導言：作為寫作愛好者，不可錯過為您精心挑選的10篇電源技術論文，它們將為您的寫作提供全新的視角，我們衷心期待您的閱讀，并希望這些內容能為您提供靈感和參考。

篇1

2.脈沖電源的組成及結構

脈沖電源是適用于電除塵器的電源，目前在世界各地的電廠、鋼鐵廠及水泥廠的環保除塵機械設備中得到了廣泛應用，除塵效果顯著。它主要由控制柜和高壓輸出變壓器兩部分組成，分別放置于控制室和電除塵器頂部。脈沖電源系統一般由基礎電壓產生部分、脈沖電壓產生部分、控制部分及通訊部分組成。其原理圖如圖2所示。1）基礎電壓Vdc產生部分三相交流電源輸入至三相升壓變壓器，經三相整流橋和濾波電路后，產生一個高壓直流電壓，再經扼流電感L2和耦合電感L4送至電除塵器中，供應電除塵器ESP所需的基礎電壓。2）脈沖電壓產生部分三相交流AC380V輸入至三相升壓變壓器，經整流橋、濾波電路后，得到一個高壓直流電壓，經扼流電感L1給儲能電容Cs充電。當高壓IGBT（SW1）導通時，儲能電容Cs、扼流電感L3、耦合電感L4、電除塵器ESP等效電容形成諧振回路，儲能電容Cs內的電量在該回路內諧振，在電除塵器ESP兩端形成一個脈沖電壓。該脈沖電壓與基礎電壓疊加，產生最終所需的加至電除塵器ESP上的電壓波形，如圖3所示。諧振后半部分，電量回充給儲能電容Cs，節約電能。當高壓IGBT關斷時，諧振回路斷開，電源繼續給儲能電容充電至原電壓，等待下次脈沖的產生，如此循環。3）控制部分通過一個核心控制器（嵌入式系統），控制基礎電壓、脈沖電壓的產生，并接收脈沖電源的反饋信號、監控關鍵位置的運行狀況，調整脈沖電源的運行狀態，使脈沖電源適應各種復雜工況的要求，產生最大的收塵效率及節能目標。同時采用快速、智能的火花響應、處理機制，保證火花狀態下設備的安全、穩定運行。4）通訊部分通過以太網控制器，在通訊協議，比如Modbus的基礎上搭建整個通訊系統，在上位機界面上監控各個脈沖電源的運行情況，并統一控制、調配，便于運行和管理，提高工作效率。

3.脈沖電源除塵的特點和優勢

對于常規除塵器控制電源，脈沖電源具有如下主要優勢：1）脈沖電源具有常規電源各種特性；2）在基準電壓的基礎上疊加脈沖電壓，有效抑制高比電阻粉塵的反電暈現象，同時使電場獲得盡可能大的電暈場強，使高比電阻粉塵充分實現電離、吸附、放電等過程；3）在獲得較高場強的狀態下，使得電耗最大可能的節省。對于電除塵器本體一類的改造，脈沖電源具有如下主要優勢：（1）改造簡便，可在不停爐、短期停電的狀態下完成改造；（2）改造周期短，見效快；（3）故障時影響小，無需停爐整改；（4）改造成本低；（5）對于原本體小的除塵器有適當提效功能。綜合考慮，脈沖電源較其他除塵器技術具有全面的、可靠的優勢，采用脈沖電源對電除塵器進行改造是目前適應國家新環保標準的最佳改選方案。

篇2

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

篇3

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模控制集成電路作基本部件,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

篇4

基本的拓撲包括BUCK、BOOST、BUCK－BOOST、CUK、正激變換器、反激、半橋、全橋、推挽變換器。在課堂教學中應該使學生熟練掌握其工作原理、應用場所、電流連續和電流斷續的工作波形、拓撲中的關鍵參數的計算，為學生設計基本的開關電源電路打下堅實的基礎，這是第一層次，要求學生必須熟練掌握。尤其要著重講解基本拓撲BUCK變換器，因為很多拓撲結構甚至是基本拓撲都可以由BUCK變換器變換得來。如果能在課堂上重點講解BUCK變換器，使學生完全掌握BUCK變換器的原理和波形，對學生后期的開關電源學習將會大有助益。第二層次是以基本拓撲為核心部分的主功率電路各部分參數計算，相當于電源工程師的項目計算書部分，這也是電源工程師必須掌握的基本技能。由于課上時間有限，教師在課上會把拓撲中關鍵器件主要參數的計算方法給出，不可能把所有的參數計算一遍，所以導致有些學生就停滯在這個層次上，沒有在課下把所有的參數，尤其是關系到器件選型的參數進行設計，為了解決這個問題，在課程中后期安排學生團隊制作實物開關電源，在這個過程中就必須要對每個計算參數都要反復核算，這個教學環節取得了較好的效果。第三層次是主功率電路器件選型和調試，基本上只有參加過實物制作、電子設計大賽、實習項目的學生有機會達到這一步，通過實際存在的問題，就問題去解決，才會在實踐當中結合他們上課學習的電源理論切實地體會調試電路的樂趣。

1．2PWM和PFC控制芯片

這部分會通過調研報告的形式讓學生先去搜集相關PWM和PFC控制芯片的最新信息，先讓學生去感知、去了解現在出來最新的控制芯片已經可以做到哪些功能了，此外重要的是積累總結每一個拓撲可以有哪些控制芯片來控制。讓他們自己去發現問題，感知問題，帶著問題和好奇，在課堂上授課教師會深入講解PWM控制芯片的基本控制原理，通過工程項目詳細講解如何快速掌握一個新的控制芯片每個引腳的功能，電路的設計方法、元器件參數計算方法，使學生掌握如何用控制芯片來控制變換器實現電能的變換，學會設計控制芯片與變換器的連接電路，即檢測電路和功率管的驅動電路。在課堂上教會學生使用PWM控制芯片數據說明書設計控制電路達到層次一，在課程學時中專門安排學生學習控制芯片電路的設計方法和參數計算方法達到層次二，不僅讓學生掌握一種控制芯片的電路設計方法，更重要的是舉一反三，在以后的設計和工作崗位上面對新的平臺和控制芯片依然可以設計出符合要求的電路。

1．3變壓器和電感設計

授課教師在課堂教學中依據教學改革培養電源工程師為目標不僅要介紹變壓器和電感的各個參數的計算方法，還會結合實際項目講授變壓器同名端和異名端在實際電源制作時的注意事項，變壓器的制作方法，掌握電壓器參數的測試方法和測試工具，掌握用示波器和信號發生器測試變壓器的匝比和同名端的方法。變壓器和電感的設計直接關系到隔離型變換器的性能，很多學生對變壓器和電感磁路設計部分學習起來會有些困難，所以這部分將作為課程的難點來重點講解。

1．4保護電路設計

課堂教學中一部分學時將用來著重講解各種保護電路，包括輸入輸出過壓保護、過溫保護、過流保護、輸入欠壓保護等。將采用調研報告、啟發式和討論式等教學方法引導學生去積累這些保護電路，學會在不同平臺、不同應用場合使用不同的保護電路。

1．5閉環電路調試

結合自動控制原理課程的相關知識，著重講解開關電源閉環電路的設計和分析，尤其是PID調節器的調試方法，結合實際項目演示電源工程師閉環電路調試過程，激發學生學習開關電源的學習興趣，通過實物和仿真軟件讓學生體驗調試的樂趣，這部分是開關電源課程重點講解的內容，要聯系實際項目，是課程的核心內容。以上5個部分是課程的主要教學內容塊，完全按照培養電源工程師的目標下制定的教學計劃，可以做到較好地給學生從課堂到就業的過渡，而不再是到了工作崗位上感覺課堂學習的東西和實際工作聯系不緊密，什么知識什么技能都要工作之后學習。在課堂上，保證學生完全掌握第一個層次，通過課后作業、課堂實際項目案例、電源制作等形式的教學方法使大部分學生掌握層次二，在平時的教學中注意動手能力強或者電路設計能力強的學生，通過帶學生電子設計大賽、創新大賽，或者學生在項目中輔助教師擔任研發助理的工作等，使一部分學生研發能力可以快速提高，培養成具有基本技能的初級電源工程師。

2課程考核方式改革

考慮到開關電源課程的實踐性強的特點，著重考核學生掌握所學的基本電路拓撲理論和技能，能綜合運用所學知識和技能去分析電路、調試和測試電路、分析電路故障及排除電路故障的能力。

2．1制作電源實物

基于課堂系統的理論學習，獨立制作75W單管正激變換器實物的能力考核，該正激變換器采用何種磁復位技術不限，根據班級人數，3～4名同學為一個小組，明確不同分工，共同制作出一款正激變換器。同時培養學生的團隊合作意識，考核的內容也要增加當該團隊遇到分歧和困難的時候，是如何解決的。

2．2課堂表現

主要是包括回答問題的情況，對問題分析的程度，出勤率，在平時小組討論時的表現和活躍程度。

2．3科研報告、口頭匯報

通過讓學生搜索近3年國內外開關電源、尤其是通信電源技術和產品的最新發展概況，增強學生的自我學習能力，在以后的學習和工作中掌握更新自己開關電源知識體系的能力，這是我們教學的重點，不只是教會學生電源的基本知識，還要教學學生學習探索開關電源領域的學習方法。選取部分優秀學生的科研報告由學生濃縮成5分鐘的口頭匯報結合PPT、實物動畫等多媒體展示方法在上課前5分鐘做口頭匯報分享給學生們。不僅較好地激發學生學習開關電源的興趣也能夠充分鍛煉學生的公開演講能力。

2．4作業

作業著重在學生是否是自己獨立完成的電路設計，而不是應付了事。哪怕學生的設計內容很少，但是只要是他們自己經過思考得來的就要比其參考其他人的作業效果要好很多。

篇5

2雙電源車的工作原理

電動自卸卡車采用雙電源供電技術時，需要安裝架空線。對于露天開采來說，減少發動機損耗，減少廢氣排放本身就是節能降耗的有效措施。

1）動力接線：

以該露天礦最早進口的UCLED-190型大卡車為例，屬于柴油機電傳動卡車，其基本方式為：柴油機寅同步發電機寅整流系統寅直流電動機。在此狀態下可用兩個方案：淤切斷原來的電源輸出端G，將同樣電壓的單相交流電壓通過滑板和受電弓在此輸入。于在直流電動機輸入端切斷，持同樣的支流電源從滑板受電弓在此輸入。如果采用第二方案，需在電動機接入大容量的起制動電阻，要占很大體積，現有大卡車不易容許；所以最好采用第一方案，此時整流系統采用可控硅（SCR）代替硅二極管，就可實現輸出電壓的大范圍調整。

2）接觸網與受電弓：

電能源大卡車雖應使用雙柑式受電弓，但是現在的工礦用自卸式車（自翻車）的后斗在卸載時要向上抬起，故受電弓不宜采用雙柑式受電弓。工礦用電力機車有E弓子和旁弓子兩種受電器：E弓采用檢E接觸網上，旁弓子用于翻車線及稿線的旁架線上。現在用的工礦自卸車上沒有鐵道，必須有兩根架線，同時要安裝兩個互相絕緣的受電弓。這也是不可能的：淤因為架線不可能在車斗的正上方。于兩個并排放置的E受電弓也是可能的。所以最有可能的是采用工礦電力機車兩臺旁受電弓。在不同的高度稍錯開點位置安放。

3）材料的使用：

淤架空線可采用鋼芯鋁絞線。于受電弓上的接觸滑板可采用電化石墨，這樣就省去了經常換銅滑板和銅導線的麻煩。采用這種材料是經北京鐵道科學院（1976年）的磨合實驗的。

4）操作步驟：

雙電源電動大卡車只能跟隨預定的路線行駛，對于沒有電線的線路，通過切換電源輸出端，可以恢復柴油動力狀態。經改裝后的大卡車為電柴油混合動力車。鋪設電線時，要合理規劃，盡量減少無電線路線的長度；同時使用再生制動，剎車時把動能轉化為電能，供其它電車使用，以節省能源。使用改裝后的大卡車時，應按下面流程工作：裝車點裝載剝離下的土方，車輛啟動，由裝車點行駛至主干道。此過程是柴油動力模式工作。當至主干道時，受電弓接觸電纜，卡車將自動切換至電動力工作模式，直至卸載點，卡車又將切換至柴油動力模式。需要指出：因裝車點經常需要變化，裝載點至主干道的路線也會相應變化。因此會經常出現拆除電纜架空線和安裝電纜架空線的工作（相似井工煤礦常需搬家倒面一樣），電纜架空線的布置要結合生產實際情況進行優化。保證使用的安全性、可靠性、經濟性。所以，該露天礦應抽調熟悉電力牽引與露天采礦的人員組成專業隊伍，對有關情況進行科研實驗，并與相關廠家（如湘潭電機廠、華山電機車廠）洽談合作。待設計完成后，要對現有自卸大卡車的行車路線進行一次大修，并安裝防護網，尤其對路面的硬化要特別加強。

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2雙電源車的工作原理

電動自卸卡車采用雙電源供電技術時,需要安裝架空線。對于露天開采來說,減少發動機損耗,減少廢氣排放本身就是節能降耗的有效措施。

1)動力接線:

以該露天礦最早進口的UCLED-190型大卡車為例,屬于柴油機電傳動卡車,其基本方式為:柴油機寅同步發電機寅整流系統寅直流電動機。在此狀態下可用兩個方案:淤切斷原來的電源輸出端G,將同樣電壓的單相交流電壓通過滑板和受電弓在此輸入。于在直流電動機輸入端切斷,持同樣的支流電源從滑板受電弓在此輸入。如果采用第二方案,需在電動機接入大容量的起制動電阻,要占很大體積,現有大卡車不易容許;所以最好采用第一方案,此時整流系統采用可控硅(SCR)代替硅二極管,就可實現輸出電壓的大范圍調整。

2)接觸網與受電弓:

電能源大卡車雖應使用雙柑式受電弓,但是現在的工礦用自卸式車(自翻車)的后斗在卸載時要向上抬起,故受電弓不宜采用雙柑式受電弓。工礦用電力機車有E弓子和旁弓子兩種受電器:E弓采用檢E接觸網上,旁弓子用于翻車線及稿線的旁架線上。現在用的工礦自卸車上沒有鐵道,必須有兩根架線,同時要安裝兩個互相絕緣的受電弓。這也是不可能的:淤因為架線不可能在車斗的正上方。于兩個并排放置的E受電弓也是可能的。所以最有可能的是采用工礦電力機車兩臺旁受電弓。在不同的高度稍錯開點位置安放。

3)材料的使用:

淤架空線可采用鋼芯鋁絞線。于受電弓上的接觸滑板可采用電化石墨,這樣就省去了經常換銅滑板和銅導線的麻煩。采用這種材料是經北京鐵道科學院(1976年)的磨合實驗的。

4)操作步驟:

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2改進的措施

針對學生學習的現狀，首先強調《電子技術》課程的重要性，不必拘泥于教材的知識，以及電路內部復雜的結構，多強調元件、電路的功能和作用，以及在實踐調試中的注意事項。有條件的可以進行一體化教學，兩小節課程，第一小節理論講解，第二小節學生操作訓練，增強了學生對電子元件和電路的感性認識，還可以熟練掌握萬用表、示波器、直流穩壓電源、信號源等儀器儀表的操作，通過一體化教學使得教學目標明確，提高了教學效果。根據學生學習掌握的狀況，訓練其創造性思維能力，根據電子技術的發展方向和學生的知識結構進行科學合理的安排內容。如適當引入數字信號處理技術（DSP）、嵌入式技術（ARM）、電子設計自動化技術（EDA）技術，以及未來電子技術的發展方向微電子技術、納米電子技術。在當今日新月異的世界里，《電子技術》講授的內容也應該與時俱進，因此教師應該不斷的學習新理論、新技術、新方法，使培養的學生畢業后盡快與社會同步接軌。還可以考慮引入PPT、視頻、動畫等教學方法及手段，突出重點、突出難點，提高教學效果。在實驗教學方面，在保證基本的實驗技能和操作能力培養的前提下，適當減少基礎性驗證實驗，增加設計性實驗內容。如數字電路實驗中的智力競賽搶答裝置，它具有公共置0端和公共CP端；F2為雙4輸入與非門74LS20；F3是由74LS00組成的多諧振蕩器；F4是由74LS74組成的四分頻電路，F3、F4組成搶答電路中的CP時鐘脈沖源，搶答開始時，由主持人清除信號，按下復位開關S，74LS175的輸出Q1～Q4全為0，所有發光二極管LED均熄滅，當主持人宣布“搶答開始”后，首先作出判斷的參賽者立即按下開關，對應的發光二極管點亮，同時，通過與非門F2送出信號鎖住其余三個搶答者的電路，不再接受其它信號，直到主持人再次清除信號為止。若學生掌握的操作技能，則學生就掌握了觸發器電路、邏輯門電路、振蕩器電路、分頻電路、時鐘電路、發光二極管電路等多個電路知識。做好《電子技術》教學還要重視師資隊伍建設，有了好的老師、好的教學方法、好的教學理念才能教出好的學生。應該打破傳統的理論教學教師與實驗教學隊伍的界限，理論任課教師也應該積極參與實驗教學、實驗項目的改造和實驗室建設，將理論教學與實踐教學有力地結合在一起，積極參與科研課題的申報與實施，使理論與實踐教學與時俱進。鼓勵教師參加一些權威部門組織的教學改革研討會，利用好假期時間參加一些國培項目，鼓勵教師深造學習，深入生產、建設、服務第一線，及時了解行業發展的動態，結合實踐教學開展科研活動，撰寫科研論文，不斷提高教學水平。教師的教學效果與考核相掛鉤，可以提高教師學習的積極性。近期，西安航空職業技術學院電子工程學院組織教師積極參與微課的制作與教學，取得了較好的教學效果。利用仿真軟件教學可以補充硬件教學資源的不足，節約教學經費，使學生較容易的掌握各種儀器的基本使用方法、電路參數的測試方法，使每個人都能親自動手接觸電路，進行元件接線、參數設定、數據測量并與理論計算結果進行對照，增強對電子線路的感性認識，提高教學效果。《電子線路》常用的教學仿真軟件有EWB、Protrus、Multisim、虛擬儀器等，為Protrus軟件連接的八路彩燈仿真效果圖。Protrus軟件連接的八路彩燈仿真效果圖重視學生社團的建設與發展。學生社團的成員們具有相同的興趣和愛好，他們來自不同的專業、不同的年級，知識結構、能力結構具有交叉性和互補性，可以按照自己的意圖和方案進行設計創新。此外，學生社團活動方式的實踐性與靈活性、自由寬松的氛圍、平等的師生關系都為實踐創新訓練提供了有利的條件。西安航空職業技術學院電子工程學院電子俱樂部2003年5月成立，是在原來便民服務小組基礎上發展起來的，本著“服務大家，提高自己”為宗旨，以鍛煉為主導、以求知為目標、發揚雷鋒精神、充實自己、服務于人的思想，適時開展義務維修活動，普及電子科普知識。社團經過12多年的發展，現擁有創作部、維修部、電腦部、宣傳部、技術團等5個部門，300多名社員。電子俱樂部自成立以來，在學院、團委、電子工程學院等部門的領導及指導教師的關懷下，以及全體社員的共同努力下，多次在校園、社區開展便民電器義務維修活動，多次進行三下鄉電器義務維修、支教活動；以電子俱樂部成員們多次參見校園、省級、國家級電子技術類競賽，取得了驕人的成績。2006年電子俱樂部獲得了“省級優秀社團”的光榮稱號，2007年、2010年電子俱樂部獲得“院級優秀社團”的光榮稱號。對于課程的考核不應該僅僅局限于期末考試筆試的成績，應該增加平時成績的比例，老師可以參考學生平時的作業、實驗實訓操作的情況，電子技術類競賽獲獎的學生成績可以適當加分，對現在的考核方式進行適當的調整，可以激發學生學習的積極性與主動性。

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再設計電路時，首先要明確電路需要的功能，制定詳細的任務書，確定需要的單元電路，星系擬定電路的性能指標，再通過計算電壓需要放大的倍數、電路中輸入輸出電阻的大小，繪制執行流程圖，通過設計，將電路所需的成本降到最低，提高每個單元電路、參數的精度，在提高設計電路的可靠性、穩定性的前提下，盡量簡化設計電路。

1.2參數計算

計算參數是設計電路必須要進行得步驟，通過計算，來保證電路中各個單元電路的功能指標需要達到的要求，計算參數需要電子技術的相關知識，單元電路的設計需要強大的理論知識的支撐，才能做到爐火純青。例如，在計算如下放大電路的時候，我們需要計算每個電阻的阻值、以及放大倍數，同一個電路，可能有很多數據，所以要正確的選擇數據，注意方法。

1.3繪制電路圖

電路設計時，需要將單元電路與整機電路相連，設計完整的具有一定功能的電路圖，在連接時，需要注意單元電路間連接的簡化，以及最重要的是，電路的電氣連接，是否能夠導通，實現預定功能。例如，設計單元電路間的級聯時，各單元電路設計完成時，還要考慮這些，意在減少浪費，還要注意輸入信號、輸出信號、控制信號間的關系，同時還要注意一些事項：首先，注意電路圖的可讀性。繪圖時，盡量將主電路圖繪制在一張圖紙上，其中較為獨立的部分單元電路、以及次要部分可以繪制在另一張圖上，但是一定要注意圖之間的電氣端口的連接，是否對應，各圖紙間的輸入輸出端口都要提前做好標記。其次，注意信號流向以圖形符號。信號的流向，一般從輸入端、信號源開始，從左至右、從上到下，按信號的流向依次連接單元電路。而且，圖中要加上適當的說明，如符號的標注、阻值等。最后，注意連接線畫法。電路圖中，各元件間的連接應為直線，且盡量減少交叉線，連接線的分布應為水平或者垂直，除非應對特殊情況，否則不要化斜線，如圖中不可避免的出現交叉，要將連接點用原點表示。

2幾種典型單元電路的設計方法

電子電路設計中，單元電路一定要設計合理，否則將會影響整個電路的聯通，所以，電氣工程師在設計電路時，應該更謹慎的致力于單元電路的設計。

2.1對于線性集成運放組成的穩壓電源的設計

穩壓電源的設計，一般先讓輸入電壓通過電壓變壓器，然后進行整流，然后經過濾波電路，成為穩壓電路。設計單元電路時，串聯反饋式穩壓電路可分為幾個部分，調整部分、取樣部分、比較放大電路、基準電壓電路等。這樣的設計能夠使單元電路具有保護過流、短路電流。

2.2單元電路之間的級聯設計

單元電路設計完成之后，還要考慮單元電路間的級聯問題。例如，電氣特性的相互匹配、信號耦合方式、時序配合、相互干擾等。其中信號耦合方式，還包括：直接耦合、間接耦合、阻容耦合、變壓器耦合、光耦合。時序配合的問題，相對比較復雜，需要對每個單元電路的信號進行詳細的分析，來確定電路時序。

2.3對于運算放大器電路的設計

運算放大電路在電路設計中十分常用，它能夠與反饋網絡連接，組成具有特定功能的電路模塊，是具有很高放大倍數的單元電路。運放電路的設計，可以通過元器件的組合，也可以通過具有相應功能的芯片構成，設計時對各種參數都要整體權衡，不能盲目的追求某個指標的先進。其中，要引起重視的是，應在消震引腳間接入適當的電容消振盡量避免兩級以上的放大級相連。

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起動Matlab軟件，打開Simulink仿真模塊，通過拖拽元件構建單相橋式全控整流電路電阻性負載和電感性負載仿真模型。仿真電路中主要的元件的提取路徑如下所示。

2單相橋式全控整流電路電阻性負載觸發角度為450仿真

利用3.1中描述的元件的提取，根據單相橋式全控整流電路電阻性負載原理圖，對所選擇的仿真元件進行連線，仿真模型如圖1所示。模塊參數設置分別針對電源、觸發脈沖、負載電阻進行設置。電源電壓為100V，50HZ交流電；VT1、VT4觸發脈沖設定為幅值為10、周期為0.02S、延時時間為0.0025S；VT2、VT3觸發脈沖設定為幅值為10、周期為0.02S、延時時間為0.0125S；電阻R=2、H=0、F=inf；晶閘管為默認值設定。開始時間設置為0，終止時間設置為0.05，算法設置為ode23tb。參數設定完畢后進行仿真，仿真波形如圖2所示。

3單相橋式全控整流電路電感性負載觸發角度為45̊仿真

模塊參數設置分別針對電源、觸發脈沖、負載電阻進行設置。電源電壓為100V，50HZ交流電；VT1、VT4觸發脈沖設定為幅值為10、周期為0.02S、延時時間為0.0025S；VT2、VT3觸發脈沖設定為幅值為10、周期為0.02S、延時時間為0.0125S；電阻R=2、H=0.1、F=inf；晶閘管為默認值設定。開始時間設置為0，終止時間設置為0.05，算法設置為ode23tb。電感性負載不帶續流二極管和帶續流二極管仿真模型和仿真波形如圖3、4所示。

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2PLC技術的優點

作為微機技術和傳統繼電接觸控制技術相互結合的產物，PLC技術克服了繼電接觸控制系統中機械觸點接線復雜、可靠性低、功耗高、靈活性差等缺點，充分利用了微處理器的優勢，具體包括以下優點。

2.1功能完善

當前，PLC產品的規模和型號非常豐富，可以滿足各種工業控制的需要，而且具有非常完善的邏輯處理和數據運算功能，被廣泛應用于各種數字控制領域。

2.2可靠性高

在PLC的生產過程中，采取了先進的內部抗干擾技術，極大地提高了系統的可靠性。同時，PLC具備相應的自我檢測能力，一旦發現硬件故障，可以及時發出警報信號，提醒相關人員處理故障，因此，PLC控制系統具備很高的可靠性。

2.3編程語言簡單

作為一種工控計算機，PLC的接口相對簡單，編程容易，其使用的梯形圖語言編程對工作人員的專業技能要求較低，不需要面對復雜的匯編語言，即使那些不熟悉計算機的人員也可以輕松上手。

2.4維護方便

在PLC技術中，以存儲邏輯代替了接線邏輯，極大地降低了裝置外部的接線數量，減少了系統的建設周期，同時，也在一定程度上降低了設計難度，以便于系統的維護和管理。不僅如此，PLC可以實現在線編程，轉變生產過程，被廣泛應用于多品種、小批量的工業生產控制中。

3PLC技術在電力工程中的應用

在電力工程中，PLC技術的應用主要表現在以下幾個方面。

3.1開關量控制

開關量控制包括以下兩方面的內容。

3.1.1斷路器控制

在傳統的電力自動化控制系統中，對斷路器的控制多是采用繼電器控制的方式，需要使用大量的電磁繼電器，存在許多觸點和聯接點，進而降低了系統的可靠性。而PLC技術的應用和普及，使得軟繼電器逐漸代替了繼電元件，極大地提高了控制系統的可靠性。在PLC控制系統中，操作人員只需要執行一些非常簡單的工作，比如分閘、合閘等，系統就會自動根據實際運行狀況，給出正確的操作信號。同時，在系統出現故障時，會自動跳閘，并發出相應的報警信號。而且，PLC控制系統不需要進行復雜的二次接線，可以有效地降低接線失誤率，大大減少維護檢修的工作量。

3.1.2備用電源自動投入裝置

備用電源自動投入裝置的主要功能是提高供電系統的可靠性，被廣泛應用于大型企業的供電系統中。在原有的備用電源投入系統中，多采用手動或自動供回電線路的方式供電，在投切過程中，會出現幾秒鐘的斷電時間，影響供電的連續性和可靠性。而應用PLC，可以實現對備用電源自動投入裝置的控制，可以根據系統的實際情況進行抗干擾，具有可靠性高、操作簡單、接線方便等優點。

3.2順序控制

在原有的電力工程中，控制系統一般都是采用繼電器控制，而隨著PLC技術的發展，高性能的PLC控制系統逐漸取代了繼電器控制。在實際應用中，PLC不僅能夠全面調節整個電力工程，也可以控制部分電路。同時，PLC控制器屬于遠方終端單元，可以利用遠程控制的方式控制變電站現場的RTU裝置，實現對各種開關狀態量的采集和處理，并通過相應的反饋環節獲得故障信息，以便及時處理和解決其中存在的問題和故障，以保證電力系統的安全、穩定運行。