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電力電子技術(shù)15篇(優(yōu)秀)
電力電子技術(shù)1
隨著(zhù)社會(huì )經(jīng)濟的快速發(fā)展,各種能源消耗速度極大,能源短缺已成為社會(huì )生產(chǎn)發(fā)展過(guò)程中亟待解決的問(wèn)題。近年來(lái),新能源的開(kāi)發(fā)和利用,為解決能源短缺問(wèn)題提供了一條新的道路,而電力電子技術(shù)在新能源的開(kāi)發(fā)利用中扮演著(zhù)重要的角色。本文通過(guò)對電力電子技術(shù)的概述、電力電子技術(shù)在新能源領(lǐng)域的應用、在電力電子技術(shù)運用過(guò)程中應注意的問(wèn)題等方面的著(zhù)重介紹,讓人們充分認識和了解電子電力技術(shù)并加強對其合理有效充分的利用。
一、電力電子技術(shù)概述
電力電子技術(shù),又稱(chēng)功率電子技術(shù),學(xué)術(shù)上稱(chēng)電力電子學(xué),是指應用于電力領(lǐng)域的電子技術(shù),使用電力電子器件對電能進(jìn)行變換和控制的電子技術(shù)。電力電子技術(shù)包括電力電子器件、電力電子設備和系統及其控制三個(gè)方面,涉及電力電子器件(上游)、電力電子設備和系統(中游)、電力電子技術(shù)在各個(gè)行業(yè)的應用(下游)三個(gè)領(lǐng)域。電力電子技術(shù)將各種能源高效率地變換成為高質(zhì)量的電能,是采用電子信息技術(shù)改造傳統產(chǎn)業(yè)的有效技術(shù)途徑。電力電子技術(shù)具有高效、節能、省材的特點(diǎn),對于我國乃至世界范圍內的經(jīng)濟發(fā)展具有極為重要的作用,是現代科學(xué)、工業(yè)和國防的重要支撐技術(shù)。
二、電力電子技術(shù)在新能源領(lǐng)域的應用研究
電力電子技術(shù)是實(shí)現節能環(huán)保和提高人民生活質(zhì)量的重要技術(shù)手段,在執行當前國家“發(fā)展新能源”和“節能減排”基本國策的過(guò)程中起著(zhù)重要的作用。下面以一些能源的開(kāi)發(fā)利用為例,對電力電子技術(shù)在新能源領(lǐng)域的應用進(jìn)行研究。
1、水力發(fā)電
沒(méi)有水就沒(méi)有生命。這句話(huà)充分說(shuō)明了水的重要性:水是生命的源泉,地球上沒(méi)有水,也就不會(huì )有生命的存在。有聰明才智的人抓住水在流動(dòng)過(guò)程中產(chǎn)生的動(dòng)能可以充當天然的推動(dòng)力這一有利條件,再加上一些物理知識和電路原理,以著(zhù)名的三峽水電站為標志的一大批水電站挺立起來(lái)了。這一創(chuàng )新,不僅僅降低了對媒體等不可再生能源的消耗,更創(chuàng )造性的為人類(lèi)尋找可再生能源并加以利用的道路提供了方向。在水利發(fā)電的基礎上,一系列電力電子技術(shù)在新能源的開(kāi)發(fā)利用中得到了創(chuàng )新。
2、風(fēng)力發(fā)電
風(fēng)是大自然產(chǎn)生的一種自然現象,具有清潔、可再生、儲量大的特點(diǎn),而風(fēng)能則順理成章的成為了一種能夠被高效利用的低碳能源。風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的`出現,可以有效的減少二氧化碳的排放量、減緩全球氣候變暖,為我們保護環(huán)境、節約能源、減少資金成本帶來(lái)了突破性進(jìn)展。這項技術(shù)不但將取之不盡、用之不竭的風(fēng)能轉換成源源不斷的電能,而且有利于緩解能源危機和供電壓力,隨著(zhù)風(fēng)電技術(shù)的不斷發(fā)展和完善,風(fēng)力發(fā)電組等產(chǎn)品的數量和質(zhì)量逐漸增多增強,在價(jià)格和效用上自然也會(huì )更具優(yōu)勢。在當前形式下,除水電技術(shù)外,風(fēng)力發(fā)電技術(shù)比其它可再生能源技術(shù)更為成熟、成本更低、對環(huán)境破壞更小,因此還有改善生態(tài)環(huán)境的重要作用。
3、太陽(yáng)能發(fā)電
在大自然賜予地球的能源中,太陽(yáng)能也是一種取之不盡、用之不竭的清潔能源之一,陽(yáng)光是人類(lèi)賴(lài)以生存的因素之一,世間萬(wàn)物離開(kāi)了太陽(yáng)就難以繼續維持生命。據統計,我國2/3以上國土面積的年日照時(shí)間在2200h以上,年輻射總量在502萬(wàn)kJ/m2以上,為太陽(yáng)能的利用創(chuàng )造了豐富的資源和有利條件。目前太陽(yáng)能在利用中,主郭建要采用了三種技術(shù):太陽(yáng)能光電技術(shù)、太陽(yáng)能光熱技術(shù)和太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)。這些技術(shù)的產(chǎn)生和發(fā)展,對于新能源的開(kāi)發(fā)利用起到了巨大的作用。太陽(yáng)能電池是電力電子技術(shù)在新能源領(lǐng)域的應用中的典型案例。太陽(yáng)能熱水器、蔬菜大棚的照明、藥材和果脯的干燥、太陽(yáng)能路燈等,都是利用了太陽(yáng)能發(fā)電發(fā)熱的原理?梢哉f(shuō),太陽(yáng)能發(fā)電技術(shù),在未來(lái)生活中具有更廣泛、更有前途的發(fā)展前景。
4、潮汐能發(fā)電
在波濤洶涌的大海上,潮汐狂妄的拍打著(zhù)海面,巨大的潮汐能為新能源的開(kāi)發(fā)和利用帶來(lái)了契機,通過(guò)電力電子變換裝置,發(fā)電機將巨大的潮汐能轉換成電能,也就是能使這些波動(dòng)能(潮汐能)的電能以恒壓恒頻方式輸出,再通過(guò)其他的電力裝置,為電力系統提供電力,其提供的電能既能源源不斷輸出,又對克服能源危機(煤、石油、天然氣等化石類(lèi)能源匱乏)提供了重要的解決措施,可以說(shuō),自然界的可再生資源也是無(wú)窮無(wú)盡的,只要我們擁有一雙善于發(fā)現的眼睛,并采用先進(jìn)的各項技術(shù)加以不斷創(chuàng )新和完善,就可以在循環(huán)利用的基礎上不斷創(chuàng )造出各種新的清潔、高效、可再生、無(wú)限利用的能源。
三、結束語(yǔ)
由上述諸多例子中可以看出,新能源的開(kāi)發(fā)和利用已成為一種優(yōu)勢更大的發(fā)展趨勢,而電力電子技術(shù)在這項偉大的工程中發(fā)揮著(zhù)難以想象的重要作用。目前,電力電子技術(shù)對我國來(lái)說(shuō),在大氣污染治理、節能環(huán)保、電力系統及國民生活等等中的應用非常廣泛,而從大方面來(lái)講,電力電子技術(shù)在國民經(jīng)濟與人民日常生活中正發(fā)揮越來(lái)越重要的作用。由此我們可見(jiàn),電力電子技術(shù)不僅是國民經(jīng)濟支柱產(chǎn)業(yè)的重要組成部分,也是未來(lái)技術(shù)的發(fā)展趨勢之一。我國政府相關(guān)職能部門(mén)已經(jīng)采取了一系列有力措施,將發(fā)展電力電子技術(shù)作為在相當長(cháng)的一段時(shí)間里的重點(diǎn)發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)。新能源發(fā)電系統給電力電子技術(shù)提供了新的方向,也為從事可再生發(fā)電能源系統的研究提供了新的思路。在國家政策強有力的推動(dòng)下,電力電子技術(shù)正迎來(lái)其發(fā)展的大好時(shí)機。
作者:郭建 單位:南京磐能電力科技股份有限公司
電力電子技術(shù)2
摘要:隨著(zhù)科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展,我國電力領(lǐng)域也是取得了不小的成就。為了更好的實(shí)現現代化電力發(fā)展目標,將電子技術(shù)與電力事業(yè)相融合,形成新穎的電力電子技術(shù),以高新技術(shù)知識為基礎,為我國電力事業(yè)提供方便、快捷的生產(chǎn)途徑。也為人們的生產(chǎn)生活提供源源不斷的能源需求,因此本文也會(huì )針對電力電子技術(shù)的發(fā)展及應用進(jìn)行詳細的討論,充分體現電力電子技術(shù)在社會(huì )發(fā)展中的重要性。
【關(guān)鍵詞】電力電子技術(shù);發(fā)展應用
電力電子技術(shù)是一種科學(xué)性和實(shí)用性較高的新型電力技術(shù),已經(jīng)成為當今技術(shù)發(fā)展的主流,對我國的經(jīng)濟建設發(fā)展有著(zhù)很重要的影響。其使用速度也是在逐年上漲。主要用在電能的獲取、傳輸、交換和利用等環(huán)節,有效的提高了用電效率,提升供電質(zhì)量,同時(shí)也為能源的節省創(chuàng )造了有利條件,為環(huán)境保護提供了可靠的保障。本文通過(guò)闡述電力電子技術(shù)的發(fā)展及應用,充分體現電力電子技術(shù)對于國民經(jīng)濟水平提高的重要性。
1電力電子技術(shù)的發(fā)展
1.1電力電子技術(shù)的晶閘管時(shí)代
電力電子技術(shù)的晶閘管時(shí)代起源于20世紀60年代末期,主要是為各工業(yè)領(lǐng)域提供大功率的用電能源。通過(guò)大功率硅整流器傳送,將交流電轉化成直流形式的電消費,應用在有色金屬、化工原料、電氣機車(chē)、地鐵電車(chē)、軋鋼、造紙等大型工業(yè)領(lǐng)域中。這種大功率硅整流器的研發(fā)在當時(shí)的社會(huì )發(fā)展中占有著(zhù)很重要的地位,曾掀起了各地建立硅整流器廠(chǎng)的熱潮,因此被人們稱(chēng)作電力電子技術(shù)的晶閘管時(shí)代。
1.2電力電子技術(shù)的逆變時(shí)代
電力電子技術(shù)的逆變時(shí)代始發(fā)于20世紀70年代初期,以自關(guān)斷器件為基礎,創(chuàng )新出交流電機,也被稱(chēng)作是逆變時(shí)代。其優(yōu)點(diǎn)是交流電機中的變頻調速可以自動(dòng)的調節電流量的使用頻率差異,將多余電能儲存起來(lái),有效的降低了電能源的浪費。因此在當時(shí)交流電機的發(fā)展也是十分迅猛,尤其是其構建組成的元件,如:晶閘管、巨型功率晶體管及門(mén)極可關(guān)斷晶閘管,更是發(fā)揮了其節電的優(yōu)勢。盡管電力電子技術(shù)在那個(gè)年代已經(jīng)實(shí)現了整流和逆變的功效,可所產(chǎn)生的工作頻率較低,僅適用于中低頻范圍內,根本無(wú)法滿(mǎn)足日后的工業(yè)發(fā)展需求。
1.3現代電力電子時(shí)代
進(jìn)入90年代初期,我國研制出了功率半導體復合器件,集結了多種電力技術(shù)的優(yōu)勢,如:高頻、高壓、大電流等功效?梢詫⒁缘皖l技術(shù)處理問(wèn)題為主的傳統電力電子學(xué)有效的轉化成以高頻技術(shù)處理問(wèn)題為主的電力電子學(xué),充分體現了電力電子技術(shù)的現代化發(fā)展。同時(shí)各種應用在新型器件上的集成電路技術(shù)也在以大批量的走勢向復合化、模塊化的方向發(fā)展,經(jīng)過(guò)這樣一系列的轉變,可以使器件體積變小、結構緊湊,并結合了其他器件的優(yōu)勢,完全符合新時(shí)代的電力電子技術(shù)標準。另外在器件性能上也發(fā)生了很大的轉變,不僅提高了器件的容量,也提高了其工作效率。此外隨著(zhù)科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步,電力電子技術(shù)逐漸向人工智能技術(shù)的方向靠攏,各種新型的器件控制方法也在大范圍內廣泛應用,尤其是智能學(xué)科中的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )系統,利用強大的.混合人工技術(shù),對半導體復合器件采取相應的控制技術(shù)和評估技術(shù),使其更好的應用在各工業(yè)生產(chǎn)中,對故障監測和故障耐力起到很大的功效。
2電力電子技術(shù)的具體應用
2.1電力電子技術(shù)在再生能源中的應用
隨著(zhù)科學(xué)技術(shù)的快速騰飛,我國可再生能源在電力事業(yè)的發(fā)展中占有著(zhù)重要的作用,其發(fā)電形式也是多種多樣,如:風(fēng)力發(fā)電、太陽(yáng)能發(fā)電、水力發(fā)電及生物質(zhì)能發(fā)電等形式。其中風(fēng)力發(fā)電是再生能源中最為關(guān)鍵的組成部分,具有發(fā)電施工的周期較短、投資靈活、占地面積小、無(wú)污染等特點(diǎn),為電力發(fā)展帶來(lái)巨大的經(jīng)濟效益和社會(huì )效益。隨著(zhù)電力電子技術(shù)和變頻調控技術(shù)的發(fā)展,其在風(fēng)力發(fā)電中的應用也是越來(lái)越廣泛?梢源蟠蟮奶岣唠娔茉瓷a(chǎn)量,還可以有效的控制風(fēng)電機組,并在電能轉換和改善電能質(zhì)量上都有著(zhù)顯著(zhù)地成果。是再生能源中不可或缺的重要組成部分。
2.2電力電子技術(shù)在電力節能中的應用
進(jìn)入新時(shí)期以來(lái),電力在現代工業(yè)中的應用范圍越來(lái)越廣泛,主要是因為電力具有清潔、無(wú)污染、穩定性及實(shí)用性較高的特點(diǎn),F如今電力供給已經(jīng)全面的深入到工業(yè)的各個(gè)領(lǐng)域中,對其發(fā)展和經(jīng)濟效益都有著(zhù)很大的促進(jìn)作用。然而在實(shí)際的運用中,我國工業(yè)用電還是存在很多不合理的現象,如:用電效率低、大量浪費等。因此為了緩解這些用電難題,將電力電子技術(shù)應用在電機和電機控制方面,則大大提高了供電效率,并且每年可為我國節省總電量的百分之十八的電能,由此可見(jiàn)電力電子技術(shù)對于能源節省的重要性,可以充分保證我國能源供給情況,實(shí)現電力事業(yè)的可持續發(fā)展目標。
2.3電力電子技術(shù)在電動(dòng)汽車(chē)及工業(yè)機器人控制系統中的應用
隨著(zhù)時(shí)代的進(jìn)步和發(fā)展,我國在電動(dòng)汽車(chē)和工業(yè)控制系統技術(shù)改造中也發(fā)生了翻天覆地的變化,利用電力電子技術(shù)手段實(shí)現了電動(dòng)汽車(chē)的信息化發(fā)展,將其與汽車(chē)驅動(dòng)裝置有效的融合,形成車(chē)速性能高、噪音低、無(wú)污染、能源效率高的現代化靈敏電動(dòng)車(chē)型,符合當代綠色交通運輸。工業(yè)機器人的產(chǎn)生代表著(zhù)我國工業(yè)向信息化、科技化的方向發(fā)展,不僅提高了生產(chǎn)效率也為生產(chǎn)技術(shù)工人減輕了工作負擔,極大的改善了傳統工業(yè)產(chǎn)品的質(zhì)量。再其控制系統中加入了電力電子技術(shù)可以有效的提升機器人的靈敏度,讓其進(jìn)行更為精細的生產(chǎn)加工程序,同時(shí)通過(guò)調速變頻裝置,還可以控制機器人的工作速度,避免其在工作和休息時(shí)耗費能源差異過(guò)大,引起不必要的能源浪費情況。由此可見(jiàn),電力電子技術(shù)無(wú)論是應用在電動(dòng)汽車(chē)方面還是應用在工業(yè)機器人控制系統上都有著(zhù)很重要的作用。
3結束語(yǔ)
綜上所述,電力電子技術(shù)作為一種時(shí)代進(jìn)步的科技產(chǎn)物,有著(zhù)十分顯著(zhù)的實(shí)用性和安全性。被越來(lái)越廣泛的應用在各生產(chǎn)領(lǐng)域中,幾乎所有的電子產(chǎn)品都離不開(kāi)電力電子技術(shù)的滲入,不僅提高了生產(chǎn)效率,增大生產(chǎn)效益,也為我國能源的節省做出了巨大的貢獻,是能源發(fā)展中不可缺失的組成部分,隨著(zhù)我國國民經(jīng)濟水平的不斷提高,電力電子技術(shù)也會(huì )不斷的進(jìn)步和完善,為我國節省更多的能源,更好的為國家經(jīng)濟建設貢獻力量。
參考文獻
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電力電子技術(shù)3
【文章摘要】信息技術(shù)的快速發(fā)展推動(dòng)許多學(xué)科進(jìn)一步完善,以電力電子技術(shù)為例,其本身具有較強的理論性、實(shí)踐性等特征,涉及的波形圖、電路圖也較多,相關(guān)設計人員需掌握較多相關(guān)理論,且在設計分析中面臨較多的難題。在此背景下便提出仿真技術(shù),即Matlab,其可通過(guò)相應模型的構建使所有波形結果具有可視化特征。對此,本文將對電力電子設計中Matlab應用的必要性、基于Matlab的系統模塊構建以及系統仿真思路進(jìn)行探析。
【關(guān)鍵詞】Matlab;電力電子技術(shù);應用
0前言
作為近年來(lái)能夠合理控制電能形態(tài)的技術(shù),電力電子技術(shù)在信息技術(shù)推動(dòng)下得到快速發(fā)展,其以自身相關(guān)器件轉換與控制電能,無(wú)論數瓦電器或數千瓦輸電系統,都可通過(guò)電力電子裝置進(jìn)行控制。據統計分析,國外許多發(fā)達國家依托于電力電子技術(shù)所轉換的電能達到90%,而這一轉換過(guò)程的實(shí)現主要得益于其在仿真過(guò)程中能夠取得精確的結果。因此,本文對電力電子技術(shù)中Matlab的應用研究,對促進(jìn)電力電子技術(shù)發(fā)展具有十分重要的意義。
1電子電路設計中Matlab應用的必要性
目前,電子電路設計中逐漸強調以自動(dòng)化為主,通過(guò)原理圖設計與仿真相應的電路,使電子電路的設計達到最優(yōu),并分析電路中的最壞條件等。然而這些設計自動(dòng)化目標的實(shí)現,要求將控制領(lǐng)域中的典型代表Matlab引入其中,其具備基本交互式編程能力,且較多圖像或數據處理以及原理圖設計等都可利用其完成。特別Matlab近年來(lái)發(fā)展中,版本處于不斷更新態(tài)勢,且有較多系統模塊與模型如電力電子器件、電路以及電機等都被囊括其中。加上完善中將Sinulink環(huán)境引入其中,更能容納較多關(guān)于電力電子的相關(guān)模塊,為電路電子設計提供具體的指導。同時(shí),電力電子系統在構造中,將Matlab引入其中,也可直接通過(guò)仿真計算以測出相關(guān)電路結果,無(wú)需考慮以往因硬件試驗條件缺失而難以仿真的難題,保證設計精準性的同時(shí)減輕設計人員的負擔。因此,將Matlab引入電子電路設計中極為必要。
2基于Matlab的模型構建
模型構建中主要需考慮到Simulink環(huán)境,根據電氣系統設計要求,將其融入SinPowerSystems中,該仿真系統對電力電子系統以及電路都較為適用,而且能夠仿真電路傳輸過(guò)程以及電機拖動(dòng)系統等。其中,SinPowerSystems模塊在內容上應以晶閘管、整流二極管、Mosfet模塊、Diode模塊等為主,同時(shí)的也容納較多集成度較高的模塊與底層模塊等,如Universalbridge、Thyristor模塊。實(shí)際建模過(guò)程中由于需考慮整流系統,所以對各模塊要求合理建模。具體建模過(guò)程中,主要需考慮Sinulink系統構建、仿真等問(wèn)題,實(shí)現的步驟體現在:①將Sinulink進(jìn)行打開(kāi),可從Matlab中尋找具體內容;②完成Sinulink構建后,對其進(jìn)行命名,可使模型后綴名界定在mdl上;③根據電子電路設計需要,在模塊集中進(jìn)行相應模塊的尋找,將其向所構建的模型放置;④進(jìn)行電力電子系統的構造,并對該系統進(jìn)行仿真;⑤綜合分析仿真結果,得出最終結論。
3基于Matlab系統仿真研究
電力電子技術(shù)實(shí)際設計過(guò)程中,其目標多集中在如何控制與變換電能方面,其中電力可細化為直流電力、交流電力為主,前者多表現在干電池、蓄電池方面,而后者集中在公用電網(wǎng)方面。但電力由電源獲取,應在電力變換的基礎上才可滿(mǎn)足電力電子設計要求,所以應做好電力變換工作,F行電力變換中,常用的方式主要以直流變與交流變直流、交流為主。一般被叫做整流的為交流變直流,而作為逆變的則為直流變交流;直流變直流主要指不同電壓下直流的轉變,交流變交流則叫做的.交流電力控制,側重于變換電力或電壓。明確這些內容的基礎上,便可引入Matlab完成仿真。具體仿真過(guò)程主要表現在以下幾方面。
3.1仿真過(guò)程在整流電路中的實(shí)現
近年來(lái)整流電路在應用過(guò)程中,多以三相橋式類(lèi)型為主,所以將Matlab引入后,主要對三相橋式類(lèi)型電路進(jìn)行仿真。具體仿真中,首先需做好Sinulink環(huán)境的構建,在此基礎上完成三相橋式系統結構模型的構建。實(shí)踐研究發(fā)現,該系統結構中要求電橋模塊需保證具有較高的精度,且在觸發(fā)脈沖方面,也需引入具體的脈沖發(fā)生器,這樣可達到整流電路要求。完成仿真模型構建后,便可得到仿真結果,若利用相應的波形圖表示,整個(gè)三相橋式電路在整流結果上將更清晰的顯示出來(lái),僅需對控制角進(jìn)行操作,便可得到整流波形變化結果,為電路設計提供準確的參考。
3.2仿真過(guò)程在逆變電路中的實(shí)現
對于逆變電路,其主要指直流電轉換為交流電。目前,逆變電路的應用也較為常見(jiàn),如較多直流電源包括太陽(yáng)能電池或蓄電池等,在對交流負載進(jìn)行供電時(shí)要求逆變電路作用充分發(fā)揮。同時(shí),也有許多電力電子裝置,如感應加熱或不間斷電源以及變頻器等,其在設計過(guò)程中都需將逆變電路作為核心內容。所以電力電子技術(shù)中關(guān)鍵的內容在于逆變電路方面。需注意的是,區別于直流側電源,逆變電路通常以電流型、電壓型兩種形式為主,在仿真過(guò)程中需通過(guò)Matlab做好全橋電路的構建,在此基礎上完成仿真過(guò)程。根據實(shí)踐發(fā)現,整個(gè)構建的結構中,全橋逆變在構成上主要以四個(gè)橋臂為主,且各橋壁需依托于PWM發(fā)生器向其提供脈沖,這樣便可通過(guò)仿真結果判斷逆變后負載電流、電壓波形等。綜合來(lái)看,無(wú)論將Matlab用于整流電路或逆變電路中,僅需保證Sinulink環(huán)境合理構造,將相關(guān)電路與具體設計內容進(jìn)行仿真,便可得到相關(guān)的波形與設計性能指標,為電路電子設計提供合理指導。
4結論
電力電子技術(shù)中引入Matlab能夠為設計提供更多的指標數據。實(shí)際引入中應正確認識電力電子技術(shù)、Matlab的基本內涵,以Matlab為依托進(jìn)行電路電子模型的具體構建,在此基礎上將整流電路與逆變電路引入具體仿真過(guò)程中,可結合仿真結果分析實(shí)際設計中需注意的問(wèn)題,能夠保證電路電子的設計更為完善,推動(dòng)電力電子技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展。
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[3]李鵬飛,葉文.MATLAB仿真軟件在“電力電子技術(shù)”教學(xué)中的應用[J].中國電力教育,20xx,03:85-87.
電力電子技術(shù)4
摘要:“電力電子技術(shù)”是高等學(xué)校電氣工程及其自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)的專(zhuān)業(yè)課,課程內容復雜,涉及多門(mén)學(xué)科。本文在分析獨立學(xué)院學(xué)生特點(diǎn)和“電力電子技術(shù)”課程特點(diǎn)的基礎上,對“電力電子技術(shù)”課程進(jìn)行了教學(xué)方法的改革,提出基于仿真軟件的“實(shí)例教學(xué)”方法,強化了課程教學(xué)效果。
關(guān)鍵詞:電力電子技術(shù);仿真軟件;教學(xué)改革
一、引言
“電力電子技術(shù)”是獨立學(xué)院電氣工程及其自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)的一門(mén)專(zhuān)業(yè)課,課程理論性強、概念多、與工程實(shí)際聯(lián)系緊密。電力電子技術(shù)的應用范圍廣泛。它不僅用于一般工業(yè),而且廣泛用于交通運輸、電力系統、通信系統、計算機系統、新能源系統等,在照明、空調等家用電器及其他領(lǐng)域中也有廣泛應用,F今,電力電子技術(shù)正以令人矚目的發(fā)展速度,改變著(zhù)我國工業(yè)的整體面貌。同時(shí),對社會(huì )的生產(chǎn)方式、人們的生活方式和思想觀(guān)念也產(chǎn)生了重大影響,隨著(zhù)與信息科學(xué)、計算機科學(xué)和能源科學(xué)等相關(guān)學(xué)科的交叉融合,它正在向智能化、網(wǎng)絡(luò )化和集成化的方向發(fā)展[1]。近幾年金城學(xué)院發(fā)展迅速,建立了很多新的實(shí)驗室,配備了相應的軟硬件設施,同時(shí)學(xué)院的生源水平也有了很大提高,用人單位招聘時(shí)的要求也在不斷提高,這些變化促使學(xué)院提出新的培養目標,即“高素質(zhì)應用型人才”,對于電氣工程及其自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)而言就是培育掌握電氣工程及其自動(dòng)化領(lǐng)域的理論知識;具有創(chuàng )新精神和實(shí)踐應用能力的電氣工程及其自動(dòng)化領(lǐng)域的高級工程技術(shù)人才!半娏﹄娮蛹夹g(shù)”作為重要的專(zhuān)業(yè)課,原先的授課方式已無(wú)法滿(mǎn)足要求,必須做出相應調整。
二、“電力電子技術(shù)”課程的特點(diǎn)
“電力電子技術(shù)”課程的主要內容為電力電子器件、整流電路、逆變電路、直流-直流變流電路、PWM控制技術(shù)、電力電子器件應用的共性問(wèn)題。課程主要特點(diǎn)為:1.理論性強、概念多:“電力電子技術(shù)”課程要求學(xué)生先修電路、模擬電子技術(shù)、數字電子技術(shù)等課程,同時(shí)涉及“電子學(xué)”、“電力學(xué)”、“控制理論”,屬于交叉學(xué)科,所以相關(guān)概念較多,內容復雜。2.實(shí)踐性強:“電力電子技術(shù)”是一門(mén)實(shí)用性課程,學(xué)習的目的是解決工程應用中的實(shí)際問(wèn)題。對學(xué)生的項目設計開(kāi)發(fā)能力、制作與測試研究能力都有較高要求。
三、仿真軟件在課程教學(xué)中的應用
1.仿真軟件介紹Saber軟件是美國Synopsys公司推出的.一款系統仿真軟件,可用于電子、電力電子、機電一體化、機械、光電、光學(xué)、控制等不同類(lèi)型系統構成的混合系統仿真,為復雜的混合信號設計與驗證提供了一個(gè)功能強大的混合信號仿真器,兼容模擬、數字、控制量的混合仿真,可以解決從系統開(kāi)發(fā)到詳細設計驗證等一系列問(wèn)題[2]。該軟件可以對電源的各個(gè)組成部分及整體運行狀態(tài)進(jìn)行模擬,并對結果進(jìn)行分析。Saber軟件仿真真實(shí)性強,網(wǎng)絡(luò )學(xué)習實(shí)例較多,適用于“電力電子技術(shù)”課程的教學(xué)及學(xué)生電源開(kāi)發(fā)設計驗證。Matlab軟件是美國MathWorks公司出品的一款仿真軟件。其中的Simulink提供了可視化開(kāi)發(fā)環(huán)境,可以在基本模塊庫及電氣模塊庫中選擇合適的模塊搭建電源系統進(jìn)行電源整體或部分的運行狀態(tài)仿真。Labview軟件由美國國家儀器(NI)公司研制開(kāi)發(fā),使用的是圖形化編輯語(yǔ)言G編寫(xiě)程序,產(chǎn)生的程序是框圖的形式。Labview開(kāi)發(fā)環(huán)境集成了工程師和科學(xué)家快速構建各種應用所需的所有工具,旨在幫助工程師和科學(xué)家解決問(wèn)題、提高生產(chǎn)力和不斷創(chuàng )新,是開(kāi)發(fā)測量或控制系統的理想選擇[3]。三種仿真軟件易于獲得,可互相通信,網(wǎng)絡(luò )學(xué)習實(shí)例較多,方便學(xué)生自學(xué),對于后期電源實(shí)物研制或電源研究是不可或缺的部分。
2.結合仿真軟件的實(shí)例教學(xué)“電力電子技術(shù)”初始的授課方式就是基本理論的講解,這樣的教學(xué)方式使得內容較分散,學(xué)生沒(méi)有電源整體概念。在授課內容和方式上結合仿真軟件,采取整體-分布-整體的講解方式。首先,以具體的應用實(shí)例(比如一個(gè)筆記本電腦用的電源適配器)說(shuō)明一個(gè)完整的電源內部的組成,讓學(xué)生有整體概念;其次,對每一部分的內容進(jìn)行基本工作原理和特性的講解,再回到整體,介紹如何進(jìn)行整體電源的設計。在講解過(guò)程中結合三種仿真軟件,每講解完一個(gè)部分,就用仿真軟件搭建相應的模型,在仿真環(huán)境下演示此部分的特性或運行原理。最后,演示完整電源的仿真運行及結果。運用這樣的授課方式可提高學(xué)生學(xué)習興趣,讓學(xué)生對所學(xué)內容有直觀(guān)了解,同時(shí)仿真軟件的應用對學(xué)生后期的發(fā)展有較大幫助。學(xué)生可用仿真軟件做電源前期的設計驗證工作,特別是一些較復雜電源,此步驟不可缺少;在電源研究過(guò)程中出現問(wèn)題時(shí),可在仿真環(huán)境中模擬,找到問(wèn)題的所在并解決問(wèn)題;在課堂教學(xué)中結合仿真軟件可不用開(kāi)設專(zhuān)門(mén)的課程來(lái)學(xué)習軟件,節省了相應的時(shí)間,提高了教學(xué)效率。
四、結語(yǔ)
在“電力電子技術(shù)”的教學(xué)改革中,根據學(xué)生的特點(diǎn)和社會(huì )需求進(jìn)行教學(xué)方式改革,內容上以基礎知識為重,注重實(shí)踐應用,利用仿真軟件進(jìn)行實(shí)例教學(xué),這樣可以調動(dòng)學(xué)生的學(xué)習積極性,收到良好的教學(xué)效果。
參考文獻:
。1]王兆安,劉進(jìn)軍.電力電子技術(shù)(第5版)[M].北京:機械工業(yè)出版社,20xx.
電力電子技術(shù)5
一、智能電網(wǎng)對電力電子技術(shù)的要求
目前,電力電子技術(shù)雖然取得一定的進(jìn)步但是仍然存在諸多的問(wèn)題。例如如何讓它實(shí)現最大的優(yōu)化控制改善電能的質(zhì)量、減小對電網(wǎng)的污染,這都是需要解決的問(wèn)題。安全使用電力電子器件是另一個(gè)急需解決的問(wèn)題,在安全的前提下才可以實(shí)現其他的應用。我國的電網(wǎng)建設和電網(wǎng)結構雖然相對穩定但是仍存在很多問(wèn)題,需要提高電網(wǎng)建設的要求和利用先進(jìn)電力電子器件提高電網(wǎng)輸出電能的質(zhì)量。而隨著(zhù)經(jīng)濟的不斷發(fā)展,電力需求量也越來(lái)越大,大電網(wǎng)的建設必然是今后電力事業(yè)發(fā)展的方向,這也就意味著(zhù)電網(wǎng)的結構也會(huì )越來(lái)越復雜,我國地理地獄遼闊氣候復雜,因此電網(wǎng)所面臨的條件很復雜,這就需要利用先進(jìn)的電力電子技術(shù),采用先進(jìn)的`電子裝置來(lái)調控電力系統,以增強電網(wǎng)的構架,避免電網(wǎng)故障的擴散,并增強電網(wǎng)的故障抵抗和故障恢復能力,這些問(wèn)題都是可以通過(guò)先進(jìn)電力電子技術(shù)的應用得到改善。社會(huì )的進(jìn)步對電能的需求量變大同時(shí)對電能的質(zhì)量要求也是越來(lái)越高,輸出電能質(zhì)量如果達不到要求會(huì )對整個(gè)電網(wǎng)產(chǎn)生重大影響,帶來(lái)的損失也是不可估量的。先進(jìn)電力電子設備可以改善電網(wǎng)電能質(zhì)量,大大的提高輸電效率和經(jīng)濟發(fā)展。能源是整個(gè)人類(lèi)社會(huì )存在與發(fā)展的物質(zhì)基礎,更是經(jīng)濟快速穩定增長(cháng)的根本驅動(dòng)力。隨著(zhù)常規化石能源的不斷消耗以及生態(tài)平衡、環(huán)境污染等能源安全問(wèn)題的日益突出,以清潔無(wú)污染、循環(huán)可再生為特點(diǎn)的太陽(yáng)能、風(fēng)能、生物質(zhì)能等新能源的開(kāi)發(fā)利用越來(lái)越受到世界各國的高度重視。我國雖然是當今世界上最大的發(fā)展中國家,能源資源總量豐富,但是資源分布不均衡,開(kāi)發(fā)利用難度較大,且人均擁有量較低。當前正值經(jīng)濟飛速發(fā)展、能源高消耗時(shí)期,以常規化石能源為主要能源造成的環(huán)境污染問(wèn)題與經(jīng)濟快速發(fā)展之間的矛盾較為突出。為了從根本上解決我國的能源問(wèn)題,滿(mǎn)足經(jīng)濟穩定增長(cháng)和社會(huì )和諧發(fā)展的需要,必須保護生態(tài)環(huán)境,實(shí)行能源的可持續發(fā)展戰略。一方面要大力提高能源利用效率,另一方面則是加快風(fēng)能、太陽(yáng)能等新能源的開(kāi)發(fā)利用進(jìn)度。這些新能源的發(fā)對電力電子器件的要求更高。
二、先進(jìn)電力電子技術(shù)在智能電網(wǎng)中的應用
柔性交流輸電包括SVC和STATCOM,通過(guò)SVC進(jìn)行無(wú)功補償的電壓輸出諧波大、基波損耗高、占地面積較大,因此,用STATCOM進(jìn)行無(wú)功補償成為電力系統無(wú)功補償的主要方法。靜止同步補償器(StaticSynchronousCompensator,STATCOM)是柔性交流輸電系統的核心裝置和技術(shù)之一。1976年,美國人L.Gyugyi第一次提出了它的概念,即利用半導體變流器進(jìn)行無(wú)功補償的理論。通過(guò)對系統無(wú)功功率實(shí)現動(dòng)態(tài)無(wú)功補償,提高系統暫態(tài)電壓穩定性,確保系統運行安全,改善系統的穩態(tài)性能和動(dòng)態(tài)性能。與傳統的無(wú)功補償裝置相比,STATCOM裝置能夠連續調節無(wú)功,輸出諧波小,器件損耗低,運行范圍寬,調節速度快,可靠性高等優(yōu)點(diǎn);其輸出電流在電網(wǎng)電壓低時(shí)不受影響,具有較硬的低壓無(wú)功功率特性;而且接入系統后不會(huì )改變系統阻抗特性引起振蕩。近年來(lái),世界上有很多學(xué)者都從事STATCOM裝置的研究工作,無(wú)論是裝置容量還是產(chǎn)品性能都有了很大的提高。新型電力電子器件(如:IGBT、GTO、IGCT等)、多重化、多電平和單相橋串聯(lián)等技術(shù)被應用到STATCOM裝置中,以提高裝置容量和電壓等級,并通過(guò)現代控制技術(shù),提高系統電壓穩定性,改善裝置輸出諧波。許多先進(jìn)的控制方法,例如遞歸神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )自適應控制、模糊控制、比例積分(PI)控制、微分代數控制、魯棒性自適應控制等被應用到STATCOM裝置非線(xiàn)性特性的研究中。在世界上針對STATCOM裝置的研究工作中,STATCOM裝置的仿真建模及其控制方法研究始終是重點(diǎn)。世界各國對STATCOM的研究,STATCOM技術(shù)和應用情況都取得了突破性的進(jìn)展,F代電力電子技術(shù)、多重化、多電平和單相橋串聯(lián)等技術(shù)使STATCOM工作性能得到很大的提高。再加上先進(jìn)控制方法的加入更提高了STATCOM工作的穩定性,使之在電力系統領(lǐng)域的應用更加廣泛。關(guān)于STATCOM的研究有很多問(wèn)題,但是最重要的還是它的建模和控制問(wèn)題,這將直接影響著(zhù)STATCOM的整體性能。國際上關(guān)于STATCOM的研究由來(lái)已久,日本是最先運用STATCOM裝置的國家,緊接著(zhù)美國也在STATCOM的研究上取得成功,并和日本聯(lián)合研制了世界上第一臺采用GTO進(jìn)行逆變的STATCOM,在1991年投入運行取得很好的效果。之后的德國在1997年也研制出大型的STATCOM裝置并在丹麥的風(fēng)電場(chǎng)投入運行。我國雖然起步晚,但是發(fā)展速度極快,清華大學(xué)在1999年研制出20Mvar的STATCOM裝置,緊接著(zhù)在20xx年我國南方電網(wǎng)研究出世界上最大容量的STATCOM裝置,并在東莞投入運行取得良好的效果。從此我國成為能夠研制出大容量STATCOM裝置的國家之一,但是仍有許多不足之處有待改進(jìn)。
三、結語(yǔ)
在本文里,分析了先進(jìn)電力電子對整個(gè)電網(wǎng)的影響,它在電網(wǎng)建設中的重要性,然后介紹了電網(wǎng)的發(fā)展和電能質(zhì)量的提高對電力電子器件的要求,最后著(zhù)重對STATCOM和SVC的發(fā)展進(jìn)行分析和比較,它們對電網(wǎng)的無(wú)功補償有效的提高了電網(wǎng)的電能質(zhì)量。
電力電子技術(shù)6
一、電力電子技術(shù)的應用
1.1一般工業(yè)
工業(yè)生產(chǎn)中,一般都會(huì )使用到各種交流電動(dòng)機,這些動(dòng)力設備性能比較好,在,可以提供直流斬波電源,或者提供可控整流電源。但是提供的主體是電力電子裝備。眾所周知,交流電機變頻調速技術(shù)是整個(gè)電氣節能最關(guān)鍵之技術(shù),相對于傳統的大型機器而言,使用的是電力電子交流節能技術(shù),將其作為電力驅動(dòng)電源,可以節能電能達到30%。近年來(lái),隨著(zhù)電力電子技術(shù)得以發(fā)展,使得交流電性能得以發(fā)揮出來(lái),隨著(zhù)社會(huì )不斷發(fā)展,交流調速技術(shù)得到廣泛應用,逐漸占據市場(chǎng)。
1.2在電力系統中的應用
當電力系統離開(kāi)了電力電子技術(shù)之后,電力現代化建設將很難實(shí)現。電力系統建設發(fā)展中,得到了電力電子技術(shù)支撐,現代化建設目的得以實(shí)現。高壓輸電是基于發(fā)電廠(chǎng)借助變壓器,將發(fā)電機發(fā)出的電壓將其升壓之后再輸出的一種全新方式。高壓直流輸電端位置以及受電端位置,一般都是使用晶閘管變流裝置,這可以避免了大容量以及長(cháng)距離輸送導致電力系統出現損耗問(wèn)題出現,為輸電系統使用奠定技術(shù)基礎,從而為良好輸電提供保障。在配電網(wǎng)系統中,電力電子裝置還可以被使用于電能質(zhì)量控制,例如,使用于閃變、瞬間停電以及電壓跌落等等電能質(zhì)量控制中,更好的保障供電質(zhì)量。
1.3交通運輸
電子電力技術(shù)交通中被廣泛使用,DC/DC變換技術(shù)被大量使用于地鐵、動(dòng)車(chē)以及無(wú)軌電車(chē)中。在使用中,可以更好的控制無(wú)極變速,提升控制質(zhì)量。在使用中,最常表現在于電氣機車(chē)中的直流機車(chē)選擇了整流裝置將其作為供電設備。但是,交流機車(chē)如果采用了變頻裝置進(jìn)行供電,那么需要借助電力電子裝置做好電力驅動(dòng)和和電力控制。例如:直流斬波器被廣泛使用于軌道車(chē)輛中,常見(jiàn)的磁懸浮列車(chē)中電力電子技術(shù)使用,這是一項技術(shù)要求較好,關(guān)鍵之技術(shù)使用案例。其中借助電動(dòng)汽車(chē)將其作為蓄電池,提供能源,需要做好電力驅動(dòng)控制工作。那么使用蓄電池進(jìn)行充電,不能離開(kāi)電源。因此,航海、航空也離不開(kāi)電子技術(shù)。
二、電力電子技術(shù)未來(lái)的發(fā)展
觀(guān)看技術(shù)發(fā)展進(jìn)程中看出,半導體器件使用推動(dòng)了電子技術(shù)得以快速發(fā)展。當前晶閘管等電力半導體器件有著(zhù)重要的角色,尤其是在電力電子技術(shù)使用過(guò)程中。進(jìn)入的到79年代之后,半控型晶閘管使用開(kāi)始有新的改變。之前從低壓的小電流逐漸向高壓大電流方向發(fā)展,而且還研究出大量的電子產(chǎn)品。這些產(chǎn)品被成為電子器件,隨著(zhù)電子技術(shù)不斷發(fā)展,這些產(chǎn)品被廣泛使用。因此,被稱(chēng)為第一代電力電子器件,隨著(zhù)電力電子技術(shù)不斷發(fā)展,該技術(shù)使用范圍不斷擴大,將其使用于電子技術(shù)理論研究和半導體制造使用,使得工藝水平逐漸提高。我國隨后研究出了GTR、GTO、功率MOSFE等等電子器件,這些器件都是全控制型的電子器件,被成為第二代電力電子器件。近年來(lái),隨著(zhù)技術(shù)水平不斷發(fā)展,研究出了絕緣柵雙極晶體管(IGBT)為代表的第三代電力電子器件,逐漸向響應快、高頻率方向發(fā)展,這是一個(gè)質(zhì)的飛躍,在我國國民經(jīng)濟發(fā)展中具有重要作用,它推動(dòng)了我國經(jīng)濟不斷發(fā)展,使得我國電子自動(dòng)化進(jìn)程邁進(jìn)一部。進(jìn)入90年代之后,電子電力器件發(fā)展更快速,逐漸朝復雜化、模塊化、智能化、功率集成的方向發(fā)展,以此形成了電力電子技術(shù)的理論研究、器件開(kāi)發(fā)研制、應用的高新技術(shù)領(lǐng)域等,在國際上形成了新的技術(shù)熱門(mén)。目前世界上許多大公司已開(kāi)發(fā)出IPM智能化功率模塊,日本三菱、東芝及美國的國際整流器公司已有成熟的產(chǎn)品推出。我國國產(chǎn)的電力半導體器件研究水平相對于西方國家,我國的`電力電子技術(shù)水平相對較低,我國應該不斷創(chuàng )新技術(shù),不斷進(jìn)行研究,提升科研水平,更好的保障經(jīng)濟建設。我國電力半導體器件如果沒(méi)有跟上社會(huì )發(fā)展步伐,將會(huì )影響我國經(jīng)濟發(fā)展水平。因此,我國的電力半導體產(chǎn)業(yè)發(fā)展任務(wù)艱巨。在未來(lái)發(fā)展中,應該進(jìn)一步研究使用新材料,提升器件功率以及溫度范圍,之間降低器件價(jià)格,使得器件被使用的范圍更廣。系統實(shí)現集成化,當獲得更好的集成化之后,才更好保障系統可靠性和安全性。
三、結束語(yǔ)
綜上所述,電力電子技術(shù)是一門(mén)信息、智力、知識密集型的技術(shù),對該技術(shù)掌握對提升我國經(jīng)濟可持續發(fā)展有重要作用。從當前的發(fā)展前景上看,將半導體器件作為核心技術(shù)的電力電子行業(yè),在我國政策支撐下,科研工作深度加深,相信在不久的將來(lái),該技術(shù)發(fā)展水平會(huì )得以提升,更加推動(dòng)我國經(jīng)濟發(fā)展。
作者:蘇潮 單位:廣東明陽(yáng)龍源電力電子有限公司
電力電子技術(shù)7
本文介紹了MATLAB在電力電子技術(shù)教學(xué)中的應用,并給出了三相電壓型SPWM逆變電路仿真實(shí)例。引入MATLAB仿真技術(shù)作為課堂教學(xué)的輔助手段,對電力電子電路進(jìn)行交互式動(dòng)態(tài)波形分析、諧波分析及電量計算,結果直觀(guān)、形象,有助于學(xué)生理解抽象的理論知識,提高學(xué)生學(xué)習的興趣和主動(dòng)性,改善教學(xué)效果,提高教學(xué)質(zhì)量。
電力電子技術(shù)課程主要研究各種電力半導體器件及其組成的各種變流裝置的工作原理及應用,主要涉及整流、逆變、直流斬波、交-交變換等電能變換及PWM控制和軟開(kāi)關(guān)技術(shù)等內容。在該課程的教學(xué)中,需要對相關(guān)電路進(jìn)行波形分析及電量計算,不僅需要畫(huà)出大量的電壓、電流信號波形圖,而且需要作相關(guān)電量的數學(xué)公式推導及諧波分析。在傳統教學(xué)中主要采用PPT動(dòng)畫(huà)及課堂板書(shū)等教學(xué)方式,存在著(zhù)波形繪制工作量大、所畫(huà)波形不規范、電路的工作過(guò)程及波形的動(dòng)態(tài)變化表現不足、交互性差、理論分析及公式推導繁瑣抽象等問(wèn)題,使得授課課時(shí)緊張,課堂教學(xué)信息量不夠大,授課方式單調枯燥,學(xué)生容易產(chǎn)生疲倦感,難于達到理想的教學(xué)效果。在課堂教學(xué)中引入MATLAB計算機仿真技術(shù)作為傳統課堂教學(xué)手段的補充,有助于克服傳統課堂教學(xué)的缺點(diǎn),提高學(xué)生的學(xué)習興趣,提高教學(xué)質(zhì)量。本文以三相電壓型SPWM逆變電路為例,介紹了MATLAB/SIMULINK在電力電子技術(shù)教學(xué)中的應用,建立了相應的仿真電路模型并給出了相關(guān)的仿真波形。
一、MATLAB/SIMULINK介紹
MATLAB是由美國mathworks公司發(fā)布的商業(yè)數學(xué)軟件,它將數值分析、矩陣計算、科學(xué)數據可視化以及非線(xiàn)性動(dòng)態(tài)系統的建模和仿真等功能集成在一個(gè)視窗環(huán)境中,為科學(xué)研究、工程設計以及必須進(jìn)行有效數值計算的眾多科學(xué)領(lǐng)域提供了一種全面的解決方案。利用其中的SIMULINK軟件包提供的圖形化交互環(huán)境,可快速建立電力電子電路的仿真模型,利用MATLAB提供的各種數學(xué)計算及功能分析工具,可方便地對電路進(jìn)行波形分析及數值計算,并可調用豐富的測量?jì)x器工具對相應電壓、電流進(jìn)行波形觀(guān)測及數值讀取。
在建立電力電子電路仿真模型時(shí)主要用到了SIMULINK軟件包中的以下模塊庫:電力系統模型庫(SimPower Systems)中的電源模塊庫(Electrical Sources)、電器元件模塊庫(Elements)、電力電子元件模塊庫(Power Electronics)、測量?jì)x器模塊庫(Measurements)、其他電器模塊庫(Extra library)等子模塊庫,以及Simulink模型庫中的儀器儀表庫(Sinks)、連接模塊庫(Connectors)等子模塊庫。建立電路仿真模型時(shí),不用書(shū)寫(xiě)任何代碼,只要使用鼠標調出相應的元器件功能模型并將它們連接起來(lái),設置好各元器件的模型參數,即可對電路進(jìn)行動(dòng)態(tài)仿真。
二、基于MATLAB的'三相電壓型SPWM逆變電路仿真
三相電壓型SPWM逆變電路結構廣泛用于通用變頻器中,其作用是通過(guò)控制開(kāi)關(guān)功率器件的通斷將直流電逆變?yōu)镾PWM交流電。該部分教學(xué)內容是電力電子技術(shù)課程的重要知識點(diǎn)。在教學(xué)中不僅要分析電路的工作原理,而且還涉及電壓和電流的波形分析和數值計算。尤其在作輸出電壓的諧波分析時(shí),需要推導繁雜的公式,教學(xué)內容復雜、抽象、枯燥且不易理解。利用MATLAB/SIMULINK建立三相電壓型SPWM逆變電路仿真模型,可借助MATLAB強大的波形分析及數值計算功能對SPWM逆變電路進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析,作為傳統課堂教學(xué)的輔助手段,提高教學(xué)效率和教學(xué)質(zhì)量。
(一)建立仿真模型
打開(kāi)MATLAB/SIMULINK仿真平臺,從電力系統SimPower Systems模型庫中選取直流電源模塊、多功能橋(Universal Bridge)模塊、PWM脈沖發(fā)生器(PWM Generator)模塊及三相RLC串聯(lián)負載模塊,將以上電路元器件模塊按三相電壓型SPWM逆變的原理連接起來(lái)組成仿真電路。從測量?jì)x器(Measurements)模塊庫中調用多路測量?jì)x(Multimeter),配合儀器儀表(Sinks)庫中的Scope示波器,可同時(shí)觀(guān)察多個(gè)節點(diǎn)及支路的電壓電流波形。從其他電氣模塊庫(Extra Library)中調用傅里葉分析(Fourier)模塊以便對輸出電壓信號ua進(jìn)行諧波分析,調用有效值測量(RMS)模塊對輸出電壓ua進(jìn)行有效值計算,并用數字顯示器Display將分析計算結果顯示出來(lái)。最終建立的三相電壓型SPWM逆變電路仿真模型示于圖1中。
(二)設置模塊參數
雙擊仿真電路中的相應模塊,對逆變電路元器件進(jìn)行參數設置。
1.直流電壓源Us:電壓為100V,測量項Measurements選擇Voltage,以便電壓數據可通過(guò)多路測量?jì)xMultimeter觀(guān)察。
2.逆變橋(Universal Bridge)模塊:橋臂數選3,吸收電阻Rs=1e5(Ohms),吸收電容Cs=inf(F),功率器件選擇:IGBT/Diodes,導通電阻Ron=1e-3(Ohms)。
3.三相RLC串聯(lián)負載模塊:電阻R=1(Ohms),電感L=0.001(H),測量項Measurements選擇Branch voltages and currents,以便數據可通過(guò)多路測量?jì)xMultimeter觀(guān)察。
4.PWM脈沖發(fā)生器(PWM Generator)模塊:采用內部產(chǎn)生正弦調制波方式,發(fā)生器模式選擇6 pulses,載波頻率為3000Hz,調制度為0.7,輸出電壓頻率為50Hz,輸出電壓相角為0o。
5.傅里葉分析(Fourier)模塊:基波頻率設置為50Hz,利用Fourier模塊分析基波的幅值magnitude-1及基波的相位angle-1。利用Fourier1模塊分析3次諧波的幅值magnitude-3及相位angle-3。分析結果用數字顯示器顯示。
6.有效值測量(RMS)模塊:基波頻率設置為50Hz,分析結果用數字顯示器顯示。
三、電路仿真及結果分析
第一,選擇菜單simulation/parameters對仿真參數進(jìn)行設置:仿真開(kāi)始時(shí)間設為0,終止時(shí)間設為0.045,選用變步長(cháng)ode23t算法,計算精度為0.001。
第二,選擇菜單simulation/start開(kāi)始仿真。通過(guò)示波器Scope可觀(guān)察到三相輸出SPWM電壓ua、ub、uc波形及三相輸出電流ia、ib、ic的波形。仿真結果示于圖2中。
三相輸出SPWM電壓及三相輸出電流波形
在圖2中示出了三相輸出SPWM電壓ua、ub、uc的波形及三相輸出電流ia、ib及ic的波形,仿真結果與理論分析結果基本一致。在程序的運行過(guò)程中,學(xué)生可觀(guān)察到仿真波形的動(dòng)態(tài)產(chǎn)生過(guò)程,通過(guò)觀(guān)察波形,加深學(xué)生對三相對稱(chēng)電壓及電流的幅值及其相位關(guān)系的理解。利用MATLAB提供的工具,可定向放大局部波形,加強學(xué)生對SPWM波的多電平波形的感性認識,三相輸出SPWM電壓、電流局部放大波形示于圖3中。
三相輸出SPWM電壓、電流局部放大波形
利用傅里葉分析(Fourier)模塊對SPWM電壓ua作基波和3次諧波的幅值及相角計算,結果示于圖4,圖4中還示出了ua的RMS有效值計算結果,仿真結果與理論計算結果基本一致。改變設置參數,可觀(guān)察到其他任意次諧波的幅值和相位的計算結果。
通過(guò)該例可以看出,在課堂教學(xué)中,利用MATLAB/SIMULINK對電路進(jìn)行動(dòng)態(tài)交互式分析,分析結果直觀(guān)、形象,通過(guò)改變模塊參數可輕易實(shí)現對不同電量的分析和波形觀(guān)察,有助于理解教學(xué)中抽象的理論知識,可作為教學(xué)的輔助手段,引起學(xué)生的學(xué)習興趣,提高課程教學(xué)質(zhì)量。
四、結論
本文以三相電壓型SPWM逆變電路為例,介紹了將MATLAB/SIMULINK計算機仿真技術(shù)應用到電力電子技術(shù)教學(xué)中,作為課堂教學(xué)的輔助手段,對電力電子電路進(jìn)行交互式動(dòng)態(tài)波形分析、諧波分析及電量計算,分析結果直觀(guān)、形象,并可通過(guò)改變模塊參數輕易實(shí)現對不同電量的分析和波形觀(guān)察,有助于學(xué)生理解抽象的理論分析,提高學(xué)生學(xué)習的興趣和主動(dòng)性,改善教學(xué)效果,提高教學(xué)質(zhì)量。
電力電子技術(shù)8
新能源發(fā)電出現至今,電力電子技術(shù)的飛速發(fā)展讓其占據非常有利的位置,成為了一項關(guān)鍵技術(shù)。這項關(guān)鍵技術(shù)與新能源發(fā)電息息相關(guān),直接制約著(zhù)人們開(kāi)發(fā)利用新的發(fā)電技術(shù),并且還關(guān)系到新世紀人們與日增長(cháng)的物質(zhì)文化需要和社會(huì )的向前發(fā)展。所以說(shuō):在電力系統中,電力電子技術(shù)占據著(zhù)決定性作用,該技術(shù)的不斷創(chuàng )新和發(fā)展非常重要。關(guān)于該項技術(shù),我國是世界上起步相對比較早的國家,目前在這個(gè)技術(shù)上,做的比較完善和專(zhuān)業(yè),尤其是在通信網(wǎng)絡(luò )方面形成較大的規模。比如說(shuō)電信網(wǎng)絡(luò )被我們所熟知的各項業(yè)務(wù)都是這個(gè)技術(shù)的應用體現,電力系統的不斷發(fā)展,使得電力電子技術(shù)已經(jīng)成為必不可少的因素,占據至關(guān)重要的位置。
1該技術(shù)應用在電網(wǎng)中的現狀
作為一項新興的電工技術(shù),電力電子將強弱兩種電技術(shù)結合在一起成為新技術(shù)的一種,不僅在應用上占據一定的份額,并且在國民經(jīng)濟上發(fā)揮著(zhù)自身巨大的作用。除此之外,還會(huì )對輸電系統的前景造成巨大的影響,使得其出現革命性的變革,推動(dòng)其不斷向前發(fā)展,F有的電力電子技術(shù)在生活中應用十分廣泛,涉及到如下方面:生產(chǎn)電能的過(guò)程中會(huì )用到它、輸配送電能的過(guò)程中會(huì )用到它、存儲電能的時(shí)候會(huì )用到它、還有其他的領(lǐng)域也需要他。這項技術(shù)基本上應用在了電力系統全部的環(huán)節中。
。1)生產(chǎn)電能的過(guò)程中會(huì )用到它。在這個(gè)方面的應用主要是發(fā)電系統,通過(guò)提高類(lèi)似于發(fā)電機這類(lèi)發(fā)電設備的工作效率來(lái)控制和調節設備功率。我們顯而易見(jiàn)的就是大型發(fā)電機的應用上了,其控制方向是靜止勵磁控制。
。2)輸配送電能的過(guò)程中會(huì )用到它。在這個(gè)方面的應用換言之就是輸電系統。這個(gè)過(guò)程中,我們會(huì )引進(jìn)一個(gè)新的技術(shù)稱(chēng)之為交流輸電,它是將現代出現的叫做控制技術(shù)的一種技術(shù)和電力電子技術(shù)緊密的結合在一起形成的。這一項柔性交流輸電技術(shù)通過(guò)控制技術(shù),針對電力系統,然后不間斷的調節系統的各項指標(包括參數、功率和電壓等等)。這樣的處理盡可能的減少了輸配送電能的過(guò)程中將會(huì )存在的能源損耗問(wèn)題,也會(huì )提高其過(guò)程的穩定性。關(guān)于這個(gè)輸配送電的過(guò)程,目前技術(shù)上比較關(guān)心的是高壓直流電的輸送。距離的遠近也是一個(gè)重要因素,我們知道的是關(guān)于高壓直流,其距離越遠的輸送越發(fā)能處理輸送過(guò)程產(chǎn)生的諸多問(wèn)題。在其他方面的參數控制相同的情景之下,高壓直流的輸電遠距離會(huì )相對交流有很大幅度的損耗減小。因為如果電流保持穩定不變,那便不會(huì )出現電抗壓降,這樣會(huì )減少輸電整體的壓降。那么我們可以以低成本投入的'線(xiàn)路獲得我們意想不到的線(xiàn)路高穩定性,甚至可以保證基本上不會(huì )出現由于穩定性不夠而產(chǎn)生各種各樣的線(xiàn)路問(wèn)題。
2相關(guān)器件的發(fā)展過(guò)程的描述
上個(gè)世紀的50年代后期,世界上出現了晶閘管,這是世界上出現的第一只,這個(gè)晶閘管的出現意味著(zhù)電力電子技術(shù)發(fā)生了來(lái)勢洶洶讓人觸不及防的一次大變革,它標志著(zhù)人們不再在電氣傳動(dòng)領(lǐng)域一如既往的堅持過(guò)去的運作方式,這樣的格局已經(jīng)進(jìn)步了,發(fā)生了翻天覆地的變化。電能的轉換已經(jīng)發(fā)生了革新,已經(jīng)不會(huì )再沿用過(guò)去古老的辦法,而選擇采取最新出現的技術(shù),電力電子技術(shù)中的各種器件出現和構成,這一領(lǐng)域將我們帶入了變流器的時(shí)代。走到這個(gè)時(shí)期,電力電子技術(shù)就算是歷經(jīng)千辛萬(wàn)苦才迎來(lái)了春天,但始終沒(méi)有阻擋它進(jìn)入這一個(gè)新的時(shí)代。據此經(jīng)過(guò)40多年的發(fā)展之后,我們到了新的世紀,我們口中的電力電子技術(shù)已經(jīng)變得非常的成熟,它的每一個(gè)方面都取得了非常驚人的成績(jì)。這40多年的經(jīng)過(guò),是世界上各個(gè)技術(shù)人員最為緊張,競爭最為殘酷的一段時(shí)期。傳統的電網(wǎng)模式所采取的信息傳遞方式為點(diǎn)對點(diǎn),即信息的交互和傳遞僅能在有限的局部范圍進(jìn)行,因此較為保守和安全。電力電子技術(shù)的興起掀起了智能化電力系統的誕生。智能化電力系統所具有的性能包括實(shí)現信息的共享化,有利于各級對變電站的運行進(jìn)行相關(guān)管理。在縱向發(fā)展的角度,由二極管帶頭的第一代器件最后發(fā)展至第二第三代,最終將各個(gè)電子元件結合在一起,形成了集成電路,也作為最新出現的第三代電力器件在世界上立足。我們如果想要在生活必不可少的網(wǎng)絡(luò )上,得到系統最為貼心的服務(wù),便不得不將電力電子技術(shù)應用起來(lái),這是一項高科技技術(shù)。我們實(shí)事求是的說(shuō)一句:電子系統出現如今的盛事,變得如此的現代化,是離不開(kāi)電力電子技術(shù)的,沒(méi)有這項技術(shù),我們現在享受的網(wǎng)絡(luò )系統根本就無(wú)法如此現代化。
3結語(yǔ)
總而言之,我們人類(lèi)在不斷地向前發(fā)展過(guò)程中,認知這這個(gè)世界,對于世界客觀(guān)事物的理解也隨著(zhù)這個(gè)過(guò)程不斷的進(jìn)步和延伸出不同的認識。各個(gè)行業(yè)的技術(shù)都與日俱新,不停的進(jìn)行著(zhù)技術(shù)革命,不斷的向前推動(dòng)。制造各項技術(shù)所需的原材料也不甘示弱,不斷展現出新的面貌,研發(fā)出更加優(yōu)質(zhì)的材料。電力電子器件在所有的技術(shù)中,被歸類(lèi)為電力系統的一項優(yōu)秀技術(shù),它表現出了自身獨有的特性,隨著(zhù)社會(huì )各個(gè)方面的進(jìn)步和發(fā)展,表現出自己的完善機制。世界上不斷地涌現出改革創(chuàng )新后的電力電子技術(shù),我們都是有目共睹的。我們可以大膽的猜想,電力電子技術(shù)時(shí)代會(huì )延續很久,這個(gè)時(shí)代不會(huì )一時(shí)半會(huì )兒被替代,而這項技術(shù)會(huì )延伸到更多的方面去。有著(zhù)燦爛的前景。
電力電子技術(shù)9
一、電力電子技術(shù)的現狀及發(fā)展前景
電力電子技術(shù)前沿及發(fā)展在電力電子半導體器件、電力電子積木和集成電力電子模塊技術(shù)、發(fā)電和輸電技術(shù)、電能質(zhì)量控制、電力電子變換技術(shù)以及電力電子仿真軟件等方面都有所反映,鑒于篇幅所限,筆者自此只選取其中幾方面加以介紹和闡述。
1.1 發(fā)電機輸電技術(shù)
依托于電力電子技術(shù),發(fā)電效率不斷提高,輸電及配電更加可靠。
。1)電力電子技術(shù)的應用提升了傳統發(fā)電方式,例如,借助中頻交流勵磁機以及電力電子整流,可以在一定程度上提升傳統發(fā)電方式的可靠性;借助節能技術(shù)可以實(shí)現對發(fā)電領(lǐng)域潛力的充分發(fā)掘;此外,在水力發(fā)電中,借助電力電子技術(shù)可以實(shí)現直流勵磁向變頻勵磁的轉換,從而試論電力電子技術(shù)發(fā)展趨勢渠莉國網(wǎng)山東濟寧市任城區供電公司272000可以實(shí)現枯水季節發(fā)電周期的延長(cháng)。
。2)發(fā)電污染大大降低。雖然利用風(fēng)能、太陽(yáng)能以及地熱等自然能發(fā)電所造成的污染少到可以忽略不計,但是發(fā)出的電力質(zhì)量不高,當無(wú)法直接連入到電力系統時(shí),電力電子技術(shù)則可以對其進(jìn)行儲存和緩沖,并且可以實(shí)現對電能質(zhì)量的極大改善。
。3)新型高效儲能技術(shù)及變換技術(shù),借助超導線(xiàn)圈磁場(chǎng)可以實(shí)現電力能量?jì),這樣就可以將利用風(fēng)能、太陽(yáng)能以及地熱等自然能所發(fā)的質(zhì)量較低的電能以直流方式進(jìn)行儲存,之后再借助變換技術(shù)完成電力傳輸,與抽水儲能發(fā)電以及蓄能電池相比,這一方式的工作效率更高。
。4)高壓直流輸電技術(shù),在遠距離電力傳輸方面,高壓直流輸電比交流輸電更具優(yōu)勢,但是,采取高壓直流輸電技術(shù)必須具備功率極大的整流及逆變裝置,并且對可靠性要求極高。因此,今后電力電子技術(shù)需要在現有技術(shù)之上,將提高輸電可靠性作為重點(diǎn)研究項目。熱力系統節能的發(fā)展潛能非常大,效果也相對明顯,在以往的一段時(shí)間內,由于電力工程方基本不注意熱功系統的節能問(wèn)題,所以缺少完整的熱功系統節能知識以及必要的優(yōu)化設計分析方案。發(fā)電廠(chǎng)熱功系統設計方案、系統結構以及連接方式都存在著(zhù)不合理的現象。由于在運行操作及維護不當的因素存在,所以在電廠(chǎng)電功系統運行過(guò)程中,會(huì )出現一些相關(guān)問(wèn)題:運行經(jīng)濟性達不到設計水平等問(wèn)題層出不窮。這些都導致了機組熱經(jīng)濟性的降低,所以熱功系統節能知識的普及以及實(shí)用節能新技術(shù)應當盡快的進(jìn)行全面推廣。
1.2 電能質(zhì)量控制及完善對策
所謂電能質(zhì)量,指的是在供電裝置正常運作過(guò)程中,不對用戶(hù)正常用電造成干擾或者中斷影響的特性。當前,隨著(zhù)電網(wǎng)變頻調速裝置、電氣化鐵路沖擊性、非線(xiàn)性以及負荷不平衡性日益加劇,電能質(zhì)量問(wèn)題越來(lái)越突出;與此同時(shí),工業(yè)、商業(yè)以及居民用電設備對電能質(zhì)量的要求也在不斷提高。配電系統已經(jīng)引進(jìn)了電力電子技術(shù)設備,從而向電能質(zhì)量控制難題的解決提供了技術(shù)方面的保障和途徑,以固態(tài)開(kāi)關(guān)為例,借助固態(tài)開(kāi)關(guān),發(fā)生故障的供電線(xiàn)路向正常運作的供電線(xiàn)路的切換可以在一個(gè)工頻半波內即可實(shí)現。近些年來(lái)又提出用戶(hù)電力技術(shù)概念,即借助電力電子技術(shù)實(shí)現供電可靠性的不斷提升以及電能質(zhì)量的嚴格控制。
1.3 電力電子變換技術(shù)
電力電子技術(shù)中,處于基礎性地位同時(shí)有十分重要的共性技術(shù)就是功率變換技術(shù)。當前的電力電子功率變換技術(shù)中應用到了軟開(kāi)關(guān)技術(shù)、矯正功率因數技術(shù)以及諧波消除技術(shù)等。其中,借助軟開(kāi)關(guān)技術(shù)可以實(shí)現變換器件開(kāi)關(guān)時(shí)耗能量的'極大減少,使開(kāi)關(guān)損耗不對開(kāi)關(guān)頻率造成影響,進(jìn)而實(shí)現工作頻率提高,散熱體積降低等效果。比如火力發(fā)電熱力系統安裝包括燃料供應系統、除灰系統、水處理系統、供水系統、電氣系統、熱工控制系統、暖通系統等,對這些設備調試前先制定合理調試手冊,進(jìn)行調試時(shí)先對熱功的系統各設備進(jìn)行調試,若調試過(guò)程中發(fā)現設備無(wú)法正常運行,應查明原因,待問(wèn)題解決后方可對熱功系統整體進(jìn)行調試,調試過(guò)程中必須注意人員安全,系統調試完成后需核對是否滿(mǎn)足了設計要求?運行效果是否良好?全力保證熱功系統的安全運行,全面提高電廠(chǎng)的經(jīng)濟效益。另外通信設備的轉換也很重要,雖然我國電力通信網(wǎng)已實(shí)現綜合數字網(wǎng),但實(shí)際上只是物理意義上的網(wǎng),大部分還僅僅停留在點(diǎn)對點(diǎn)的通信方式上。真正意義的通信網(wǎng)絡(luò )還應包括邏輯網(wǎng),這樣,才能有效發(fā)揮通信網(wǎng)絡(luò )的功能和效益,才能從根本上提高電力通信網(wǎng)的可靠性和各種業(yè)務(wù)的傳輸質(zhì)量。我們應在現有設備資源的基礎上,著(zhù)重研究如何實(shí)現網(wǎng)絡(luò )化,結合同步數字傳輸體系(SDH)技術(shù)的研究,重點(diǎn)研究解決SDH的網(wǎng)絡(luò )管理技術(shù)和網(wǎng)絡(luò )同步技術(shù)等問(wèn)題。
二、結語(yǔ)
隨著(zhù)科技的進(jìn)步,電力電子技術(shù)的應用范圍越來(lái)越廣泛,在諸如供電電源、電力輸配電以及照明等方面都有所涉及。電力電子技術(shù)具有十分重要的影響和意義,一方面,可以對傳統工業(yè)起到極大的改進(jìn)和完善作用。
電力電子技術(shù)10
一、基本概念
1.電力電子器件:是指可直接用于處理電能的主電路中,實(shí)現電能的變換或控制的電子器件。
2.電力電子電路也被稱(chēng)為電力電子系統,由控制電路、驅動(dòng)電路、檢測電路和以電力電子器件為核心的主電路組成。
3.電力電子器件的分類(lèi)
。1)按照電力電子器件能夠被控制電路信號所控制的程度,可分為半控型器件、全控型器件和不控型器件。
。2)按照驅動(dòng)電路加在電力電子器件控制端和公共端之間的信號性質(zhì),又可以將電力電子器件分為電流驅動(dòng)型和電壓驅動(dòng)型器件。
。3)電力電子器件還可以按照器件內部電子和空穴兩種載流子參與導電的情況分為單極型器件、雙極型器件和復合型器件。
4.電導調制效應:當PN結上流過(guò)的正向電流較小時(shí),二極管的電阻主要是作為基片的低摻雜N區的歐姆電阻,其阻值較高且為常量,因而管壓降隨正向電流的上升而增加;當PN結上流過(guò)的正向電流較大時(shí),注入并積累在低摻雜N區的少子空穴濃度將很大,為了維持半導體電中性條件,其多子濃度也相應大幅度增加,使其電阻率明顯下降,也就是電導率大大增加,這就是電導調制效應。
5.方向擊穿:PN結具有一定的反向耐壓能力,但當施加的反向電壓過(guò)大,反向電流將會(huì )急劇增大,破壞PN結反向偏置為截止的工作狀態(tài),這就叫反向擊穿。
6.熱擊穿:當反向未被限制住,使得反向電流和反向電壓的乘積超過(guò)了PN結容許的耗散功率,就會(huì )因熱量散發(fā)不出去而導致PN結溫度上升,直至過(guò)熱而燒毀,就是熱擊穿。
7.電力二極管的主要參數
正向平均電流IF(AV):指電力二極管長(cháng)期運行時(shí),在指定的管殼溫度和散熱條件下,其允許流過(guò)的最大工頻正弦半波電流的平均值。
通過(guò)對正弦半波電流的換算可知,正向平均電流IF(AV)對應的有效值為1.57IF(AV)。
8.電力二極管的主要類(lèi)型:普通二極管(又稱(chēng)整流二極管)、快速恢復二極管(FRD)和肖特基二極管(SRD)。
9.晶閘管:是晶體閘流管的'簡(jiǎn)稱(chēng),又可稱(chēng)為可控硅整流管(SCR)。10.晶閘管的基本特性:
。1)當晶閘管承受反向電壓時(shí),不論門(mén)極是否有觸發(fā)電流,晶閘管都不會(huì )導通。(2)當晶閘管承受正向電壓時(shí),僅在門(mén)極有觸發(fā)電流的情況下晶閘管才能導通。
。3)晶閘管一旦導通,門(mén)極就失去控制作用,不能門(mén)極觸發(fā)電流是否存在,晶閘管都保持導通。
。4)若要使已導通的晶閘管關(guān)斷,只能利用外加電壓和外電路的作用使流過(guò)晶閘管的電流降到接近于零的某一數值以下。
11.晶閘管的派生器件:快速晶閘管(FST)、雙向晶閘管(TRIAC)、逆導晶閘管(RCT)和光控晶閘管(LTT)。
12.門(mén)極可關(guān)斷晶閘管(GTO):它是晶閘管的一種派生器件,但可以通過(guò)門(mén)極施加負的脈沖電流使其關(guān)斷,屬于全控型器件。GTO是一種多元的功率集成器件,雖然外部同樣引出三個(gè)極,但內部則包含數十個(gè)甚至數百個(gè)共陽(yáng)極的小GTO元,這些GTO元的陰極和門(mén)極則在器件內部并聯(lián)在一起。
13.GTO與普通晶閘管不同點(diǎn):
。1)在設計器件時(shí)使得2較大,這樣晶體管V2控制靈敏,使得GTO易于關(guān)斷。
。2)使得導通時(shí)的12更接近于1。這樣使得GTO導通時(shí)飽和程度不深,更接近于臨界飽和,從而為門(mén)極控制關(guān)斷提供了有利條件。
。3)多元集成結構使每個(gè)GTO元陰極面積很小,門(mén)極和陰極間的距離大為縮短,使得P2基區所謂的橫向電阻很小,從而使從門(mén)極抽出較大的電流成為可能。
14.電力晶體管(GTR):譯為巨型晶體管,是一種耐高壓、大電流的雙極結型晶體管(BJT)。它由三層半導體(分別引出集電極、基極和發(fā)射極)形成的兩個(gè)PN結(集電結和發(fā)射結)構成,多采用NPN結構。
15.GTR的二次擊穿現象:當GTR的集電極電壓升高至擊穿電壓時(shí),集電極電流迅速增大,這種首先出現的擊穿是雪崩擊穿,被稱(chēng)為一次擊穿。出現一次擊穿后,只要Ic不超過(guò)最大允許耗散功率相對應的限度,GTR一般不會(huì )損壞,工作特性也不會(huì )有什么變化。但實(shí)際應用中常常發(fā)現一次擊穿發(fā)生時(shí)如不有效地限制電流,Ic增大到某個(gè)臨界點(diǎn)時(shí)會(huì )突然急劇上升,同時(shí)伴隨著(zhù)電壓的陡然下降,這種現象稱(chēng)為二次擊穿。二次擊穿常常立即導致器件的永久損壞,或者工作特性明顯衰變,因而對GTR危害極大。
16.電力場(chǎng)效應晶體管:也分為結型和絕緣柵型,但通常主要指絕緣柵型中的MOSFET,簡(jiǎn)稱(chēng)電力MOSFET。電力MOSFET在導通時(shí)只有一種極性的載流子(多子)參與導電,是單極型晶體管。
17.MOSFET分類(lèi):
。1)按導電溝道可分為P溝道和N溝道。
。2)對于N(P)溝道器件,柵極電壓大于(小于)零時(shí)才存在導電溝道的稱(chēng)為增強型;當柵極電壓為零時(shí)漏源極之間就存在導電溝道的稱(chēng)為耗盡型。在電力MOSFET中,主要是N溝道增強型。18.電力MOSFET的工作原理
。1)當漏極接電源正端,源極接電源負端,柵極和源極間電壓為零時(shí),P基區與N漂移區之間形成的PN結J1反偏,漏源極之間無(wú)電流流過(guò)。
。2)如果在柵極和源極之間加一正電壓UGS,由于柵極是絕緣的,所以并不會(huì )有柵極電流流過(guò)。但柵極的正電壓卻會(huì )將其下面P區中的空穴推開(kāi),而將P區中的少子電子吸引到柵極下面的P區表面。
。3)當UGS大于某一電壓值UT時(shí),柵極下P區表面的電子濃度將超過(guò)空穴濃度,從而使P型半導體反型而成N型半導體,形成反型層,該反型層形成N溝道而使PN結J1消失,漏極和源極導電。
19.絕緣柵雙極晶體管(IGBT):綜合了GTR和MOSFET的優(yōu)點(diǎn)。
。℅TR和GTO是雙極型電流驅動(dòng)器件,由于具有電導調制效應,所以其通流能力很強,但開(kāi)關(guān)速度較低,所需驅動(dòng)功率大,驅動(dòng)電路復雜。而電力MOSFET是單極型電壓驅動(dòng)器件,開(kāi)關(guān)速度快,輸入阻抗高,熱穩定性好,所需驅動(dòng)功率小而且驅動(dòng)電路簡(jiǎn)單。)
20.IGBT開(kāi)通和關(guān)斷由柵極和發(fā)射極間的電壓uGE決定。
。1)當uGE為正且大于開(kāi)啟電壓UGE(th)時(shí),MOSFET內形成溝道,并為晶體管提供基極電流進(jìn)而是IGBT導通。
。2)當柵極與發(fā)射極間施加反向電壓或不加信號,MOSFET內的溝道消失,晶體管的基極電流被切斷,使IGBT關(guān)斷。
21.IGBT的擎住效應:IGBT內部結構中,由于NPN晶體管的基極與發(fā)射極之間存在體區短路電阻,P形體區的橫向空穴電流會(huì )在該電阻上產(chǎn)生壓降,相當于對J3結施加一個(gè)正向偏壓,在額定集電極電流范圍內,這個(gè)偏壓很小,不足以使J3開(kāi)通,然而一旦J3開(kāi)通,柵極就會(huì )失去對集電極電流的控制作用,導致集電極電流增大,造成器件功率過(guò)高而損壞。這種電流失控的現象,被稱(chēng)為擎住效應或自鎖效應。
22.功率模塊:將多個(gè)相同的電力電子器件或多個(gè)相互配合使用的不同電力電子器件封裝在一個(gè)模塊中,可以縮小裝置體積,降低成本,提高可靠性。
23.功率集成電路:如果將電力電子器件與邏輯、控制、保護、傳感、檢測、自診斷等信息電子電路制作在同一芯片上,則稱(chēng)為功率集成電路。
24.驅動(dòng)電路的基本任務(wù):將信息電子電路傳來(lái)的信號按照其控制目標的要求,轉換為加在電力電子器件控制端和公共端之間,可以使其開(kāi)通或關(guān)斷的信號。
25.晶閘管觸發(fā)電路應滿(mǎn)足以下要求:
。1)觸發(fā)脈沖的寬度應保證晶閘管可靠導通。
。2)觸發(fā)脈沖應有足夠的幅值。
。3)所提供的觸發(fā)脈沖應不超過(guò)晶閘管門(mén)極的電壓、電流和功率定額。(4)應有良好的抗干擾性能、溫度穩定性及與主電路的電氣隔離。
26.GTO的開(kāi)通控制與普通晶閘管相似,但對觸發(fā)脈沖前沿的幅值和陡度要求高,且一般需要在整個(gè)導通期間施加正門(mén)極電流。使GTO關(guān)斷需要施加負門(mén)極電流,對其幅值和陡度的要求更高。關(guān)斷后還應在門(mén)極施加約5V的負偏壓,以提高抗干擾能力。
27.使GTR開(kāi)通的基極驅動(dòng)電流應使其處于準飽和導通狀態(tài),使之不進(jìn)入放大區和深飽和區。關(guān)斷GTR時(shí),施加一定的負基極電流有利于減小關(guān)斷時(shí)間和關(guān)斷損耗,關(guān)斷后同樣應在基射極之間施加一定幅值(6V左右)的負偏壓。
28.電力電子裝置中可能發(fā)生的過(guò)電壓分為外因過(guò)電壓和內因過(guò)電壓兩類(lèi)。
29.過(guò)流保護較常用的措施:采用快速熔斷器、直流快速斷路器和過(guò)電流繼電器。
30.緩沖電路:又稱(chēng)為吸收電路。其作用是抑制電力電子器件的內因過(guò)電壓、du和di,減小器件的開(kāi)關(guān)損耗。
dt或過(guò)電流dt
31.按照器件內部電子和空穴兩種載流子參與導電的情況,將器件分為:(1)屬于單極型電力電子器件的有MOSFET和SIT等。
。2)屬于雙極型電力電子器件的有電力二極管、晶閘管、GTO、GTR和SITH等。(3)屬于復合型電力電子器件的有IGBT和MCT。
二、作業(yè)詳解:
1.使晶閘管導通的條件是什么?
答:使晶閘管導通的條件是:晶閘管承受正向陽(yáng)極電壓,并在門(mén)極施加觸發(fā)電流(脈沖);颍簎AK0且uGK0。
2.維持晶閘管導通的條件是什么?怎樣才能使晶閘管由導通變?yōu)殛P(guān)斷?答:維持晶閘管導通的條件是使晶閘管的電流大于能保持晶閘管導通的最小電流,即維持電流。
要使晶閘管由導通變?yōu)殛P(guān)斷,可利用外加電壓和外電路的作用使流過(guò)晶閘管的電流降到接近于零的某一數值以下,即降到維持電流以下,便可使導通的晶閘管關(guān)斷。
7.IGBT、GTR、GTO和電力MOSFET的驅動(dòng)電路各有什么特點(diǎn)?
答:IGBT驅動(dòng)電路的特點(diǎn)是:驅動(dòng)電路具有較小的輸出電阻,IGBT是電壓驅動(dòng)型器件,IGBT的驅動(dòng)多采用專(zhuān)用的混合集成驅動(dòng)器。
GTR驅動(dòng)電路的特點(diǎn)是:驅動(dòng)電路提供的驅動(dòng)電流有足夠陡的前沿,并有一定的過(guò)沖,這樣可加速開(kāi)通過(guò)程,減小開(kāi)通損耗,關(guān)斷時(shí),驅動(dòng)電路能提供幅值足夠大的反向基極驅動(dòng)電流,并加反偏截止電壓,以加速關(guān)斷速度。
GTO驅動(dòng)電路的特點(diǎn)是:GTO要求其驅動(dòng)電路提供的驅動(dòng)電流的前沿應有足夠的幅值和陡度,且一般需要在整個(gè)導通期間施加正門(mén)極電流,關(guān)斷需施加負門(mén)極電流,幅值和陡度要求更高,其驅動(dòng)電路通常包括開(kāi)通驅動(dòng)電路,關(guān)斷驅動(dòng)電路和門(mén)極反偏電路三部分。
電力MOSFET驅動(dòng)電路的特點(diǎn):要求驅動(dòng)電路具有較小的輸入電阻,驅動(dòng)功率小且電路簡(jiǎn)單。
8.全控型器件的緩沖電路的主要作用是什么?試分析RCD緩沖電路中各元件的作用。
答:全控型器件緩沖電路的主要作用是抑制器件的內因過(guò)電壓,du減小器件的開(kāi)關(guān)損耗。
RCD緩沖電路中,各元件的作用是:開(kāi)通時(shí),Cs經(jīng)Rs放電,Rs起到限制放電電流的作用;關(guān)斷時(shí),負載電流經(jīng)VDs從Cs分流,使dudtdt或過(guò)電流和didt,減小,抑制過(guò)電壓。
9.試說(shuō)明IGBT、GTR、GTO和電力MOSFET各自的優(yōu)缺點(diǎn)。答:對IGBT、GTR、GTO和電力MOSFET的優(yōu)缺點(diǎn)的比較如下:
器件優(yōu)點(diǎn)電壓、電流容量大,適用于大功率場(chǎng)GTO合,具有電導調制效應,其通流能力很強耐壓高,電流大,開(kāi)關(guān)特性好,通流能力強,飽和壓降低開(kāi)關(guān)速度快,輸入阻抗高,熱穩定性電力MOSFET好,所需驅動(dòng)功率小且驅動(dòng)電路簡(jiǎn)單,工作頻率高,不存在二次擊穿問(wèn)題開(kāi)關(guān)速度高,開(kāi)關(guān)損耗小,具有耐脈沖電流沖擊的能力,通態(tài)壓降較低,輸入阻抗高,為電壓驅動(dòng),驅動(dòng)功率小
缺點(diǎn)電流關(guān)斷增益很小,關(guān)斷時(shí)門(mén)極負脈沖電流大,開(kāi)關(guān)速度低,驅動(dòng)功率大,驅動(dòng)電路復雜,開(kāi)關(guān)頻率低開(kāi)關(guān)速度低,為電流驅動(dòng),所需驅動(dòng)功率大,驅動(dòng)電路復雜,存在二次擊穿問(wèn)題電流容量小,耐壓低,一般只適用于功率不超過(guò)10kW的電力電子裝置GTRIGBT開(kāi)關(guān)速度低于電力MOSFET,電壓,電流容量不及GTO
電力電子技術(shù)11
一、選擇題(每題20分)
1.()晶閘管額定電壓一般取正常工作時(shí)晶閘管所承受峰電壓的(B)。
A.1~2倍
B.2~3倍
C.3~4倍
D.4~5倍
2.()選用晶閘管的額定電流時(shí),根據實(shí)際最大電流計算后至少還要乘以(A)。
A.1.5~2倍
B.2~2.5倍
C.2.5~3倍
D.3~3.5倍
3.()晶閘管剛從斷態(tài)轉入通態(tài)并移除觸發(fā)信號后,能維持通態(tài)所需要的最小電流是(B)。
A.維持電流IH
B.擎住電流IL
C.浪涌電流ITSM
D.最小工作電流IMIN
4.()對同一只晶閘管,擎住電流IL約為維持電流IH的(B)。
A.1~2倍
B.2~4倍
C.3~5倍
D.6~8倍
5.()普通晶閘管的額定電流用通態(tài)平均電流值標定,而雙向晶閘管通常用在交流電路中,因此其額定電流用(D)標定。
A.平均值
B.最大值
C.最小值
D.有效值
6.(C)晶閘管屬于
A.全控型器件
B.場(chǎng)效應器件
C.半控型器件
D.不可控器件
7.()晶閘管可通過(guò)門(mén)極(C)。
A.既可控制開(kāi)通,又可控制關(guān)斷
B.不能控制開(kāi)通,只能控制關(guān)斷
C.只能控制開(kāi)通,不能控制關(guān)斷
D.開(kāi)通和關(guān)斷都不能控制
8.()使導通的晶閘管關(guān)斷只能是(C)。
A.外加反向電壓
B.撤除觸發(fā)電流
C.使流過(guò)晶閘管的電流降到接近于零
D.在門(mén)極加反向觸發(fā)
9.()在螺栓式晶閘管上有螺栓的一端是(A)。
A.陰極K
B.陽(yáng)極A
C.門(mén)極K
D.發(fā)射極E
10.()晶閘管導通的條件是(A)。
A.陽(yáng)極加正向電壓,門(mén)極有正向脈沖
B.陽(yáng)極加正向電壓,門(mén)極有負向脈沖
C.陽(yáng)極加反向電壓,門(mén)極有正向脈沖
D.陽(yáng)極加反向電壓,門(mén)極有負向脈沖
11.()可關(guān)斷晶閘管(GTO)是一種(A)結構的半導體器件。
A.四層三端
B.五層三端
C.三層二端
D.三層三端
12.()晶閘管的三個(gè)引出電極分別是(A)。
A.陽(yáng)極、陰極、門(mén)極
B.陽(yáng)極、陰極、柵極
C.柵極、漏極、源極
D.發(fā)射極、基極、集電極
13.()已經(jīng)導通了的晶閘管可被關(guān)斷的條件是流過(guò)晶閘管的.電流(A)。
A.減小至維持電流IH以下
B.減小至擎住電流IL以下
C.減小至門(mén)極觸發(fā)電流IG以下
D.減小至5A以下
14.()單相半波可控整流電路,阻性負載,控制角α的最大移相范圍是(B)。
A.0~90°
B.0~120°
C.0~150°
D.0~180°
15.()單相半波可控整流電路,阻性負載,當α=(D)時(shí),Ud=0。
A.90°
B.120°
C.150°
D.180°
16.()單相半波可控整流電路,阻性負載,當α=(D)時(shí),Ud=0.45U2。
A.0°
B.90°
C.150°
D.180°
17.()單相半波可控整流電路,阻性負載,晶閘管承受的最大正反向電壓均為(C)。
A.U2
B.U2
C.U2
D.2U2
18.()單相半波可控整流電路,帶電阻性負載R,設變壓器二次側相電壓有效值為U2,則直流輸出電流平均值為(C)。
A.0.45
B.0.225(1+COSa)
C.0.9(1+COSa)
D、0.45
19.()單相半波可控整流電路,帶電阻性負載,設變壓器二次側相電壓有效值為U2,則直流輸出電壓平均值為(B)。
A.0.45U2
B.0.9U2(1+COSa)
C.0.9U2
D.0.45U2
20.()單相半波可控整流電路,阻感性負載時(shí),在負載兩端并聯(lián)續流二極管的作用是(B)。
A.使α的移相范圍加大。
B.使Ud不再出現負的部分。
C.保護可控硅不被擊穿。
D.減小可控硅承受的最大反向電壓。
電力電子技術(shù)12
一、調整教學(xué)內容使其適合學(xué)生的學(xué)習
1.掌握相關(guān)課程之間的聯(lián)系。教師應該熟悉掌握本課程與相關(guān)課程的聯(lián)系,例如了解先修課“電路”、“模擬電子技術(shù)”和“數字電子技術(shù)”三門(mén)課程的教學(xué)情況和后續課“電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統”的安排,處理好它們之間的關(guān)系,使整個(gè)專(zhuān)業(yè)課程體系前后銜接,避免內容的重復和疏漏。例如講“半導體電力開(kāi)關(guān)器件”一章時(shí),模擬電子技術(shù)中已講過(guò)小功率晶體管結構、原理、特性及應用。在本門(mén)課程中,對晶體管應重點(diǎn)講述其與小功率晶體管的不同之處。模擬電子技術(shù)中講述的晶體管其工作特性在線(xiàn)性放大區,而在電力電子技術(shù)中,晶體管工作在截止區和飽和區之間,使用的是其開(kāi)關(guān)特性。對于晶閘管相控有源逆變的應用部分,重點(diǎn)講解在整流、有源逆變兩種狀態(tài)下,直流電機四象限傳動(dòng)系統的特性,也就是直流電機的轉矩正比于電樞電流,轉速正比于電樞電壓,改變電樞電壓、電流的方向,就可以使直流電機四象限運行,為后續課程《電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統》中的直流調速部分做好鋪墊工作。
2.導論是說(shuō)明編者寫(xiě)作意圖、本書(shū)內容的主要特點(diǎn)、背景及主要內容的知識體系和概要等,同時(shí)還向學(xué)習者指明了學(xué)習本教材的學(xué)習方法,因此,教材的導論部分對學(xué)習者的入門(mén)學(xué)習起到了提綱挈領(lǐng)的重要作用。我們在每學(xué)年的第一節導論課時(shí),通常要給學(xué)生做一個(gè)專(zhuān)題講座,以圖文并茂的形式詳細介紹電力電子技術(shù)領(lǐng)域最新的發(fā)展動(dòng)態(tài)、國內外的發(fā)展現狀以及在相關(guān)領(lǐng)域的應用等,開(kāi)闊學(xué)生的視野,使其對本課程有個(gè)大概的了解,引導學(xué)生充分認識到本課程在現實(shí)生活中及在本專(zhuān)業(yè)中的重要性。
3.電力電子器件是電力電子技術(shù)的基礎,四類(lèi)基本變流電路(AC/DC、DC/DC、AC/AC、DC/AC)是電力電子技術(shù)的研究核心。教學(xué)內容大致分為三部分:
。1)電力電子器件。主要包括電力二極管、晶體三極管、晶閘管、MOS-FET、IGBT等器件的基本結構、工作原理、主要參數、應用特性等問(wèn)題。
。2)四種基本的電力電子電路。對于直流斬波電路,主要電路為BUCK、BOOST、CUK斬波電路等。重點(diǎn)講解BUCK、BOOST斬波電路的原理,輸出電壓電流波形的畫(huà)法,改變占空比的方式:脈沖寬度調制PWM,脈沖頻率調制PFM。逆變電路是主要依賴(lài)于全控型開(kāi)關(guān)器件,重點(diǎn)講解正弦波脈沖寬度調制SPWM基本原理,單極性、雙極性倍頻正弦波脈沖寬度調制逆變器的原理及其控制方式。以半控型器件晶閘管為主的整流電路部分,主要包括晶閘管驅動(dòng)和保護、整流電路及有源逆變電路。交流電路的器件為雙向晶閘管,電路為單相交流調壓電路、單相調功電路、三相調壓電路及觸發(fā)電路等內容的講解。
二、注重教師自身建設,提高綜合素質(zhì)
1.在講授《電力電子技術(shù)》這門(mén)課程內容的時(shí)候,教師不能只講課程教學(xué)大綱或教科書(shū)的內容,還要廣泛涉獵其他有關(guān)的教材和參考書(shū),形成自己的獨到見(jiàn)解。因此,任課教師對電力電子技術(shù)的現狀和發(fā)展趨勢,理論如何與實(shí)際相聯(lián)系,必須要有所了解。例如在講授直流斬波電路時(shí),可以引出該電路可以使用在開(kāi)關(guān)電源、太陽(yáng)能發(fā)電系統中;在講解整流變換時(shí),介紹其在電力機車(chē)的啟動(dòng)、調速與制動(dòng)中的應用,有源逆變電路可應用到變頻空調、電梯、計算機不間斷電源;逆變變換可聯(lián)系太陽(yáng)能發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電;在講授交流電路時(shí),說(shuō)明其在可調光臺燈、異步電動(dòng)機軟啟動(dòng)裝置中的應用。通過(guò)以上講解就可以使學(xué)生了解所學(xué)的書(shū)本知識在實(shí)際生活中的應用,激發(fā)學(xué)生的學(xué)習興趣。
2.教師要定期地閱讀最新的與電力電子技術(shù)有關(guān)的學(xué)術(shù)期刊,及時(shí)瀏覽相關(guān)的專(zhuān)業(yè)技術(shù)網(wǎng)站,掌握本學(xué)科前沿發(fā)展的動(dòng)向,熟悉本學(xué)科和相鄰學(xué)科的新成果、新進(jìn)展。
3.教師還要承擔一些與電力電子技術(shù)相關(guān)的科研工作,將科研與教學(xué)有機地結合起來(lái),把科研成果轉化成教學(xué)資源,將科研成果和科研體會(huì )引進(jìn)課堂教學(xué),豐富教學(xué)內容,促進(jìn)專(zhuān)業(yè)教學(xué)水平的提高。
三、激發(fā)學(xué)生學(xué)習興趣,增強課堂效果
1.充分發(fā)揮學(xué)生的主體作用。教師要學(xué)會(huì )調動(dòng)學(xué)生學(xué)習的主動(dòng)性和積極性,才能培養出高質(zhì)量的人才。教師對內容相似或易于理解的內容予以精簡(jiǎn),選擇一部分內容留給學(xué)生去自學(xué),然后讓學(xué)生站在老師的角度去給別的同學(xué)講解所理解的內容,讓學(xué)生畫(huà)出主電路波形圖,通過(guò)相互交流,互相促進(jìn),提高學(xué)生的學(xué)習興趣。
2.平等待人,積極鼓勵。在近幾年教學(xué)過(guò)程中,發(fā)現學(xué)生中有消極待學(xué)的現象,這部分學(xué)生或沉迷于游戲,或忙于出外打工賺錢(qián),嚴重地影響了其學(xué)業(yè),考試成績(jì)也不理想。對于這部分學(xué)生,教師一定要找到癥結所在,積極引導、平等對待、不斷勉勵。要重視學(xué)生的個(gè)性培養,積極鼓勵學(xué)生求新、求異、求難、質(zhì)疑、進(jìn)取的精神,對于部分考研的學(xué)生,他們認為凡是和考研有關(guān)的課程就認真對待,無(wú)關(guān)的就不學(xué),對于這樣的學(xué)生,我們的做法是將考研數學(xué)的傅里葉變換與電力電子技術(shù)中的基波和諧波的概念結合起來(lái),既加強了考研知識學(xué)習,又解決了電力電子技術(shù)中的知識難點(diǎn)掌握問(wèn)題,使其認識到課程之間都是相關(guān)的,只有這樣才能使師生之間建立一種平等、和諧、融洽的關(guān)系,激發(fā)學(xué)生在課堂上的思維能力。
四、運用多種教學(xué)手段,提高教學(xué)效果
1.從以上對課程特點(diǎn)的分析可以看出,只采用黑板板書(shū)的方法對課程進(jìn)行講授的話(huà),教師勢必會(huì )在概念、電路圖、波形圖及參數變化對波形圖的'影響方面的書(shū)寫(xiě)花費大量的時(shí)間。而若只采用多媒體進(jìn)行教學(xué)的話(huà),在波形和物理計算公式的推導的講解過(guò)程中,講解速度雖然會(huì )加快,但是與學(xué)生的互動(dòng)也會(huì )相應減少。這樣勢必不利于啟發(fā)學(xué)生,培養學(xué)生的獨立思考能力。教師在講授的過(guò)程中應根據教學(xué)內容確定使用哪種方法進(jìn)行講解。文字內容比較多的情況,可采用多媒體輔助教學(xué)。利用PPT向學(xué)生展示學(xué)習內容中涉及到的實(shí)物照片,這樣不僅可以增加教學(xué)內容的知識量,而且可以提高學(xué)生的學(xué)習興趣。如果講解的是可控電路的工作原理和輸出波形,可采用多媒體(電路圖演示)和板書(shū)教學(xué)(波形圖繪制)相結合的方法。
2.實(shí)驗是培養理論聯(lián)系實(shí)際、學(xué)生動(dòng)手能力的重要手段。對電力電子技術(shù)實(shí)驗,保留原有的晶閘管整流驗證性實(shí)驗,使學(xué)生對本課程的應用有初步認識,對直流斬波電路以及正弦波同步移相觸發(fā)電路實(shí)驗,則可當成設計型實(shí)驗,由教師給出電路圖及參數,由學(xué)生自行設計,選擇器件及其驅動(dòng)電路、保護電路,進(jìn)而完成實(shí)驗,培養學(xué)生分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力。
3.課程設計作為實(shí)踐課教學(xué)中的重要組成部分,在人才培養中起著(zhù)舉足輕重的作用。因此切實(shí)提高課程設計的質(zhì)量,具有重要意義!峨娏﹄娮蛹夹g(shù)》課程設計教學(xué)模式分以下幾個(gè)方面:
。1)課程設計走進(jìn)實(shí)驗室。建立開(kāi)放式綜合性實(shí)驗,將實(shí)驗時(shí)間交給學(xué)生,讓他們自行安排。而日常生產(chǎn)和生活中,有許多實(shí)用的電力電子產(chǎn)品,其電路相對簡(jiǎn)捷,很接近教材,非常具有代表性,例如手機的充電器、錄音機用的變壓器,可以把它引入到課程設計中來(lái)。通過(guò)這樣的過(guò)程,學(xué)生能夠更真切地理解電力電子技術(shù)的基本內容、基本原理,更加真實(shí)地感受電力電子電路的設計、調試過(guò)程。
。2)課程設計引入計算機輔助設計。傳統的電力電子技術(shù)實(shí)驗,基本上是學(xué)生利用protel軟件畫(huà)出PCB板圖,再利用電力電子開(kāi)關(guān)器件、電阻、電容等元件搭建電路來(lái)獲得電子線(xiàn)路的感性知識。但在教學(xué)實(shí)踐中,由于電路板連線(xiàn)可靠性差,學(xué)生的操作技術(shù)不夠熟練,產(chǎn)生錯誤的概率較高。為了解決上述問(wèn)題,我們引入了計算機仿真軟件MATLAB,Simulink作為MATLAB軟件下的仿真系統,通過(guò)它下面的工具箱可以對電力電子技術(shù)進(jìn)行建模、仿真分析,實(shí)現高效率開(kāi)發(fā)系統的目標。
五、結語(yǔ)
本文針對近幾年的《電力電子技術(shù)》課程理論教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)理念和改革思想進(jìn)行了探討,有針對性地創(chuàng )新教學(xué)方法的研究,使課程內容體現學(xué)科發(fā)展動(dòng)態(tài)、學(xué)科前沿內容并提出有待解決的問(wèn)題,實(shí)行開(kāi)放式教學(xué),對教學(xué)內容刪繁就簡(jiǎn),吐故納新,實(shí)行教學(xué)內容對學(xué)科與專(zhuān)業(yè)發(fā)展的跟蹤,并且將課程教育與素質(zhì)教育相結合,將素質(zhì)教育融入專(zhuān)業(yè)教育之中,有效地調動(dòng)了學(xué)生的學(xué)習興趣和學(xué)習主動(dòng)性,提高了教學(xué)效果。
電力電子技術(shù)13
本學(xué)期實(shí)時(shí)測量技術(shù)實(shí)驗以電子設計大賽的形式,老師命題,學(xué)生可以選擇老師的題目也可以自己命題,并且組隊操作其他的事情(包括設計總體方案、硬件電路、軟件設計、焊接、調試等工作)。趣味性強,同時(shí)也可以學(xué)到很多東西。
我們認為,在這學(xué)期的實(shí)驗中,在收獲知識的同時(shí),還收獲了閱歷,收獲了成熟,在此過(guò)程中,我們通過(guò)查找大量資料,請教老師,以及不懈的努力,不僅培養了獨 立思考、動(dòng)手操作的能力,在各種其它能力上也都有了提高。更重要的是,在實(shí)驗課上,我們學(xué)會(huì )了很多學(xué)習的方法。而這是日后最實(shí)用的,真的是受益匪淺。要面 對社會(huì )的挑戰,只有不斷的學(xué)習、實(shí)踐,再學(xué)習、再實(shí)踐。
之所以使用avr單片機作為我們的執行核心,不僅是因為老師說(shuō)avr現在是社會(huì )上應用比較多的單片機,也因為想通過(guò)使用avr鍛煉自己的c 語(yǔ)言編程能力,養成良好的c語(yǔ)言編程風(fēng)格。不管怎樣,這些都是一種鍛煉,一種知識的積累,能力的.提高。完全可以把這個(gè)當作基礎東西,只有掌握了這些最基礎 的,才可以更進(jìn)一步,取得更好的成績(jì)。很少有人會(huì )一步登天吧。永不言棄才是最重要的。
而且,這對于我們的將來(lái)也有很大的幫助。以后,不管有多苦,我想我們都能變苦為樂(lè ),找尋有趣的事情,發(fā)現其中珍貴的事情。就像中國提倡的艱苦奮斗一樣,我們都可以在實(shí)驗結束之后變的更加成熟,會(huì )面對需要面對的事情。
與隊友的合作更是一件快樂(lè )的事情,只有彼此都付出,彼此都努力維護才能將作品做的更加完美。而團隊合作也是當今社會(huì )最提倡的。曾經(jīng)聽(tīng)過(guò),mba之所以最近不受歡迎就是因為欠缺團隊合作的精神和技巧。
電壓電流測量裝置雖然結束了,也留下了很多遺憾,因為由于時(shí)間的緊缺和許多課業(yè)的繁忙,并沒(méi)有做到最好,但是,最起碼我們沒(méi)有放棄,它是我們的驕傲!
相信 以后我們會(huì )以更加積極地態(tài)度對待我們的學(xué)習、對待我們的生活。我們的激情永遠不會(huì )結束,相反,我們會(huì )更加努力,努力的去彌補自己的缺點(diǎn),發(fā)展自己的優(yōu)點(diǎn), 去充實(shí)自己,只有在了解了自己的長(cháng)短之后,我們會(huì )更加珍惜擁有的,更加努力的去完善它,增進(jìn)它。只有不斷的測試自己,挑戰自己,才能擁有更多的成功和快 樂(lè )!
to us, happiness equals success! 快樂(lè )至上,享受過(guò)程,而不是結果!
認真對待每一個(gè)實(shí)驗,珍惜每一分一秒,學(xué)到最多的知識和方法,鍛煉自己的能力,這個(gè)是我們在實(shí)時(shí)測量技術(shù)試驗上學(xué)到的最 重要的東西,也是以后都將受益匪淺的!
電力電子技術(shù)14
【摘要】隨著(zhù)電力行業(yè)不斷發(fā)展,對于大功率電力電子技術(shù)可靠供電系統進(jìn)行研究,是電力行業(yè)發(fā)展中的重要內容。電網(wǎng)的運行規模越來(lái)越大,電力用戶(hù)的需求逐年增加,提升電力系統的可靠性是電力企業(yè)所面臨的重要任務(wù)。在科技發(fā)展背景下,大量的電力電子裝置被應用到電力系統中,為電力系統可靠性提升帶來(lái)諸多幫助;诖,本文就大功率的電力電子技術(shù)進(jìn)行分析,研究該技術(shù)下的可靠供電系統。
【關(guān)鍵詞】大功率;電力電子技術(shù);可靠供電系統;研究
1前言
大功率電力電子技術(shù)在電力系統中發(fā)揮著(zhù)重要的作用,主要涉及到了電力系統的發(fā)電、輸電、配電以及用電等方面。實(shí)現大功率電力電子技術(shù)供電可靠性,在本文中從兩方面進(jìn)行分析,第一,提升大功率電力電子技術(shù)的供電可靠性,可以通過(guò)提高工業(yè)敏感負荷的供電可靠性來(lái)實(shí)現;第二,將大功率的電子技術(shù)應用于發(fā)電機勵磁系統中,以提升發(fā)電機的阻尼轉矩,來(lái)實(shí)現系統的動(dòng)態(tài)可靠性提升。
2大功率電力系統可靠性供電概述
從敏感負荷角度對電力系統供電可靠性進(jìn)行分析。實(shí)現供電的可靠性不僅要求電力系統中不能長(cháng)時(shí)間斷電,還需要對電力供電系統的動(dòng)態(tài)電壓質(zhì)量提出更高的要求。對系統中的電壓跌落以及電壓短時(shí)中斷的時(shí)間進(jìn)行限定,在實(shí)際供電中,不同的電壓跌落中,其敏感負荷所能夠承受的電壓跌落時(shí)間存在著(zhù)差異性。在一般規律下,跌落幅度越大,其敏感負荷所能夠才承受的時(shí)間越短。傳統的供電可靠性統計統計,只能以停電時(shí)間超過(guò)1分鐘或者5分鐘實(shí)際依據。在我國,對于自動(dòng)重合閘成功或者備用電源投入成功的現象不能視為用戶(hù)停電,而此時(shí)敏感負荷用戶(hù)有可能遭受到一定的電力損失。那么在實(shí)際的電力系統供電中,提升供電的可靠性,需要從電網(wǎng)方面進(jìn)行綜合考慮,以?xún)?yōu)化的配電網(wǎng)結構,改善動(dòng)態(tài)帶電壓質(zhì)量[1]。
3大功率電力電子技術(shù)提高供電可靠性的應用
3.1轉換開(kāi)關(guān)
轉換開(kāi)關(guān)電源供電中發(fā)揮著(zhù)重要的作用,在實(shí)際電力系統電源供電中,包含兩路或者多路的電源供電,轉換開(kāi)關(guān)應用其中,能夠實(shí)現多路電源之間的相互切換。在本文中以?xún)陕冯娫垂╇姙槔M(jìn)行分析,當有一個(gè)電源電路在正常供電時(shí),則另外一個(gè)線(xiàn)路中的電源供電就會(huì )處于備用狀態(tài)。一旦線(xiàn)路中出現線(xiàn)常用電源供電異常的情況時(shí),轉換開(kāi)關(guān)開(kāi)始發(fā)揮作用,自動(dòng)切換到被用電源線(xiàn)路中。以轉換開(kāi)關(guān)的形式,實(shí)現線(xiàn)路正常供電,其開(kāi)關(guān)投入使用成本較低,應用廣泛[2]。
3.2動(dòng)態(tài)電壓恢復器
動(dòng)態(tài)電壓恢復器簡(jiǎn)稱(chēng)DVR,DVR通過(guò)線(xiàn)路中的變壓器串聯(lián)在線(xiàn)路電源與敏感負荷之間。當線(xiàn)路正常輸電時(shí),線(xiàn)路中在沒(méi)有產(chǎn)生電壓跌落的.情況,DVR完全不發(fā)揮作用,其在線(xiàn)路中所輸出的電壓補償為0。當線(xiàn)路中出現了較大的電壓跌落時(shí),此時(shí),DVR就會(huì )發(fā)揮其真正的作用,DVR通過(guò)自身輸出與跌落電壓值相同的電壓補償值,來(lái)實(shí)現線(xiàn)路中的電壓補償。線(xiàn)路中所補償的線(xiàn)路電壓為額定電壓。從DVR的工作原理上進(jìn)行分析,其實(shí)際的作用就是對提供線(xiàn)路中電壓補償,避免線(xiàn)路由于電壓跌落出現故障[3]。
3.3不間斷供電電源
不間斷的供電電源,簡(jiǎn)稱(chēng)為UPS。目前,隨著(zhù)科技不斷發(fā)展,UPS已經(jīng)逐漸趨向于市場(chǎng)化,其主要有三種類(lèi)型:在線(xiàn)型、離線(xiàn)型以及在線(xiàn)互動(dòng)型。在實(shí)現的UPS中,需要具有儲能單元,其中最為常見(jiàn)的儲能單元為的電池儲能。在線(xiàn)型的UPS在逆變器支持下實(shí)現負荷供電,實(shí)際供電與電源無(wú)關(guān),因此在電壓質(zhì)量獲得上比較高。
3.4發(fā)電機勵磁
大功率的電力電子技術(shù)在發(fā)電機勵磁中的應用,作用突出。首先需要對發(fā)電機的勵磁系統進(jìn)行分析,發(fā)電機的勵磁系統能夠實(shí)現機端電壓的維持,合理分配多臺電發(fā)電機之間的無(wú)功功率,繼而提升電力系統的穩定性。目前,在電力系統中,半導體勵磁是其最為主要的勵磁方式,在實(shí)際電力系統運行中,可以按照電源的不同,將半導體勵磁分為他勵和自勵,F行在電力企業(yè)中比較實(shí)用的就是基于勵磁電力電子裝置的三相晶閘管全橋整流器,在該整流器中采用時(shí)間常數比較小的一階慣性環(huán)節。
4微網(wǎng)可靠性供電
4.1交流微網(wǎng)結構與特點(diǎn)
典型的交流微網(wǎng)組成有:光伏發(fā)電、儲能電源、風(fēng)電機組以及柴油發(fā)電機組等。在以上的組成部件中,風(fēng)電以及儲能等電源,在電力電子變換器的轉換下,實(shí)現了對額定電壓頻率交流電的轉換,并在靜態(tài)開(kāi)關(guān)的轉換下連接在微網(wǎng)母線(xiàn)上。交流微網(wǎng)的特點(diǎn)比較突出,主要表現在以下方面。第一,微網(wǎng)的電壓等級比較低,在實(shí)際線(xiàn)路中與配電網(wǎng)相連,在大功率電力系統的尾端;第二,容量比較小,在10KV等級的微網(wǎng)容量為數百千瓦到十兆瓦之間;第三,電流實(shí)現雙向流動(dòng),在微網(wǎng)結構中為分布式的電源網(wǎng)狀,基于微網(wǎng)這樣的特點(diǎn),其能夠實(shí)現的功能比較多。一方面能夠實(shí)現對大電網(wǎng)的功率輸送,另一方面,也能夠從大功率電網(wǎng)中吸收功率;第四,微網(wǎng)具有多種工作模式,其中比較突出的就是并網(wǎng)和離網(wǎng)兩種形式。并網(wǎng)工作形式幫助微網(wǎng)能夠在大功率電網(wǎng)中正常運行,而離網(wǎng)是指,當大電網(wǎng)出現故障時(shí),微網(wǎng)能夠迅速的脫離大功率電網(wǎng),而實(shí)現獨立運行。
4.2微網(wǎng)分布式電源電流保護
微網(wǎng)分布式電源主要包含兩大類(lèi)的電源,第一,逆變器接口電源。例如光伏發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電以及儲能電源等。第二,傳統發(fā)電機接口電源。例如柴油發(fā)電機、燃汽輪機等。當微網(wǎng)分布式電源線(xiàn)路中出現故障時(shí),以上兩種電源類(lèi)型所能夠提供的短路電流存在著(zhù)較大的差異。對于逆變器接口電源來(lái)說(shuō),電源線(xiàn)路在線(xiàn)路中容易受到電力電子器件等耐流能力的影響與限制,其電源所能夠提供的短路電流值不超過(guò)線(xiàn)路中額定電流的1.5倍。在這樣的線(xiàn)路背景下,該種電源類(lèi)型不能夠實(shí)現有力的電流保護。而對于另外一種分布式電源進(jìn)行分析,當線(xiàn)路中發(fā)生短路時(shí)能夠利用串聯(lián)等效電抗的形式,實(shí)現較大短路電流的供應,因此該種電源類(lèi)型與逆變器接口分布式電源相比,具有明顯的優(yōu)勢,能夠實(shí)現電流保護。
5結論
隨著(zhù)電力系統不斷發(fā)展,電力系統的供電可靠性逐漸受到社會(huì )所關(guān)注。因此,在本文中對大功率電力電子技術(shù)進(jìn)行分析,研究大功率電力電子技術(shù)提高供電可靠性的應用,并對微網(wǎng)可靠性供電進(jìn)行詳細研究。在電力電力技術(shù)可靠性供電中的應用研究中,分別對轉換開(kāi)關(guān)、動(dòng)態(tài)電壓恢復器、不間斷供電電源以及發(fā)電機勵磁等方面進(jìn)行詳細研究,針對這些供電系統的作用論述,希望能夠為電力供電系統發(fā)展帶來(lái)幫助。
參考文獻:
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電力電子技術(shù)15
摘要:《電力電子技術(shù)應用》課程在我校項目化教學(xué)改革中,取得了一些成績(jì),也暴露了一些問(wèn)題。本文從幾個(gè)方面出發(fā)對我校的《電力電子技術(shù)應用》課程項目化教學(xué)改革做出了總結,并說(shuō)明了現存的優(yōu)勢和不足。
關(guān)鍵詞:電力子技術(shù)應用;項目化教學(xué)
1項目化教學(xué)是目前課程教學(xué)改革的主要趨勢
長(cháng)期以來(lái),無(wú)論是本科學(xué)校還是專(zhuān)科學(xué)校,電類(lèi)專(zhuān)業(yè)在《電力電子應用技術(shù)》課程教學(xué)過(guò)程中,通常都采用的教學(xué)方式是實(shí)踐和理論分開(kāi)教授。此種方式導致很少有學(xué)生能夠把理論和實(shí)踐結合起來(lái),提升自己的實(shí)踐動(dòng)手能力和解實(shí)際決問(wèn)題的能力。在教育改革提出以就業(yè)為導向,以職業(yè)能力培養為目標的教育目標后,從自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)學(xué)生就業(yè)崗位調研出發(fā),將《電力電子應用技術(shù)》課程教學(xué)改為項目化教學(xué)。實(shí)際上項目化教學(xué)改革就是將專(zhuān)業(yè)基礎課程和專(zhuān)業(yè)課程的傳統教學(xué)內容轉變?yōu)楦髡n程對應的技能訓練項目,根據技能訓練項目的要求具體開(kāi)展教學(xué),以及考核學(xué)生的技能訓練效果,從而使得人才培養能力目標能夠實(shí)現,所以項目化教學(xué)成為當前大學(xué)教學(xué)改革的主要方向。我校電類(lèi)專(zhuān)業(yè)的《電力電子應用技術(shù)》教學(xué)的主要模式也有傳統的理論和實(shí)踐分開(kāi)講授模式改為項目化教學(xué)。項目化教學(xué)也成為很多專(zhuān)業(yè)課程教學(xué)模式改革的主要趨勢。
2《電力電子技術(shù)應用》項目化教學(xué)的優(yōu)勢
課程改革是保證高校教育人才培養目標的實(shí)現,提高教學(xué)質(zhì)量,達到職業(yè)技能資格要求的一種有效途徑。項目化教學(xué)是以實(shí)際工程項目為依托,項目?jì)热菔抢碚摻Y合實(shí)踐的集中體現!峨娏﹄娮討眉夹g(shù)》課程項目化教學(xué)的優(yōu)勢主要體現在以下幾個(gè)方面。
2.1注重培養學(xué)生學(xué)習的自主性
《電力電子應用技術(shù)》課程采用項目化教學(xué)后,每個(gè)項目中用動(dòng)畫(huà)體現內容的豐富性和趣味性,同時(shí)靈活多變的動(dòng)畫(huà)設計簡(jiǎn)化了理論內容,提高了學(xué)生的理解力,從而提高學(xué)生的學(xué)習興趣,增加其自主學(xué)習的意識,養成自主學(xué)習的習慣。采用靈活的教學(xué)方式,增加師生互動(dòng)性,增加角色的帶入性次數等等多種方式促進(jìn)學(xué)生學(xué)習的自主性。
2.2注重培養學(xué)生專(zhuān)業(yè)知識和實(shí)踐技能
專(zhuān)業(yè)實(shí)踐技能是在專(zhuān)業(yè)基礎知識熟練掌握的基礎上,通過(guò)強化專(zhuān)業(yè)技能訓練,提升實(shí)際操作能力而獲得的實(shí)踐技能。而項目化教學(xué)的項目本身就是一個(gè)產(chǎn)品或設備控制系統的完成過(guò)程,是集專(zhuān)業(yè)知識與實(shí)際技能于一體的綜合性教學(xué)內容。項目化教學(xué)從項目的信息整理、方案設計實(shí)施到最后的項目測試評價(jià)等,每一個(gè)環(huán)節的要求都是學(xué)生自主、教師輔助完成,所以完全可以通過(guò)具體項目的教學(xué)過(guò)程,達到培養學(xué)生專(zhuān)業(yè)知識牢固性與實(shí)踐技能的熟練性目標。
2.3注重培養學(xué)生項目知識與職業(yè)資格證的緊密結合性
項目化教學(xué)改革的'前提就是就業(yè)為導向,以職業(yè)能力培養為目標,所以項目化教學(xué)課程內容必然有與之對應的職業(yè)資格證必修內容。因此項目化教學(xué)可以提高職業(yè)職格證的通過(guò)率。我校項目化教學(xué)實(shí)施以來(lái)取得的成績(jì),電工證比例增加,高級、中級比較增加,興趣小組的比賽成績(jì)提高,學(xué)生的動(dòng)手能力增加提高了就業(yè)率,企業(yè)的畢業(yè)生滿(mǎn)意度提高,專(zhuān)升本升學(xué)率提高,自主創(chuàng )業(yè)成功率提高等等方面,都說(shuō)明了《電力電子技術(shù)應用》課程采用項目化教學(xué)既適應了教學(xué)改革的潮流,又達到了項目化教學(xué)的目的要求,實(shí)現了以職業(yè)能力培養為目的的素質(zhì)化教學(xué)目標。
3《電力電子技術(shù)應用》項目化教學(xué)的不足
3.1教學(xué)內容的簡(jiǎn)單項目式分化,與工程實(shí)際脫節
《電力電子技術(shù)應用》課改后雖然采用了項目化教學(xué)方式,但內容并沒(méi)有按照項目化教學(xué)的需求實(shí)行,而是簡(jiǎn)單的內容分化或內容實(shí)驗化。這一做法導致兩種結果,一是與現實(shí)工程實(shí)際項目脫節,并沒(méi)有把企業(yè)實(shí)際工程項目作為項目化教學(xué)內容,當然這些與實(shí)踐實(shí)訓基地不足的、與企業(yè)聯(lián)系欠缺等方面都有關(guān)系;二是簡(jiǎn)單的內容分僅僅把原理論內容簡(jiǎn)單的分到各個(gè)項目下,沒(méi)有嚴格的項目教學(xué)設計、論證、規劃,以及各項目之間的內在聯(lián)系,導致項目化教學(xué)的目標不能完全實(shí)現。例如:把原單相半波可控整流電路作為一個(gè)項目,項目下提出項目要求、項目?jì)热、電路原理、具體步驟、項目所需工具、仿真工具及結果。這些僅僅是把原單相半波可控整流電路的內容進(jìn)行了項目分解,并沒(méi)有實(shí)際的工程項目支撐,所以此類(lèi)項目化教學(xué)不可能實(shí)現項目化教學(xué)改革的目的,這是項目化教學(xué)效果不理想的原因之一。
3.2師資能力不足
項目化教學(xué)要求教師不但具有豐富的專(zhuān)業(yè)理論知識,也需要扎實(shí)的實(shí)踐操作技能,也就是需要做過(guò)實(shí)際工程項目的雙師型教師。這樣才能有效的指導學(xué)生完成項目的一體化過(guò)程,包括項目方案設計、前期準備、實(shí)施、效果鑒定等。目前,我系雙師型師資欠缺,依靠實(shí)驗老師和理論老師的協(xié)同作業(yè),難以很好的完成每個(gè)整體項目的教學(xué)目的。這也是造成項目化教學(xué)效果不夠理想的原因之一。
3.3教學(xué)安排與教學(xué)實(shí)施的矛盾
項目化教學(xué)需要一個(gè)彈性的教學(xué)安排,根據項目化教學(xué)實(shí)際實(shí)施過(guò)程中的要求,及時(shí)調整教學(xué)安排,但是目前的統一教條化的教學(xué)安排制約著(zhù)課程教學(xué)改革的步伐,使項目化教學(xué)在實(shí)施過(guò)程中困難重重。我!峨娏﹄娮蛹夹g(shù)應用》課程在項目化教學(xué)中遇到各部門(mén)間協(xié)調性差、審批手續麻煩、行政部門(mén)質(zhì)疑聲音多等。包括傳統的考核方式也是制約因素之一?傊,我!峨娏﹄娮蛹夹g(shù)應用》課程項目化教學(xué)的改革有實(shí)際成效,也存在許多待解決的問(wèn)題。無(wú)論改革過(guò)程中存在多少問(wèn)題,走出第一步最重要,也最困難。我們已經(jīng)走完了第一步,所以接下來(lái)的《電力電子技術(shù)應用》課程項目化教學(xué)路會(huì )越走越好,項目化教學(xué)的優(yōu)勢會(huì )越來(lái)越多,項目化教學(xué)效果會(huì )越來(lái)越好。
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