導語：如何才能寫好一篇電力電子技術主要內容，這就需要搜集整理更多的資料和文獻，歡迎閱讀由公文云整理的十篇范文，供你借鑒。

篇1

電力電子技術是使用電力電子器件對電能進行變換和控制的技術，是一門迅速發(fā)展的新興交叉學科?！半娏﹄娮蛹夹g基礎”課程是高等院校電類自動化、電氣工程及其自動化和工業(yè)電氣自動化等專業(yè)的重要的基礎課。目前，在全國高校中，普遍存在著該課程的課時較少、實驗教學環(huán)節(jié)薄弱等問題，以清華大學自動化系為例，課內學時僅為32學時，實驗教學6個學時。在有限的學時內，合理安排課堂教學和實驗教學內容、改進教學方法、配備良好實驗教學環(huán)境，對提高學生學習的興趣及掌握電力電子技術的基本內容、培養(yǎng)學生的理論聯系實際以及創(chuàng)新能力，提高教學效果都有著重要意義［1－4］。

1課堂教學的主要內容和方法

1．1課程特點和課堂教學的主要內容電力電子技術和信息技術發(fā)展迅猛，全控型器件及其脈寬調制（PWM）技術以其優(yōu)越特性，對電力電子技術的發(fā)展產生了深遠的影響。目前，在電力電子器件方面，國內的高等院校中，大多數采用以全控型器件為主要內容的課堂教學［5－8］。主要的教學內容有：電力MOSFET、IGBT、GTR、晶閘管和功率集成電路等電力電子半導體器件及相關器件或電路的特性、工作原理和使用方法；電路中強弱電接口、驅動和保護等措施；各種電能變換基本電路的工作原理、應用條件和分析方法；PWM技術、軟開關技術等控制方法。另外，增加了應用實例及分析，以及對實際工程方法和相關知識的介紹，因為后續(xù)的整流電路多以晶閘管整流電路為實例，其他教學內容中也不同程度地涉及到晶閘管，所以，關于半控型晶閘管器件的內容，我們安排了一定的學時。為提高教學效果和有利于學生學習，除主教材外，我們還編寫了“補充講義”，向學生提供了教學內容和要求、課程的知識單元與知識點、教學課件的使用說明、與教學內容有關的參考文獻和附錄等內容。課件的組織和編排盡量保證課程教學內容的完整性，根據教學內容給出了200多道課堂討論和思考題，根據以全控型器件及應用為主的教學特點，編寫了200多道作業(yè)練習題。其中，部分內容是為了擴充學生的知識面、便于自學和實際應用，給學有余力和有興趣的學生提供參考和實際應用的具體指導。

1．2結合自動化專業(yè)特點，探索新的教學方法（1）承上啟下，注重系統(tǒng)分析。電力電子技術分為電力電子器件制造技術和變流技術，從這兩個關鍵點出發(fā)，課程的基本目標是使學生熟悉各種電力電子器件的特性和使用方法，掌握各種電能變換基本電路的基本原理以及設計方法。為了突出自動化專業(yè)的特點、更加側重學以致用和理論結合實際，同時針對培養(yǎng)研究型人才的要求，我們引導、啟發(fā)學生從系統(tǒng)控制的角度考慮各種電力電子器件和電力電子電路的結構、工作原理、控制方法和參數計算方法等，這樣，既培養(yǎng)了學生將所學的“電路原理”、“模擬電子技術”、“數字電子技術”和“自動控制原理”等課程的知識融會貫通的能力，又提高了學生學習新知識的積極性，而且，為“電力拖動與運動控制”和“自動控制系統(tǒng)”等后續(xù)課程打好基礎。（2）培養(yǎng)學生實際工程的意識。課堂教學中，選取一些實際工程中典型的實例來分析，讓學生熟悉各種電力電子器件和變換電路的實際工程分析方法、應用范圍及技術經濟指標。因此，擴展了學生的視野，使學生了解電力電子領域的最新成就和技術動態(tài)，力求做到在有限的學時內，使學生盡可能多地了解電力電子技術的概況，多掌握一些基礎知識和基本技能，提高學習和鉆研的興趣。（3）以專題討論等方式鼓勵學生與教師互動。在課件里，根據教學內容給出了200多道課堂討論和思考題。為了更好地調動學生學習的積極性，讓學生積極參與到教學的各個環(huán)節(jié)中，我們安排了課堂的專題討論，讓學生提前在課外時間通過網上和圖書館查閱資料，自主設計方案，然后在課堂上由教師引導，就典型方案展開討論。學生的學習由被動變?yōu)橹鲃?，提高了綜合分析問題和創(chuàng)新的能力，學生普遍反映：“提高了我們查閱資料、利用學習資源的能力，也很大地提升了我們的自主學習性，這對我們以后的學習和研究的幫助都將是巨大的”，“激發(fā)了自己對于科研的興趣”，是“較全面檢驗自己所學基礎知識的機會，更讓自己對于今后的學習有了總體的認識”。

2實驗教學體系的創(chuàng)新

2．1實驗教學平臺的建設“電力電子技術基礎”是一門應用性很強的技術基礎課。清華大學自動化系歷來重視實驗教學，明確了實踐教學是創(chuàng)新人才培養(yǎng)過程中貫穿始終、不可缺少的重要組成部分，是培養(yǎng)學生理論聯系實際、提高專業(yè)業(yè)務水平的重要途徑［9－10］。根據學科發(fā)展的要求以及課程的實驗教學特點，我們研究了國內外同類實驗教學平臺的特點，對原有已較先進和實用的功能模塊進行了升級改造，或按照我們的教學理念重新進行了設計，建設了新型電力電子實驗教學平臺［11］。整套實驗平臺由實驗臺和不同的功能模塊組成。模塊按照功能可劃分為5個部分：電源部分、控制部分、功率部分、測量部分和負載部分。模塊化和集成化的設計，實現了“電力電子技術基礎”課程所需的從電路原理、控制器及被控對象到系統(tǒng)的多層次、多內容的實驗體系。整個實驗平臺結構緊湊，易于擴展，使用方便靈活，便于維護。主要特點如下：（1）覆蓋面廣。①滿足“電力電子技術基礎”、“電力拖動與運動控制”課程的基本教學實驗和“控制系列專題實驗”課程的部分實驗；②為自動化專業(yè)以及有關專業(yè)的本科生、研究生等學生提供一個綜合性實驗平臺；③同時也可為相關的科研項目提供實驗環(huán)境。（2）主要控制電路采用先進的主流技術。自主設計的驅動及控制單元以DSP為核心，設計了多種控制模式，具有多功能、全數字化的特點。該單元集調壓、調頻、斬波和正弦脈寬調制輸出等多種控制功能于一體，可以進行直流斬波、正弦逆變、倍頻逆變、開關電源和電機調速等多項實驗。（3）安全性、易觀測性和易操作性得到提高。充分注意強電實驗的特點，對絕緣和保護做了細致考慮；合理地配置了觀測點和測量儀器，以便于實驗中各物理量的安全和準確提取，方便了實驗驗證。

2．2實驗內容結合“電力電子技術基礎”課程的課堂教學內容以及課程特點，實驗教學內容應該包括電力電子器件工作原理、基本電力電子電路原理、典型電力電子系統(tǒng)應用等。從實驗類型來分，既有培養(yǎng)學生的基本實驗技能和鞏固及加強課堂教學內容的驗證型實驗，又有旨在培養(yǎng)學生的綜合能力、設計能力和實現能力的設計型、研究型實驗。實驗難易程度也是從低到高，學生的能力培養(yǎng)也體現了逐步、穩(wěn)步提高的過程。作為實驗技能訓練的基本要求，實驗內容中充實了基礎實驗即驗證型實驗———直流斬波電路實驗。基本要求是對典型斬波電路功能的驗證。同時增加研究型實驗的環(huán)節(jié)，要求學生通過改變電路參數、改變開關頻率以及改變負載的大小等方式觀測和分析電路工作性能和參數的變化，改變了以往驗證型實驗中有些學生機械性地照搬實驗步驟的現象，調動了學生自主學習的積極性。例如，波形失真、諧波分析和高頻噪聲等內容，在理論上比較難于理解，而通過實驗可以很直觀地對這些概念加深感性認識，收到了很好的效果。研究型實驗包括正弦波逆變電路實驗和開關電源實驗等。正弦波逆變電路實驗融合了逆變電路和PWM控制技術的核心內容。而開關電源采用交—直—交—直變換技術，是一種組合變流電路，包含整流、高頻逆變、隔離變壓和濾波等電路，體現出了電力電子技術及其課程教學的主要內容，對學生提煉電力電子技術課程教學的關鍵知識點有很大的幫助，這些研究型實驗對學生深入學習與理解電力電子技術有很大的作用。在實踐教學中融入數字控制技術和計算機控制技術，提高了系統(tǒng)的可擴展性［12］。對學有余力和有興趣的學生可以選作設計型實驗，如有源功率因數校正實驗和斬控式交流調壓電路實驗等。在原有實驗的基礎上增加了多項學生自主設計和動手的環(huán)節(jié)，充分滿足了學生自主實驗時的要求，鼓勵學生充分利用實驗室的條件，進行創(chuàng)造性的研究工作。

篇2

關鍵詞 電力電子技術；發(fā)展；應用

中圖分類號TM6 文獻標識碼A 文章編號 1674-6708（2013）97-0050-02

電力電子技術是電力電子領域中一門新興電子技術廣泛應用技術，電力電子技術是使用一些電力電子類器件進行適時電能控制及電能的變換類的技術。電力電子技術變換出的“電力”功率范圍很大，可達到GW級及以上，小到W級及以下，電力電子技術是主要用來電力的變換，近年來電力電子技術在實際生活中得到了廣泛應用，例如新能源發(fā)電、智能電網、電力牽引。

1電力電子技術的發(fā)展

電力電子學的發(fā)展歷程表明，電力電子方面某種新器件的問世，會對整個電力電子技術領域產生重要影響。1946年晶體管誕生之后，逐步形成了固體電子學，電力電子學受此影響逐步發(fā)展建立起來。電力電子技術相關裝置和器件的發(fā)展是相輔相成、互相促進的。裝置依賴于器件，新的器件出現能開拓許多新的應用領域，做出新的裝置；應用中出現的問題又對器件提出新的要求，推動新器件的研制。例如，只有半控型器件時，它用于整流比較成熟，所制作的整流器性能良好，但用于逆變器便帶來技術上的復雜和體積龐大、成本昂貴等問題，而當自關斷型器件出現后，這些問題就比較容易解決。而且新的電力電子器件和變換技術仍在不斷出現，它們的應用領域也日益廣泛。

2電力電子技術的重要作用

電力電子技術在國民經濟和科學技術的發(fā)展中正在并將要發(fā)揮越來越重要的作用。

2.1提高和改善電能質量

在現代文明社會中電力是主要的動力源。由電廠發(fā)出送上電網的交流電(稱為市電)一般電壓和頻率穩(wěn)定波形為正弦，但用戶使用的設備常使電網無功損耗增加；加上一些自然和人為因素，常招致電壓跌落閃變、瞬時停電等，大量非線性故障負載的使用，使電網中出現各次有害的諧波波形，使電網發(fā)生嚴重畸變，已成為電網的一種公害，而采用由電力電子器件構成的各種控制器和補償器則可有效地提高和改善電能質量。近年致力研究的柔流輸電系統(tǒng)就是為了實現這一目標。至于建造經濟性和技術性均優(yōu)越的直流輸電，將交流變?yōu)橹绷鬟h距離輸送再變換為交流市電，更是離不開電力電子技術。

2.2優(yōu)化電能使用

優(yōu)化電能的處理裝置，力求電能的使用目標達到合理、高效、節(jié)約，實現電能最佳化發(fā)展。例如，在節(jié)電節(jié)能方面，針對電力牽引、風機水泵、軋機冶煉、工業(yè)窯爐、輕工造紙、感應加熱、化工電焊等方面的調查，一般情況下節(jié)能效果可以達到10％～40％，國家已將許多節(jié)能節(jié)電的項目推廣試用。例如作為與物質生產息息相關、以功率處理為對象的電力電子技術正成為緩解人類所面臨的能源危機、資源危機和環(huán)境危機威脅的重要技術手段之一。

2.3改造傳統(tǒng)產業(yè)和發(fā)展機電一體化等新興產業(yè)

特別是電力電子變頻技術及高頻化技術的進一步發(fā)展，使機電設備將傳統(tǒng)的工頻技術突破，轉向高頻化發(fā)展。使機電設備體積減小了幾倍甚至幾十倍，趨向高速化響應速度，并實現無噪音方向發(fā)展，從而實現最佳工作效率，提高了全新的用途及功能。

3電力電子技術在現實中的應用

3.1新能源發(fā)電

地球上的石油及煤炭儲量不斷在減少，環(huán)境污染在加劇，因此生態(tài)平衡的發(fā)展受到破壞。為了進一步緩解生態(tài)平衡的局面，當今的各國對新能源的使用引起重視。目前新能源發(fā)電方式不一，例如，風能發(fā)電、海水發(fā)電、潮汐發(fā)電、太陽能發(fā)電地熱能發(fā)電、核聚變能發(fā)電等等。其中，太陽能光伏發(fā)電在上海世博會的開展上已得到投入使用，效果良好。此技術是目前我國規(guī)模最大、電力電子光伏型發(fā)電項目，同時也是世博會歷史上發(fā)電技術中太陽能發(fā)電的最大規(guī)模投入應用。

3.2智能電網

智能電網，即是電網智能化，是建立在高速雙向集成通信的網絡基礎上，經過領先的傳感測量技術、操控方法及領先的系統(tǒng)決策技術的運用，可實現電網的經濟、可靠、高效、安全性的發(fā)展方向。從實際層面來看，當今的智能電網雖比以前的更安全高效，但智能化程度并沒有進一步的提高，因此智能電網仍是當前發(fā)展的必然趨勢。智能電表是智能電網體系中的核心部分，依附于智能電表，電力行業(yè)相關部門可以了解到所有時間用戶使用電能多少的具體情況。方便于電力機構根據居民的用電量來制定差異化的電費定價，協(xié)助用戶優(yōu)化電費開銷及整體電能消耗。當今的智能化電網技術處于快速發(fā)展的階段，其中風能發(fā)電、太陽能發(fā)電是智能化電網發(fā)電的重要組成部分。

3.3電力牽引

電力牽引是利用電能驅動動力為基礎的軌道牽引技術。電力牽引電能來源由電力系統(tǒng)、發(fā)電廠等來提供，整個流程為：變電所電力系統(tǒng)發(fā)電、逐級降壓、直流電變頻為交流電、接觸網等電力電子技術供電于電力機車組。能量轉化過程為：電能（電力機車、動車牽引電動機等設備)轉換成為機械能，驅動電動車組、城市軌道組、交通電動車輛組的正常運行。實現電力牽引主要由電源、牽引變電所、動車組等環(huán)節(jié)構成的電力系統(tǒng)來完成。

電力牽引需要增加供電系統(tǒng)裝置系統(tǒng)，這是電力牽引的一個缺點，電力電子技術的電力牽引，其一次性的投資費用高于其它的動力牽引的投資費用。除此之外，電動機車的電力整流裝置在供電線路上會產生負電流及不同頻率的諧波，這對電電子電力系統(tǒng)的安全運行方面有一定的影響。諧波的存在及高電壓接觸面網及電力系統(tǒng)的回流網絡信息不對稱，將對最接行的電力系統(tǒng)、線路產生不同諧波的干擾信息，進而有可能導致通信的質量和人身安全方面的影響。因此，電力電子技術在今后發(fā)展過程中，應優(yōu)先考慮運用先進的技術手段來扼殺電力電子牽引技術方面的缺點，使電力電子牽引技術趨向合理化發(fā)展。

總之，隨著科技的發(fā)展。電力電子技術的現實應用越來越廣泛，電力電子技術的生態(tài)平衡及環(huán)境上的問題和電力能源危機方面具有獨特的特點，發(fā)揮著重要的作用，并且其運用潛力是無限大的。

篇3

關鍵詞：電力電子；電力特色；信息類專業(yè)

作者簡介：唐忠（1964-），男，湖南武岡人，上海電力學院計算機學院，教授；江友華（1974-），男，江西南城人，上海電力學院計算機學院，副教授。（上海200090）

基金項目：本文系上海電力學院重點教改項目（項目編號：20111309、20111311）的研究成果。

中圖分類號：G642.0     文獻標識碼：A     文章編號：1007-0079（2012）06-0070-02

電力電子技術就是使用電力電子器件（如晶閘管，GTO，IGBT等）對電能進行變換和控制的技術，是一門應用于電力領域的電子技術[1]，也是電氣工程及其自動化專業(yè)的專業(yè)基礎課，更是上海電力學院培養(yǎng)學生具備電力特色的一門專業(yè)課程。電力電子技術如今已發(fā)展成了一門橫跨電子、電力和控制三個領域的新型工程技術科學，該課程以其電路圖多、波形圖多、波形圖復雜、實踐性強等特點，給其教學提出了一定的挑戰(zhàn)，尤其對于信息類專業(yè)學生，其自身電力知識體系不是很完整，去深入理解拓撲變換、器件開關物理狀態(tài)、換流方式比較吃力，從而使信息類專業(yè)學生學習這門課程沒有自信心，最終失去興趣，使得教學效果不是很理想[2-3]。因此，在這種情況下既要培養(yǎng)出電力特色的信息類專業(yè)應用型電力電子技術人才，又只能利用有限的課時進行教學，就必須對傳統(tǒng)的“電力電子技術”課程教學進行改革，即結合學生認知的實際和教學大綱對不同專業(yè)學生的要求，選擇與之相適應的教學內容和教學難度，使不同學生對電力電子技術的認識都有一個提高，都能知道電力電子技術介紹的主要內容，但知道的細節(jié)和深度不同。如電氣工程及其自動化專業(yè)學生需要熟悉電力電子拓撲變換、換流方式及原理、公式推導等知識，而對于信息類專業(yè)學生可以要求其不進行復雜的公式推導和知識的深入討論、研究，只需知道結論和應用即可。

一、上海電力學院信息類專業(yè)人才電力特色培養(yǎng)要求

上海電力學院是一所電力特色明顯的電力高校，被譽為電力工程師的搖籃。作為具有電力行業(yè)背景的高校，計算機與信息工程學院的信息類專業(yè)堅持“行業(yè)為背景、注重實踐、培養(yǎng)能力”的培養(yǎng)理念，以“信息與電力結合，以信息為本，電力應用”為特色。圖1顯示了上海電力學院培養(yǎng)方案中電力知識相關課程的設置分布。

通過這一特色培養(yǎng)計劃，上海電力學院信息類專業(yè)學生除了掌握信息領域中電子技術、計算機技術、信息技術、自動化技術等，還掌握了電工學科中關于電的生產、傳輸、變換、使用等內容，因而真正將“信息與電力結合，信息為本，電力應用”。而電力電子方面的知識是這一特色培養(yǎng)計劃及其知識結構不可或缺的組成部分。開設電力電子課程時，同時又要根據信息類專業(yè)內涵及培養(yǎng)結構體系，著眼點在控制，授課重點在于電力電子器件及電能變換的控制、信號的檢測、保護與數據處理等，主電路變換及拓撲、器件選型等強電知識作為熟悉、了解內容，知道的細節(jié)和深度不需要如電氣工程及其自動化專業(yè)學生那樣，這樣學生將有更多精力投入到其自身專業(yè)背景與知識點，而不必糾結于強電中的功率流換相等復雜的拓撲分析中，從而弱化這門課程的難度，學生會更加有信心學好這門課程，既熟悉了電力相關知識及背景，又加深了信息類控制技術的應用。

二、信息類專業(yè)“電力電子技術”課程人才培養(yǎng)方法探討

信息類專業(yè)重點在于弱電及控制，在學習電力電子專業(yè)課程時，應該回歸本位，把學習重點放在弱電及控制原理，把難于理解及復雜的強電拓撲進行弱化，通過給學生講解電能變換原理，然后讓學生利用所學“DSP原理”課程知識進行編程，產生出電能變換中所需要的脈沖，至于實際的強電變換結果則通過PSIM軟件進行仿真。

1.利用多媒體課件生動、直觀地展示電力電子拓撲及原理

近年來，多媒體教學逐漸代替了板書成為主流課堂教學手段，有效地利用多媒體手段展示不同電力電子器件開關狀態(tài)下電路拓撲結構，可將枯燥的分析變得生動[4]。如在講解晶閘管整流電路時，對于信息類專業(yè)學生，重點不在于每個拓撲電路電流分析，而在于其不同觸發(fā)角所對應的直流電壓，觸發(fā)脈沖如何產生等。圖2所示課件中，點擊顯示波形，電壓和電流波形將動態(tài)地顯示出來。電路電流和波形顯示結合起來，有助于學生掌握觸發(fā)角、移相范圍等概念，同時也有助于學生更好地分析和掌握電路。

2.利用PSIM電力專用仿真軟件加強信息類專業(yè)學生培養(yǎng)內涵

利用多媒體方式的課題教學只能授予學生理論知識，無法提高學生的工程實驗能力和創(chuàng)新能力，這樣的教學模式也無法培養(yǎng)出滿足市場需求的高素質創(chuàng)新型人才。尤其對于“電力電子技術”這門課，其綜合性、應用性和實踐性都很強，要想讓學生真正學好這門課，有必要給學生提供自己動手進行實踐的軟件和硬件環(huán)境，激發(fā)學生的主觀能動性，使他們利用現有條件，在“電力電子技術”課程的實踐學習中，提高自己綜合分析和解決工程實際問題的能力，提高自己的創(chuàng)新能力和就業(yè)競爭力，滿足人才市場日漸增長的需求。因此，必須要增加大量的實踐、實訓教學環(huán)節(jié)。

但是電力電子技術實驗所涉及的都是功率器件、三相電源、示波器等。這些設備費用高、實驗所花時間太長，且危險性大。利用PSIM電力專用模擬工具代替實際元件在計算機上進行仿真，既不擔心元器件損壞，也沒有任何危險，具有直觀易懂、改變參數容易、精度高和重復性好等特點，學生完全可以在無人指導的情況下，在計算機上自行完成電力電子線路仿真實驗[5]。更為重要的是，對于信息類專業(yè)學生，不用去分析主電路變換及拓撲、器件選型等強電知識，只需要從庫模型中直接拖出，使其不必糾結于強電中的功率流換相等復雜的拓撲分析中，把學習重點放在弱電及控制原理，有利于對所學理論有深刻的理解，而且新的思路和想法可以立即通過仿真加以驗證，可促進學生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。這樣激發(fā)了學生的學習興趣，提高了學生發(fā)現問題、解決問題和實際動手的能力，起到事半功倍的實際效果。比如在講解電能變換中的逆變器章節(jié)，信息類專業(yè)學生只需要了解主電路工作原理，重點在于逆變器的控制及SVPWM信號的產生，如果通過設計實際控制電路來完成，效果不佳。因為所用時間比較長，且學生水平及經費受限，因此可以利用PSIM仿真軟件來建立SVPWM模型，如圖3所示，其為SVPWM波的產生模型。

3.實際效果分析

通過采用新的教學方法及手段，信息類專業(yè)學生在學習“電力電子技術”課程后，其理解深度及體會均得到提高，具體實際效果可從表1對照看出。通過改進教學方式，學生對“電力電子技術”課程內容理解力加強，表現在作業(yè)的正確率得到提高；做實驗時，實驗設備損壞率降低，其主要原因是學生在做實際實驗時，先通過PSIM軟件進行模型搭建，并分析其各點波形，理論通過后，才允許進入實際實驗室進行真實物理模型實驗，這樣學生在做實驗前就已經對實際實驗有所了解，設備損壞也就減少，同時其建模速度也得到提高。

三、結論

電力電子技術是對電能進行變換和控制的技術，是電力學院培養(yǎng)學生具備電力特色的一門專業(yè)課程?？梢园阉闯墒侨蹼娍刂茝婋姷募夹g，是弱電和強電之間的接口。計算機與信息工程學院屬于信息學科，側重于弱電及控制，因此授課重點在于電力電子器件及電能變換的控制、信號的檢測、保護與數據處理等，主電路變換及拓撲、器件選型等強電知識作為熟悉、了解內容，這樣學生將有更多精力投入到其自身專業(yè)背景與知識點，而不必糾結于強電中的功率流換相等復雜的拓撲分析中，從而弱化這門課程的難度，學生會更加有信心學好這門課程，既熟悉了電力相關知識及背景，又加強了對信息類控制技術的應用。

參考文獻：

[1]王兆安.電力電子技術(第四版)[M].北京:機械工業(yè)出版杜,2008.

[2]梁永春,閆彩紅.“電力電子技術”課程立體化教學方式探索[J].中國電力教育,2010,(31):63-64.

[3]陳新河,楊漢生,魯業(yè)頻.實用型電力電子技術教學[J].巢湖學院學報,2010,(6):140-144．

篇4

【關鍵詞】 教學設計；電力電子技術； 教學效果

【中國分類號】G640【文獻標識碼】B

作者簡介：劉福鑫（1979-），男，南京航空航天大學自動化學院副教授，主要從事電力電子、電氣工程方面的教學和科研工作。

1 引言

電力電子技術是一門橫跨電子、電力和控制三個領域的新型工程技術學科，對培養(yǎng)高水平應用型電氣工程和自動化專業(yè)人才起著非常重要的作用。本文將結合我校電力電子技術課程的教學研究與實踐，對于研究性大學中本科階段的電力電子技術課程進行系統(tǒng)的教學設計。

針對教學設計的概念，歸納起來主要有以下幾種觀點。以美國加涅為代表的學者提出教學設計過程說[1]，他認為教學設計就是規(guī)劃教學系統(tǒng)的過程，該過程包括分析教學目標、尋求優(yōu)良的教學方法、合理配置教學資源、精心設計教學規(guī)程以及評價學生學習結果等若干內容。一部分學者認為教學設計是研究教學目標、制定決策計劃的教育技術學科[2]。還有部分學者采用程序的概念來解釋教學設計過程，他們提出教學設計是在研究教學問題和需求的基礎上，確立解決教學的方法和步驟，并對教學結果做出評價的整個過程及程序規(guī)則[3]。

在總結上述學者對教學設計分析、歸納和概括的基礎上，結合作者多年電力電子教學經驗，本文根據教學設計概念和具體電力電子教學特點，深入探討良好的教學設計對教學效果的作用和影響。

2 教學設計主要作用

1） 教學設計可以幫助教師系統(tǒng)化地設計教學要素

教學設計中所涉及的教學要素主要包括教學內容、教學媒體、教師和學生等，這些要素之間的關系如圖1所示，即教學設計中的教師和學生是兩個中心點，教學最終目的是將教師頭腦中的知識傳授給學生，而教學設計則是為了提高這種教學傳授的效果所進行的課程教學設計和課堂教學設計過程。針對電力電子教學特點，作者對教學設計的4個主要要素進行了相關設計，主要內容如下：

a. 教師

建設青年教師為主、中年教師為輔的課程教學團隊，充分發(fā)揮教授的示范帶頭作用，重點加強青年教師培養(yǎng)，努力提高青年教師的業(yè)務水平，特別是對教齡1-4年的青年教師，制訂詳盡的成長方案和發(fā)展計劃，使優(yōu)秀的青年教師能脫穎而出，盡快成為教學業(yè)務中的骨干。

圖1 教學要素間的關系

b. 教學媒體

多種教學媒體綜合運用。在設計教學課件時可盡量引入實時動畫以模擬各種電力電子變換電路的工作原理，課件要做到直觀性強，表現手法簡單明了，圖文并茂。同時采用視頻、仿真軟件等輔助媒體工具開展教學，對性能各異的教學媒體進行優(yōu)化組合，使其在教學過程中交互應用，揚長避短。

c. 教學內容

根據電力電子教學特點，作者設計了如圖2所示的教學內容。其中將基礎知識和最新進展結合起來對電力電子技術進行延續(xù)性的介紹。在講授電力電子基礎知識時結合點、面廣泛卻又不乏側重點地講解電氣技術專業(yè)知識。在全面介紹電力變換技術的基礎上，重點講解不同電力半導體器件所構成的各種典型功率變換電路，讓學生熟練掌握各種電路的構成和工作原理，計算元器件參數并合理選擇元器件，并最終達到運用課堂所學知識進行相關設計目的。

圖2 電力電子技術教學內容組成

d. 學生

在教學設計中加入以班級或者項目小組為單位的群體學習內容。給群體一個題目，以群體的形式布置任務、查找資料、討論問題，通過群體的協(xié)作討論出解決方案。

2） 良好的教學設計可以提高課堂教學質量

良好的教學設計通過分析、設計、組織和優(yōu)化課堂教學內容從而達到最大限度發(fā)揮課堂教學效果的目的。精心設計的教學過程不僅可以將更多更好的教學內容展現給學生，培養(yǎng)學生的學習興趣和學習能力，而且有助于節(jié)省學生的學習時間，減輕學生的學習負擔，達到更好的學習效果。課堂教學實踐證明，經過教學設計后的教學效果明顯優(yōu)于未經過教學設計前，學生能夠快速了解該課程需要學習的相關內容以及本節(jié)課需要解決的重點問題，不僅可以提高教師“教”的教學質量，也能明顯地提高學生“學”的質量。

3） 良好的教學設計可以更好地調動學生的學習積極性

良好的教學設計可以幫助教師充分地發(fā)揮其角色作用，從而更好地調動學生學習積極性。作者在電力電子教學中以“學”為中心，以成就動機為驅動進行引導學生自主學習的教學設計。將教學內容與生活實際緊密結合，讓學生發(fā)現電力電子技術在日常生活中的廣泛應用，并指導學生采用課堂知識解釋日常應用中的現象，引導學生主動思考并探索電力電子技術的發(fā)展，達到激發(fā)學生學習興趣和積極性的目的。

3 教學設計對教學過程的影響

教學設計的目的是為了達到更好的“教”與“學”的雙重效果而合理配置教學資源、精心設計教學程序等的過程，其內容可以概括為確定教學目標、選擇教學策略和教學方法、評價教學效果等方面。這些內容對課堂教學過程會產生一定的影響，而一個良好的教學設計應該影響到課堂教學的以下幾個方面。

1） 引起學生注意并激活原有知識

在進行教學設計時，教師除了應該對教學相關要素進行分析外，還要注意一些教學關鍵環(huán)節(jié)的設計，這些關鍵環(huán)節(jié)包括導入階段、授課過程中課堂氛圍的控制等。作者在電力電子教學中采用在課堂開始階段提問的方式讓學生回憶已經學習的知識，或者是引出這堂課需要講解的內容。例如向學生詢問他們認為電力電子技術在我們的日常生活中的體現，使學生了解電力電子技術的發(fā)展現狀及電力電子技術在國民經濟中的重要作用，這樣不僅能擴大學生的視野，而且進一步增加他們對電力電子技術的理解。

2） 幫助學生學習新內容

作者采用互動教學法與問題教學法相結合來幫助學生學習新的內容。在課堂上，教師不能僅僅以一個講授者的身份出現，而是應該以知識引領者的身份出現。這就要求在教學過程中互動不僅體現在學生與學生之間，或者是教師與學生之間，而且應該體現在教學參與者與實際行動上的接觸與交往。具體而言，即在教師的指導下，讓學生積極地參與資料查找、材料分析與調查研究，并在此基礎上自己嘗試從中溫習舊的知識，學習新的知識。

3） 幫助學生練習所學知識

為了在教學課時有限的情況下達到滿意的教學效果，作者采用了多種手段來幫助學生練習在課堂上所學到的電力電子知識。經常采用的方式之一是將習題和例題的講解穿課堂中。通常作者會在每一基本概念知識點后插入一兩道典型例題，在每章結束后插入綜合應用題或者實際工程問題，通過這樣的方式來促進學生即刻思考和復習所學的知識。有些時候作者還會采用通過問題解決進行知識練習的方式，即針對某些概念進行探索研究活動，這種情況下需要學生圍繞問題情境進行一系列的知識練習過程。

4 評估教學效果的作用

教學的最后一個環(huán)節(jié)就是評價，即對教師教學的驗收階段。在進行教學設計時同樣應重視這一環(huán)節(jié)。教師做好教學評價設計，既是檢驗自己教學水平的表現，也是對學生負責任的表現。

1） 通過評估了解學生的學習結果

本文采用的了解學生學習結果的評估方式是，在重要的課題內容階段性結束后進行課題口頭提問式的考核，或者是隨堂抽查若干個同學觀察他們的知識吸收情況，有時候還布置一些課后題目，或者通過專門的答疑時間和練習課發(fā)現學生學習中存在的問題。這樣可以隨時把握學生的動態(tài)，也了解自己的教學還有哪些疏漏，繼續(xù)保持良好的教學方法和內容，及時修正有欠缺的部分。

2） 通過評估強化教師職責

作者所在的高校采用的教學評價是從學生的角度出發(fā)，讓學生參與評教。通過給任課老師各方面的數量化評價來反饋學生對教師的意見。同時從學校管理部門來說，教學院長經常督促每位老師的教學，并且教學督導組也定期抽查老師的課堂效果。這樣通過雙重的檢驗來增強教師的教學責任感，并促進教學的發(fā)展。

5 結語

良好的教學設計是提高教學質量、改善教學效果的有力保證。本文結合電力電子技術課程特點和作者多年教學經驗，詳細闡述了教學設計對電力電子教學效果的作用和影響，研究結果和評估結果表明，經過系統(tǒng)化的教學設計，可有效激發(fā)學生的學習興趣，強化相關知識的理解和掌握，達到更好的“教”與“學”的雙重效果。

參考文獻

[1] 盛群力，李志強. 現代教學設計論[M]. 杭州：浙江教育出版社，1998.

篇5

提出用戶用電技術這一概念的是來自美國的N.G.Hingorani博士。其主要內容是：將大功率的電力電子技術與配電自動化技術相結合，以用戶對電能質量以及電力可靠性要求為基礎依據，為用戶配置所需要的電力。其目的是，通過這種技術使用戶供電可靠性進一步增強達到不斷電，并對電壓進行嚴格的調整。該技術的核心是可以對供應電力進行嚴格的控制及變換，并能達到用戶對電力安全、經濟并可靠的要求。要想完成這種控制和變換，關鍵是研制出具有特色的電力電子器件并有效的控制電路。

2.我國電力工業(yè)面臨的挑戰(zhàn)

2.1電力供需矛盾難以緩解：眾所周知，一個國家的人均GDP是與人均能耗緊密相關的。因此，我國想要在下世紀中期成為發(fā)達國家的愿望，也必須依靠人均GDP的提高來實現，而人均用電量和用電水平的增加也是必然的。我國的人口增長速度與現代化進程都使我國對電力需求不斷增大。按照設計規(guī)劃，在2050年的我國發(fā)電裝機應該超過15千瓦，也就是相當于比目前我國現有的裝機凈增13億千瓦以上，但是按照目前我國的電力模式來看，要達到這個目標是完全不可能的，因此必須要探求新的發(fā)展途徑。

2.2有限資源的制約日趨嚴重：我國已在去年成為石油進口國，不能單指望石油發(fā)電。而水電可發(fā)容量還達不到3、7億千瓦，根本無法滿足當下用戶的基本供電需求。因此在很長一段時間內，煤炭還是我國主要的一次能源。但燃煤生產所造成的環(huán)境污染相當嚴重且處理起來困難，同時，我國煤炭資源也在日益減少，這一現象也是制約電力發(fā)展的一大因素。

2.3用戶對電網的可靠性和電能質量要求不斷提高：隨著社會的進步，人們生活水平不斷的提高，對電力供應的可靠性及電能質量的要求越來越高。盡管近些年的現代電網的設計和運用技術都得到了較大的發(fā)展，但依然無法完全避免各種電網瓦解、癱瘓事故的發(fā)生。例如1996年美國西部的大停電事件及馬來西亞全國大停電事件都對該國家?guī)砹藰O大的不便且造成了巨大的經濟損失。因此為了滿足用戶的要求，一定要增加輸電和配電系統(tǒng)的可靠性。

3.用戶電力的主要技術

3.1用戶配電系統(tǒng)的測試與評估技術：該技術的主要內容有以下四點：

3.1.1對網絡進行阻抗，對各母線的短路電流及短路容量進行計算。

3.1.2對各供電節(jié)點、供電電壓質量限值，各個用電負荷對供電系統(tǒng)的干擾限值計算。

3.1.3對供電設備進行電磁兼容、電杰運行、安全運行測試評估。

3.1.4為用戶電力技術問題提供解決方案。

3.2電能質量控制技術：該技術主要是通過電壓源或者電流逆變器，來控制配電系統(tǒng)的傳輸能力及供電質量，并由此來提高供電質量并使其到達一個全新的水平。

3.3固態(tài)開關技術：電力技術的不斷發(fā)展使配電系統(tǒng)的容量日益增大，因此對開關的開斷能力也有了更好的要求，而我國現有的機械開關明顯難以滿足以上需求。因此，擁有卓越能力的固態(tài)斷路器備受關注。目前美國已有公司研制出了這種固態(tài)開關并且將它應用到了變電站中。

4.用戶電力技術的未來發(fā)展前景

4.1動態(tài)的電能質量調節(jié)技術：該技術主要是在電壓源或是電流源型逆變器的基礎上，控制配電系統(tǒng)的傳輸能力以及電能質量的速度，這一技術能夠使供電質量的水平得到有效的提高，并且能使電力工業(yè)成功的實現市場化。這項技術主要包括了串聯式的用來補償電壓跌落、不間斷供應電源內容。

4.2超導儲能以及其能力變換技術：現有的各種新能源的開發(fā)和運用，大多數都需要經過電力電子裝置等設備將其的非同步電能轉換為同步三相交流電能。超導儲能也就是SMES，是一種較為特殊的新型能源，具有諸多的優(yōu)點，如將其用于電力電子的能量變換技術中，一定會對其他的新能源起到重要的借鑒意義。SMES具有轉換效率快且高、儲存能密度大、可四象限運行、吐量大等特點，十分適合幫助電力系統(tǒng)進行功率調節(jié)，特別是在那種能源分布不均衡的地區(qū)，SMES技術的運用能大大改善當了的電力電子技術中存在的問題。

4.3固態(tài)斷路器：固態(tài)電路器的研發(fā)對現在我國的電力電子也有非常重要的意義，它能滿足當代用戶對供電質量的要求，早日將這種技術用于實際，我國的電力電子業(yè)中存在的問題也會大有改善。

5.總結：

篇6

傳統(tǒng)教學存在的問題分析

電力電子技術作為工程技術需要有一定量的實驗和實踐環(huán)節(jié)才能保障學習效果。但在傳統(tǒng)的“電力電子技術”課程實驗項目中，基礎性和簡單驗證性實驗較多，不能很好地與當前的工程實際應用相聯系，致使許多新技術、新方法無法通過實驗來直觀的體驗。而且電力電子實驗設備的常用形式為基于掛件結構的實驗臺和實驗箱，基本上與實驗內容相關的重要元器件、電路和系統(tǒng)都被封閉于內。實驗過程中，學生們無法看到功率元器件、配件及電子儀表的外觀和關鍵連線。學生依照原理圖機械地連接主電路、記錄實驗數據和波形，即使不了解電路的工作原理，也能較順利地完成實驗。因此，無法發(fā)揮學生的主觀能動性，沒有探索學習的動力，鍛煉創(chuàng)新思維和動手能力的教學內容和平臺也不足。

課程教學改革措施

作為地方綜合性高校，南通大學的電氣工程及其自動化專業(yè)的定位是培養(yǎng)應用型工程技術人才，為區(qū)域經濟發(fā)展提供智力支撐和人才支持。因此，本課程作為電氣工程及其自動化專業(yè)的主干專業(yè)課程之一，其教學目標的確立需結合本區(qū)域的產業(yè)分布與發(fā)展特點，同時又緊緊圍繞本專業(yè)的學科方向。形成了以幫助學生從裝置和系統(tǒng)角度理解和掌握電力電子技術，培養(yǎng)理論與實踐能力兼具的創(chuàng)新型電力電子應用技術人才為目的，以新能源、運動控制、電源技術、柔流輸配電等應用領域為背景，以講授電力電子技術在實際工程應用中所需要處理的相關問題為主要內容的課程教學思路和培養(yǎng)目標。

根據培養(yǎng)目標，在學院學科特色和現有教學資源的基礎上，對課程體系和內容進行了合理調整。舍棄了傳統(tǒng)的以大篇幅晶閘管半控器件分析為主線的教學內容體系，建立了“以基于全控器件的實際應用為主線，以電力電子主拓撲電路結合系統(tǒng)級的自動控制原理及其實現電路分析為主要技術內容，培養(yǎng)學生從整體的角度認識和設計電力電子電路的能力”的課程教學體系。整合后的教學內容由三部分組成：功率器件、典型電路、應用及其系統(tǒng)。功率器件是基礎，重點講授開關全控器件及其驅動電路；典型電路是主體，重點講授基于全控器件的直直、逆變和整流三種變換電路及其控制機理；應用及其系統(tǒng)是提升，重點講授電力電子在新能源發(fā)電、運動控制、電源和柔流輸配電技術中的應用原理及其典型系統(tǒng)設計案例。三者層次明晰，但學時又有所側重。即前兩部分作為前續(xù)“電力電子技術”課程內容的回顧與拓展，講授學時占總理論學時的近一半，第三部分作為工程應用與系統(tǒng)提升的重要部分，需著重講授，以逐次勾勒出一個電力電子技術及其工程應用的整體全貌。在教學內容的組織與講授中，凝煉理論教學的內容，在原理的講授中注意培養(yǎng)學生面向工程的意識和思維，并及時動態(tài)地將教學團隊獲得的最新科研成果以及科研項目的最新進展融合到相關的課程內容中去，讓學生接受到來自科研和工程研發(fā)第一線的新知識、新技術。另外，針對基于電力電子技術應用的電氣工程及其自動化專業(yè)發(fā)展的趨勢和前沿內容，以及課程中被壓縮掉或被取消的專業(yè)知識，設置為系列課外專題講座，聘請對專題內容有深入研究和獨特造詣的教師及企業(yè)的科技人員講授，以開拓學生的知識面、培養(yǎng)學生理論聯系實際的思維及能力。

課內實驗是在課堂教學的基礎上，鞏固理論知識，培養(yǎng)動手能力和初步設計技能，增強解決問題和分析問題的能力的必要教學一環(huán)。為了突出課程的工程實用性，采取了優(yōu)選驗證性實驗，增加了設計型和綜合型實驗項目的課內實驗設置方法。注重電路的工作機理分析與工程實際問題是驗證性實驗項目的選擇標準。優(yōu)選的該類實驗項目包括：常用PWM控制器件及特性、不控整流的諧波與抑制、SPWM/SVPWM/方波PWM逆變策略的實現電路及特性等。注重工程實用性是設計型和綜合型實驗項目的選擇標準。我們要求學生們對該類型的實驗項目遵循“理論設計計算—>計算機仿真驗證—>硬件實驗電路測試—>波形數據分析總結”的順序開展路線，以強化學生對知識點的掌握和實驗內容的理解，并促進學生形成理論聯系實際的科學實驗作風。增設的實驗項目包括：各型升/降壓直直變換器設計、有源功率因數校正器設計、諧振軟開關設計、三相高頻PWM整流器設計，以及他們的復合系統(tǒng)設計等。課內實驗項目設置為必修和開放式的選修兩類，以彌補實驗授課學時不足的矛盾，同時采取“案例講解法”、“實物演示法”等不同的教學方法，在實驗課上認真講解實驗內容、步驟和注意事項，以激發(fā)學生興趣，調動其積極性。此外，應改革課內實驗成績的評定方式，突出對實驗過程的考核，鼓勵探索性的設計型實驗。具體措施包括增加課內實驗在課程總成績中的權重，增加實驗預習報告、實驗操作測評、實驗過程問辯三方面的成績考核項等，通過確立科學合理的考核方法，調動學生自主學習的積極性，形成務實的學習風氣。

課程設計是對學生工程設計和應用能力、創(chuàng)新意識和創(chuàng)新精神培養(yǎng)的重要環(huán)節(jié)，其課時安排在全部理論課程講授完畢后進行。該實踐環(huán)節(jié)依托于以現代電力電子技術與運動控制實驗室為主體，以工程訓練中心、控制電機、虛擬儀器、風力發(fā)電動模實驗室等其他專業(yè)實驗室為輔助的課程設計開放式創(chuàng)新訓練實驗平臺。[3，4]課程設計內容以學生熟悉并感興趣的熱點工程為背景，從南通大學電氣工程學院專業(yè)與學科特色以及科研項目中，提煉出其中典型的技術問題，設計出合理的課程設計項目?？蛇x的背景包括：風力發(fā)電、光伏發(fā)電、精密電機伺服驅動、電力無功與諧波控制、磁懸浮控制、特種電源等。其中的典型技術問題包括：整流、正弦逆變、直直變換、Delta逆變、閉環(huán)自動控制、檢測技術等。針對少部分優(yōu)秀學生采用“導師制”的課程設計教學方法，通過細致的指導，緊密的設計過程跟蹤，來進一步提高課程設計質量，并促進這部分學生研究性論文、專利、小制作等方面成果的形成。針對大部分學生采用“項目驅動教學法”的課程設計教學方法。學生以小組為單位，在選題庫中自由選題，利用書刊、網絡查找相關資料，自主形成完成項目的各種設計思路，以培養(yǎng)學生獨立思考問題、解決問題的能力。通過課程設計的鍛煉，使學生將書本上的理論知識和實踐經驗真正融入了自己的知識鏈，提高了其綜合能力以及自主創(chuàng)新和團隊協(xié)作能力。#p#分頁標題#e#

網絡教學是彌補課堂教學學時局限，開拓課程學習的知識面，引導學生開展自主性學習，提高人才培養(yǎng)質量的重要途徑。課程組以校Blackboard網絡教學平臺為基礎，通過長期投入、持續(xù)積累、動態(tài)跟蹤的建設方式，建立了課程的網絡輔助教學平臺。網站的教學材料提供了與課程相關的豐富的資源，內容包括教學資源庫（課程教學大綱、多媒體課件、實驗指導書、數值仿真實驗例程、實驗設備操作視頻等文件）、參考資源庫（經典學術論文、典型芯片和模塊的使用手冊、常用仿真軟件說明、典型應用設計案例、產業(yè)趨勢和研究熱點等信息）、復習思考題庫等版面區(qū)。此外，課程組充分利用Blackboard網絡平臺的交互功能，完成諸如教學信息、在線電子試卷測試、遠程答疑和討論等教學工作，提高了教學的效率和效果。

篇7

結合幾年教學實踐和CDIO工程教育的特點，對原有的教學模式進行了改革，將授課內容中規(guī)律和特點并加以靈活利用，引導學生采用發(fā)現學習和掌握學習等創(chuàng)造性學習方法、加強理論聯系實際;從系統(tǒng)角度、實踐角度出發(fā)建立了一套適合于“電力電子技術”課程教學的教學體系。

教學思路

在明確教學目標的基礎上，首先，教師一定要意識到，興趣是最好的老師，興趣是學習的動力和源泉。只要通過有效的興趣培養(yǎng)和教學方式，就可以讓這些學生達到甚至超過自己的水平。以科研的態(tài)度和精神貫穿于教學之中，讓學生在“學生做”和“做中學”激發(fā)課程學習熱情。鼓勵學生走上講臺，敢于大膽走進實驗室;敢于向老師發(fā)難，以“我”為中心，全然不顧“名家顏面。

其次在教學理念上，以發(fā)展學生思考能力為本，結合課程實驗和教師現有的課題進行實踐，建立系統(tǒng)設計理念，通過對主電路和控制電路、保護電路、檢測電路同時分組進行設計。CDIO強調以熟悉產品研發(fā)的生命周期為工程背景的

“做中學”的學習方式，這不是對教師主導作用的弱化，相反對教師在整個教學活動過程中的掌控能力、自身的知識水平提出了更高的高求。“教師”兼為“導師”，實現學生在知識獲取過程中的地位由“被動”到“主動”的角色轉變:學生在教師指導下積極、主動地參與實踐，從獨立學習轉向合作學習;從深層次角度講，就是大學中“物質教育”與“自由教育”的轉變。在探索、實驗和應用中行動上給與相當的靈活性，這樣可以喚起學生的好奇心，使其熱切地尋求有助于解決問題的知識，同時又具備相當的實行工具。學生所具有的創(chuàng)造性的和富有想象力的遠見都將發(fā)揮作用，并能控制其沖動和習慣。他自己的目的就能指導他的行動。

再次，就教學方法而言，堅持把工程科學基礎和工程專業(yè)知識緊密地揉合在一起進行教學，學生仍然需要堅實的科學基礎。在講述定理、結論時，要注意理論基礎與專業(yè)知識的結合。除了應用高等數學和大學物理分析內容的機理之外，還要講定理、結論的提出背景、前提條件以及應用情況和近展狀況等等。在教學手段上注意應用現代信息技術，如多媒體動畫和系統(tǒng)仿真技術。熟練的、精心的準備過的課堂講授仍然是最有效的學習和教授經驗。

最后，在重點和難點教學模式上，采用項目或者案例教學模式，基于問題解決模式的模式;教師引導學生效仿教師、專家學者做項目的方法，如專題研討、方案和技術設計、仿真模擬和實驗操作等，探索并解決課程內容相關工程應用中的現實問題;培養(yǎng)學生發(fā)現問題與綜合分析問題的能力。因此恰當地設計題目是項目教學法運用成功的保證，既不能太難，讓學生望而卻步，又不能太簡單，沒有挑戰(zhàn)性。這要求教師平時有一定知識積累?！半娏﹄娮蛹夹g”實力較強的幾個院校的積極嘗試為我們提供了較好的參考。浙江大學將“功率因數校正實驗”等部分實驗項目列為創(chuàng)新設計型實驗，由學生自主設計實驗內容和方法，提高學生創(chuàng)新能力。哈爾濱工業(yè)大學以直流脈寬調速系統(tǒng)驅動電源的設計為課程設計的主要內容。南京航空航天大學開發(fā)了“軟開關逆變電源實驗裝置”課程設計教學平臺，以此設計若干個課程設計題目。中國石油大學選擇反激式開關電源為課程設計題目。這些題目既緊密聯系書本知識，又有創(chuàng)新的空間，值得借鑒。

實驗教學在方式上注重啟發(fā)，引導學生積極參與實驗設計的同時;在時間和內容安排上注意了驗證實驗、仿真實驗和綜合設計實驗的循序漸進。在實踐平臺裝置的設計上，注意

“先進性、實用性、開放性、安全性”的特點，滿足基礎型和綜合設計型的實驗教學和實踐活動的要求。使學生既動手又動腦，豐富工程實踐知識，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力和綜合能力。同時學生小組成員之間密切協(xié)作和互相配合，鍛煉學生的責任感和協(xié)作、互助的團隊精神。

教學案例

以“電力電子技術”內容直流一直流變流技術為例。首先，教師備課時要把自己想象成學生，想象二下學生的已知與未知，研究學生認知與情感發(fā)展的需求，要想到學生在課堂教學過程中可能有的變化，從而使備課活動不再是琢磨怎么講能講得清楚、透徹、到位，讓學生聽得懂、記得牢，要注重的是課堂上學生怎么學、怎么動以及為了實踐活動的有效開展，激發(fā)學生的學習興趣，如何點起學生創(chuàng)新的火花，促使學生生動活潑地參與，使課堂教學豐富多樣，把課堂真正還給學生。引言部分如講到buck變換器時，先介紹變換器的背景。授課時，按照“識電路”“畫波形”“會計算”“輸出（電壓或電流）控制”四部曲進行。顯然，第四部曲是壓軸大戲。buck變換器的電路原理圖如圖1所示，先講每一個功率器件的工作原理。再從有源開關V導通，到無源開關VD因反偏而截止，再到輸出濾波電感儲能（或勵磁），并向負載提供能量；反過來從有源開關V截止，到電感電流不能突變。故使無源開關VD正偏而導通，此時電感電流經二極管續(xù)流，其儲存的能量繼續(xù)供向負載，并由輸出電壓對其進行去磁。輸出濾波電容作用：主要用來限制輸出電壓上的開關頻率紋波分量，使之遠小于穩(wěn)態(tài)的直流輸出電壓。內容強調講穩(wěn)態(tài)關系和特征。buck變換器的特征公式如式1所示，讓學生對比以前學過的理想變壓器的特征公式，說明為什么buck也叫“直流變壓器”。第二部曲是利用多媒體動畫技術演示功率器件開通和關斷時電路的電流流經路徑和主要物理量的波形變化情況。采用MATLAB仿真時所得的波形與課本的波形進行對比，反映了理論知識的現實性。同時對比圖1（b）、（c）圖，對電流下降及上升的原因及“斷續(xù)”和“連續(xù)”概念結合高等數學中“連續(xù)”的概念不一樣的地方進行辨析。當改變參數使得仿真結果變化時，也能通過理論分析與仿真調試，使輸出達到理想狀態(tài)。第三部曲講授在已知輸入電壓范圍、負載電流范圍和給定的輸出電壓下，利用獲得的穩(wěn)態(tài)關系，可以方便計算buck變換器的開關占空比范圍，從而來計算buck變換器中的元器件電壓穩(wěn)態(tài)應力、電流峰值、電流平均值和電流有效值。在講第四部曲即“輸出（電壓或電流）控制”時，學生不易明白也看不到。有些內容理解不夠具體，如何控制實現的疑問產生。此時重要的是培養(yǎng)學生有精細、認真、窮追不舍的態(tài)度和敢于提出問題、勇于解決問題的創(chuàng)新精神。學生參與設計教師的100V/600A大功率開關斬波恒流源科研項目，共分四組，每一組完成一個功能設計調試或仿真。第一組學生設計不控整流部分的電路結構如圖2所示，具體參數：濾波電抗為1200A/0.71mH，整流二極管600A/1600V，鋁電解電容0.3F/400V。第二組學生參與斬波電路設計，設計的斬波電路圖如圖3所示。通過計算得出電抗器1200A/300μH，C2電容大小190μF/400V。阻容吸收單元選擇電容C3為80μF/450V，選取電阻R1為10Ω。IGBT模塊2MBI1200U4G-120，驅動模塊在教師的指導下選用瑞士CONCEPT公司的IGBT驅動模塊2SD315A，該驅動模塊集成智能驅動、自檢、狀態(tài)反饋、隔離等功能于一身，能夠驅動1200A/1200V的IGBT。有的學生還畫了驅動電路圖。第三組學生設計了基于TMS320F28335DSP作為控制回路的核心的數字PI調節(jié)器。學生在CCS集成開發(fā)環(huán)境下編寫的數字PI調節(jié)器，在軟仿真下可以明顯看到給定變化引起PWM脈寬的變化。第四組學生負責基于MATLAB下仿真。在實際設計中，學生體會到了控制環(huán)節(jié)如何閉環(huán)、控制量如何檢測，控制算法如何實現，控制信號如何發(fā)出，能量流動必須要有電動勢以及流經通路等等。學生們主動、積極利用老師的科研項目，構思、設計、調試以及實驗。教師注意發(fā)揮激勵和導向作用，注重肯定、贊賞學生的點滴進步，讓學生感受到成功的歡樂，心中喚起自豪感和自尊感。當設計或實驗受到目的的指引，進行時還有措施和方法時，試驗就變成合理的了。此外注意事實的分析和重組是增進知識、增長解釋能力和正確分類的能力所不可缺少的?？傊?，“CDIOInitiative”是一個資源開放、寬松自由、包容性強的改革計劃。

篇8

關鍵詞：電子技術，軟件工程，技術創(chuàng)新。

0引言

電子技術與軟件工程這類高科技發(fā)展的產物，在國內各個領域被廣泛地應用，尤其是在電力系統(tǒng)和計算機領域當中，電子技術及軟件工程的應用幫助其取得了良好的發(fā)展成績。就目前情況而言，國內的電子技術與軟件工程雖取得了較大的發(fā)展成果，但與國外某些發(fā)達國家相比，我國的電子技術與軟件工程領域還是處于落后的狀態(tài)，因此，加強對電子技術與軟件工程的應用分析尤為重要。

1電子技術與軟件工程

電子技術作為現代社會科技發(fā)展的創(chuàng)新產物，在國內工業(yè)領域、醫(yī)學領域、航空領域等多個高新技術領域均被廣泛應用，并已經成為促進各領域發(fā)展的主要力量。電子技術主要應用于解決某些電力設備存在的某些問題，包括信號處理、改善電路問題等，是集合了電子學與電力學的綜合性學科。電子技術研究主要是指對電子電力元器件的研發(fā)與應用，其中半導體器件就是典型的應用電子技術研發(fā)的電力元器件。我國的電子技術起源于1950年代末，當時電子技術還是以整流器為主，包括電解、牽引和直流傳動等。1970年代，隨著世界范圍內的能源危機爆發(fā)，傳統(tǒng)的整流器件已經不滿足當時人民對電力的需求，因此，變頻調速技術應運而生，大功率逆變用的晶體管、晶閘管的大量使用標志著我國正式步入逆變器時代。1980年代中期，整流器技術與逆變器技術由于工作效率低，已不能滿足電力飛速發(fā)展的需求，當時的集成電路技術發(fā)展迅猛，相關領域研究人員將高壓大電流技術與集成電路技術進行了整合，MOSFET與IGBT的相繼問世，將傳統(tǒng)的以低壓變頻處理技術為主流的時代逐漸轉化為以高壓變頻處理技術的時代，變頻器時代的到來幫助了電子設備實現小型輕量化、智能化與一體化，同時也為我國從傳統(tǒng)電力電子學轉向現代電力電子學的轉變奠定了堅實的基礎。因此，電子技術這一學科成為國內高校教育的重點關注對象。軟件工程其實是計算機領域中的學科，但由于發(fā)展較好且應用領域較廣。如今，軟件工程已經成為計算機領域中的一門獨立的學科。國內電力行業(yè)、工業(yè)行業(yè)等眾多領域均會利用軟件工程，來幫助完成日常工作，軟件工程不僅能為企業(yè)單位節(jié)省一定的人力資源、物力資源，還能夠大幅度提高工作效率，同時還能促使日常工作的正常進行得到保障。目前，軟件工程最常見的便是計算機系統(tǒng)，包括軟件的開發(fā)、電子郵箱等。軟件工程這一學科的主要內容是軟件的開發(fā)與軟件的管理，就目前情況而言，軟件工程已融入當今社會居民日常生活中的各個方面[1]。

2電子技術與軟件工程的應用

隨著電子技術的發(fā)展，國內諸多高校均開設了電子技術專業(yè)學科。在國內電子技術專業(yè)當中，電子技術在新能源發(fā)電及電氣節(jié)能領域中的應用一直是高校學習的重點對象。在過去的幾年內，我國不可再生能源在城市化建設進程中的過度開發(fā)，致使國內煤炭、石油等資源接近干枯，面對著全球范圍內的能源危機，將電子技術應用于新能源開發(fā)的領域中，改革了傳統(tǒng)的發(fā)電方式，利用風力發(fā)電系統(tǒng)進行發(fā)電，將傳統(tǒng)的不可再生能源煤炭等替換為可再生能源風力，從而解決了能源危機給我國電力系統(tǒng)發(fā)展帶來的影響。同時，光伏并網發(fā)電系統(tǒng)的應用也在一定程度上提高了電能質量，同時也提高了發(fā)電系統(tǒng)的穩(wěn)定性[2]。在現代化城市建設的過程中，不僅需要加快經濟、社會、文化的建設，還需要實現現代化城市建設與生態(tài)環(huán)境共同發(fā)展，而節(jié)能環(huán)保就是保護我國生態(tài)環(huán)境的一種重要手段，其中，電氣節(jié)能就是節(jié)能環(huán)保的重要組成部分。電氣節(jié)能主要是利用變頻調速技術來提高電氣設備的運行穩(wěn)定性，同時提高電機的運行效率，并在一定程度上節(jié)省了電氣設備的功率消耗[3,4]。軟件工程的應用。目前，雖然我國軟件行業(yè)的規(guī)模并不大，但軟件行業(yè)的發(fā)展前景是非?？捎^的，因此，我國高校還是需要注重軟件工程專業(yè)的開設與教學?？傮w而言，現階段我國高校軟件工程專業(yè)的主要學習內容還是以構建軟件模型及使用軟件的應用程序為主。構建軟件模型是使用軟件的基礎，由于軟件工程本身具有一定的復雜性，因此，在學習構建軟件模型時，一定要注重模型的科學性與合理性。在構建軟件模型之前，需要掌握軟件工程技術的應用特點，真正理解軟件工程技術，同時了解系統(tǒng)的實際運行情況及實際使用功能，才能確保所構建的軟件模型能夠投入到設備系統(tǒng)當中去使用。軟件工程專業(yè)的學生還是以學習使用各類軟件技術為主，而這就要求在使用前，學生一定要掌握軟件的使用要求，明確軟件的使用目的及作用，了解系統(tǒng)軟件與應用程序之間的關系，進而才能夠促使學生熟練掌握所學軟件的技術應用。電子技術與軟件工程應用發(fā)展分析：（1）注重人才的培養(yǎng)。無論是哪一個領域，人才的培養(yǎng)都是國家與社會的重點關注對象，尤其是電子技術與軟件工程這種高新技術產業(yè)，只有加大人才培養(yǎng)力度，才能夠促使越來越多的優(yōu)秀大學生加入技術研發(fā)當中，進而促使國內電子技術及軟件工程得到進一步發(fā)展。因此，我國高校需要加大對電子技術專業(yè)與軟件工程專業(yè)人才的培養(yǎng)力度，學生除了要主修公共基礎課之外，還需要選擇參加現代操作系統(tǒng)、數據庫原理與實現技術、電氣系統(tǒng)分析等選修課，提高學生對電子技術與軟件工程的了解程度。同時，高校需要與企業(yè)進行合作，在學生大四時期需要到合作企業(yè)進行實習，從而促使學生在實習的過程中鞏固在校所學的基礎知識，培養(yǎng)學生的實際動手操作能力。（2）強化升級與管理。近年來，我國電子技術與軟件工程均屬于高速發(fā)展的階段，各類先進的電子技術產品與軟件工程產品都相繼問世。同時，我國相關領域研究人員積極向國外電子技術與軟件工程發(fā)展較好的國際吸取研發(fā)經驗，致使我國的電子技術與軟件工程得到了更進一步的發(fā)展。然而，在發(fā)展過程中，對電子技術與軟件工程的升級與管理成為現階段的首要問題。結合各行各業(yè)領域對電子技術與軟件工程的實際需求，在電子技術與軟件工程的原有基礎上進行系統(tǒng)的改革與升級，從而促使電子技術與軟件工程能夠更好地適應現代社會的需求。同時，加強對電子技術與軟件工程的管理，從而才能夠確保設備系統(tǒng)有效運行。因此，強化電子技術與軟件工程的升級與管理，保證其不受外界各類因素的影響，實現電子技術與軟件工程系統(tǒng)的順利升級，這對于促進國內電子技術與軟件工程的發(fā)展尤為重要。（3）注重技術與產品的創(chuàng)新。創(chuàng)新是各個領域能夠保持穩(wěn)定發(fā)展的基礎技能，而作為21世紀高新技術的產物，電子技術的創(chuàng)新與軟件工程產品的創(chuàng)新也是非常重要的。通常情況下，在一些大型電子技術與軟件工程產品研發(fā)的過程中，往往需要大量的投入時間資源、人力資源與物力資源，還需要相關部門的資金支持，而一些小型的科技產品的復雜性相對較低。因此，我國高校為了提高學生的創(chuàng)新能力，可舉辦小規(guī)模的校內創(chuàng)新產品競賽，讓學生充分的發(fā)揮自己的能力，從而深度挖掘學生們的潛力，這樣即可以培養(yǎng)學生的動手操作能力，又可以實現電子技術與軟件工程的創(chuàng)新，從而促進國內電子技術與軟件工程的發(fā)展。此外，在舉辦競賽時，可以讓學生對電子技術及軟件工程市場進行考察，從而了解現階段國內社會居民對電子技術與軟件工程的需求，從而促使學生創(chuàng)造出的產品具有更高的實用性。

篇9

【關鍵詞】用戶電力技術；電能質量；應用與發(fā)展

The Application and Development of Custom Power Technology

Guo Shuzhen

(Department of electrical engineering of Hunan Hydroelectric Occupational College, Changsha Hunan 410131)

Abstract: The problems of power quality directly affect the safety of the power system and operation of the equipment, the custom power technology is to solve the customers’ problems. In this paper, the concept of custom power technology, power quality control and energy conversion technology and solid switch technology, also their new researches and their application are discussed. This technique has a huge market and development potential in power system, many new excellent controllers emerge.

Keywords: Custom Power；Power Quality；Application and Development

前言

傳統(tǒng)電能質量問題一般關注系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)情況下是否供電可靠，隨著電子信息技術的飛速發(fā)展，先進技術使用日益廣泛，供電系統(tǒng)故障或電能質量惡化很可能帶來極為嚴重的影響。對于敏感的電力電子設備或信息設備來說，即使幾個周期的供電中斷，或電壓跌落都將影響這些設備的正常工作，造成巨大的經濟損失。因此現在用戶對電能質量的要求遠比以前嚴格。

80年代以來，電力電子學逐漸成為一門新興交叉的邊緣學科，與此相對應的現代電力電子技術也得到迅速發(fā)展。以計算機技術和功率半導體制造技術為基礎和先導，開關器件功率處理能力和切換速度有了明顯提高。采用電力電子裝置等高新技術,在高效使用電能上已越來越多地被人們所認識。電能質量、節(jié)約用電、安全用電是當前最突出的用戶電力問題,近年來為了解決這些問題,用戶配電系統(tǒng)測試評估、電能質量調節(jié)、電能轉換和固態(tài)開關等用戶電力技術,得到了廣泛應用和快速發(fā)展。

1.用戶電力技術簡介

用戶電力技術是美國N.G.Hingorani博士在1988年提出的概念：將大功率電力電子技術和配電自動化技術綜合，以用戶對電力可靠性和電能質量要求為依據，為用戶配置所需要的電力。通過用戶電力技術可使用戶供電可靠性達到不斷電；嚴格的電壓調整；低諧波電壓；沖擊和非線性負荷對終端電壓無影響。該技術的核心是能夠對供應的電力進行控制、變換,為用戶或負荷提供滿足電能質量指標及安全、經濟、可靠運行等要求的電能。完成這種控制與變換的關鍵是各具特色的電力電子器件及其控制電路。

我國已研制出用于配電系統(tǒng)的靜止無功發(fā)生器DSTATCOM樣機。圖1是用于解決電壓驟降問題的動態(tài)電壓恢復器的基本工作原理圖,恢復器包含了配電系統(tǒng)靜止補償器,有源電力濾波,以及串聯電能質量控制器(DVR)等設備,它一般串聯在供電網和負荷之間,當供電網正常供電時,其逆變器側升壓變處在短路狀況,運行在低損耗旁路狀態(tài),當供電網側發(fā)生電壓驟降或電壓驟升,動態(tài)電壓恢復器可以在一個周波內作出響應,在串聯回路中注入一個交流電壓對電壓進行補償,使補償后的電壓與電壓驟降或電壓驟升前相同。

2.用戶電力主要技術

2.1 用戶配電系統(tǒng)的測試評估技術

該技術主要內容有:(1)網絡阻抗，各母線短路電流、短路容量計算;(2)各供電節(jié)點供電電壓質量限值，各用電負荷對供電系統(tǒng)干擾限值計算;(3)各供電節(jié)點供電電壓質量測試、各用電負荷對供電系統(tǒng)干擾的測試、供用電設備的電磁兼容、節(jié)電運行，安全運行的評估;(4)用戶電力技術問題及解決方案。通過以上評估找出用戶電力技術問題及其產生根源,并給出相應解決方案

2.2 電能質量控制技術

該技術主要是基于電壓源或電流源逆變器,對配電系統(tǒng)的傳輸能力和供電質量進行連續(xù)、快速、精確的有效控制,使供電質量提高到一個全新水平的有效手段。常見電能質量控制技術如表1所示。

表1 電能質量控制技術

用戶電力技術裝置 功能特征

動態(tài)電壓恢復器（DVR） 精確補償配電母線上的電壓擾動和畸變

靜止調相機（STATCON） 調整電壓，控制有功和無功

靜止無功補償器（SVC） 調整電壓，控制無功

超導磁貯能（SMES） 供電中斷時提供很大的功率

有源濾波器（AF） 消除諧波

固體斷路器（SSB） 在幾毫秒的時延內開斷線路

故障電流限制器（FCL） 限制故障電流

2.3 固態(tài)開關技術

隨著配電容量增大,對開關的開斷能力提出了更高的要求,電壓驟降敏感用戶對開關快速切除短路電流的能力也提出了更高要求,現有的機械開關難以滿足上述要求。在這種背景下,固態(tài)斷路器因其卓越的電流關斷特性而備受關注。美國西屋公司已制造出13kV、600 A、由GTO元件組成的固態(tài)開關,安裝在新澤西州的變電站中使用。GTO開斷時間可縮短到0.3ms,可以在電壓或電流的指定相位完成開斷,基本上可避免操作過電壓。這樣,由操作過電壓決定的電力設備絕緣水平可大幅度降低,由于操作引起的設備損壞也可以大大減少。現在,由固態(tài)開關構成的電容器組的配電系統(tǒng)“軟開關”也已問世。固態(tài)開關技術的進步將使配電系統(tǒng)的安全運行水平大大提高。

3.未來用戶電力技術的發(fā)展

3.1動態(tài)電能質量調節(jié)技術

動態(tài)電能質量調節(jié)技術指的是基于電壓源或電流源型逆變器,對配電系統(tǒng)的傳輸能力和供電質量等進行連續(xù)、快速、精確的有效控制,是使現有供電質量提高到一個全新水平的有效手段,也是電力工業(yè)實現市場化的必備支撐技術。其主要包括串聯式的用來補償電壓跌落、提高下游敏感負荷供電質量的有效串聯補償裝置DVR、不間斷電源(UPS)、并聯有源濾波器(APF)、DS―STATCOM和串并聯混合式的新的補償裝置系統(tǒng)DS―Unicon等。

3.2超導儲能及其能量變換技術

各種新能源的開發(fā)利用,大多需經電力電子裝置的變換使其非同步電能轉換成同步的三相交流電能以供使用。超導儲能(SMES)作為一種特殊新能源因其固有的諸多優(yōu)點而引起廣泛研究。基于電力電子的能量變換技術在SMES中的應用成果,必將對其他新能源的利用產生重要的借鑒意義。

SMES具有儲能密度大、轉換效率高、可四象限運行、吐量大、充放電速度快等諸多優(yōu)點,非常適合參與電力系統(tǒng)的有功功率調節(jié)。尤其是在能源分布很不平衡的地區(qū),發(fā)展用于調峰的中大規(guī)模SMES系統(tǒng)對提高我國供電質量和運行安全水平都將具有重大作用。

3.3固態(tài)斷路器

隨著配電網容量的日漸增大,系統(tǒng)的短路容量也會不斷增加,這對電網原有的和將投運的開關設備的開斷能力都提出了更高的要求。同時,隨著用戶對供電質量要求的不斷提高,如何快速切除短路電流以抑制故障期間電網電壓的跌落在信息社會顯得尤其重要。

固態(tài)斷路器是FACTS(柔流輸電系統(tǒng))和DFACTS技術實現對電力系統(tǒng)參數和網絡結構快速、靈活、準確控制的關鍵設備,也是保障現代電力系統(tǒng)安全、可靠運行的重要設備。隨著易于串并聯、驅動功率小的大功率電力電子器件的出現,固態(tài)斷路器的關斷容量有望得到較大的提高；隨著混合式斷路器和基于新型SiC材料的功率半導體器件制造技術的不斷發(fā)展,大功率固態(tài)斷路器的通態(tài)損耗問題也將得到有效解決。

結語

用戶電力技術是應用現有的電力技術專門解決用戶電力質量問題的一項綜合技術，本文總結提到的動態(tài)電能質量調節(jié)、電能變換以及固態(tài)開關等三類用戶電力技術將從各個方面促進我國電力工業(yè)的發(fā)展,所以需根據我國電力系統(tǒng)的現狀,針對性地開展基礎研究、軟硬件結合及面向實用的開拓性工程研究,從而讓這幾項用戶電力技術既在理論上也在實踐生產上得到全面發(fā)展。

參考文獻

[1]Hingorani N G. Introducing custom power[J].IEEE Spectrum ,1995,(6):41-48.

[2]許海文等.用戶電力技術與暫態(tài)電能質量的改善[J].華北電力大學學報,2002,29(4):32.

[3]金廣厚,王麗,王玉學.用戶電力技術及其在電力市場環(huán)境中的應用[J].華北電力技術,2004.

篇10

【關鍵詞】有載；自動；分接開關

中圖分類號：TM411文獻標識碼： A

一、前言

隨著科技的不斷發(fā)展，有載自動調壓分接開關得到了人們的普遍關注。雖然我國在此方面取得了一定的成績，但依然存在著不足和需要改進的地方。在新時期下，我們必須加強有載自動調壓分接開關啟動功能的研究與實現的研究。

二、變壓器有載調壓技術的發(fā)展

有載調壓變壓器有調壓范圍大、調節(jié)過程不斷電的特點，對電力系統(tǒng)經濟運行、改善電網電能質量等方面具有無載調壓變壓器不可替代的優(yōu)點。目前，采用機械有載分接開關的傳統(tǒng)有載調壓方法仍在普遍應用，但是隨著社會的發(fā)展和用電量的迅速增長，電網規(guī)模不斷擴大、電網結構越來越復雜，這種機械有載分接開關已經不能完全滿足現代電網的安全和經濟運行的要求，所以有載分接開關性能的改進是當前研究人員的主要內容。

1、傳統(tǒng)有載調壓方式

在我國，常規(guī)有載調壓變壓器采用的是機械式有載分接開關，它主要由分接選擇器或分接開關、切換開關、過渡電阻三部分構成，其基本原理是從變壓器某―0的線圈中引出若干分接頭，通過有載分接開關，在不切斷負荷電流的情況下，由一分接頭切換到另一分接頭，以變換有效匝數，達到調節(jié)電壓的目的。傳統(tǒng)的有載調壓變壓器機械式調壓分接開關在分接頭切換過程中產生電弧，分接開關的動作速度慢，調壓響應時間長，容易錯檔、錯位，而且故障率高，維護量大，使調壓時刻無法準確控制。因此，傳統(tǒng)有載調壓變壓器只用于穩(wěn)態(tài)的電壓調節(jié)。

針對傳統(tǒng)有載調壓變壓器存在的問題，各國研制出多種新型有載調壓裝置。按照其調壓分接頭的組成，新型有載調壓變壓器分為機械式改進型、輔助線圈型和電力電子開關型等。

2、機械式改進型有載調壓方式

機械式改進型有載調壓變壓器是在傳統(tǒng)型的基礎上加電力電子器件變換而成。典型的電路如圖1所示。

圖1中保留了常規(guī)有載分接開關中的分接選擇器與切換開關，而在過渡電路中增加了三組晶閘管(scR)。調壓時切換開關的動作(從靜觸頭I到Ⅳ)配合晶閘管適時導通與關斷，能夠保證切換開關在I、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ各觸頭間切換時不會產生電弧。此改進方案在切換過程中雖然實現了無弧，但是環(huán)流問題沒有得到解決，并且晶閘管失效會導致分接頭線圈直接短路的嚴重后果，從而損壞分接頭和變壓器。

3、輔助線圈型有載調壓方式

隨著電力電子技術迅速發(fā)展，人們開始研究采用高電壓、大功率電力電子器件構成輔助機械型有載分接開關，利用電力電子器件作為分接開關和切斷電路，不帶電的機械觸頭或等電位切換變壓器作為分接頭，電力電子開關和機械有載分接開關配合工作，完成調壓任務，如圖2所示。

此調壓方式操作簡單，但是會產生諧波，過程復雜，可靠性差，調壓響應速度沒有提高。由于電力電子輔助機械型有載分接開關的成本比機械型有載分接開關高，所以它的應用受到了一定的限制。

4、電力電子器件為分接開關的有載調壓方式

為了進一步提高變壓器有載調壓的響應速度和降低故障率，人們從20世紀90年代開始研究采用電力電子技術和微處理器控制技術，在特定的調壓變壓器結構下，通過控制電力電子開關器件的通斷和改變變壓器匝數，實現有載調壓。這種裝置無需機械開關的切換，也不會產生電弧，響應速度也得到提高。通常把這種調壓裝置稱為無觸點有載調壓分接開關。

三、有載自動調壓分接開關的結構和工作原理

對于配電系統(tǒng)通常應用的lOx(1±5％)/0．4kV配電變壓器，其分接頭之間的最高電壓可達到1100/=635V。因為可關斷晶閘管(GTO)耐壓在2000V以上，因此可以把兩個GTO反向并聯的GTO組獨立地直接連接在變壓器的每個繞組抽頭與中性點之間，作為有載分接開關的執(zhí)行元件。由于GTO具有可控關斷特性，可以在計算機的控制下快速轉換，所以分接頭轉換回路不需串入限制環(huán)流的過渡電阻，進而簡化了電路，降低了造價，提高了工作的可靠性。分接開關與變壓器的連接方式如圖3所示。

圖3分接開關與變壓器的連接方式

假設原來可關斷晶閘管組GTO2導通，其余GTO組關斷?，F在由于負荷減小或電網電壓上升，導致變壓器輸出電壓升高超過允許范圍，為使變壓器輸出電壓下降到允許范圍，應該增加變壓器一次側的匝數，即導通的可關斷晶閘管應有現在的GTO2變?yōu)镚TO3，其過程如下：

正常時，在GTO2組的GTO由承受反向電壓改變?yōu)檎螂妷旱倪^零點時，給其門極與陰極之間加上正極性控制電壓，使其連續(xù)導通。當需要把分接頭由UN變?yōu)?05％UN時，在GTO3組的GTO電壓由負半周到正半周過零點時由控制電路給其陰極與門極之間加一正向電壓控制信號，使其導通，隨之給GTO2組的響應元件的門極與陰極之間加一負脈沖控制信號使其關斷，完成了一次分接頭的變換和電壓調整，使輸出電壓又恢復到允許范圍內，達到穩(wěn)定輸出電壓的目的，實現了自動調壓功能。

四、特點

目前國內外的有載分接開關主要為機械式開關，采用機械式開關進行變壓器分接頭有載調壓需要復雜的機械構件和電動部件。而且切換時機械式觸頭動作速度慢、容易打火、磨損，切換波形畸變大，當出現故障時，沒有保護退出機制。新型電子式有載調壓轉換開關采用無觸點開關可控硅作為主控開關，結構簡單，切換時速度快、無拉弧打火現象，切換波形完整。當出現故障時，電子式有載調壓轉換開關可以安全退出，不影響變壓器的繼續(xù)供電，不會發(fā)生燒毀變壓器的現象。與傳統(tǒng)的機械式分接開關相比具有以下優(yōu)點。

(1)適合于無勵磁調壓變壓器的改造，使其具備有載調壓功能。

(2)可頻繁調節(jié)，使用壽命長。

(3)無弧、無沖擊、快速響應。

(4)具備通信接口，可與VQC和SCADA系統(tǒng)實現連接。

(5)具備手動與自動調壓控制方式。

(6)安裝方便。

(7)具有完善的故障檢測及故障情況下的退出機制，即使裝置萬一出現故障也不會中斷變壓器的正常運行，保證了供電安全可靠性。

五、有載分接開關特性比較

1、機械式有載分接開關

與電力變壓器配套使用的、常用的有載分接開關有兩種：即油浸式有載分接開關和真空干式有載分接開關。這兩種開關都是用彈簧儲能裝置作為操作機構，它們機械構造復雜，制造工藝要求高，而且切換噪聲大、時間長，工作可靠性差，屬于有觸點機械切換開關。在切換過程中觸點之間會產生弧光放電或火花放電，使得開關壽命縮短，維護工作量增加，而且機械切換次數、頻率受到限制。

2、電子式有載分接開關

電子有載分接開關在切換過程中不產生弧光放電，無接觸不良和觸點顫抖現象，其絕緣性能良好、切換速度快、體積小，不需要另設副油箱，可直接安裝在配電變壓器本體內部，而且價格低廉，是一種沒有任何機械機構，全靜止、工作可靠性高的新型全電子有載分接開關。

六、有載調壓變壓器的作用

由于普通變壓器分接頭的改變只能在停電的狀態(tài)下調整，它不能改變負荷變化時二次側電壓的變化幅度，而且其電壓調整范圍也較小，所以對于直接向負荷中心供電的變壓器，宜配置帶負荷調壓分接頭，隨著地區(qū)負荷的增減，合理調節(jié)有載調壓器的電壓分接頭，以隨時保證用戶的供電電壓質量。我國《電力系統(tǒng)技術導則》規(guī)定：對1lOkV及以下系統(tǒng)，宜考慮至少有一級電壓的變壓器采用帶負荷調壓方式。從國外情況來看，無論對于哪一級電壓的網絡供電變壓器，各國電力系統(tǒng)普遍都采用了帶負荷調壓分接頭，一些系統(tǒng)還采用了按母線電壓自動調節(jié)的方式。也就是說，利用有載調壓變壓器調壓分接頭自動調整系統(tǒng)電壓在許多國家已經廣泛使用，在我國也有逐漸推廣使用的趨勢。但是，任何事物都不是盡善盡美的，有載調壓變壓器自動調壓的作用也不總是積極的，有時還可能引起系統(tǒng)電壓的更加低落，最終引起電壓崩潰事故的出現。

七、展望

針對目前用戶對電壓質量要求越來越高，而大多數干式變壓器不具備有載調壓功能的情況，有載調壓轉換開關適時地解決了無勵磁調壓變壓器的缺點，并且具有結構簡單，切換速度快，無拉弧打火現象，切換波形完整，有保護退出機制的優(yōu)點，具有很高的使用價值和廣大的市場。該裝置在保定天威順達干式變壓器有限公司試驗站進行了送檢測試，其絕緣試驗、耐壓試驗、空載切換試驗和帶負載切換試驗等各種試驗內容均取得了滿意的結果，其性能指標遠遠優(yōu)于常規(guī)的機械式分接開關，為穩(wěn)定和提高電能質量提供了先進、實用和安全的執(zhí)行裝置，具備良好的應用前景。

八、結束語

通過對有載自動調壓分接開關啟動功能的研究與實現的問題分析，進一步明確了有載自動調壓分接開關在變壓器中的重要性。因此，我們要加大對有載自動調壓分接開關的研究，促進變壓器的發(fā)展。

參考文獻

[1]呂艷玲.基于固態(tài)繼電器的配電變壓器自動穩(wěn)壓裝置[J].電力系統(tǒng)自動，2011(24)：74-77.

[2]駱平，劉清澄.無弧切換的有載調壓變壓器[J].中國電力，2011（9）：102-105．