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篇1

英文名稱：Power Electronics

主管單位：西安電力電子技術(shù)研究所

主辦單位：西安電力電子技術(shù)研究所;中國電工技術(shù)學(xué)會(huì)電力電子學(xué)會(huì)

出版周期：月刊

出版地址：陜西省西安市

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種：中文

開

本：大16開

國際刊號(hào)：1000-100X

國內(nèi)刊號(hào)：61-1124/TM

郵發(fā)代號(hào)：52-44

發(fā)行范圍：國內(nèi)外統(tǒng)一發(fā)行

創(chuàng)刊時(shí)間：1967

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CBST 科學(xué)技術(shù)文獻(xiàn)速報(bào)(日)(2009)

中國科學(xué)引文數(shù)據(jù)庫(CSCD―2008)

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篇2

關(guān)鍵詞： 電力電子電路； 容錯(cuò)控制； 混雜系統(tǒng)； 模型預(yù)測(cè)控制

中圖分類號(hào)： TN710?34； TM464 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1004?373X（2014）20?0154?03

Fault tolerant control of power electronic circuit based on MLD model

YU Bao?ping1， YU Jia2

（1. Xi’an CLEC， Xi’an 710065， China； 2. Xi’an Fuchida， AVIC， Xi’an 710077， China）

Abstract： Compared with traditional switching function model of power electronic circuit， mixed logic dynamic （MLD） model can accurately describe the changing process of circuit because the mixed logic dynamic model contains the control change and condition change of circuit. The MLD model of power electronic circuit is established in this paper. Considering that the MLD model contains the discrete variables， the traditional control method is no longer applicable. Therefore， the auxiliary logical variables and assisted continuous variable were introduced into the model predictive control （MPC）. The fault tolerant control and realization steps of power electronic circuit based on MLD model and MPC were researched. The method has the advantages of simple realization， good fault tolerance error performance， strong versatility. The feasibility and effectiveness of this method were verified by the example of fault?tolerant control of a three?phase four?leg inverter circuit.

Keywords： power electronic circuit； fault tolerant control； hybrid system； model predictive control

0 引 言

微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、控制技術(shù)的發(fā)展帶動(dòng)了電力電子技術(shù)的快速進(jìn)步[1]，近年來，電力電子電路的應(yīng)用遍布工業(yè)、軍事、航空航天等重要領(lǐng)域，主要用于電能的處理與變換，電路的可靠性關(guān)乎到整個(gè)系統(tǒng)的健康運(yùn)行，而容錯(cuò)控制（Fault Tolerant Control，F(xiàn)TC）是提高系統(tǒng)可靠性的一個(gè)重要手段，容錯(cuò)控制的目的在于通過控制器的調(diào)節(jié)使故障系統(tǒng)仍能保持滿意的性能或至少達(dá)到可以接受的性能指標(biāo)[2]。任何功率管故障均會(huì)導(dǎo)致電力電子電路的缺相運(yùn)行[3?4]，因而硬件冗余和控制設(shè)計(jì)是研究電力電子電路容錯(cuò)控制的兩個(gè)主要方面。文獻(xiàn)[5]研究了一種新型的容錯(cuò)電路拓?fù)浼捌淇刂撇呗?，文獻(xiàn)[6]對(duì)一種容錯(cuò)的多電平逆變電路拓?fù)溥M(jìn)行了容錯(cuò)研究。本文以基于電力電子電路的MLD模型和MPC研究了電路容錯(cuò)控制的通用方法及實(shí)現(xiàn)步驟，并以三相四橋臂逆變電路為例對(duì)所提方法進(jìn)行驗(yàn)證。

1 電力電子電路的混合邏輯動(dòng)態(tài)模型

混雜系統(tǒng)是指由連續(xù)變量動(dòng)態(tài)系統(tǒng)和離散事件動(dòng)態(tài)系統(tǒng)相互混雜、相互作用的系統(tǒng)[7]。電力電子電路功率管的通斷受到控制信號(hào)的驅(qū)動(dòng)，具有離散特性；功率管的每種通斷組合均是一個(gè)離散事件，電路在每個(gè)離散事件期間的變化受狀態(tài)方程的約束，具有連續(xù)特性，因此電力電子電路是一種典型的混雜系統(tǒng)[8]。MLD模型是一種主要的混雜系統(tǒng)建模方法，MLD將離散事件以條件的方式嵌入微分方程組中，把系統(tǒng)整個(gè)當(dāng)作一個(gè)微分方程組來處理，最終將控制問題轉(zhuǎn)化為優(yōu)化問題 [9]。根據(jù)電力電子電路的物理規(guī)律，可以建立電力電子電路的混合邏輯動(dòng)態(tài)模型如下：

[X（k+1）=AX（k）+B1U（k）+B2σ（k）+B3Z（k）Y（k）=CX（k）+D1U（k）+D2σ（k）+D3Z（k）] （1）

式中：X=（Xc，Xl）T為狀態(tài)變量，其中Xc為連續(xù)狀態(tài)，Xl為離散狀態(tài)；Y=（Yc，Yl）T為輸出變量，其中Yc為連續(xù)輸出，Yl為離散輸出；U=（Uc，Ul）T為輸入變量，Uc為連續(xù)輸入，Ul為離散輸入；σ和Z分別代表系統(tǒng)輔助邏輯變量和輔助連續(xù)變量。

2 電力電子電路容錯(cuò)控制的基本機(jī)理

容錯(cuò)控制就是通過控制器的調(diào)節(jié)使故障系統(tǒng)繼續(xù)保持滿意性能或至少可以接受的性能指標(biāo)。而電力電子電路的容錯(cuò)控制需要同時(shí)考慮控制器和硬件冗余兩個(gè)方面，因?yàn)殡娏﹄娮与娐返娜魏喂β使芄收暇鶗?huì)導(dǎo)致電路的缺相運(yùn)行，僅通過控制器的調(diào)節(jié)無法使缺相運(yùn)行的電路滿足指標(biāo)要求。圖1為電力電子電路容錯(cuò)控制原理圖，電路狀態(tài)檢測(cè)模塊負(fù)責(zé)將電路的故障信息傳至拓?fù)渲貥?gòu)模塊和控制信號(hào)切換模塊，重構(gòu)模塊隔離電路的故障功率管，控制信號(hào)切換模塊將故障功率管的控制信號(hào)切換至冗余功率管，由冗余功率管接替故障功率管工作，保證電路滿足指標(biāo)要求。

圖1 電力電子電路容錯(cuò)控制原理圖

由于電力電子電路MLD模型中離散變量的存在，傳統(tǒng)的控制方法不能簡(jiǎn)單用于電力電子電路控制。在形式上，MPC被控對(duì)象的數(shù)學(xué)模型和電力電子電路的MLD模型相似，因此將輔助邏輯和輔助連續(xù)變量引入MPC，擴(kuò)展后可用于電力電子電路的控制[10]。給定X0為初始狀態(tài)，N為預(yù)測(cè)步長(zhǎng)，X（i|k）是第k+i步系統(tǒng)狀態(tài)的預(yù)測(cè)值，選擇目標(biāo)函數(shù)為：

[minuk+i，i=0，1，2，..，n-1JUN-1K，X（k）=Δ0N-1（U（i）-UePQ1+U（i|k）-UePQ2+σ（i|k）-σePQ3+Y（i|k）-YePQ4+Z（i|k）-ZePQ5）] （2）

[s.tX（N|k）=XeX（i+1|k）=AX（i|k）+B1U（i）+B2σ（i|k）+B3Z（i|k）Y（i|k）=Cx（i|k）+D1U（i）+D2σ（i|k）+D3Z（i|k）] （3）

式中：Xe，Ue，σe，Ze，Ye是控制的目標(biāo)值；Qj為權(quán)值矩陣，j=1，2，…，5。

式（2）中：P=1時(shí)，問題轉(zhuǎn)化為一混合整數(shù)線性規(guī)劃（Mixed Integer Linear Programming，MILP）問題；P=2時(shí)，為混合整數(shù)二次規(guī)劃問題（Mixed Integer Quadratic Programming，MIQP），具體算法已有很多文獻(xiàn)進(jìn)行了相關(guān)研究[11]，本文不在詳述。

對(duì)于不同的電力電子電路，利用冗余的思想均可設(shè)計(jì)出電路具有冗余功能的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，進(jìn)行混合邏輯動(dòng)態(tài)建模，電路模型可抽象為式（1）的形式，如圖1所示。根據(jù)電力電子電路的容錯(cuò)控制原理，設(shè)計(jì)電路模型預(yù)測(cè)控制器及故障后拓?fù)涞闹貥?gòu)策略，即可實(shí)現(xiàn)電路的容錯(cuò)控制。下面就以一種新型的逆變電路為例說明電力電子電路基于此方法容錯(cuò)控制的具體實(shí)現(xiàn)步驟。

圖2 三相四橋臂逆變器拓?fù)?/p>

3 仿真驗(yàn)證

如圖2逆變器拓?fù)?，仿真參?shù)如下：Vdc=270 V，C=8 800 μF，濾波電感L=100 μH，濾波電阻R=25 mΩ，額定頻率為400 Hz。仿真結(jié)果如圖3所示，其中（a）為逆變器正常工作時(shí)三相輸出電壓及其頻譜分析結(jié)果，（b）為逆變器單管故障容錯(cuò)后逆變電路的三相電壓及頻譜分析結(jié)果。

4 結(jié) 論

本文在分析建立通用的電力電子電路混合邏輯動(dòng)態(tài)模型的基礎(chǔ)上，提出了電力電子電路基于混合邏輯動(dòng)態(tài)模型的容錯(cuò)控制策略，具有較強(qiáng)的通用性。

文章以一種三相四橋臂逆變器拓?fù)錇槔?，并通過仿真對(duì)所提方法進(jìn)行了驗(yàn)證。

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1.1回顧電力電子技術(shù)的發(fā)展歷程

電力電子技術(shù)的發(fā)展歷程可具體劃分為三個(gè)時(shí)期，即整流器時(shí)代、逆變器時(shí)代和變頻器時(shí)代。首先，整流器時(shí)期的電力電子技術(shù)發(fā)展主要表現(xiàn)為大規(guī)模的工業(yè)用電，它的用電來源主要是交流發(fā)電機(jī)，消費(fèi)形式以直流電為主，比如有色金屬的電解、內(nèi)燃機(jī)車的牽引以及軋鋼中的直流電等。硅整流器通過將直流電轉(zhuǎn)化為工業(yè)用電而被廣泛應(yīng)用于配電和輸電領(lǐng)域，這在六七十年代的中國隨處可見。其次，逆變器時(shí)代的電力電子技術(shù)發(fā)展遭遇了嚴(yán)重的能源危機(jī)，其波及范圍之廣使得整流器的發(fā)展不再適應(yīng)電能企業(yè)的使用需求，以交流電為主的逆變器時(shí)代應(yīng)運(yùn)而生。逆變器時(shí)代以晶閘管、晶體管以及晶閘管器件作為時(shí)展的主流，在高壓直流輸出的過程中實(shí)現(xiàn)了對(duì)動(dòng)態(tài)功率的有效補(bǔ)償。然而這時(shí)的使用范圍還僅僅局限于中低頻領(lǐng)域，使用過程中的效率較為偏低。再者，八十年代的變頻器時(shí)代實(shí)現(xiàn)了大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路的發(fā)展與應(yīng)用，這不僅電子應(yīng)用領(lǐng)域的顯著創(chuàng)新，同時(shí)也為后期現(xiàn)代電力電子技術(shù)的發(fā)展提供了必要的技術(shù)借鑒。變頻器時(shí)代還對(duì)電力的精細(xì)加工技術(shù)進(jìn)行了完善，全控型功率器件的出現(xiàn)實(shí)現(xiàn)了電力電子技術(shù)的高頻化發(fā)展，使得現(xiàn)代電力電子技術(shù)轉(zhuǎn)化成為一種可能。功率半導(dǎo)體市場(chǎng)逐漸被變頻器件取代，這一革新不僅提升了變頻調(diào)速的使用頻率，在小型輕量化技術(shù)裝備方面也有了顯著進(jìn)步。

1.2當(dāng)前電力電子技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域

電力電子技術(shù)的發(fā)展核心控制體系在于電能器件的有效轉(zhuǎn)換，作為一種現(xiàn)代技術(shù)，電力電子技術(shù)的主要功能不僅包括了逆變、整流、變頻等基本方面，除此以外還涉及到斬波和智能開關(guān)等方面的內(nèi)容。通過對(duì)電網(wǎng)工頻電能的轉(zhuǎn)化來達(dá)到不同的使用目的，以此適應(yīng)現(xiàn)代化生產(chǎn)對(duì)電力電子技術(shù)的使用需求。具體應(yīng)用方面，其應(yīng)用領(lǐng)域主要包括了三大方面：其一，在變頻器作用下對(duì)微電子技術(shù)及控制技術(shù)進(jìn)行有效整合，將固有不變的交流電轉(zhuǎn)變?yōu)榭蓳Q可調(diào)的可變式交流電，以此達(dá)到無級(jí)調(diào)速的目的，這對(duì)電能資源的節(jié)約顯然極為有利。其二，在開關(guān)電源和供電電源方面現(xiàn)代電力電子技術(shù)也有著自身的使用功能，類似變頻電源、焊接電源、充電電源、照明電源等都為現(xiàn)代化電力系統(tǒng)的完善提供了切實(shí)可行的技術(shù)指導(dǎo)。其三，一些發(fā)電系統(tǒng)或是交流輸電技術(shù)也體現(xiàn)出現(xiàn)代電力電子技術(shù)的應(yīng)用意義，水力發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電、配電與用電系統(tǒng)的完善等都和電子系統(tǒng)的應(yīng)用之間有著密切聯(lián)系。

2現(xiàn)代電力電子技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)探討

2.1電力電子技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

電子電子技術(shù)歸根結(jié)底是對(duì)電源技術(shù)的研究，電源技術(shù)不僅是電力電子技術(shù)研究的核心，一定程度上開光電源技術(shù)的發(fā)展也預(yù)示著現(xiàn)代電力電子技術(shù)今后的發(fā)展走向。從發(fā)展趨勢(shì)來看，現(xiàn)代電力電子技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)可概括為以下幾方面特點(diǎn)：第一，現(xiàn)代電力電子技術(shù)的集成化與模塊化特征。這一特征主要表現(xiàn)在現(xiàn)代電力電子技術(shù)的功率器件和電源單元兩個(gè)方面，從微小器件組成來實(shí)現(xiàn)電子器件的智能化辨別與使用。這樣的模塊功率不僅有效控制了器件的體積，在設(shè)計(jì)與制造方面也形成了顯著的模塊化特征。電力電子技術(shù)的模塊化發(fā)展其核心目的旨在降低器件的電應(yīng)力，從安全性與可靠性角度提升電力系統(tǒng)的使用性能。第二，現(xiàn)代電力電子技術(shù)的高頻化特征。從理論分析及實(shí)踐驗(yàn)證的雙重角度不難看出，無論是變壓器的電感還是電容體積在供電頻率方面都呈現(xiàn)出一定的反比例趨勢(shì)，因此體積的減小必然會(huì)導(dǎo)致電子技術(shù)的高頻化呈現(xiàn)。從這個(gè)角度來看，全控型電子器件的問世已然標(biāo)志著現(xiàn)代電子與電力技術(shù)率先實(shí)現(xiàn)了自身的高頻化轉(zhuǎn)換。第三，現(xiàn)代電力電子技術(shù)的全控化與數(shù)字化特征。全控化電力電子技術(shù)的革新突破了原有電力電子器件在使用功能方面的限制，降低了關(guān)斷換流電路可能造成的危險(xiǎn)，從根本上保障了電力系統(tǒng)在使用過程中的安全性。數(shù)字化特征則主要表現(xiàn)在現(xiàn)代電力電子技術(shù)的高頻斬波以及諧振變換等方面，從弱電領(lǐng)域拓展了電力電子技術(shù)的發(fā)展渠道，提前實(shí)現(xiàn)了控制技術(shù)的集成化。第四，現(xiàn)代電力電子技術(shù)的綠色化特征。這里的綠色化特征既包括了環(huán)境污染問題的控制，又涉及到必要的電網(wǎng)污染源問題，是當(dāng)前電力電子技術(shù)在發(fā)展過程中亟需解決的重要問題。發(fā)電容量的控制從根本上減少了發(fā)電對(duì)環(huán)境造成的污染，與此相關(guān)的污染過濾器或是電能補(bǔ)償系統(tǒng)等都是當(dāng)前電力電子技術(shù)向綠色化邁進(jìn)的有力證據(jù)。具體的電力電子技術(shù)應(yīng)用方面，則主要表現(xiàn)為四大革新趨勢(shì)：其一，太陽能發(fā)電技術(shù)的應(yīng)用。太陽能發(fā)電技術(shù)為普通家庭提供了足夠的電能使用空間，成為了可再生資源的有效傳播途徑之一。其二，燃料電池發(fā)電技術(shù)。燃料電池的發(fā)電裝置主要是將其中的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為可使用的電能，節(jié)能省電，鮮少產(chǎn)生環(huán)境污染問題。其三，交流輸電技術(shù)的應(yīng)用。作為一種新型電力系統(tǒng)出現(xiàn)的交流輸電技術(shù)實(shí)現(xiàn)了對(duì)電網(wǎng)資源重新分配與利用，保障了電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性。其四，現(xiàn)代電力電子技術(shù)中的儲(chǔ)存與質(zhì)量控制技術(shù)。儲(chǔ)存技術(shù)的使用在于提升電力系統(tǒng)本身的電力儲(chǔ)備功能，而質(zhì)量控制技術(shù)則在于從供電質(zhì)量角度提高電力產(chǎn)品的使用效率。

2.2現(xiàn)代電力電子技術(shù)的應(yīng)用展望

關(guān)于現(xiàn)代電力電子技術(shù)的應(yīng)用展望，可從如下幾方面得以體現(xiàn)：第一，從節(jié)能性角度提升電機(jī)系統(tǒng)的使用性能，可從專用電機(jī)的設(shè)計(jì)或是控制設(shè)備的完善等方面來提升整體電力系統(tǒng)的使用效率；第二，中高壓直流輸電系統(tǒng)的運(yùn)用也是今后電力電子技術(shù)發(fā)展的必然趨勢(shì)，這一系統(tǒng)本身就具備了低污染和低能耗的特點(diǎn)；第三，當(dāng)前社會(huì)發(fā)展進(jìn)程中充電站網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建或是電動(dòng)車輛的普及已經(jīng)逐漸成為現(xiàn)代電力電子技術(shù)發(fā)展進(jìn)程中積極完善與改革的內(nèi)容，以電動(dòng)汽車為代表的環(huán)保電力問題逐漸成為一個(gè)時(shí)代課題。至于當(dāng)前城市建設(shè)過程中充電網(wǎng)絡(luò)的配備問題基本尚處于起步階段，無論是實(shí)際應(yīng)用領(lǐng)域還是理論構(gòu)建領(lǐng)域都還存在許多值得研究和討論的問題，但無疑其發(fā)展空間是極為廣闊的；第四，關(guān)于電力系統(tǒng)中電能儲(chǔ)備裝置的設(shè)置與超導(dǎo)線的使用也將成為電力電子技術(shù)亟需解決的問題之一，從根本上解決電能儲(chǔ)備問題勢(shì)必將對(duì)電力系統(tǒng)的持續(xù)發(fā)展產(chǎn)生積極而深遠(yuǎn)的影響。然而面對(duì)電能儲(chǔ)備過程中存在的諸多問題，電力系統(tǒng)設(shè)計(jì)者需要從控制技術(shù)與存儲(chǔ)技術(shù)的雙重層面來體現(xiàn)儲(chǔ)能裝置的有效性，對(duì)于其中可能存在的不合理問題提出切實(shí)有效的解決或改進(jìn)對(duì)策。

3結(jié)束語

篇4

其具體包括以下幾方面的內(nèi)容：第一，通過對(duì)電力電子技術(shù)的應(yīng)用，已經(jīng)將傳統(tǒng)發(fā)電機(jī)直流勵(lì)磁轉(zhuǎn)化為由中頻交流勵(lì)磁和電力電子整流相結(jié)合的方法，并且在推廣應(yīng)用過程中取得了良好的效果，其運(yùn)行的可靠性也得到了提高。第二，電力電子技術(shù)的應(yīng)用有效地改變了水輪發(fā)電機(jī)的變頻勵(lì)磁。發(fā)電頻率取決于發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，采用了電力電子技術(shù)后，將水輪發(fā)電機(jī)直流勵(lì)磁轉(zhuǎn)變?yōu)榈皖l交流變頻勵(lì)磁。當(dāng)水流量減少時(shí)，提高勵(lì)磁頻率，可以把發(fā)電頻率補(bǔ)償?shù)筋~定，延長(zhǎng)水輪發(fā)電機(jī)的發(fā)電周期，解決水力發(fā)電中發(fā)電機(jī)工作時(shí)間受季節(jié)性水流量影響而導(dǎo)致的頻率無法調(diào)節(jié)、浪費(fèi)較多水能的問題。這對(duì)大型水力發(fā)電設(shè)施來說，具有巨大的經(jīng)濟(jì)效益。

2電力電子技術(shù)的未來發(fā)展趨勢(shì)

從近幾十年的發(fā)展歷程中我們可以看出，半導(dǎo)體的發(fā)明與應(yīng)用有效地推動(dòng)了電子技術(shù)的快速發(fā)展，其中晶閘管等電力半導(dǎo)體在這一過程中發(fā)揮了重要的作用。在進(jìn)入20世紀(jì)70年代后，半控型晶閘管形成由低電壓小電流到高電壓大電流的系列產(chǎn)品，被稱為第一代電力電子器件。隨著電力電子技術(shù)理論研究和半導(dǎo)體制造工藝水平的不斷提高，先后研制出GTR、GTO、功率MOSFET等自關(guān)斷全控型第二代電力電子器件。近期研制的以絕緣柵雙極晶體管(IGBT)為代表的第三代電力電子器件，開始向大容量高頻率、響應(yīng)快、低損耗的方向發(fā)展，這又是一個(gè)飛躍。步入20世紀(jì)90年代后，電力電子技術(shù)得到突飛猛進(jìn)的發(fā)展，與該技術(shù)有關(guān)的產(chǎn)品也得到進(jìn)一步升級(jí)，大都朝著智能化、模塊化方向發(fā)展，逐步形成了電力電子技術(shù)的三步走模式及理論的研發(fā)，產(chǎn)品的研制、產(chǎn)品的應(yīng)用，成為國際科研領(lǐng)域的新星，成為經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的熱門行業(yè)。但是，就目前我國電力電子技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀來看，還不容樂觀，其中電力半導(dǎo)體器件的研發(fā)與應(yīng)用同西方發(fā)達(dá)國家相比，還存在較大的差距，還比較落后，所以，如果在21世紀(jì)國際電力電子技術(shù)迅猛發(fā)展的背景下，我國半導(dǎo)體器件的落后狀態(tài)得不到改善，將直接影響我國國民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，因此，對(duì)于我國電力電子技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)來說，仍然任重而道遠(yuǎn)。

3結(jié)語

篇5

關(guān)鍵詞：multisim；仿真；電力電子電路

中圖分類號(hào)：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2016）13-0153-02

Abstract：This article introduces a power electronics teaching methods based on multisim. And we select two typical power electronic circuits to simulate . Through the experiments the establishment of the circuit，the choice of electronic components， circuit parameter settings and waveform analysis are described in detail.

Key words： multisim；simulation；power electronic circuits

1 概述

電力電子技術(shù)是強(qiáng)電專業(yè)的一門核心基礎(chǔ)課程，其實(shí)踐性很強(qiáng)，對(duì)學(xué)生的動(dòng)手能力要求較高。筆者在該課程的教學(xué)過程中發(fā)現(xiàn)主要存在以下幾個(gè)問題：

1）學(xué)生很難理解電力電子器件的工作原理，比如晶閘管的導(dǎo)通和關(guān)斷條件。

2）在授課過程中電力電子波形的繪制需要花費(fèi)較長(zhǎng)的時(shí)間，尤其是三相電路的相關(guān)波形。

3）在實(shí)訓(xùn)過程中耗材的損耗很大，比如晶閘管、晶體管等。

4）電力電子系統(tǒng)多為高電壓、大電流的大功率系統(tǒng)，實(shí)訓(xùn)過程中對(duì)于學(xué)生的人身安全和設(shè)備安全不能得到絕對(duì)保證。

如果在教學(xué)過程中引入計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)就可以很好的解決這些問題，同時(shí)仿真教學(xué)可以使得教學(xué)過程更為生動(dòng)、直觀，有利于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高教學(xué)質(zhì)量。

2 multisim仿真軟件介紹

20世紀(jì)80年代加拿大的IIT公司推出了一款頗具特色的電子仿真軟件EWB5.0，其界面形象直觀、操作方便、分析功能強(qiáng)大、易學(xué)易用。Multisim軟件是它的升級(jí)版，本文中所使用的是最新的multisim10版本，其主要特點(diǎn)有：

1）具有完全交互式的仿真器，允許使用者對(duì)電路進(jìn)行實(shí)時(shí)的改變，并能實(shí)時(shí)的看見電路仿真結(jié)果。

2）具有二十多種不同的虛擬儀器，包括示波器、萬用表、頻譜分析器等。

3）功能強(qiáng)大的教學(xué)選項(xiàng)，老師可以自行制定Multisim 10的使用界面和可能選用的儀器和分析，從而控制學(xué)生在電路中所見的畫面，以及能夠存取的功能。

4）16000個(gè)零件數(shù)據(jù)庫，16000個(gè)零件資料庫。

圖1為multisim10的主界面。

3 仿真實(shí)例

1）單相半波可控整流電路（阻性負(fù)載）

啟動(dòng)multisim10軟件，從其元件庫中選擇所需的電路元件，連接成電路。如圖2所示。其中雙蹤示波器用來顯示觸脈沖和負(fù)載上的電壓波形，A相位為負(fù)載波形，B相位為觸發(fā)波形。

啟動(dòng)電路開始仿真，波形如圖3所示，顯然負(fù)載上的波形為缺口的正弦半波波形。

2）三相半波可控整流電路（阻感性負(fù)載）

如圖4所示為三相半波整流電路，負(fù)載為阻感性負(fù)載。圖5為阻感性負(fù)載上的電壓波形。

4 結(jié)束語

利用multisim實(shí)現(xiàn)仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)，同傳統(tǒng)的電力電子實(shí)驗(yàn)相比，可以邊實(shí)驗(yàn)邊修改，由于使用的元器件和儀表都是虛擬的，所以不存在安全問題，另外實(shí)驗(yàn)成本低，實(shí)驗(yàn)效率高，實(shí)驗(yàn)結(jié)果直觀形象。學(xué)生在仿真實(shí)驗(yàn)過程中，有自己獨(dú)立思考的時(shí)間和空間，有利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維能力。但是仿真實(shí)驗(yàn)并不能完全取代傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)手段，因?yàn)閷W(xué)生在仿真實(shí)驗(yàn)中看到的都是理想波形，而實(shí)際上會(huì)存在很多的干擾信號(hào)，學(xué)生只有在真實(shí)的硬件試驗(yàn)中才會(huì)掌握。只有將仿真實(shí)驗(yàn)與硬件實(shí)驗(yàn)相結(jié)合，才能幫助學(xué)生更快更好地掌握知識(shí)，進(jìn)一步提高學(xué)生的綜合實(shí)驗(yàn)和創(chuàng)新的能力。

參考文獻(xiàn)：

[1] 王兆安，黃俊. 電力電子技術(shù)[M].4版.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2000.

篇6

當(dāng)前電力系統(tǒng)主干電網(wǎng)、微型電網(wǎng)以及各地的地方電網(wǎng)互相配合是我國電力系統(tǒng)能夠穩(wěn)定轉(zhuǎn)變的重要特點(diǎn)，而且還大范圍的使分布式電源和儲(chǔ)能裝置接入，在加強(qiáng)電力系統(tǒng)的可靠穩(wěn)定性以及提高供電質(zhì)量中，采取的主要方式就是靈活性強(qiáng)的輸電，并且使用用電和配電的智能化的裝置[1]。不但推動(dòng)我國電力系統(tǒng)進(jìn)行穩(wěn)定的轉(zhuǎn)變，還要不斷改進(jìn)和發(fā)展不同的電子器件，特別是要提高電力電子裝置的智能化水平，使其在電力系統(tǒng)中充分發(fā)揮自身的積極作用。

2.電子電力裝置的特點(diǎn)

2.1可靠性的特點(diǎn)

電子系統(tǒng)的應(yīng)用效果主要受到電力電子裝置可靠性的影響，但是電子裝置的故障率、平均無故障運(yùn)行的時(shí)間、平韻維護(hù)的時(shí)間以及各項(xiàng)指標(biāo)決定電力電子裝置的可靠性。由于科技不斷發(fā)展，社會(huì)經(jīng)濟(jì)不斷增長(zhǎng)，產(chǎn)業(yè)開發(fā)也進(jìn)入多元化的階段，人們對(duì)電力資源的要求也越來越多，其生活的各個(gè)方面都離不開電的存在，由于電力系統(tǒng)具有可靠性的特點(diǎn)，從而使更多先進(jìn)的電力電子裝置應(yīng)用到電子系統(tǒng)中。電力電子裝置的可靠性不但能使電力系統(tǒng)運(yùn)行中的安全穩(wěn)定性得到保障，而且能夠?yàn)殡娏ο到y(tǒng)的運(yùn)行、檢查以及維修等提供信息基礎(chǔ)。

2.2故障管理的特點(diǎn)

如果電子裝置長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)行，那么其出現(xiàn)故障是必然的。溫度過高或者溫度循環(huán)中出現(xiàn)的波動(dòng)這些都容易使電子裝置發(fā)生故障。檢測(cè)和診斷電子裝置的故障以及依據(jù)診斷結(jié)果采取一定的保護(hù)措施是管理電子裝置故障的重要方法，另外還可以推理電子裝置剩余的使用壽命，提前運(yùn)用合理的預(yù)防措施[2]。

3.電子電力裝置在電力系統(tǒng)中的具體應(yīng)用

3.1發(fā)電環(huán)節(jié)中的具體應(yīng)用

在電力系統(tǒng)的發(fā)電環(huán)節(jié)中，電力電子裝置主要應(yīng)用到以下三個(gè)部分，即發(fā)電機(jī)組勵(lì)磁、風(fēng)力發(fā)電以及伏光電站。

3.1.1發(fā)電機(jī)組勵(lì)磁

發(fā)電機(jī)組勵(lì)磁主要是運(yùn)用到大型的發(fā)電機(jī)組中，主要是因?yàn)槠渚哂泻?jiǎn)單的控制方式以及快速的調(diào)節(jié)速度，其在水力發(fā)電機(jī)組中主要是為了調(diào)整勵(lì)磁電流頻率的動(dòng)態(tài)性，快速調(diào)節(jié)發(fā)電系統(tǒng)對(duì)水頭的壓力和水流量的動(dòng)態(tài)變化，從而使發(fā)電效率不斷增加，發(fā)電水平和質(zhì)量不斷加強(qiáng)。

3.1.2風(fēng)力發(fā)電的電力電子裝置

交流器是風(fēng)力發(fā)電技術(shù)中電力電子裝置的核心環(huán)節(jié)，它不但使風(fēng)力發(fā)電環(huán)節(jié)中的整流器與逆變器得到增加，而且能夠使風(fēng)電交流器將不穩(wěn)定的風(fēng)能轉(zhuǎn)化為與其相應(yīng)的電能。

3.1.3光伏電站裝置

大范圍的集中利用太陽能的最有效的方法就是大型光伏電站，其主要是由光伏陣列組件、濾波器以及升壓變壓器等組成的，其“電網(wǎng)友好”的控制方案主要是由并聯(lián)逆變器來實(shí)現(xiàn)的。

3.2輸電環(huán)節(jié)中的具體應(yīng)用

我國電力系統(tǒng)中常見的輸電環(huán)節(jié)有：分頻輸電、直流輸電和固態(tài)變壓器三種。分頻輸電的方式主要是利用到水能發(fā)電以及風(fēng)能發(fā)電等這些發(fā)電系統(tǒng)中的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速比較低[3]。分頻輸電主要是因?yàn)槠鋫鬏旊娔艿念l率較低，這樣不但使交流輸電線的電氣距離大大縮短，而且還使傳輸?shù)男实玫郊訌?qiáng)，使電壓波動(dòng)受到相應(yīng)的限制。在可再生能源發(fā)電以及城市供電中最常見的是直流輸電。

3.3存儲(chǔ)電能環(huán)節(jié)的具體應(yīng)用

實(shí)時(shí)性以及季節(jié)性等特點(diǎn)是可再生資源所具有的，但是其還具有一定的不穩(wěn)定性，除此之外，電能在使用過程中也有低谷期和高峰期，所以要對(duì)電能進(jìn)行儲(chǔ)存，從而加強(qiáng)電力系統(tǒng)的可靠性，其主要包括壓縮空氣儲(chǔ)能裝置、可調(diào)速抽水儲(chǔ)能裝置以及電池儲(chǔ)能裝置三方面。根據(jù)電力系統(tǒng)中的用電電荷控制儲(chǔ)氣空間的空氣這是壓縮空氣儲(chǔ)能的工作原理，如果進(jìn)入用電的高峰期，空氣壓縮機(jī)就可以被電力系統(tǒng)中剩余的電量所驅(qū)動(dòng)，從而使存儲(chǔ)能量轉(zhuǎn)化為高壓空氣；如果是電壓負(fù)荷進(jìn)入高峰期時(shí)，這時(shí)候要想使發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)電，就要釋放儲(chǔ)氣空間中的高壓空氣。利用水庫上下之間的落差使發(fā)電機(jī)進(jìn)行發(fā)電這是抽水能裝置的主要采用的方式[4]。電池儲(chǔ)能裝置主要是利用電池，如鋰離子電池以及鈉離子電池等，對(duì)電池模塊的電流用用小功率的DC/DC變換器進(jìn)行均衡的調(diào)節(jié)。

3.4微型電網(wǎng)中的具體應(yīng)用

微型電網(wǎng)指的是一種小型的配電系統(tǒng)，其主要是由分布式電源、相關(guān)負(fù)荷、儲(chǔ)能裝置、監(jiān)控保護(hù)裝置以及功率變換器組成。利用功率變換器就可以實(shí)現(xiàn)微型電網(wǎng)與外部電網(wǎng)的并網(wǎng)運(yùn)行，利用并網(wǎng)運(yùn)行的方式，當(dāng)外部電網(wǎng)出現(xiàn)故障不能正常運(yùn)行的時(shí)候，微型電網(wǎng)仍然可以使電網(wǎng)安全運(yùn)行。

4.結(jié)論

由此可見，社會(huì)的發(fā)展離不開電力資源的運(yùn)用，電能資源的主戰(zhàn)場(chǎng)就是電力系統(tǒng)，對(duì)其有著決定性的作用，因此在發(fā)展的過程中要不斷完善電力系統(tǒng)，從而使其能夠緊跟時(shí)展的腳步。在電力系統(tǒng)的應(yīng)用中，電力電子裝置在發(fā)電以及存儲(chǔ)電能方面使電力系統(tǒng)的性能得到改善，從而加快了電力系統(tǒng)改革的腳步。隨著技術(shù)的不斷成熟和創(chuàng)新，電力電子裝置逐漸成為發(fā)電系統(tǒng)應(yīng)用中的主角，從而使電力系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的目標(biāo)。

作者:趙鑫川 孟學(xué)斌 趙鵬飛 單位:內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)電力學(xué)院

參考文獻(xiàn)

[1]葉英濤.電力電子裝置在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].黑龍江科技信息，2016，01(18):135.

[2]劉沐欣.電力電子裝置在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].中國高新技術(shù)企業(yè)，2016，03(16):45-46.

篇7

《電力電子技術(shù)》是自動(dòng)化及其相關(guān)專業(yè)的一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課程，它的內(nèi)容繁雜抽象，但是實(shí)用性強(qiáng)，技工電氣高職班的學(xué)生要很好地學(xué)習(xí)它還不是件易事，這使得教學(xué)工作進(jìn)行起來比較棘手。經(jīng)過總結(jié)多年的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，我們摸索出了以項(xiàng)目教學(xué)法為核心，分步驟，對(duì)該課程的知識(shí)由淺入深，化繁為簡(jiǎn)進(jìn)行教學(xué)，取得較為明顯的教學(xué)效果。

1學(xué)情分析

首先，我們應(yīng)對(duì)學(xué)習(xí)該課程的對(duì)象進(jìn)行分析，結(jié)合學(xué)生接受知識(shí)的特點(diǎn)，有的放矢，設(shè)計(jì)出一套適合學(xué)生特點(diǎn)的教學(xué)方法，這為取得良好的教學(xué)效果打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。該課程是面對(duì)技工高職電氣相關(guān)專業(yè)學(xué)生所設(shè)的，這樣的班級(jí)在目前的技工教育中，人數(shù)一般為35～45人之間，其中有1/3的學(xué)生學(xué)習(xí)較為積極主動(dòng)，1/3的學(xué)生需要在教師和同學(xué)的帶領(lǐng)下被動(dòng)地學(xué)習(xí)，還有1/3是無心向?qū)W的“差生”。針對(duì)這種情況，我們對(duì)全班的學(xué)生進(jìn)行分組，通過以強(qiáng)帶弱，以積極帶被動(dòng)的學(xué)習(xí)形式，同時(shí)培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)作意識(shí)。技工學(xué)校電氣相關(guān)專業(yè)的學(xué)生還是普遍存在動(dòng)手能力強(qiáng)，理論分析能力差的情況。針對(duì)這樣的學(xué)情，教師在教學(xué)過程中應(yīng)該注意將難懂復(fù)雜的理論知識(shí)融入到一個(gè)個(gè)典型制作電路當(dāng)中去。另外，因?yàn)樗麄兪请姎庀嚓P(guān)專業(yè)的學(xué)生，有一定電工電子技術(shù)的基礎(chǔ)知識(shí)，為接受繁雜的電力電子知識(shí)打下一定的基礎(chǔ)。

2制定教學(xué)計(jì)劃

通過學(xué)情分析，我們幾位一起任教該門課程的教師進(jìn)行集體備課，這里要特別感謝陳琨韶老師和陳國榮老師，他們?yōu)槲覀兩虾眠@門課想出了很多好辦法，他們結(jié)合深厚扎實(shí)的專業(yè)知識(shí)，將整門電力電子課程轉(zhuǎn)化成幾個(gè)項(xiàng)目進(jìn)行教學(xué)。項(xiàng)目教學(xué)方法是將零散難懂的知識(shí)融入到每個(gè)具有代表性的項(xiàng)目上，這里是尋找合適的典型工作電路，再自制合理的工作頁引導(dǎo)學(xué)生參與學(xué)習(xí)。這樣一來，一向被公認(rèn)難上的一門課，經(jīng)過我們的努力將其變得更容易教，更容易讓學(xué)生接受和對(duì)學(xué)生產(chǎn)生更好教學(xué)效果的一門課。

3確定典型工作電路

該門課程主要使用的工具有:示波器，萬用表，電烙鐵，變壓器等。本課程結(jié)合重點(diǎn)知識(shí)、查找相關(guān)資料，設(shè)計(jì)出學(xué)生易學(xué)易懂的工作電路，主要用了兩個(gè)電路作為實(shí)訓(xùn)內(nèi)容。它們分別是調(diào)光燈電路———包含單相整流電路和單結(jié)晶體管觸發(fā)電路兩大部分;555PWM脈寬調(diào)制電路。調(diào)光燈電路。在實(shí)訓(xùn)室中為了方便學(xué)生實(shí)訓(xùn)并安全完成任務(wù)，我們將該電路的交流電源220V經(jīng)過變壓器把電壓將為16～18V交流電，同時(shí)所用燈泡也更換為額定電壓為8V的小燈泡。另外，為了適應(yīng)以上改變，電路中的R1和R4兩個(gè)電阻應(yīng)被短接，這樣才能出現(xiàn)既定實(shí)訓(xùn)效果。也就是當(dāng)調(diào)節(jié)電位器Rp時(shí)，燈泡的亮度會(huì)隨之改變。555PWM脈寬調(diào)制電路，該電路應(yīng)用555芯片驅(qū)動(dòng)整個(gè)電路，以起到控制直流電機(jī)速度和燈泡亮度的作用。學(xué)生可以通過示波器檢測(cè)555芯片6腳和2腳連接處的波形，如果電路連接正確，檢測(cè)出來的波形是鋸齒波。如果不能出現(xiàn)該波形，應(yīng)提醒學(xué)生檢查電路的焊接是否出錯(cuò)。另外，學(xué)生可以通過檢測(cè)NPN三極管的b極，測(cè)出正確波形為方波。

4制作有針對(duì)性的工作頁

任務(wù)的實(shí)施通過了解學(xué)生的知識(shí)結(jié)構(gòu)，我們編寫了幾個(gè)典型工作頁，以此來引導(dǎo)學(xué)生“在做中學(xué)，在學(xué)中做”。第一個(gè)階段的工作頁是以復(fù)習(xí)電工電子知識(shí)為主，新學(xué)的電力電子元件知識(shí)為輔。從而引導(dǎo)學(xué)生回憶、鞏固已學(xué)知識(shí)，對(duì)比、聯(lián)系地來學(xué)新知識(shí)。第二個(gè)階段的工作頁一共有兩個(gè)，是圍繞圖1、2—兩個(gè)典型工作電路，展開一系列知識(shí)點(diǎn)編制的。該工作頁的主要內(nèi)容是設(shè)計(jì)相關(guān)的題目，這些題目主要體現(xiàn)了在學(xué)生制作該電路時(shí)所需要的電力電子技術(shù)方面的理論知識(shí)。通過工作頁可以讓學(xué)生邊做題邊從課本、網(wǎng)絡(luò)中查找需要的知識(shí)。這樣就有效地化被動(dòng)接受知識(shí)為主動(dòng)查找知識(shí)，教師在一旁加以點(diǎn)撥和提醒，協(xié)助學(xué)生完成。教師結(jié)合每次講解的內(nèi)容布置相應(yīng)題目，并作為作業(yè)要求學(xué)生完成。

5項(xiàng)目的實(shí)施

項(xiàng)目的實(shí)施分為幾大部分，分別是查找資料填寫工作頁、列出元件清單、繪制電路原理圖、繪制電路實(shí)物圖、焊接電路和調(diào)試電路。

1)查找資料填寫工作頁。學(xué)生根據(jù)教師提供的工作頁，通過上網(wǎng)查找資料或者課本完成相關(guān)題目，為順利完成該項(xiàng)目奠定理論基礎(chǔ)。

2)繪制電路原理圖。學(xué)生根據(jù)教師提供的原理圖，自己動(dòng)手繪制出來，一來鍛煉學(xué)生繪圖的能力，二來加強(qiáng)學(xué)生對(duì)原理圖的理解。

3)列出元件清單。學(xué)生根據(jù)原理圖和教師分發(fā)的元件實(shí)物列出元件清單，該清單包括元件的型號(hào)、參數(shù)、圖形符號(hào)、文字符號(hào)等。

4)繪制電路實(shí)物連接圖。學(xué)生以電路原理圖為依據(jù)，根據(jù)元件引腳實(shí)際封裝的位置匯出最合理的布線圖，避免元件與元件之間的連接線路錯(cuò)亂，要求符合電路布線原則。

5)焊接電路，電路的焊接要求學(xué)生掌握熟練的焊接技術(shù)，不能出現(xiàn)虛焊、假焊、空焊和冷焊等。

6)調(diào)試電路。教師要求高職的學(xué)生應(yīng)自己調(diào)試電路板。首先應(yīng)該對(duì)照實(shí)物接線圖檢查成品電路板的連接有無錯(cuò)漏，其次利用示波器測(cè)試電路板相應(yīng)位置的電路波形以檢測(cè)所焊接的電路板是否能出現(xiàn)正確電路的波形圖，如果波形吻合說明電路板制作成功，反之亦然。最后學(xué)生根據(jù)理論知識(shí)分析成功電路板出現(xiàn)對(duì)應(yīng)波形的原理。

6師生小結(jié)

每制作完成一個(gè)典型工作電路后，教師會(huì)根據(jù)學(xué)生在該項(xiàng)目學(xué)習(xí)的過程中存在的主要問題進(jìn)行小結(jié)和解答。學(xué)生則以小組為單位，上講臺(tái)匯報(bào)他們的學(xué)習(xí)成果以及提出學(xué)習(xí)過程中的疑問。最后教師要求每位學(xué)生應(yīng)自行完成該項(xiàng)目的實(shí)訓(xùn)報(bào)告，以此作為作業(yè)。

7結(jié)語

篇8

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(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、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、電傳動(dòng)的內(nèi)燃機(jī)車、地鐵機(jī)車、城市無軌電車等)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發(fā)與應(yīng)用得以很大發(fā)展。當(dāng)時(shí)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(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。類似的應(yīng)用還包括高壓直流輸出,靜止式無功功率動(dòng)態(tài)補(bǔ)償?shù)取＿@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(jī)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(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，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)車中的直流機(jī)車中采用整流裝置，交流機(jī)車采用變頻裝置。直流斬波器也廣泛用于鐵道車輛。在未來的磁懸浮列車中，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，車輛中的各種輔助電源也都離不開電力電子技術(shù)。電動(dòng)汽車的電機(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電力電子裝置。一臺(tái)高級(jí)汽車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)國家在用戶最終使用的電能中，有60%以上的電能至少經(jīng)過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，如果離開電力電子技術(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）都是重要的無功補(bǔ)償裝置。近年來出現(xiàn)的靜止無功發(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，所以可以說信息電子技術(shù)離不開電力電子技術(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。

6、其他

篇9

一、“電力電子技術(shù)”課程實(shí)踐教學(xué)體系

從培養(yǎng)具有創(chuàng)新能力的應(yīng)用型人才目標(biāo)出發(fā)，根據(jù)“電力電子技術(shù)”課程的特點(diǎn)，建立起如圖1所示的“電力電子技術(shù)”課程實(shí)踐教學(xué)體系。實(shí)踐教學(xué)體系以培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和實(shí)踐能力為核心，涵蓋課程實(shí)驗(yàn)、課程設(shè)計(jì)、學(xué)生科研、教師科研四個(gè)方面。在培養(yǎng)體系中，課程實(shí)驗(yàn)是基礎(chǔ)階段，課程設(shè)計(jì)是提高階段，學(xué)生科研和教師科研是升華階段。下面對(duì)體系的四個(gè)組成部分予以分別介紹。

1“.電力電子技術(shù)”課程實(shí)驗(yàn)

課程實(shí)驗(yàn)是整個(gè)體系的基礎(chǔ)階段，是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力和實(shí)踐能力的最起碼的條件。課程實(shí)驗(yàn)包括驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)和研究性實(shí)驗(yàn)，主要是鍛煉學(xué)生應(yīng)用所學(xué)的電力電子理論知識(shí)驗(yàn)證電力電子主電路、觸發(fā)電路與控制電路的工作原理、綜合應(yīng)用電力電子技術(shù)設(shè)計(jì)、電力電子電路等方面的能力，使學(xué)生具備初步的電力電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?。為了更好地鍛煉學(xué)生的創(chuàng)新能力和實(shí)踐能力，我們采取的措施一是在實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目中增加設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的比例，使其達(dá)到50%，二是大膽嘗試研究性實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法。研究性實(shí)驗(yàn)教學(xué)根據(jù)“電力電子技術(shù)”課程教學(xué)大綱要求，根據(jù)課程實(shí)驗(yàn)課時(shí)要求，讓學(xué)生完成規(guī)定的研究性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。研究性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目跟一般的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目相比有著本質(zhì)的區(qū)別，著重鍛煉學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的能力，達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力和實(shí)踐能力的目的。研究性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目可以單獨(dú)完成，也可以和其他學(xué)生組成小組共同完成。完成后必須撰寫實(shí)驗(yàn)研究報(bào)告并答辯。

2“.電力電子技術(shù)”課程設(shè)計(jì)

課程設(shè)計(jì)是實(shí)踐教學(xué)體系的提高階段，主要是鍛煉學(xué)生在課程實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上綜合應(yīng)用所學(xué)的電力電子技術(shù)設(shè)計(jì)某種實(shí)際的電力電子應(yīng)用電路（電力電子裝置）或驅(qū)動(dòng)電路、控制電路。設(shè)計(jì)內(nèi)容包括電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的選擇、功率開關(guān)器件的選型與參數(shù)計(jì)算、控制電路設(shè)計(jì)、驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)和保護(hù)電路設(shè)計(jì)等，為將來從事電力電子裝置的研究和開發(fā)奠定基礎(chǔ)。根據(jù)需要，我們給學(xué)生課程設(shè)計(jì)的題目也基本上歸納為主電路（含整流電路、斬波電路、交流電力控制與交變頻電路、逆變電路）設(shè)計(jì)及器件選型與參數(shù)計(jì)算、PWM控制電路設(shè)計(jì)、驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)和保護(hù)電路設(shè)計(jì)，同時(shí)要求學(xué)生能熟練應(yīng)用PSIM和MATLAB等仿真軟件對(duì)所設(shè)計(jì)的電力電子主電路、控制電路和保護(hù)電路進(jìn)行仿真分析。通過課程設(shè)計(jì)讓學(xué)生具備“方案論證—理論分析—仿真分析—參數(shù)計(jì)算—器件選型—實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證”的電力電子裝置設(shè)計(jì)能力。

3“.電力電子技術(shù)”學(xué)生科研

學(xué)生科研就是積極鼓勵(lì)學(xué)生申報(bào)電力電子技術(shù)類科研課題，帶著問題去學(xué)習(xí)、去探索，鍛煉學(xué)生的文獻(xiàn)查閱能力、應(yīng)用電力電子技術(shù)解決實(shí)際問題的能力等，從理論和實(shí)踐兩個(gè)方面全面提升學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力。學(xué)生科研的主要途徑就是申報(bào)各級(jí)各類大學(xué)生科研項(xiàng)目，如湖南省大學(xué)生研究性學(xué)習(xí)和創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)計(jì)劃項(xiàng)目、邵陽學(xué)院學(xué)生科研項(xiàng)目等。我們鼓勵(lì)并資助大學(xué)生開展研究性學(xué)習(xí)和創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)計(jì)劃項(xiàng)目，從項(xiàng)目的實(shí)施與管理、資助條件與項(xiàng)目申報(bào)、項(xiàng)目結(jié)題與獎(jiǎng)勵(lì)等幾個(gè)方面對(duì)大學(xué)生申報(bào)項(xiàng)目進(jìn)行管理。到目前為止，電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)學(xué)生已獲得湖南省大學(xué)生研究性學(xué)習(xí)和創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)計(jì)劃項(xiàng)目4項(xiàng)、獲得校級(jí)大學(xué)生科研立項(xiàng)項(xiàng)目2項(xiàng)。這些項(xiàng)目均以電力電子裝置的設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)為研究?jī)?nèi)容。通過這些項(xiàng)目的研究，學(xué)生發(fā)表學(xué)術(shù)論文8篇、獲得軟件著作權(quán)3項(xiàng)。

4“.電力電子技術(shù)”教師科研

除了學(xué)生自己申報(bào)各級(jí)大學(xué)生研究性學(xué)習(xí)和創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)計(jì)劃項(xiàng)目外，同時(shí)積極引導(dǎo)學(xué)生參與教師與電力電子技術(shù)相關(guān)的科研課題，進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新能力。在鍛煉創(chuàng)新能力和實(shí)踐動(dòng)手能力的過程當(dāng)中，要結(jié)合學(xué)生具體的研究課題進(jìn)行專題培訓(xùn)。主要是讓學(xué)生通過閱讀相關(guān)專著、文獻(xiàn)等掌握所研究課題的發(fā)展情況及最新進(jìn)展。目前，學(xué)生已經(jīng)參與到湖南省自然科學(xué)基金項(xiàng)目“基于VSI-SPWM結(jié)構(gòu)的綜合電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器關(guān)鍵技術(shù)研究”、湖南省教育廳優(yōu)秀青年項(xiàng)目“基于并聯(lián)補(bǔ)償?shù)呐潆娋W(wǎng)電能質(zhì)量控制技術(shù)研究”等多項(xiàng)電力電子研究課題當(dāng)中，學(xué)生的畢業(yè)設(shè)計(jì)課題、申報(bào)的科研項(xiàng)目也大都與教師的科研課題相關(guān)。

二、“電力電子技術(shù)”課程實(shí)踐教學(xué)體系的成效

根據(jù)以上內(nèi)容構(gòu)建的“電力電子技術(shù)”課程實(shí)踐教學(xué)體系在電氣工程系實(shí)踐三年多來，成績(jī)顯著，學(xué)生在電力電子技術(shù)方面的實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力得到明顯提高。到目前為止，學(xué)生獲得的與電力電子技術(shù)相關(guān)的成果為：獲得湖南省大學(xué)生研究性學(xué)習(xí)和創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)計(jì)劃項(xiàng)目4項(xiàng)，獲得校級(jí)大學(xué)生科研立項(xiàng)項(xiàng)目2項(xiàng)，獲得校級(jí)優(yōu)秀畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）3篇，學(xué)生參與開發(fā)70kvar微機(jī)型低壓動(dòng)態(tài)靜止無功補(bǔ)償裝置和50kvar新型靜止無功補(bǔ)償裝置各一套，發(fā)表電力電子學(xué)術(shù)論文8篇，獲得國家實(shí)用新型專利1項(xiàng)，獲得軟件著作權(quán)3項(xiàng)，實(shí)現(xiàn)了我校電氣工程系電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)畢業(yè)生被許繼電氣、中山南瑞錄用從事電力電子技術(shù)研發(fā)工作零的突破。在今后的工作中，我們將進(jìn)一步完善“電力電子技術(shù)”課程實(shí)踐教學(xué)體系，進(jìn)而推廣所取得的成果。

篇10

【關(guān)鍵詞】電力電子技術(shù)；MATLAB；仿真

作者簡(jiǎn)介：趙娟（1982—），女，碩士，講師，主要從事高職院校應(yīng)用電子專業(yè)教育教學(xué)

前言

電力電子技術(shù)是電氣控制等專業(yè)的一門基礎(chǔ)性較強(qiáng)且與生產(chǎn)緊密聯(lián)系的課程，主要研究各種電力電子器件，以及由電力電子器件所構(gòu)成的各種電路或變流裝置，以完成對(duì)電能的變換和控制。由于電力電子器件自身的開關(guān)非線性，給電力電子電路的分析帶來一定的復(fù)雜性，學(xué)生在學(xué)習(xí)時(shí)覺得枯燥，對(duì)波形的變化難以理解，在很大程度上影響學(xué)習(xí)效果和學(xué)習(xí)興趣。根據(jù)目前電力電子技術(shù)教學(xué)現(xiàn)狀，本文介紹了利用MATLA仿真軟件來完成對(duì)實(shí)際電路的仿真，實(shí)踐證明，借助這種輔助教學(xué)手段，更好的幫助同學(xué)們對(duì)本課程理論知識(shí)的理解，同時(shí)有效的激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

1MATLAB簡(jiǎn)介

MATLAB是一種科學(xué)計(jì)算軟件，SIMULINK是掛接在MATLAB環(huán)境上，以MATLAB的強(qiáng)大計(jì)算功能為基礎(chǔ)，以直觀的模塊框圖進(jìn)行仿真和計(jì)算。在SIMULINK環(huán)境下的電力系統(tǒng)模塊庫(SimPowerSystem)可以方便地進(jìn)行RLC電路、電力電子電路、電機(jī)控制系統(tǒng)和電力系統(tǒng)的仿真。本文所介紹的電力電子電路的仿真就是在MATLAB／SIMULINK環(huán)境下，主要使用電力系統(tǒng)模塊庫和SIMULINK兩個(gè)模塊庫進(jìn)行。通過電力電子電路的仿真，不僅展示了MATLAB／SIMULINK的強(qiáng)大功能，而且有助于同學(xué)們學(xué)習(xí)仿真的方法和技巧，研究電路的原理和性能。

2仿真實(shí)例

整流電路是電力電子技術(shù)中出現(xiàn)最早的一種變換電路，廣泛應(yīng)用在直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速、電焊、電鍍等場(chǎng)合。本文以晶閘管組成的單相橋式可控整流電路為例說明MATLAB／SIMULINK/SimPowerSystem工具箱的應(yīng)用。單相橋式全控整流電路如圖1所示。電路由交流電源、晶閘管、負(fù)載以及觸發(fā)電路組成。改變晶閘管的控制角可以調(diào)節(jié)輸出直流電壓和電流的大小。

2.1仿真建模

在MATLAB環(huán)境下，點(diǎn)擊圖標(biāo)，點(diǎn)擊菜單File，選擇New，新建一個(gè)空白的仿真平臺(tái)，在SimPowerSystem及相關(guān)的模型庫下提取所需的模塊放到仿真窗口，將電路元器件模塊按單相橋式可控整流電路的原理圖連接起來組成仿真電路。

2.2模型參數(shù)設(shè)置

設(shè)置模型參數(shù)是保證仿真準(zhǔn)確和順利的重要一步，雙擊各模塊圖標(biāo)彈出參數(shù)設(shè)置對(duì)話框，根據(jù)參數(shù)要求設(shè)置。單相交流電源參數(shù)設(shè)置：幅度220V，頻率50HZ，相位00。四個(gè)晶閘管參數(shù)設(shè)置：使用默認(rèn)值。兩路脈沖參數(shù)設(shè)置：pulse1周期0.02s，初始相位600（對(duì)應(yīng)參數(shù)600/3600*0.02s），即0.003s，pulse2與pulse1相位互差1800，，即0.013s。負(fù)載RLC參數(shù)設(shè)置：電阻性負(fù)載時(shí)R為2Ω，L為0H，C為inf；電感性負(fù)載時(shí)R為2，L為0.01H，C為inf.

2.3模型仿真

參數(shù)設(shè)置完后，設(shè)置仿真時(shí)間，開始時(shí)間0，結(jié)束時(shí)間0.1s，選擇ode23tb仿真算法，最大步長(zhǎng)設(shè)為1e-3。觀察在交流輸出信號(hào)下，觸發(fā)角為600時(shí)的輸出直流電壓和直流電流波形，如圖3、圖4所示。

3結(jié)束語

以上仿真結(jié)果中給出了α＝60°時(shí)帶不出負(fù)載時(shí)輸出直流電壓和電流的波形圖，實(shí)踐證時(shí)，利用MATLAB仿真電力電子電路時(shí)，不需要再重新構(gòu)建仿真模型圖，只要對(duì)模塊的參數(shù)稍作修改即可得到在不同的條件下（如控制角不同，負(fù)載不同）所對(duì)應(yīng)的輸出波形，操作靈活方便，便于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生的創(chuàng)新能力，是一種較為理想的實(shí)踐教學(xué)軟件。

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