時間：2023-02-27 11:07:40
導(dǎo)語：在電力電子技術(shù)論文的撰寫旅程中，學(xué)習(xí)并吸收他人佳作的精髓是一條寶貴的路徑，好期刊匯集了九篇優(yōu)秀范文，愿這些內(nèi)容能夠啟發(fā)您的創(chuàng)作靈感，引領(lǐng)您探索更多的創(chuàng)作可能。
1.1通過課程改革，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。通過課程教學(xué)改革，激勵教師及時更新知識儲備，做好新知識、新技術(shù)的學(xué)習(xí)與傳授，使課堂教學(xué)更能體現(xiàn)時代性，并使教師自覺提高自己的教學(xué)水平。同時，依托我校已建成的電力電子實驗室，鼓勵教師開發(fā)適用于各層次、滿足不同專業(yè)側(cè)重點的實驗和實踐環(huán)節(jié)，使教師通過指導(dǎo)學(xué)生課程設(shè)計、畢業(yè)設(shè)計，并結(jié)合企業(yè)項目需求，開發(fā)出多項科研教研項目，使教師科研能力得到提高。
1.2為課程群建設(shè)、產(chǎn)學(xué)研相結(jié)合的進一步探索研究奠定基礎(chǔ)電力電子技術(shù)已逐步發(fā)展成為一門由現(xiàn)代控制理論、材料科學(xué)、電機工程、微電子技術(shù)多學(xué)科相互滲透的綜合性技術(shù)學(xué)科。通過課程改革，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，通過課程改革，探索適用于我校的電類專業(yè)卓越工程師特色培養(yǎng)模式，并促進教科研和企業(yè)項目合作與承接等工作的深入開展。
2教學(xué)改革方案的實施與主要特色
為努力改變該課程原有的難教難學(xué)的狀況，教學(xué)改革方案從以下幾個方面實施：
2.1重新編排教學(xué)內(nèi)容，突出課程實用性和趣味性改變傳統(tǒng)教學(xué)中對四大變流電路孤立、單一的學(xué)習(xí)模式，引入生活中常見電路以及電子小制作的實例，通過一系列具體電路系統(tǒng)設(shè)計過程的演示，將《模擬電路》、《電機與電氣》等前期專業(yè)課程的知識與《電力電子技術(shù)》所學(xué)理論知識相聯(lián)系，展現(xiàn)課程強弱電結(jié)合、多學(xué)科融合的特點。并且，在保證理論基礎(chǔ)扎實前提下，增加日常電路分析和設(shè)計實踐環(huán)節(jié)在整個教學(xué)過程中所占比重，以實例激發(fā)學(xué)生自主學(xué)習(xí)興趣，以興趣帶動能力培養(yǎng)，在這一過程中培養(yǎng)學(xué)生的讀圖、分析、畫圖、簡單電源電路設(shè)計等能力，實現(xiàn)理論與應(yīng)用相輔相成、有機結(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)過程中的互動性和學(xué)生分析解決問題能力的培養(yǎng)授課過程中注意開展互動，通過采用提出啟發(fā)性問題—共同討論—獲得結(jié)論—實驗驗證的方法，在教師“教”與學(xué)生“學(xué)”的過程中不斷發(fā)現(xiàn)問題和新的突破點，將學(xué)生被動接受知識的過程轉(zhuǎn)化為其不斷解決問題的過程，使學(xué)生主動學(xué)習(xí)、開放思維，并在此過程中加深相關(guān)理論的理解，訓(xùn)練其分析和解決問題的能力。
2.3充分發(fā)揮多媒體教學(xué)優(yōu)勢，改變理論教學(xué)抽象、刻板的現(xiàn)狀電力電子技術(shù)重視對電路波形的分析。課程原有的單一的板書或簡單PPT課件加板書的傳統(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，還使分析過程不再枯燥抽象，分析結(jié)果生動醒目，便于學(xué)生理解。
2.4以實際系統(tǒng)分析為手段，提高學(xué)生知識融會貫通的能力改變對變流技術(shù)中各典型電路孤立的講解，通過帶領(lǐng)學(xué)生進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)該門課程電力、電子和控制學(xué)科間的交叉性，使學(xué)生學(xué)會將與課程相關(guān)的專業(yè)課內(nèi)容靈活運用于電路分析和設(shè)計應(yīng)用中，提高他們對所學(xué)知識的融會貫通能力。
2.5引入專業(yè)常用仿真軟件，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)基本專業(yè)技能專業(yè)仿真軟件在現(xiàn)代工業(yè)設(shè)計及應(yīng)用中的作用越來越顯著，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，在教學(xué)過程中，利用仿真軟件對電路工作情況進行仿真，可以使分析過程更為直觀，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在開關(guān)電源開發(fā)應(yīng)用中具有重要作用，被相關(guān)企業(yè)廣泛運用[4]。在教學(xué)改革中，通過在課堂教學(xué)和實驗環(huán)節(jié)中引入建模的基本原理與過程，既能使課堂教學(xué)和實驗更加生動直觀與安全，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)對于學(xué)生基本專業(yè)技能的要求。
2.6開發(fā)一批設(shè)計性、綜合性研究實驗，培養(yǎng)學(xué)生的應(yīng)用、創(chuàng)新能力利用學(xué)校電力電子實驗室和軟件仿真的資源，結(jié)合當(dāng)前熱門課題和企業(yè)需求，開發(fā)一些設(shè)計性、綜合性較強的實驗，或通過課程設(shè)計、畢業(yè)設(shè)計的方式指導(dǎo)帶領(lǐng)學(xué)生進行研究設(shè)計。實驗的開發(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，提高知識綜合運用能力，又可為電子設(shè)計大賽等專業(yè)比賽人才選拔奠定基礎(chǔ)。
2.7以課程改革為契機，積極拓展校企合作途徑，開發(fā)產(chǎn)學(xué)研項目，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)實際項目作為教學(xué)的實踐、提升環(huán)節(jié)，依托學(xué)校的實驗實訓(xùn)中心，以教師為主導(dǎo)，學(xué)生進行設(shè)計、驗證配合，不僅可以極大地激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)和實踐的興趣，同時也有利于教師自身科研水平的提高。
3結(jié)語
1.1電力電子器件
電力電子器件主要是由一些半導(dǎo)體半控器件和全控器件組，主要有IGBT、BJT、MOSMOSFET、GTR等組成。成為了滿足廣大需求、適應(yīng)復(fù)雜多變的惡劣自然天氣、自然災(zāi)害，生產(chǎn)出質(zhì)量高、性能好的電壓和電流，要求電力電子器件具有可靠性高，抗干擾能力強，溫度穩(wěn)定性高并且有一定的電氣隔離能力，能承受短暫的高電壓強電流。電子器件所控制得智能電網(wǎng)應(yīng)該有自愈性、安全性、交互性、經(jīng)濟性、優(yōu)質(zhì)高效、清潔環(huán)保市場化程度高。
1.2在風(fēng)力發(fā)電與太陽能發(fā)電中的應(yīng)用
太陽能發(fā)電系統(tǒng)由太陽能電池陣列、控制器、蓄電池、逆變器、用戶即照明負(fù)載等組成。其中，太陽能電池組件和蓄電池為電源系統(tǒng)，控制器和逆變器為控制保護系統(tǒng)，負(fù)載為系統(tǒng)終端，在太陽能的利用上同樣面臨這類似的問題，光伏發(fā)電系統(tǒng)主要以電源方式并入電網(wǎng)，其輸出系統(tǒng)的電力跟蹤電網(wǎng)電壓電流相位變化，同時調(diào)整輸出電流幅值的大小，使光伏系統(tǒng)注入電網(wǎng)中的功率最大，為了彌補光伏發(fā)電系統(tǒng)在功率上的波動，還需要通過控制器對蓄電池的雙向充放電，以保證向電網(wǎng)輸送平穩(wěn)的電壓電流，和規(guī)定的相位，使電網(wǎng)得到純凈的高質(zhì)量電力。
1.3超高壓直流輸電技術(shù)在智能電網(wǎng)的應(yīng)用
超高壓直流輸電技術(shù)在遠(yuǎn)距離大容量輸電、異步聯(lián)網(wǎng)、海底電纜送電等方面具有優(yōu)勢，因而得到了廣泛應(yīng)用。而特高壓直流輸電更可以有效節(jié)省輸電走廊，降低系統(tǒng)損耗，提高送電經(jīng)濟性，它為我國解決能源分布不均、優(yōu)化資源配置提供了有效途徑。截至2009年，我國已建成7個超高壓直流輸電工程和2個直流背靠背工程，直流輸電線路總長度達7085km，輸送容量近20GW，線路總長度和輸送容量均居世界第一。預(yù)計到2020年，我國將建成“強交強直”的特高壓混合電網(wǎng)和堅強的送、受端電網(wǎng)，預(yù)計直流工程達50項，其中規(guī)劃建設(shè)30多個特高壓工程，包括5個±1000kV的直流工程。
1.4SVC在智能電網(wǎng)的應(yīng)用
SVC是一種比較典型的電力電子控制技術(shù)，在電網(wǎng)應(yīng)用中發(fā)揮著重要作用，它具有許多作用，可以調(diào)節(jié)電力系統(tǒng)的電壓從而保證其穩(wěn)定,并通過控制無功潮流來增加系統(tǒng)輸送點的能力,提供無功功率給直流換流器,提高電力系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性和靜態(tài)穩(wěn)定性,還可以加強對電力系統(tǒng)低頻振蕩的阻尼。SVC技術(shù)是提高我國電力系統(tǒng)穩(wěn)定性,解決電網(wǎng)輸配電存在的不足之處的一個非常重要的技術(shù),它具有優(yōu)化潮流和無功補償?shù)墓δ?可以有效改善電網(wǎng)的電能質(zhì)量,提高電網(wǎng)的穩(wěn)定性、安全性和輸電的能力、效率。
1.5在電力分配上的作用
電網(wǎng)應(yīng)該能滿足所有用戶的要求，特別是國家電網(wǎng)應(yīng)該不允許出現(xiàn)這樣的缺陷，電網(wǎng)所面臨的用戶多種多樣，包括了普通家庭，醫(yī)院，工廠，城市照明等，當(dāng)電力通過電網(wǎng)輸送到用戶的面前時，還需要電網(wǎng)根據(jù)不同客戶的要求輸出合適的頻率、幅值、相位，在面臨雷擊、短路、及自然災(zāi)害的情況下應(yīng)該任然能維持電網(wǎng)的平衡穩(wěn)定，積極滿足用戶的需求。如今。城市用電迅速增長，原來的架空電網(wǎng)的供應(yīng)已經(jīng)不能滿足用戶的需求，在交流的長距離出送中，需要添加電力電子設(shè)備，對電網(wǎng)缺失進行補充，增加電力電子設(shè)備環(huán)節(jié)對供電系統(tǒng)起著越來越重要的的作用。
2.小結(jié)
《電力電子技術(shù)》是機電類專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課。課程涉及到大量的電路分析，是一門與實踐聯(lián)系比較緊密的課程。逆向思維教學(xué)法是從果導(dǎo)因的逆向分析法。在逆向思維教學(xué)的基礎(chǔ)上，為加強學(xué)生實際能力的培養(yǎng)，探索工學(xué)結(jié)合的教學(xué)模式，課程組結(jié)合課程教學(xué)特點，創(chuàng)建了“理論——實踐——工程設(shè)計”一體化的教學(xué)模式。我們將教學(xué)過程分解為三個互相聯(lián)系的模塊，整個過程將理論教學(xué)、實訓(xùn)與實踐、工程設(shè)計三大部分進行了一體化的組織設(shè)計，各個模塊的有機銜接，教學(xué)組織過程依次展開。同時，根據(jù)教學(xué)內(nèi)容，選擇了靈活的教學(xué)方法，如現(xiàn)場教學(xué)、案例教學(xué)、項目驅(qū)動、真題實做等，構(gòu)成一個學(xué)?！髽I(yè)——社會貫通的現(xiàn)代教學(xué)鏈，加強了學(xué)生實際動手能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。從真正意義上實現(xiàn)了理論與實踐互交互融和開放性教學(xué)，體現(xiàn)了工學(xué)結(jié)合特色。
二、加強課程建設(shè)，精心、合理選擇教學(xué)內(nèi)容
1.了解相關(guān)課程之間的分工。知識是相互聯(lián)系、相互滲透的。在開課前，熟悉本課程與相關(guān)學(xué)科的聯(lián)系，了解先修課“電路”和“電子技術(shù)基礎(chǔ)”兩門課程的教學(xué)情況和后續(xù)課“變頻調(diào)速技術(shù)”的安排，處理好他們之間的關(guān)系，保持整個專業(yè)課程體系前后銜接，避免內(nèi)容的重復(fù)和疏漏。例如“自關(guān)斷器件”一章節(jié)，電子技術(shù)基礎(chǔ)中已講過小功率晶體管、場效應(yīng)管的結(jié)構(gòu)、原理、特性及應(yīng)用。在本門課程中，對功率晶體管、功率場效應(yīng)管應(yīng)重點講述其與小功率管的不同之處。對于晶閘管直流電動系統(tǒng)部分，重點應(yīng)在整流、有源逆變兩種狀態(tài)下，電流連續(xù)、斷續(xù)時的電動機特性，而直流可逆調(diào)速系統(tǒng)的內(nèi)容則需放到后續(xù)課程“變頻調(diào)速技術(shù)”中。
2.以器件、電路、應(yīng)用為主線，加強基礎(chǔ)知識的學(xué)習(xí)。以開關(guān)方式工作的電力半導(dǎo)體器件是現(xiàn)代電力電子技術(shù)的基礎(chǔ)核心。電力電子器件的基礎(chǔ)之一是能以小信號輸入控制很大的輸出，這就使電力電子設(shè)備成為強弱電之間的接口的基礎(chǔ)。講解器件原理及特性，目的是為了應(yīng)用器件組成電路，故應(yīng)掌握器件外部特性、極限參數(shù)和使用注意事項。三方面的內(nèi)容應(yīng)以電路為主，學(xué)習(xí)各類電力半導(dǎo)體器件所構(gòu)造各種功率變換電路時，學(xué)生應(yīng)掌握功率變換主電路的構(gòu)成、工作原理和工作波形，不同負(fù)載對電路工作特性的影響以及主電路的元件參數(shù)計算和選擇。
3.介紹學(xué)科前沿發(fā)展的動向，反映本學(xué)科和相鄰學(xué)科的新成果、新進展。無電網(wǎng)污染、無電磁干擾、節(jié)能省電等綠色指標(biāo)是全球范圍內(nèi)的熱門話題。由于很多電力電子裝置結(jié)構(gòu)相當(dāng)復(fù)雜，為簡化設(shè)計而出現(xiàn)的集功率開關(guān)、變換控制電路、傳感控制電路為一體的智能功率集成模塊受到歡迎，厚膜集成模塊、積木式的功能模塊，靈活機動既能單獨使用，也能相互組合成較大的系統(tǒng)，成為電力電子技術(shù)的發(fā)展方向。教學(xué)內(nèi)容應(yīng)主動吸收最新信息，同時引導(dǎo)學(xué)生了解電力電子技術(shù)的發(fā)展動態(tài)，擴大知識面，這可通過指導(dǎo)學(xué)生閱讀與電力電子技術(shù)有關(guān)的學(xué)術(shù)期刊，登陸相關(guān)的專業(yè)網(wǎng)站，使學(xué)生了解自己目前所學(xué)知識在本領(lǐng)域所處的位置，從而站在較高的起點上，去適應(yīng)學(xué)科未來發(fā)展的需要。
三、改革教學(xué)方法，形成以能力培養(yǎng)為主線的課程特色
《電力電子技術(shù)》是一門理論包含實踐的課程，根據(jù)其自身的特點，課程的內(nèi)容設(shè)計應(yīng)注重“講”“練”。多年來，電力電子技術(shù)課程的教學(xué)方法是以教師為中心的，逐章逐節(jié)不厭煩地講授，講得過多、過細(xì)，以求“當(dāng)堂弄懂”“課上解決”。這樣只是傳授，學(xué)生總是處于被動接受的地位，極大地妨礙了學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性和積極性的發(fā)揮，不利于學(xué)生的素質(zhì)和能力的培養(yǎng)。而實現(xiàn)教學(xué)現(xiàn)代化是加大授課信息量，節(jié)約課時，增強教學(xué)效果的重要措施。為改變這種情況，首先，教師在課前注意調(diào)查學(xué)生的學(xué)習(xí)基礎(chǔ)，合理安排教學(xué)內(nèi)容。而在教學(xué)中力求突出內(nèi)容的重點和難點，但又要保證內(nèi)容的系統(tǒng)性、完整性，并精選一部分內(nèi)容留給學(xué)生去自學(xué)，寫報告，然后開展課堂討論，同時，結(jié)合學(xué)生看到的一些與電力電子技術(shù)有關(guān)的現(xiàn)象，讓學(xué)生設(shè)計主電路，畫出波形圖。四、加強實踐環(huán)節(jié)，注重綜合能力培養(yǎng)
電力電子技術(shù)有很強的實踐性，而實驗是培養(yǎng)理論聯(lián)系實際、動手能力、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度和科學(xué)研究方法的重要手段，因此應(yīng)精選最基本的也有較高實用價值的實驗項目。例如選擇在計算機、通訊設(shè)備及家用電器等廣泛應(yīng)用的開關(guān)電源作為實驗項目，介紹典型的開關(guān)電源的線路，比較開關(guān)電源和線性電源的性能，使學(xué)生對開關(guān)電源有了深刻的印象，并增強了學(xué)習(xí)電力電子技術(shù)課程的興趣。由于電力電子電路具有強、弱電結(jié)合的特點，要特別強調(diào)實驗操作的認(rèn)真、規(guī)范，保證實驗順利進行，避免事故發(fā)生。實驗前，要求學(xué)生根據(jù)實驗名稱及預(yù)習(xí)要求進行預(yù)習(xí)，從而在觀察現(xiàn)象和發(fā)現(xiàn)問題等方面充分發(fā)揮主觀能動性。實驗過程中，注意考察每個學(xué)生的實際動手能力，針對性提出線路連接和實驗現(xiàn)象方面的問題。讓學(xué)生邊做邊答，防止學(xué)生機械接線，使實驗走過場。注意介紹新儀表、新儀器的使用，例如數(shù)字式示波器的使用，這樣學(xué)生會直接感受到科技發(fā)展帶來的巨大方便。
計算機仿真是使用計算機對已經(jīng)存在或正在設(shè)計的對象的模型進行研究，具有精度高、重復(fù)性好等特點，是進行科學(xué)研究的重要手段之一。現(xiàn)在出現(xiàn)了大量的仿真軟件，將電子仿真設(shè)計軟件PSPICE和科學(xué)計算軟件MATLAB等引入到電力電子技術(shù)教學(xué)中，讓學(xué)生按研究的側(cè)重面或?qū)嶋H需要對實際對象進行簡化提煉，而不是原型的復(fù)現(xiàn)，這樣有利于抓住其本質(zhì)或主要矛盾，對所學(xué)理論有深刻的理解，也為學(xué)生今后從事工程設(shè)計和科學(xué)研究打下良好的基礎(chǔ)。
在課程結(jié)束前安排一周的課程設(shè)計，可將電力電子技術(shù)及其他先修課程(電工基礎(chǔ)、電子技術(shù)、電機學(xué)等)中所學(xué)到的理論和實踐知識全面地結(jié)合起來，同時培養(yǎng)和提高學(xué)生自我獲取知識的能力。課程設(shè)計的內(nèi)容應(yīng)具有一定的系統(tǒng)性、新穎性。教師要發(fā)揮指導(dǎo)作用，指導(dǎo)學(xué)生閱讀參考文獻，審閱設(shè)計方案，檢查設(shè)計進度，及時指導(dǎo)和幫助其解決存在的問題，逐步培養(yǎng)學(xué)生的獨立工作能力、設(shè)計技能和建立正確的設(shè)計思想，重視學(xué)生的具有創(chuàng)新精神的見解。
五、結(jié)束語
電力電子技術(shù)課程的教學(xué)改革是一項系統(tǒng)工程，其學(xué)術(shù)性和技術(shù)性較強，涉及面很廣。而教學(xué)改革是一項長期而艱巨的任務(wù)，我們只有不斷積極探索教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法，充實自己，以適應(yīng)當(dāng)今社會的需要。
【摘要】本文介紹了“電力電子技術(shù)”課程的教學(xué)方法改革。研究、探索和實踐與教學(xué)體系相適應(yīng)的實踐教學(xué)模式、教學(xué)方法和教學(xué)手段。提出了全方位教學(xué)的改革與實踐的新思路，為社會培養(yǎng)具有創(chuàng)新精神的高素質(zhì)技術(shù)應(yīng)用型人才。
【關(guān)鍵詞】電力電子技術(shù)教學(xué)方法教學(xué)改革
參考文獻：
[1]黃俊，王兆安.電力電子變流技術(shù)［M］.北京：機械工業(yè)出版社，2000.
現(xiàn)代電力電子技術(shù)的發(fā)展方向,是從以低頻技術(shù)處理問題為主的傳統(tǒng)電力電子學(xué),向以高頻技術(shù)處理問題為主的現(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)歷了整流器時代、逆變器時代和變頻器時代,并促進了電力電子技術(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)進入現(xiàn)代電力電子時代。
1.1整流器時代
大功率的工業(yè)用電由工頻(50Hz)交流發(fā)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(nèi)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(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發(fā)與應(yīng)用得以很大發(fā)展。當(dāng)時國內(nèi)曾經(jīng)掀起了-股各地大辦硅整流器廠的熱潮,目前全國大大小小的制造硅整流器的半導(dǎo)體廠家就是那時的產(chǎn)物。
1.2逆變器時代
七十年代出現(xiàn)了世界范圍的能源危機,交流電機變頻惆速因節(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)和門極可關(guān)斷晶閘管(GT0)成為當(dāng)時電力電子器件的主角。類似的應(yīng)用還包括高壓直流輸出,靜止式無功功率動態(tài)補償?shù)?。這時的電力電子技術(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變頻器時代
進入八十年代,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的問世,導(dǎo)致了中小功率電源向高頻化發(fā)展,而后絕緣門極雙極晶體管(IGBT)的出現(xiàn),又為大中型功率電源向高頻發(fā)展帶來機遇。MOSFET和IGBT的相繼問世,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,到1995年底,功率M0SFET和GTR在功率半導(dǎo)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(lǐng)域巳成定論。新型器件的發(fā)展不僅為交流電機變頻調(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,實現(xiàn)小型輕量化,機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計算機高效率綠色電源
高速發(fā)展的計算機技術(shù)帶領(lǐng)人類進入了信息社會,同時也促進了電源技術(shù)的迅速發(fā)展。八十年代,計算機全面采用了開關(guān)電源,率先完成計算機電源換代。接著開關(guān)電源技術(shù)相繼進人了電子、電器設(shè)備領(lǐng)域。
計算機技術(shù)的發(fā)展,提出綠色電腦和綠色電源。綠色電腦泛指對環(huán)境無害的個人電腦和相關(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)美國環(huán)境保護署l992年6月17日“能源之星"計劃規(guī)定,桌上型個人電腦或相關(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通信用高頻開關(guān)電源
通信業(yè)的迅速發(fā)展極大的推動了通信電源的發(fā)展。高頻小型化的開關(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(wǎng)變換成標(biāo)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(tǒng)的相控式穩(wěn)壓電源己被高頻開關(guān)電源取代,高頻開關(guān)電源(也稱為開關(guān)型整流器SMR)通過MOSFET或IGBT的高頻工作,開關(guān)頻率一般控制在50-100kHz范圍內(nèi),實現(xiàn)高效率和小型化。近幾年,開關(guān)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(shè)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(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,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(shù)被廣泛應(yīng)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(wěn)、快速響應(yīng)的性能,并同時收到節(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(開關(guān)電源),同時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,要求電源模塊實現(xiàn)小型化,因此就要不斷提高開關(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)了采用零電流開關(guān)和零電壓開關(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)是計算機、通信系統(tǒng)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(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)換開關(guān)送到負(fù)載。為了在逆變器故障時仍能向負(fù)載提供能量,另一路備用電源通過電源轉(zhuǎn)換開關(guān)來實現(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,可以實現(xiàn)對UPS的智能化管理,進行遠(yuǎn)程維護和遠(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的變頻調(diào)速,其在電氣傳動系統(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)動交流異步電動機實現(xiàn)無級調(diào)速。
國際上400kVA以下的變頻器電源系列產(chǎn)品已經(jīng)問世。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。國內(nèi)于90年代初期開始研究變頻空調(diào),96年引進生產(chǎn)線生產(chǎn)變頻空調(diào)器,逐漸形成變頻空調(diào)開發(fā)生產(chǎn)熱點。預(yù)計到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)速的壓縮機電機。優(yōu)化控制策略,精選功能組件,是空調(diào)變頻電源研制的進一步發(fā)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(dāng)今焊機電源的發(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(guān)鍵的問題,也是用戶最關(guān)心的問題。采用微處理器做為脈沖寬度調(diào)制(PWM)的相關(guān)控制器,通過對多參數(shù)、多信息的提取與分析,達到預(yù)知系統(tǒng)各種工作狀態(tài)的目的,進而提前對系統(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。
國外逆變焊機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大功率開關(guān)型高壓直流電源
大功率開關(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光機和CT機等大型設(shè)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(shù),將市電整流后逆變?yōu)?kHz左右的中頻,然后升壓。進入80年代,高頻開關(guān)電源技術(shù)迅速發(fā)展。德國西門子公司采用功率晶體管做主開關(guān)元件,將電源的開關(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)的體積進一步減小。
國內(nèi)對靜電除塵高壓直流電源進行了研制,市電經(jīng)整流變?yōu)橹绷?采用全橋零電流開關(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(tǒng)的交流-直流(AC-DC)變換器在投運時,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,網(wǎng)側(cè)三次諧波含量可達(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。濾波器由橋式開關(guān)功率變換器和具體控制電路構(gòu)成。與傳統(tǒng)開關(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)信號為電壓環(huán)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(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,對分布式高頻開關(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,從而迅速地推動了分布式高頻開關(guān)電源系統(tǒng)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(xué)界的研究熱點,論文數(shù)量逐年增加，應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴大。
分布供電方式具有節(jié)能、可靠、高效、經(jīng)濟和維護方便等優(yōu)點。已被大型計算機、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。在大功率場合,如電鍍、電解電源、電力機車牽引電源、中頻感應(yīng)加熱電源、電動機驅(qū)動電源等領(lǐng)域也有廣闊的應(yīng)用前景。
3.高頻開關(guān)電源的發(fā)展趨勢
在電力電子技術(shù)的應(yīng)用及各種電源系統(tǒng)中，開關(guān)電源技術(shù)均處于核心地位。對于大型電解電鍍電源,傳統(tǒng)的電路非常龐大而笨重,如果采用高頓開關(guān)電源技術(shù),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(jié)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(guān)電源技術(shù)，通過開關(guān)電源改變用電頻率,從而達到近于理想的負(fù)載匹配和驅(qū)動控制。高頻開關(guān)電源技術(shù),更是各種大功率開關(guān)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(shù)。
3.1高頻化
理論分析和實踐經(jīng)驗表明,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)計的5~l0%。無論是逆變式整流焊機,還是通訊電源用的開關(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)這一原理進行改造,成為“開關(guān)變換類電源”,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,促使許多原來采用電子管的傳統(tǒng)高頻設(shè)備固態(tài)化,帶來顯著節(jié)能、節(jié)水、節(jié)約材料的經(jīng)濟效益,更可體現(xiàn)技術(shù)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(guān)器件和與之反并聯(lián)的續(xù)流二極管,實質(zhì)上都屬于“標(biāo)準(zhǔn)”功率模塊(SPM)。近年,有些公司把開關(guān)器件的驅(qū)動保護電路也裝到功率模塊中去,構(gòu)成了“智能化”功率模塊(IPM),不但縮小了整機的體積,更方便了整機的設(shè)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(yán)重,對器件造成更大的電應(yīng)力(表現(xiàn)為過電壓、過電流毛刺)。為了提高系統(tǒng)的可靠性,有些制造商開發(fā)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(tǒng)的引線連接,這樣的模塊經(jīng)過嚴(yán)格、合理的熱、電、機械方面的設(shè)計,達到優(yōu)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(yīng)的散熱器上,就構(gòu)成一臺新型的開關(guān)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(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。另外,大功率的開關(guān)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(lián)工作,采用均流技術(shù),所有模塊共同分擔(dān)負(fù)載電流,一旦其中某個模塊失效,其它模塊再平均分擔(dān)負(fù)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(tǒng)來說功率很小的冗余電源模塊,極大的提高系統(tǒng)可靠性,即使萬一出現(xiàn)單模塊故障,也不會影響系統(tǒng)的正常工作,而且為修復(fù)提供充分的時間。
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來設(shè)計和工作的。在六、七十年代,電力電子技術(shù)完全是建立在模擬電路基礎(chǔ)上的。但是,現(xiàn)在數(shù)字式信號、數(shù)字電路顯得越來越重要,數(shù)字信號處理技術(shù)日趨完善成熟,顯示出越來越多的優(yōu)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(diào)試和遙感遙測遙調(diào),也便于自診斷、容錯等技術(shù)的植入。所以,在八、九十年代,對于各類電路和系統(tǒng)的設(shè)計來說,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)問題以及功率因數(shù)修正(PFC)等問題的解決,離不開模擬技術(shù)的知識,但是對于智能化的開關(guān)電源,需要用計算機控制時,數(shù)字化技術(shù)就離不開了。
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)電就可以減少對環(huán)境的污染;其次這些電源不能(或少)對電網(wǎng)產(chǎn)生污染,國際電工委員會(IEC)對此制定了一系列標(biāo)準(zhǔn),如IEC555、IEC917、IECl000等。事實上,許多功率電子節(jié)電設(shè)備,往往會變成對電網(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償器的方案誕生,有了多種修正功率因數(shù)的方法。這些為2l世紀(jì)批量生產(chǎn)各種綠色開關(guān)電源產(chǎn)品奠定了基礎(chǔ)。
現(xiàn)代電力電子技術(shù)是開關(guān)電源技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)。隨著新型電力電子器件和適于更高開關(guān)頻率的電路拓?fù)涞牟粩喑霈F(xiàn),現(xiàn)代電源技術(shù)將在實際需要的推動下快速發(fā)展。在傳統(tǒng)的應(yīng)用技術(shù)下,由于功率器件性能的限制而使開關(guān)電源的性能受到影響。為了極大發(fā)揮各種功率器件的特性,使器件性能對開關(guān)電源性能的影響減至最小,新型的電源電路拓?fù)浜托滦偷目刂萍夹g(shù),可使功率開關(guān)工作在零電壓或零電流狀態(tài),從而可大大的提高工作頻率,提高開關(guān)電源工作效率,設(shè)計出性能優(yōu)良的開關(guān)電源。
總而言之,電力電子及開關(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)又會使許多應(yīng)用產(chǎn)品更新?lián)Q代,還會開拓更多更新的應(yīng)用領(lǐng)域。開關(guān)電源高頻化、模塊化、數(shù)字化、綠色化等的實現(xiàn),將標(biāo)志著這些技術(shù)的成熟,實現(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,以開關(guān)電源技術(shù)為核心的通信用開關(guān)電源,僅國內(nèi)有20多億人民幣的市場需求,吸引了國內(nèi)外一大批科技人員對其進行開發(fā)研究。開關(guān)電源代替線性電源和相控電源是大勢所趨,因此,同樣具有幾十億產(chǎn)值需求的電力操作電源系統(tǒng)的國內(nèi)市場正在啟動,并將很快發(fā)展起來。還有其它許多以開關(guān)電源技術(shù)為核心的專用電源、工業(yè)電源正在等待著人們?nèi)ラ_發(fā)。
參考文獻
(l)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:迎接知識經(jīng)濟時代,發(fā)展電源技術(shù)應(yīng)用,電源技術(shù)應(yīng)用,N0.2,l998
隨著社會用電的需求,電力電子技術(shù)逐漸得到了相應(yīng)的研究與發(fā)展。20世紀(jì)60年代以后,電力電子技術(shù)開始被應(yīng)用到相關(guān)的領(lǐng)域,如電力電子領(lǐng)域和控制技術(shù)領(lǐng)域。其中,電力電子技術(shù)在控制技術(shù)方面的研究和應(yīng)用使相應(yīng)的電能能夠得到科學(xué)有效的轉(zhuǎn)換和控制,從而推動了電能的合理應(yīng)用和可持續(xù)發(fā)展。電力電子技術(shù)是用計算機系統(tǒng)將電子技術(shù)、電路技術(shù)和電力控制技術(shù)等方面進行相應(yīng)的整合應(yīng)用的現(xiàn)代化的電力技術(shù),晶閘管的出現(xiàn)標(biāo)志著這項技術(shù)發(fā)展到相應(yīng)的成熟階段。電力電子技術(shù)主要包括兩個方面的技術(shù),一是電子電子器件制造技術(shù)和電力電子變流技術(shù)。電力電子器件制造技術(shù)在發(fā)展過程中得到了不斷的提高和發(fā)展。相應(yīng)的電力電子器件已經(jīng)由第一代的低耗能和小體積發(fā)展到具有自動關(guān)斷功能和結(jié)合相應(yīng)的功率器件、驅(qū)動器件、控制器件等更完善的第三代電力電子器件。其發(fā)展前景更加可觀。電力電子變流技術(shù)也在不斷的發(fā)展中得到了廣泛的應(yīng)用。20世紀(jì)70年代,整流電路得到了廣泛的應(yīng)用,逆變電路也在此過程中得到了一定程度的發(fā)展。隨著自動斷電器件的應(yīng)用,逆變電路開始有了更為迅速的發(fā)展。與此同時,隨著控制技術(shù)的不斷發(fā)展,使電力電子系統(tǒng)的現(xiàn)代化控制技術(shù)得到了不斷的發(fā)展,出現(xiàn)了模糊控制、自適應(yīng)控制等控制方式。控制技術(shù)在很多領(lǐng)域都得到了相應(yīng)的應(yīng)用,也為電力電子技術(shù)的發(fā)展提供了更多的技術(shù)支持。
二、電力電子變流技術(shù)的應(yīng)用形式
作為電力電子技術(shù)中的一部分,電力電子變流技術(shù)從上個世紀(jì)七、八十年代開始被廣泛應(yīng)用到電力系統(tǒng)中。一經(jīng)應(yīng)用便受到社會各界的極大關(guān)注。隨著不斷的發(fā)展,電力電子變流技術(shù)以整流電路、交流調(diào)壓電路、逆變電路、斬波電路等形式在電力系統(tǒng)中都得到了廣泛的應(yīng)用,并取得了相應(yīng)的良好效果。
(一)整流電路
整流電路是用可以調(diào)節(jié)大小的直流電代替了交流電供給直流用電設(shè)備的一種電力電子變流電路。整流電路通過整流二極管將輸出的電壓較低的交流電轉(zhuǎn)化成直流電,實現(xiàn)對交流電的整流。交流電壓在通過整流電路之后,就會變成混合電壓,既有交流電壓也有直流電壓。整流電路被應(yīng)用到一些相應(yīng)的用電控制和相關(guān)輸電環(huán)節(jié),實現(xiàn)了快速高效控制并推動了電網(wǎng)的穩(wěn)定運行。與此同時,整流電路還用多相整流的方式減少和控制了輸出電壓的脈動情況,并減少了電能的損失。整流電路一般是由變壓器、濾波器和整流主電路組成的,在調(diào)節(jié)直流電動機的速度和調(diào)節(jié)發(fā)電機的勵磁、電鍍、電解等方面得到了相應(yīng)的普遍運用。整流電路的變壓器的設(shè)置是為了使輸入的相應(yīng)的交流電壓與輸出的直流電壓之間保持相匹配協(xié)調(diào),并實現(xiàn)對交流電網(wǎng)與整流電路之間的隔離。變壓器在整流電路中的設(shè)置情況需要依據(jù)相應(yīng)的具體情況來確定。整流電路中的濾波器是為了能夠?qū)⒅绷麟妷褐械慕涣麟妷哼^濾掉而在主電路與負(fù)載之間進行的相應(yīng)連接。2。世紀(jì)70年代,整流電路的主電路主要是由晶閘管和整流二極管。隨著不斷發(fā)展,發(fā)光二極管等新形材料逐漸被應(yīng)用到主電路中。電力系統(tǒng)中的整流電路主要包括半波整流電路、全波整流電路和橋式整流電路。其中,半波整流電路是整流電路系統(tǒng)中最為簡單的一種,它能夠通過電源變壓器將220伏電壓轉(zhuǎn)變成所需要的電壓大小,整流二極管能將相應(yīng)的交流電轉(zhuǎn)換成直流電。經(jīng)過反復(fù)的轉(zhuǎn)換過程,一半的交流電被演變成了直流電,這也是半波整流的由來。半坡整流電路的電流利用率比較低,多用于電壓高、電流小的領(lǐng)域。全波整流電路可以認(rèn)為是由兩個半波整流電路組成的,其通過對整流電路的相應(yīng)調(diào)整,達到了對電能的高效運用,但其二級管所承受的電壓相對較大。橋式整流電路是使用最為廣泛的整流電路,它通過接入兩個二極管使電路形成了橋的形狀。橋式整流電路既能夠高效利用電能,還能夠使承受的反向電壓相應(yīng)減少,對其穩(wěn)定運行有一定的作用。
(二)交流調(diào)壓電路
交流調(diào)壓電路是運用改變電壓、相數(shù)等方式實現(xiàn)新形式的交流電代替原來的交流電的一種變流電路,其主要被應(yīng)用在控制電熱、控制燈光和控制交流電動機速度等方面。交流調(diào)壓電路在被廣泛應(yīng)用到電力系統(tǒng)中的同時,也實現(xiàn)了在高壓電器中的應(yīng)用。交流調(diào)壓電路雖然會產(chǎn)生諧波,但其對電路系統(tǒng)的影響并不是很大,而且該電路還具有設(shè)置簡單、方便控制和調(diào)節(jié),對有色金屬的消耗較小等特點。此外,交流調(diào)壓電路還能在電動機的整個運行過程進行調(diào)壓,以保持電壓的穩(wěn)定和電動機的正常運轉(zhuǎn)。交流電壓器通過依照相應(yīng)的規(guī)律控制交流開關(guān)從而達到控制輸出電壓的目的。交流調(diào)壓器控制電壓的方式主要有周波控制調(diào)壓、相位控制調(diào)壓和斬波控制調(diào)壓。其中,周波控制調(diào)壓是通過交流開關(guān)關(guān)閉和開通相應(yīng)的周波,從而改變輸出電壓的波形達到改變輸出電壓大的目的。相位控制調(diào)壓是通過改變晶閘管電壓到觸發(fā)點之間的電角度,從而改變輸出電壓的方式。斬波控制調(diào)壓是通過利用開關(guān)將電源周期內(nèi)進行切斷,將輸出電壓也相應(yīng)切成小段,再通過改變其寬度或開關(guān)通斷的周期來調(diào)節(jié)輸出電壓的方式。
(三)逆變電路
逆變電路是用不同的交流電代替直流電的一種變流電路,可用于構(gòu)成各種交流電源,在工業(yè)領(lǐng)域有比較廣泛的運用。生活中的一些直流電源向交流負(fù)載供電時就需要逆變電路來實現(xiàn)。逆變電路通過相應(yīng)的開關(guān)和晶閘管來改變直流電路的電壓或電流,從而把直流電轉(zhuǎn)變成交流電的過程。逆變電路有單相和多相之分。逆變電路常常被拿來與變頻做相關(guān)聯(lián)系。逆變電路能夠通過轉(zhuǎn)變電流頻率實現(xiàn)與水力、風(fēng)力發(fā)電機的輸出頻率相一致的目標(biāo),從而能夠使水力、風(fēng)力發(fā)電取得高效運轉(zhuǎn)。為了實現(xiàn)發(fā)電廠節(jié)能運行,可將逆變電路應(yīng)用到對風(fēng)機水泵的調(diào)節(jié)中去,以通過轉(zhuǎn)變頻率的方式調(diào)節(jié)風(fēng)機水泵的運行速度,實現(xiàn)其節(jié)能高效運轉(zhuǎn)。此外,通過運用帶有逆變電路的逆變器,可實現(xiàn)對太陽能發(fā)電的轉(zhuǎn)換運用。
(四)斬波電路
斬波電路是用斬波器使改變原有電路的電壓,使一種新的固定電壓或可調(diào)電壓的直流電來代替原來電壓的直流電的一種變流電路。它在一些電動機的驅(qū)動中得到了廣泛應(yīng)用,如開關(guān)電源等。斬波電路是為了電力運用的相應(yīng)需要,將相應(yīng)的一部分正弦波斬掉,從而改變電路電壓的變流技術(shù)。斬波電路的斬波器往往會采用脈寬調(diào)制和頻率調(diào)制兩種方式。斬波電路主要包括升壓斬波電路、降壓斬波電路和升降壓斬波電路等。斬波電路能夠在節(jié)約電能的基礎(chǔ)上使相應(yīng)的電動機能夠平穩(wěn)加速。與此同時,斬波電路還能夠起到調(diào)節(jié)電壓和對電網(wǎng)側(cè)諧波進行有效控制的作用。
三、電力電子變流技術(shù)的作用
(一)促進電力電子技術(shù)的發(fā)展
隨著電力電子控制設(shè)備和變流技術(shù)的不斷發(fā)展和廣泛應(yīng)用,電力電子變流技術(shù)在促進電力電子的智能化發(fā)展方面發(fā)揮出了重要的作用,也對實現(xiàn)微電子技術(shù)與變流技術(shù)的有機整合提供了相應(yīng)的支持和幫助。這不僅有利于電力電子變流技術(shù)的進一步發(fā)展,也能夠在一定程度上推動電子技術(shù)的重大發(fā)展,為新的電子革命的到來起到了相應(yīng)的推動作用。
(二)對電能的使用更加高效合理
傳統(tǒng)的電力技術(shù)在電能運用上存在著相應(yīng)的浪費和管控不足等情況,不利于電能的高效配置和合理利用。而通過在電力系統(tǒng)中運用電力電子變流技術(shù)則能夠?qū)崿F(xiàn)轉(zhuǎn)變電流和電壓,從而達到相應(yīng)的用電需求,也能夠?qū)崿F(xiàn)節(jié)約電能,高效用電的目標(biāo),促使社會對電能的應(yīng)用更加科學(xué)合理。在實際應(yīng)用中,如果將電力電子變流技術(shù)針對一些電力設(shè)備進行相關(guān)的節(jié)能操作,則可以實現(xiàn)相當(dāng)可觀的節(jié)電效果。這對減少不必要的用電浪費和提高用電效率有著良好的推動作用。
(三)推動電力系統(tǒng)的全面發(fā)展
傳統(tǒng)的機電設(shè)備往往有著龐大的體積和反應(yīng)較慢的低頻運行效果,對電力系統(tǒng)的發(fā)展造成相應(yīng)的不良影響。而將電力電子變流技術(shù)應(yīng)用到電力系統(tǒng)當(dāng)中來,不僅可以使電力系統(tǒng)的工作效率大大提高,還可以減小機電設(shè)備的體積,并能提高機電設(shè)備的運行速度,使其實現(xiàn)高效率、高頻化的運作。這些變化既能夠?qū)崿F(xiàn)電力設(shè)備的高效運作,也能夠推動電力系統(tǒng)的全面發(fā)展。(四)促進在相關(guān)產(chǎn)業(yè)中的普及和信息化發(fā)展在電力電子變流技術(shù)的發(fā)展過程中,其逐漸滿足了人們生產(chǎn)和生活的各種需要,也逐步被應(yīng)用到人們的生產(chǎn)和生活當(dāng)中的各個領(lǐng)域中,不僅促進了人們生產(chǎn)生活領(lǐng)域相關(guān)內(nèi)容的開展,也在一些傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)中實現(xiàn)了對這種技術(shù)的普及應(yīng)用。與此同時,由于電力電子變流技術(shù)能夠溝通機電設(shè)備與計算機之間的聯(lián)系,其能夠有效地將微電子技術(shù)運用到相關(guān)產(chǎn)業(yè)中,從而推動了相關(guān)產(chǎn)業(yè)和電力系統(tǒng)的信息化發(fā)展。
四、電力電子變流技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用
(一)在發(fā)電環(huán)節(jié)的應(yīng)用
在電力系統(tǒng)的發(fā)展中,電力發(fā)電的方式也是多種多樣的,既有傳統(tǒng)的火力、水力發(fā)電,也有新興的太陽能發(fā)電、風(fēng)能發(fā)電和核能發(fā)電。由于能源總量十分有限,傳統(tǒng)的發(fā)電方式不能夠在可持續(xù)發(fā)展的基礎(chǔ)上更好地滿足人們的用電需求,人們對新興發(fā)電方式的關(guān)注度也就越來越高。但新興發(fā)電方式有其優(yōu)越性的同時,也存在著一定不穩(wěn)定。電力電子變流技術(shù)則能彌補新興發(fā)電方式或受環(huán)境影響或受電力儲存的影響而導(dǎo)致的發(fā)電和用電效果不佳的情況,使其得到高效運用。同時,變流技術(shù)還能夠改善各種發(fā)電系統(tǒng)中的相關(guān)設(shè)備,以促進它們在發(fā)電過程中的有效運用,保證發(fā)電環(huán)節(jié)的正常運轉(zhuǎn)。
(二)在輸電環(huán)節(jié)的應(yīng)用
電力系統(tǒng)的輸電環(huán)節(jié)往往存在著電網(wǎng)運行不穩(wěn)定等方面的問題,將能夠執(zhí)行相應(yīng)的變流技術(shù)的電力電子器件應(yīng)用到輸電系統(tǒng)中,能夠克制相應(yīng)的電壓不穩(wěn)的問題,并實現(xiàn)電流形式的轉(zhuǎn)換,使電網(wǎng)的運行狀況更加穩(wěn)定和完善。不管是在直流輸電過程中還是在交流輸電過程中,電力電子變流技術(shù)都充分發(fā)揮了其轉(zhuǎn)換頻率或者抗擊諧波等一系列的重要作用,保證了電力輸送的正常與穩(wěn)定,完善了供電質(zhì)量。
(三)在配電環(huán)節(jié)的應(yīng)用
電力系統(tǒng)在進行配電操作的時候也要依靠對電力電子技術(shù)的應(yīng)用。電力電子變流技術(shù)不僅能夠用在配電系統(tǒng)的操作電源上,還能夠應(yīng)用到蓄電充電方面,既能保障了配電環(huán)節(jié)的電流轉(zhuǎn)換,也能協(xié)助相應(yīng)的電力儲備,保證了配電工作有條不紊。與此同時,人們的日常生活用電也離不開對電力電子變流技術(shù)的應(yīng)用,它既可以維護日常用電的穩(wěn)定性,還能通過相應(yīng)設(shè)備使家用電器節(jié)省用電量。
五、結(jié)語
1.變電站技術(shù)的自動化變電站是電力系統(tǒng)中的重要部分，變電站中電氣自動化技術(shù)的應(yīng)用，主要是將計算機和通訊技術(shù)結(jié)合在一起，對數(shù)據(jù)信息進行集中處理和分析，并重組優(yōu)化變電站設(shè)備和電力系統(tǒng)。這種技術(shù)對各個系統(tǒng)的互連配置進行了簡化，操作起來更加方面快捷，滿足了電網(wǎng)自動化建設(shè)的要求，另外數(shù)據(jù)監(jiān)控的利用時微機保護功能進一步完善，并且還能有效識別處理系統(tǒng)內(nèi)單元模塊的故障，實現(xiàn)電力系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定運行。
2.配電網(wǎng)技術(shù)的自動化配電網(wǎng)技術(shù)的自動化技術(shù)主要運用在改造城鄉(xiāng)的配電網(wǎng)上，目的是進一步實現(xiàn)電網(wǎng)的自動化，解決城鄉(xiāng)自動化系統(tǒng)中的問題，促進電網(wǎng)的發(fā)展，這樣才有利于確保電網(wǎng)運行的平穩(wěn)安全，提高企業(yè)的經(jīng)濟效益。通過運用電氣自動化技術(shù)能對用戶計量表進行數(shù)據(jù)分析，及時排查出故障，減少切點情況的發(fā)生，降低用電量損失。另外，利用系統(tǒng)檢測能計算出線路線損，保證線路運行更加通暢。
二、電力工程中電力自動化技術(shù)的應(yīng)用
1.現(xiàn)場總線技術(shù)幾年來，現(xiàn)場總線技術(shù)逐漸興起，并在電力工程中起著不可或缺的作用?，F(xiàn)場總線技術(shù)，不僅有利于實現(xiàn)智能自動化裝置和控制器之間的連接，還有利于解決電氣設(shè)備與高級控制系統(tǒng)間的信息傳遞問題。具體來說，這項技術(shù)就是將傳感器和監(jiān)測系統(tǒng)所獲得的信息參數(shù)傳遞到計算機上，計算機通過分析數(shù)據(jù)模型，顯示出電網(wǎng)的運行狀態(tài)以及故障，然后利用布線技術(shù)將最終指令傳送到控制設(shè)備上，進而實現(xiàn)電力系統(tǒng)的控制功能?，F(xiàn)場總線技術(shù)優(yōu)勢是，利用信息技術(shù)就能對電力系統(tǒng)的現(xiàn)場設(shè)備進行遠(yuǎn)程操作，這樣就大大降低了管理難度，而且有利于技術(shù)人員分析不同渠道的供電數(shù)據(jù)，以此全面掌握用戶的用電需求，制定出行之有效的電力營銷策略。
2.主動對象數(shù)據(jù)庫技術(shù)作為電力自動化關(guān)鍵技術(shù)之一，主動對象數(shù)據(jù)庫技術(shù)給軟件工程造成了非常大的變革，也影響著軟件的開發(fā)與利用。在電力工程中，主動對象數(shù)據(jù)庫技術(shù)是一種監(jiān)控技術(shù)手段，可以主動對電力系統(tǒng)的運行進行監(jiān)督控制，以提高供電的可靠性，還有利于降低對信息數(shù)據(jù)的處理和計算速度，這樣處理電力數(shù)據(jù)的成本也就大大減少了。采用對象技術(shù)和觸發(fā)機制，可以實現(xiàn)對數(shù)據(jù)庫的自動監(jiān)控，而且信息數(shù)據(jù)在處理之后能夠提高準(zhǔn)確率和利用價值，這樣相關(guān)技術(shù)人員就能對數(shù)據(jù)進行恰當(dāng)處理，操作使也有了更加準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)資料可以參考。目前隨著計算機信息技術(shù)的更新與發(fā)展，數(shù)據(jù)庫技術(shù)也得到了更加復(fù)雜和全面的功能，更多先進的設(shè)備進入電力自動化建設(shè)，有利于提升電力系統(tǒng)的自動監(jiān)視與控制功能，進而滿足工業(yè)生產(chǎn)和生活的需要。
3.光互連技術(shù)在繼電和自動控制系統(tǒng)中，光互連技術(shù)運用得比較廣泛，這種技術(shù)主要是利用探測器功率限制電力扇出數(shù)，提升電力系統(tǒng)的集成度，并且不存在信道對帶寬的限制，有利于實現(xiàn)重構(gòu)互連，另外光互聯(lián)技術(shù)的干擾性比較強，能使數(shù)據(jù)傳輸更加便捷。而電子傳輸和電子交換技術(shù)的運用，不僅有利于拓展互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，還能促進編程結(jié)構(gòu)的不斷改善，讓電力系統(tǒng)的靈活性得到增強。除此之外，光互連技術(shù)還具備強大的數(shù)據(jù)處理能力，可以通過搜集和分析電力系統(tǒng)的數(shù)據(jù)資料，及時找到出現(xiàn)故障的位置，以提高電力故障的處理效率，盡可能避免因故障帶來的不必要損失，這樣才能提高電力服務(wù)的質(zhì)量。光互連技術(shù)還有非常強的數(shù)據(jù)處理功能，在技術(shù)使用方面更具靈活性，產(chǎn)生的畫面也更為清晰，為電力調(diào)度人員開展電力調(diào)度工作提供了參考標(biāo)準(zhǔn)和依據(jù)，因此在電力系統(tǒng)中被廣泛運用。
三、結(jié)束語
【論文摘要】本文首先探討了近似計算在靜態(tài)分析中的應(yīng)用問題，其次分析了納米電子技術(shù)急需解決的若干關(guān)鍵問題和交互式電子技術(shù)應(yīng)用手冊，最后電子技術(shù)在時間與頻率標(biāo)準(zhǔn)中的應(yīng)用進行了相關(guān)的研究。因此，本文具有深刻的理論意義和廣泛的實際應(yīng)用價值。
一、近似計算在靜態(tài)分析中的應(yīng)用
在電子技術(shù)中應(yīng)運中，近似計算貫穿其始終。然而，沒有近似計算是不可想象的。而精確計算在電子技術(shù)中往往行不通，也沒有其必要。盡管近似計算會引入一定的誤差，但這個誤差控制得好，不會對分析其它電路產(chǎn)生大的影響。所以關(guān)鍵在于我們?nèi)绾握莆?，特別是如何應(yīng)用近似計算。
在工作點穩(wěn)定電路中的應(yīng)用要進行靜態(tài)分析，就必須求出三極管的基電壓，必須忽略三極管靜態(tài)基極電流。這樣，我們得到三極管的基射電子的相關(guān)過程及結(jié)論。
二、納米電子技術(shù)急需解決的若干關(guān)鍵問題
由于納米器件的特征尺寸處于納米量級，因此，其機理和現(xiàn)有的電子元件截然不同，理論方面有許多量子現(xiàn)象和相關(guān)問題需要解決，如電子在勢阱中的隧穿過程、非彈性散射效應(yīng)機理等。盡管如此，納米電子學(xué)中急需解決的關(guān)鍵問題主要還在于納米電子器件與納米電子電路相關(guān)的納米電子技術(shù)方面，其主要表現(xiàn)在以下幾個方面。
（1）納米Si基量子異質(zhì)結(jié)加工
要繼續(xù)把現(xiàn)有的硅基電子器件縮小到納米尺度，最直截了當(dāng)?shù)姆椒ㄊ遣捎猛庋?、光刻等技術(shù)制造新一代的類似層狀蛋糕的納米半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。其中，不同層通常是由不同勢能的半導(dǎo)體材料制成的，構(gòu)建成納米尺度的量子勢阱，這種結(jié)構(gòu)稱作“半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)”。
（2）分子晶體管和導(dǎo)線組裝納米器件即使知道如何制造分子晶體管和分子導(dǎo)線，但把這些元件組裝成一個可以運轉(zhuǎn)的邏輯結(jié)構(gòu)仍是一個非常棘手的難題。一種可能的途徑是利用掃描隧道顯微鏡把分子元件排列在一個平面上；另一種組裝較大電子器件的可能途徑是通過陣列的自組裝。盡管，Purdue University等研究機構(gòu)在這個方向上取得了可喜的進展，但該技術(shù)何時能夠走出實驗室進入實用，仍無法斷言。
（3）超高密度量子效應(yīng)存儲器
超高密度存儲量子效應(yīng)的電子“芯片”是未來納米計算機的主要部件，它可以為具備快速存取能力但沒有可動機械部件的計算機信息系統(tǒng)提供海量存儲手段。但是，有了制造納米電子邏輯器件的能力后，如何用這種器件組裝成超高密度存儲的量子效應(yīng)存儲器陣列或芯片同樣給納米電子學(xué)研究者提出了新的挑戰(zhàn)。
（4）納米計算機的“互連問題”
一臺由數(shù)萬億的納米電子元件以前所未有的密集度組裝成納米計算機注定需要巧妙的結(jié)構(gòu)及合理整體布局，而整體結(jié)構(gòu)問題中首當(dāng)其沖需要解決的就是所謂的“互連問題”。換句話說，就是計算結(jié)構(gòu)中信息的輸入、輸出問題。納米計算機要把海量信息存儲在一個很小的空間內(nèi)，并極快地使用和產(chǎn)生信息，需要有特殊的結(jié)構(gòu)來控制和協(xié)調(diào)計算機的諸多元件，而納米計算元件之間、計算元件與外部環(huán)境之間需要有大量的連接。就現(xiàn)有傳統(tǒng)計算機設(shè)計的微型化而言，由于電線之間要相互隔開以避免過熱或“串線”，這樣就有一些幾何學(xué)上的考慮和限制，連接的數(shù)量不可能無限制地增加。因此，納米計算機導(dǎo)線間的量子隧穿效應(yīng)和導(dǎo)線與納米電子器件之間的“連接”問題急需解決。
（5）納米 / 分子電子器件制備、操縱、設(shè)計、性能分析模擬環(huán)境
當(dāng)前，分子力學(xué)、量子力學(xué)、多尺度計算、計算機并行技術(shù)、計算機圖形學(xué)已取得快速發(fā)展，利用這些技術(shù)建立一個能夠完成納米電子器件制備、操縱、設(shè)計與性能分析的模擬虛擬環(huán)境，并使納米技術(shù)研究人員獲得虛擬的體驗已成為可能。但由于現(xiàn)有計算機的速度、分子力學(xué)與量子力學(xué)算法的效率等問題，目前建立這種迅速、敏感、精細(xì)的量子模擬虛擬環(huán)境還存在巨大困難。
三、交互式電子技術(shù)手冊
交互式電子技術(shù)手冊經(jīng)歷了5個發(fā)展階段，根據(jù)美國國防部的定義：加注索引的掃描頁圖、滾動文檔式電子技術(shù)手冊、線性結(jié)構(gòu)電子技術(shù)手冊、基于數(shù)據(jù)庫的電子技術(shù)手冊和集成電子技術(shù)手冊。目前真正意義上的集成了人工智能、故障診斷的第5類集成電子技術(shù)手冊并不存在，大多數(shù)電子技術(shù)手冊基本上位于第4類及其以下的水平。需要聲明的是，各類電子技術(shù)手冊雖然代表不同的發(fā)展階段，但是各有優(yōu)點，較低級別的電子技術(shù)手冊目前仍然有著各自的應(yīng)用價值。由于類以上的電子技術(shù)手冊在信息的組織、管理、傳遞、獲取方面具有明顯的優(yōu)點。
簡單的說，電子技術(shù)手冊就是技術(shù)手冊的數(shù)字化。為了獲取信息的方便，數(shù)字化后的數(shù)據(jù)需要一個良好的組織管理和提供給用戶的形式，電子技術(shù)手冊的發(fā)展就是圍繞這一過程來進行的。
四、電子技術(shù)在時間與頻率標(biāo)準(zhǔn)中的應(yīng)用
時間和頻率是描述同一周期現(xiàn)象的兩個參數(shù)，可由時間標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)出頻率標(biāo)準(zhǔn)，兩者可共用的一個基準(zhǔn)。
1952 年國際天文協(xié)會定義的時間標(biāo)準(zhǔn)是基于地球自轉(zhuǎn)周期和公轉(zhuǎn)周期而建立的，分別稱為世界時（UT）和歷書時（ET）。這種基于天文方面的宏觀計時標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)備龐大，操作麻煩，精度僅達10- 9 。隨著電子技術(shù)與微波光譜學(xué)的發(fā)展，產(chǎn)生了量子電子學(xué)、激光等新技術(shù)，由此出現(xiàn)了一種新穎的頻率標(biāo)準(zhǔn)——量子頻率標(biāo)準(zhǔn)。這種頻率標(biāo)準(zhǔn)是利用原子能級躍遷時所輻射的電磁波頻率作為頻率標(biāo)準(zhǔn)。目前世界各國相繼作成各種量子頻率標(biāo)準(zhǔn)，如（133 Cs）頻標(biāo)、銣原子頻標(biāo)、氫原子作成的氫脈澤頻標(biāo)、甲烷飽和以及吸收氦氖激光頻標(biāo)等等。這樣做后，將過去基于宏觀的天體運動的計時標(biāo)準(zhǔn)，改變成微觀的原子本身結(jié)構(gòu)運動的時間基準(zhǔn)。這一方面使設(shè)備大為簡化，體積、重量大減??；另一方面使頻率標(biāo)準(zhǔn)的穩(wěn)定度大為提高（可達10- 12 —10- 14量級，即30 萬年——300 萬年差1 秒）。1967 年第13 屆國際計量大會正式通過決議，規(guī)定：“一秒等于133 Cs 原子基態(tài)兩超精細(xì)能級躍遷的9192631770 個周期所持續(xù)的時間”。該時間基準(zhǔn)，發(fā)展了高精度的測頻技術(shù)，大大有助于宇宙航行和空間探索，加速了現(xiàn)代微波技術(shù)和雷達、激光技術(shù)等的發(fā)展。而激光技術(shù)和電子技術(shù)的發(fā)展又為長度計量提供了新的測試手段。
總之，在探討了近似計算在靜態(tài)分析中的應(yīng)用問題、納米電子技術(shù)急需解決的若干關(guān)鍵問題和交互式電子技術(shù)應(yīng)用手冊后，廣大科技工作者對電子技術(shù)在時間與頻率標(biāo)準(zhǔn)中的應(yīng)用知識的初步了解和認(rèn)識。在當(dāng)代高科技產(chǎn)業(yè)日漸繁榮，尖端信息普遍進入我們生活之中的同時，國家經(jīng)濟建設(shè)和和諧社會的構(gòu)建離不開我們科技工作者對新理論的學(xué)習(xí)和新技術(shù)的應(yīng)用，因此說，本文具有深刻的理論意義和廣泛的實際應(yīng)用價值是不足為虛的。
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1.1一般資料
本院是隸屬于武威市的三級乙等腫瘤?？漆t(yī)院，目前開放床位500余張，臨床護理單元12個，特殊護理單元11個，護理人員370人，其中本科學(xué)歷56人，大專202人，中專112人；副主任護師3人，主管護師29人，護師89人，護士249人。
1.2方法
1.2.1傳統(tǒng)紙質(zhì)檔案管理
2010—2011年護理部將所有護士的畢業(yè)證、身份證、執(zhí)業(yè)證、資格證復(fù)印件按科室裝訂成冊并定期更新，將榮譽證、進修結(jié)業(yè)證等復(fù)印件按類別分別裝訂成冊，并定期更新。
1.2.2電子技術(shù)檔案管理
2012—2014年護理部按來院時間為護理人員編寫檔案號，以護理人員的姓名及檔案號為名稱建立文件夾，將畢業(yè)證、身份證、執(zhí)業(yè)證、資格證、榮譽證、進修結(jié)業(yè)證等各類證件的掃描件以子文件夾形式保存于其中；將護理人員基本情況登記表（包括護理人員的基本信息，學(xué)歷，職稱，家庭情況，獎懲記錄，科研及論文情況，每月護理部理論、操作抽考成績，進修情況等）存入文件夾內(nèi)，形成電子技術(shù)檔案。護理部定期或不定期更新技術(shù)檔案并保留備份。
1.3評價指標(biāo)
對比分析兩組管理方法更新、整理一次花費的時間，資料保存的完整性以及護理管理人員對兩種管理方法的滿意度。
1.4評價方法
工作人員分別記錄更新一次檔案所需時間，每月一次；每月統(tǒng)計科室、個人審核資料保存是否完整；采用自行設(shè)計的滿意度調(diào)查表，每季度對護理管理人員進行滿意度調(diào)查，并匯總結(jié)果。
1.5統(tǒng)計學(xué)方法
采用SPSS17.0統(tǒng)計軟件進行數(shù)據(jù)處理，計量資料采用t檢驗，以x±s表示，計數(shù)資料采用χ2檢驗，P<0.01為差異有顯著性。
2討論
2.1節(jié)省時間，提高工作效率
在電子技術(shù)檔案中，可以通過計算機搜索功能，快速查找相關(guān)人員的資料，方便護理部對全院護理人員進行培訓(xùn)、考核，同時還可以客觀了解護士繼續(xù)教育以及科研論文等情況。觀察組在更新、整理技術(shù)檔案時消耗的時間較對照組明顯減少（P<0.01）。通過電子技術(shù)檔案，護理管理人員可隨時了解護士個人的工作表現(xiàn)及晉升情況，動態(tài)掌握護理人員資料，改變了以往因人員資料繁多查詢困難的局面，節(jié)省了時間、人力、物力，提高了管理人員的工作效率。
2.2資料保存完整
紙質(zhì)版檔案在辦公室搬遷、借閱、保存不當(dāng)?shù)惹闆r下可能會遺失，而電子技術(shù)檔案管理充分利用了計算機的優(yōu)點，彌補了紙質(zhì)版檔案管理的諸多不足，使得資料保存更完整。觀察組資料保存較對照組明顯完整（P<0.01）。護理部對全院護理人員的電子技術(shù)檔案存有備份，要求科室管理人員對科室護理人員的技術(shù)檔案也存有備份，保證了資料的完整性，減少了資料遺漏、丟失等現(xiàn)象。
2.3提高管理人員工作滿意度
護理部存有全院護理人員的電子技術(shù)檔案信息，并由專職人員管理，負(fù)責(zé)完善基本情況登記表，各類證件掃描件的存儲，理論、操作考核成績的錄入，并負(fù)責(zé)定期更新；各護理站及特殊護理單元均有科室護理人員電子技術(shù)檔案，由護士長或護理組長負(fù)責(zé)。電子技術(shù)檔案的實施減少了管理人員整理、更新技術(shù)檔案的時間，且方便查閱，增加了管理人員與護士、患者溝通交流的時間，提高了護理管理人員工作滿意度。表3顯示，觀察組管理人員滿意度明顯高于對照組（P<0.01）。
2.4體現(xiàn)人文關(guān)懷
護理人員家庭關(guān)系的建立便于緊急情況下護理管理人員查找其相關(guān)信息，了解護理人員的家庭背景，方便護理部主任、護士長與護士間的溝通，幫助護士解決生活中的困難。對護理人員的人文關(guān)懷，可激發(fā)護理人員工作積極性，提高護理質(zhì)量。
2.5節(jié)約人力及資源
改變了以往各類證件復(fù)印件由各科室護理人員復(fù)印、上交護理部、護理部工作人員按類別順序排列的工作方式，電子技術(shù)檔案管理由護理人員將各類證件的掃描件通過QQ等方式傳至護理部，護理部按技術(shù)檔案號入冊，節(jié)省了護理人員復(fù)印、上交檔案所花費的時間，節(jié)約了護理部工作人員整理、更新技術(shù)檔案的時間，同時也降低了紙張的消耗，節(jié)約了人力及資源。
3小結(jié)
數(shù)字電壓表的設(shè)計和開發(fā),已經(jīng)有多種類型和款式。傳統(tǒng)的數(shù)字電壓表各有特點,它們適合在現(xiàn)場做手工測量,要完成遠(yuǎn)程測量并要對測量數(shù)據(jù)做進一步分析處理,傳統(tǒng)數(shù)字電壓表是無法完成的。然而基于PC通信的數(shù)字電壓表,既可以完成測量數(shù)據(jù)的傳遞,又可借助PC,做測量數(shù)據(jù)的處理。所以這種類型的數(shù)字電壓表無論在功能和實際應(yīng)用上,都具有傳統(tǒng)數(shù)字電壓表無法比擬的特點,這使得它的開發(fā)和應(yīng)用具有良好的前景。
新型數(shù)字電壓表的整機設(shè)計
該新型數(shù)字電壓表測量電壓類型是直流,測量范圍是-5～+5V。整機電路包括:數(shù)據(jù)采集電路的單片機最小化設(shè)計、單片機與PC接口電路、單片機時鐘電路、復(fù)位電路等。下位機采用AT89S51芯片,A/D轉(zhuǎn)換采用AD678芯片。通過RS232串行口與PC進行通信,傳送所測量的直流電壓數(shù)據(jù)。整機系統(tǒng)電路如圖1所示。
數(shù)據(jù)采集電路的原理
在單片機數(shù)據(jù)采集電路的設(shè)計中,做到了電路設(shè)計的最小化,即沒用任何附加邏輯器件做接口電路,實現(xiàn)了單片機對AD678轉(zhuǎn)換芯片的操作。
AD678是一種高檔的、多功能的12位ADC,由于其內(nèi)部自帶有采樣保持器、高精度參考電源、內(nèi)部時鐘和三態(tài)緩沖數(shù)據(jù)輸出等部件,所以只需要很少的外部元件就可以構(gòu)成完整的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng),而且一次A/D轉(zhuǎn)換僅需要5ms。
在電路應(yīng)用中,AD678采用同步工作方式,12位數(shù)字量輸出采用8位操作模式,即12位轉(zhuǎn)換數(shù)字量采用兩次讀取的方式,先讀取其高8位,再讀取其低4位。根據(jù)時序關(guān)系,在芯片選擇/CS=0時,轉(zhuǎn)換端/SC由高到低變化一次,即可啟動A/D轉(zhuǎn)換一次。再查詢轉(zhuǎn)換結(jié)束端/EOC,看轉(zhuǎn)換是否已經(jīng)結(jié)束,若結(jié)束則使輸出使能/OE變低,輸出有效。12位數(shù)字量的讀取則要控制高字節(jié)有效端/HBE,先讀取高字節(jié),再讀取低字節(jié)。整個A/D操作大致如此,在實際開發(fā)應(yīng)用中調(diào)整。
由于電路中采用AD678的雙極性輸入方式,輸入電壓范圍是-5～+5V,根據(jù)公式Vx10(V)/4096*Dx,即可計算出所測電壓Vx值的大小。式中Dx為被測直流電壓轉(zhuǎn)換后的12位數(shù)字量值。
RS232接口電路的設(shè)計
AT89S51與PC的接口電路采用芯片Max232。Max232是德州儀器公司(TI)推出的一款兼容RS232標(biāo)準(zhǔn)的芯片。該器件包含2個驅(qū)動器、2個接收器和1個電壓發(fā)生器電路提供TIA/EIA-232-F電平。Max232芯片起電平轉(zhuǎn)換的功能,使單片機的TTL電平與PC的RS232電平達到匹配。
串口通信的RS232接口采用9針串口DB9,串口傳輸數(shù)據(jù)只要有接收數(shù)據(jù)針腳和發(fā)送針腳就能實現(xiàn):同一個串口的接收腳和發(fā)送腳直接用線相連,兩個串口相連或一個串口和多個串口相連。在實驗中,用定時器T1作波特率發(fā)生器,其計數(shù)初值X按以下公式計算:
串行通信波特率設(shè)置為1200b/s,而SMOD=1,fosc=6MHz,計算得到計數(shù)初值X=0f3H。在編程中將其裝入TL1和THl中即可。
為了便于觀察,當(dāng)每次測量電壓采集數(shù)據(jù)時,單片機有端口輸出時,用發(fā)光二極管LED指示。
軟件編程
軟件程序主要包括:下位機數(shù)據(jù)采集程序、上位機可視化界面程序、單片機與PC串口通信程序。單片機采用C51語言編程,上位機的操作顯示界面采用VC++6.0進行可視化編程。在串口通信調(diào)試過程中,借助“串口調(diào)試助手”工具,有效利用這個工具為整個系統(tǒng)提高效率。單片機編程
下位機單片機的數(shù)據(jù)采集通信主程序流程如圖2所示、中斷子程序如圖3所示、采集子程序如圖4所示。單片機的編程仿真調(diào)試借助WAVE2000仿真器,本系統(tǒng)有集成的ISP仿真調(diào)試環(huán)境。
在采集程序中,單片機的編程操作要完全符合AD678的時序規(guī)范要求,在實際開發(fā)中,要不斷加以調(diào)試。最后將下位機調(diào)試成功而生成的.bin文件固化到AT89S51的Flash單元中。
人機界面編程
打開VC++6.0,建立一個基于對話框的MFC應(yīng)用程序,串口通信采用MSComm控件來實現(xiàn)。其他操作此處不贅述,編程實現(xiàn)一個良好的人機界面。數(shù)字直流電壓表的操作界面如圖5所示。運行VC++6.0編程實現(xiàn)的Windows程序,整個樣機功能得以實現(xiàn)。
功能結(jié)果