情况的参数，总结出正常用电情况下的功率因数范围和违章用电情况下的功率因数范围。找出其中的不同，用以指导确定新装置的限电机制。
针对以上几种用电情况的实验计算过程如下：
正常用电情况：
a.所有用电器共同工作（包括四台电脑，四盏台灯，一台饮水机，四部手机充电器）。
b.四台电脑同时工作。
功率因数=360.24W/1320W=0.273
c.四部手机充电器共同工作。
功率因数=20W/176W=0.114
违章用电情况：
4.结论
在正常用电情况下功率因数可以为1，比如单独使用台灯或者饮水机的情况。但是当功率较大时（P>300W）功率因数接近1时会断电，而违章用电情况为大功率用电，所以正常用电情况下的功率因数仅考虑功率较大时的功率因数范围。故将功率因数的范围的上限定为0.40。
通过以上实验可知：
a.正常用电情况下的功率因数范围在0.114～0.40。违章用电情况下的功率因数范围在0.142～0.228。违规用电情况下的功率因数范围在正常用电情况下的功率因数的范围之间。
b.正常用电情况下总线的电流在0A～8.44A，即0A
由此确定了新装置的研究的最终技术路线：在宿舍电路入口处安装单片机，用以判断线路电流是否大于9A。当总线电流大于或等于9A，切断电源，蜂鸣器发出警报，10秒后自动恢复供电。若依旧大于9A，则再次瞬间断电，直至违章电器在线路中移除，方可恢复供电。其流程图如图2所示。
图2 智能限电流程图
参考文献：
[1]王新河，许建新.现代电力电子技术在电源中的应用是今后发展的必然趋势[J].治黄科技信息，2006，（03）.
[2]张文亮，汤广福，查鲲鹏，贺之渊.先进电力电子技术在智能电网中的应用[J].中国电机工程学报，2010，（04）.
[3]滕乐天，何维国，刘隽，包海龙.电力电子技术对上海电网发展的革新与挑战[J].供用电，2009，（07）.
[4]张炳武.固态继电器电参数测试技术研究和测试系统软件设计[D].中国优秀硕士学位论文全文数据库，2007，（8）.
