電力電子范文

導語：如何才能寫好一篇電力電子，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

英文名稱：Power Electronics

主管單位：西安電力電子技術研究所

主辦單位：西安電力電子技術研究所;中國電工技術學會電力電子學會

出版周期：月刊

出版地址：陜西省西安市

語

種：中文

開

本：大16開

國際刊號：1000-100X

國內刊號：61-1124/TM

郵發代號：52-44

發行范圍：國內外統一發行

創刊時間：1967

期刊收錄：

CBST 科學技術文獻速報(日)(2009)

中國科學引文數據庫(CSCD―2008)

核心期刊：

中文核心期刊(2008)

中文核心期刊(2004)

中文核心期刊(2000)

中文核心期刊(1996)

中文核心期刊(1992)

期刊榮譽：

Caj-cd規范獲獎期刊

聯系方式

期刊簡介

篇2

關鍵詞： 電力電子電路； 容錯控制； 混雜系統； 模型預測控制

中圖分類號： TN710?34； TM464 文獻標識碼： A 文章編號： 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 Considering that the MLD model contains the discrete variables， the traditional control method is no longer applicable.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、計算機技術、控制技術的發展帶動了電力電子技術的快速進步[1]，近年來，電力電子電路的應用遍布工業、軍事、航空航天等重要領域，主要用于電能的處理與變換，電路的可靠性關乎到整個系統的健康運行，而容錯控制（Fault Tolerant Control，FTC）是提高系統可靠性的一個重要手段，容錯控制的目的在于通過控制器的調節使故障系統仍能保持滿意的性能或至少達到可以接受的性能指標[2]。任何功率管故障均會導致電力電子電路的缺相運行[3?4]，因而硬件冗余和控制設計是研究電力電子電路容錯控制的兩個主要方面。文獻[5]研究了一種新型的容錯電路拓撲及其控制策略，文獻[6]對一種容錯的多電平逆變電路拓撲進行了容錯研究。本文以基于電力電子電路的MLD模型和MPC研究了電路容錯控制的通用方法及實現步驟，并以三相四橋臂逆變電路為例對所提方法進行驗證。

1 電力電子電路的混合邏輯動態模型

混雜系統是指由連續變量動態系統和離散事件動態系統相互混雜、相互作用的系統[7]。電力電子電路功率管的通斷受到控制信號的驅動，具有離散特性；功率管的每種通斷組合均是一個離散事件，電路在每個離散事件期間的變化受狀態方程的約束，具有連續特性，因此電力電子電路是一種典型的混雜系統[8]。MLD模型是一種主要的混雜系統建模方法，MLD將離散事件以條件的方式嵌入微分方程組中，把系統整個當作一個微分方程組來處理，最終將控制問題轉化為優化問題 [9]。根據電力電子電路的物理規律，可以建立電力電子電路的混合邏輯動態模型如下：

[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為狀態變量，其中Xc為連續狀態，Xl為離散狀態；Y=（Yc，Yl）T為輸出變量，其中Yc為連續輸出，Yl為離散輸出；U=（Uc，Ul）T為輸入變量，Uc為連續輸入，Ul為離散輸入；σ和Z分別代表系統輔助邏輯變量和輔助連續變量。

2 電力電子電路容錯控制的基本機理

容錯控制就是通過控制器的調節使故障系統繼續保持滿意性能或至少可以接受的性能指標。而電力電子電路的容錯控制需要同時考慮控制器和硬件冗余兩個方面，因為電力電子電路的任何功率管故障均會導致電路的缺相運行，僅通過控制器的調節無法使缺相運行的電路滿足指標要求。圖1為電力電子電路容錯控制原理圖，電路狀態檢測模塊負責將電路的故障信息傳至拓撲重構模塊和控制信號切換模塊，重構模塊隔離電路的故障功率管，控制信號切換模塊將故障功率管的控制信號切換至冗余功率管，由冗余功率管接替故障功率管工作，保證電路滿足指標要求。

圖1 電力電子電路容錯控制原理圖

由于電力電子電路MLD模型中離散變量的存在，傳統的控制方法不能簡單用于電力電子電路控制。在形式上，MPC被控對象的數學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變量引入MPC，擴展后可用于電力電子電路的控制[10]。給定X0為初始狀態，N為預測步長，X（i|k）是第k+i步系統狀態的預測值，選擇目標函數為：

[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是控制的目標值；Qj為權值矩陣，j=1，2，…，5。

式（2）中：P=1時，問題轉化為一混合整數線性規劃（Mixed Integer Linear Programming，MILP）問題；P=2時，為混合整數二次規劃問題（Mixed Integer Quadratic Programming，MIQP），具體算法已有很多文獻進行了相關研究[11]，本文不在詳述。

對于不同的電力電子電路，利用冗余的思想均可設計出電路具有冗余功能的拓撲結構，進行混合邏輯動態建模，電路模型可抽象為式（1）的形式，如圖1所示。根據電力電子電路的容錯控制原理，設計電路模型預測控制器及故障后拓撲的重構策略，即可實現電路的容錯控制。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控制的具體實現步驟。

圖2 三相四橋臂逆變器拓撲

3 仿真驗證

如圖2逆變器拓撲，仿真參數如下：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。仿真結果如圖3所示，其中（a）為逆變器正常工作時三相輸出電壓及其頻譜分析結果，（b）為逆變器單管故障容錯后逆變電路的三相電壓及頻譜分析結果。

4 結 論

本文在分析建立通用的電力電子電路混合邏輯動態模型的基礎上，提出了電力電子電路基于混合邏輯動態模型的容錯控制策略，具有較強的通用性。

文章以一種三相四橋臂逆變器拓撲為例，并通過仿真對所提方法進行了驗證。

參考文獻

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1.1回顧電力電子技術的發展歷程

電力電子技術的發展歷程可具體劃分為三個時期，即整流器時代、逆變器時代和變頻器時代。首先，整流器時期的電力電子技術發展主要表現為大規模的工業用電，它的用電來源主要是交流發電機，消費形式以直流電為主，比如有色金屬的電解、內燃機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化為工業用電而被廣泛應用于配電和輸電領域，這在六七十年代的中國隨處可見。其次，逆變器時代的電力電子技術發展遭遇了嚴重的能源危機，其波及范圍之廣使得整流器的發展不再適應電能企業的使用需求，以交流電為主的逆變器時代應運而生。逆變器時代以晶閘管、晶體管以及晶閘管器件作為時展的主流，在高壓直流輸出的過程中實現了對動態功率的有效補償。然而這時的使用范圍還僅僅局限于中低頻領域，使用過程中的效率較為偏低。再者，八十年代的變頻器時代實現了大規模和超大規模集成電路的發展與應用，這不僅電子應用領域的顯著創新，同時也為后期現代電力電子技術的發展提供了必要的技術借鑒。變頻器時代還對電力的精細加工技術進行了完善，全控型功率器件的出現實現了電力電子技術的高頻化發展，使得現代電力電子技術轉化成為一種可能。功率半導體市場逐漸被變頻器件取代，這一革新不僅提升了變頻調速的使用頻率，在小型輕量化技術裝備方面也有了顯著進步。

1.2當前電力電子技術的應用領域

電力電子技術的發展核心控制體系在于電能器件的有效轉換，作為一種現代技術，電力電子技術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等方面的內容。通過對電網工頻電能的轉化來達到不同的使用目的，以此適應現代化生產對電力電子技術的使用需求。具體應用方面，其應用領域主要包括了三大方面：其一，在變頻器作用下對微電子技術及控制技術進行有效整合，將固有不變的交流電轉變為可換可調的可變式交流電，以此達到無級調速的目的，這對電能資源的節約顯然極為有利。其二，在開關電源和供電電源方面現代電力電子技術也有著自身的使用功能，類似變頻電源、焊接電源、充電電源、照明電源等都為現代化電力系統的完善提供了切實可行的技術指導。其三，一些發電系統或是交流輸電技術也體現出現代電力電子技術的應用意義，水力發電、風力發電、配電與用電系統的完善等都和電子系統的應用之間有著密切聯系。

2現代電力電子技術的發展趨勢探討

2.1電力電子技術的發展趨勢

電子電子技術歸根結底是對電源技術的研究，電源技術不僅是電力電子技術研究的核心，一定程度上開光電源技術的發展也預示著現代電力電子技術今后的發展走向。從發展趨勢來看，現代電力電子技術的發展趨勢可概括為以下幾方面特點：第一，現代電力電子技術的集成化與模塊化特征。這一特征主要表現在現代電力電子技術的功率器件和電源單元兩個方面，從微小器件組成來實現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，在設計與制造方面也形成了顯著的模塊化特征。電力電子技術的模塊化發展其核心目的旨在降低器件的電應力，從安全性與可靠性角度提升電力系統的使用性能。第二，現代電力電子技術的高頻化特征。從理論分析及實踐驗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出一定的反比例趨勢，因此體積的減小必然會導致電子技術的高頻化呈現。從這個角度來看，全控型電子器件的問世已然標志著現代電子與電力技術率先實現了自身的高頻化轉換。第三，現代電力電子技術的全控化與數字化特征。全控化電力電子技術的革新突破了原有電力電子器件在使用功能方面的限制，降低了關斷換流電路可能造成的危險，從根本上保障了電力系統在使用過程中的安全性。數字化特征則主要表現在現代電力電子技術的高頻斬波以及諧振變換等方面，從弱電領域拓展了電力電子技術的發展渠道，提前實現了控制技術的集成化。第四，現代電力電子技術的綠色化特征。這里的綠色化特征既包括了環境污染問題的控制，又涉及到必要的電網污染源問題，是當前電力電子技術在發展過程中亟需解決的重要問題。發電容量的控制從根本上減少了發電對環境造成的污染，與此相關的污染過濾器或是電能補償系統等都是當前電力電子技術向綠色化邁進的有力證據。具體的電力電子技術應用方面，則主要表現為四大革新趨勢：其一，太陽能發電技術的應用。太陽能發電技術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，燃料電池發電技術。燃料電池的發電裝置主要是將其中的化學能轉化為可使用的電能，節能省電，鮮少產生環境污染問題。其三，交流輸電技術的應用。作為一種新型電力系統出現的交流輸電技術實現了對電網資源重新分配與利用，保障了電力系統的穩定性。其四，現代電力電子技術中的儲存與質量控制技術。儲存技術的使用在于提升電力系統本身的電力儲備功能，而質量控制技術則在于從供電質量角度提高電力產品的使用效率。

2.2現代電力電子技術的應用展望

關于現代電力電子技術的應用展望，可從如下幾方面得以體現：第一，從節能性角度提升電機系統的使用性能，可從專用電機的設計或是控制設備的完善等方面來提升整體電力系統的使用效率；第二，中高壓直流輸電系統的運用也是今后電力電子技術發展的必然趨勢，這一系統本身就具備了低污染和低能耗的特點；第三，當前社會發展進程中充電站網絡的構建或是電動車輛的普及已經逐漸成為現代電力電子技術發展進程中積極完善與改革的內容，以電動汽車為代表的環保電力問題逐漸成為一個時代課題。至于當前城市建設過程中充電網絡的配備問題基本尚處于起步階段，無論是實際應用領域還是理論構建領域都還存在許多值得研究和討論的問題，但無疑其發展空間是極為廣闊的；第四，關于電力系統中電能儲備裝置的設置與超導線的使用也將成為電力電子技術亟需解決的問題之一，從根本上解決電能儲備問題勢必將對電力系統的持續發展產生積極而深遠的影響。然而面對電能儲備過程中存在的諸多問題，電力系統設計者需要從控制技術與存儲技術的雙重層面來體現儲能裝置的有效性，對于其中可能存在的不合理問題提出切實有效的解決或改進對策。

3結束語

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其具體包括以下幾方面的內容：第一，通過對電力電子技術的應用，已經將傳統發電機直流勵磁轉化為由中頻交流勵磁和電力電子整流相結合的方法，并且在推廣應用過程中取得了良好的效果，其運行的可靠性也得到了提高。第二，電力電子技術的應用有效地改變了水輪發電機的變頻勵磁。發電頻率取決于發電機的轉速，采用了電力電子技術后，將水輪發電機直流勵磁轉變為低頻交流變頻勵磁。當水流量減少時，提高勵磁頻率，可以把發電頻率補償到額定，延長水輪發電機的發電周期，解決水力發電中發電機工作時間受季節性水流量影響而導致的頻率無法調節、浪費較多水能的問題。這對大型水力發電設施來說，具有巨大的經濟效益。

2電力電子技術的未來發展趨勢

從近幾十年的發展歷程中我們可以看出，半導體的發明與應用有效地推動了電子技術的快速發展，其中晶閘管等電力半導體在這一過程中發揮了重要的作用。在進入20世紀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品，被稱為第一代電力電子器件。隨著電力電子技術理論研究和半導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、響應快、低損耗的方向發展，這又是一個飛躍。步入20世紀90年代后，電力電子技術得到突飛猛進的發展，與該技術有關的產品也得到進一步升級，大都朝著智能化、模塊化方向發展，逐步形成了電力電子技術的三步走模式及理論的研發，產品的研制、產品的應用，成為國際科研領域的新星，成為經濟社會發展的熱門行業。但是，就目前我國電力電子技術發展現狀來看，還不容樂觀，其中電力半導體器件的研發與應用同西方發達國家相比，還存在較大的差距，還比較落后，所以，如果在21世紀國際電力電子技術迅猛發展的背景下，我國半導體器件的落后狀態得不到改善，將直接影響我國國民經濟的快速發展，因此，對于我國電力電子技術的發展趨勢來說，仍然任重而道遠。

3結語

篇5

關鍵詞：multisim；仿真；電力電子電路

中圖分類號：TP311 文獻標識碼：A 文章編號：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

電力電子技術是強電專業的一門核心基礎課程，其實踐性很強，對學生的動手能力要求較高。筆者在該課程的教學過程中發現主要存在以下幾個問題：

1）學生很難理解電力電子器件的工作原理，比如晶閘管的導通和關斷條件。

2）在授課過程中電力電子波形的繪制需要花費較長的時間，尤其是三相電路的相關波形。

3）在實訓過程中耗材的損耗很大，比如晶閘管、晶體管等。

4）電力電子系統多為高電壓、大電流的大功率系統，實訓過程中對于學生的人身安全和設備安全不能得到絕對保證。

如果在教學過程中引入計算機仿真技術就可以很好的解決這些問題，同時仿真教學可以使得教學過程更為生動、直觀，有利于激發學生的學習興趣，提高教學質量。

2 multisim仿真軟件介紹

20世紀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、分析功能強大、易學易用。Multisim軟件是它的升級版，本文中所使用的是最新的multisim10版本，其主要特點有：

1）具有完全交互式的仿真器，允許使用者對電路進行實時的改變，并能實時的看見電路仿真結果。

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）功能強大的教學選項，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，從而控制學生在電路中所見的畫面，以及能夠存取的功能。

4）16000個零件數據庫，16000個零件資料庫。

圖1為multisim10的主界面。

3 仿真實例

1）單相半波可控整流電路（阻性負載）

啟動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載上的電壓波形，A相位為負載波形，B相位為觸發波形。

啟動電路開始仿真，波形如圖3所示，顯然負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（阻感性負載）

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

4 結束語

利用multisim實現仿真實驗教學，同傳統的電力電子實驗相比，可以邊實驗邊修改，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，另外實驗成本低，實驗效率高，實驗結果直觀形象。學生在仿真實驗過程中，有自己獨立思考的時間和空間，有利于培養學生的創新思維能力。但是仿真實驗并不能完全取代傳統的實驗手段，因為學生在仿真實驗中看到的都是理想波形，而實際上會存在很多的干擾信號，學生只有在真實的硬件試驗中才會掌握。只有將仿真實驗與硬件實驗相結合，才能幫助學生更快更好地掌握知識，進一步提高學生的綜合實驗和創新的能力。

參考文獻：

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當前電力系統主干電網、微型電網以及各地的地方電網互相配合是我國電力系統能夠穩定轉變的重要特點，而且還大范圍的使分布式電源和儲能裝置接入，在加強電力系統的可靠穩定性以及提高供電質量中，采取的主要方式就是靈活性強的輸電，并且使用用電和配電的智能化的裝置[1]。不但推動我國電力系統進行穩定的轉變，還要不斷改進和發展不同的電子器件，特別是要提高電力電子裝置的智能化水平，使其在電力系統中充分發揮自身的積極作用。

2.電子電力裝置的特點

2.1可靠性的特點

電子系統的應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、平均無故障運行的時間、平韻維護的時間以及各項指標決定電力電子裝置的可靠性。由于科技不斷發展，社會經濟不斷增長，產業開發也進入多元化的階段，人們對電力資源的要求也越來越多，其生活的各個方面都離不開電的存在，由于電力系統具有可靠性的特點，從而使更多先進的電力電子裝置應用到電子系統中。電力電子裝置的可靠性不但能使電力系統運行中的安全穩定性得到保障，而且能夠為電力系統的運行、檢查以及維修等提供信息基礎。

2.2故障管理的特點

如果電子裝置長時間的運行，那么其出現故障是必然的。溫度過高或者溫度循環中出現的波動這些都容易使電子裝置發生故障。檢測和診斷電子裝置的故障以及依據診斷結果采取一定的保護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，提前運用合理的預防措施[2]。

3.電子電力裝置在電力系統中的具體應用

3.1發電環節中的具體應用

在電力系統的發電環節中，電力電子裝置主要應用到以下三個部分，即發電機組勵磁、風力發電以及伏光電站。

3.1.1發電機組勵磁

發電機組勵磁主要是運用到大型的發電機組中，主要是因為其具有簡單的控制方式以及快速的調節速度，其在水力發電機組中主要是為了調整勵磁電流頻率的動態性，快速調節發電系統對水頭的壓力和水流量的動態變化，從而使發電效率不斷增加，發電水平和質量不斷加強。

3.1.2風力發電的電力電子裝置

交流器是風力發電技術中電力電子裝置的核心環節，它不但使風力發電環節中的整流器與逆變器得到增加，而且能夠使風電交流器將不穩定的風能轉化為與其相應的電能。

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“電網友好”的控制方案主要是由并聯逆變器來實現的。

3.2輸電環節中的具體應用

我國電力系統中常見的輸電環節有：分頻輸電、直流輸電和固態變壓器三種。分頻輸電的方式主要是利用到水能發電以及風能發電等這些發電系統中的發電機轉速比較低[3]。分頻輸電主要是因為其傳輸電能的頻率較低，這樣不但使交流輸電線的電氣距離大大縮短，而且還使傳輸的效率得到加強，使電壓波動受到相應的限制。在可再生能源發電以及城市供電中最常見的是直流輸電。

3.3存儲電能環節的具體應用

實時性以及季節性等特點是可再生資源所具有的，但是其還具有一定的不穩定性，除此之外，電能在使用過程中也有低谷期和高峰期，所以要對電能進行儲存，從而加強電力系統的可靠性，其主要包括壓縮空氣儲能裝置、可調速抽水儲能裝置以及電池儲能裝置三方面。根據電力系統中的用電電荷控制儲氣空間的空氣這是壓縮空氣儲能的工作原理，如果進入用電的高峰期，空氣壓縮機就可以被電力系統中剩余的電量所驅動，從而使存儲能量轉化為高壓空氣；如果是電壓負荷進入高峰期時，這時候要想使發動機發電，就要釋放儲氣空間中的高壓空氣。利用水庫上下之間的落差使發電機進行發電這是抽水能裝置的主要采用的方式[4]。電池儲能裝置主要是利用電池，如鋰離子電池以及鈉離子電池等，對電池模塊的電流用用小功率的DC/DC變換器進行均衡的調節。

3.4微型電網中的具體應用

微型電網指的是一種小型的配電系統，其主要是由分布式電源、相關負荷、儲能裝置、監控保護裝置以及功率變換器組成。利用功率變換器就可以實現微型電網與外部電網的并網運行，利用并網運行的方式，當外部電網出現故障不能正常運行的時候，微型電網仍然可以使電網安全運行。

4.結論

由此可見，社會的發展離不開電力資源的運用，電能資源的主戰場就是電力系統，對其有著決定性的作用，因此在發展的過程中要不斷完善電力系統，從而使其能夠緊跟時展的腳步。在電力系統的應用中，電力電子裝置在發電以及存儲電能方面使電力系統的性能得到改善，從而加快了電力系統改革的腳步。隨著技術的不斷成熟和創新，電力電子裝置逐漸成為發電系統應用中的主角，從而使電力系統實現可持續發展的目標。

作者:趙鑫川 孟學斌 趙鵬飛 單位:內蒙古工業大學電力學院

參考文獻

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篇7

《電力電子技術》是自動化及其相關專業的一門重要的專業基礎課程，它的內容繁雜抽象，但是實用性強，技工電氣高職班的學生要很好地學習它還不是件易事，這使得教學工作進行起來比較棘手。經過總結多年的教學經驗，我們摸索出了以項目教學法為核心，分步驟，對該課程的知識由淺入深，化繁為簡進行教學，取得較為明顯的教學效果。

1學情分析

首先，我們應對學習該課程的對象進行分析，結合學生接受知識的特點，有的放矢，設計出一套適合學生特點的教學方法，這為取得良好的教學效果打下堅實的基礎。該課程是面對技工高職電氣相關專業學生所設的，這樣的班級在目前的技工教育中，人數一般為35～45人之間，其中有1/3的學生學習較為積極主動，1/3的學生需要在教師和同學的帶領下被動地學習，還有1/3是無心向學的“差生”。針對這種情況，我們對全班的學生進行分組，通過以強帶弱，以積極帶被動的學習形式，同時培養學生的團隊協作意識。技工學校電氣相關專業的學生還是普遍存在動手能力強，理論分析能力差的情況。針對這樣的學情，教師在教學過程中應該注意將難懂復雜的理論知識融入到一個個典型制作電路當中去。另外，因為他們是電氣相關專業的學生，有一定電工電子技術的基礎知識，為接受繁雜的電力電子知識打下一定的基礎。

2制定教學計劃

通過學情分析，我們幾位一起任教該門課程的教師進行集體備課，這里要特別感謝陳琨韶老師和陳國榮老師，他們為我們上好這門課想出了很多好辦法，他們結合深厚扎實的專業知識，將整門電力電子課程轉化成幾個項目進行教學。項目教學方法是將零散難懂的知識融入到每個具有代表性的項目上，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學生參與學習。這樣一來，一向被公認難上的一門課，經過我們的努力將其變得更容易教，更容易讓學生接受和對學生產生更好教學效果的一門課。

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。本課程結合重點知識、查找相關資料，設計出學生易學易懂的工作電路，主要用了兩個電路作為實訓內容。它們分別是調光燈電路———包含單相整流電路和單結晶體管觸發電路兩大部分;555PWM脈寬調制電路。調光燈電路。在實訓室中為了方便學生實訓并安全完成任務，我們將該電路的交流電源220V經過變壓器把電壓將為16～18V交流電，同時所用燈泡也更換為額定電壓為8V的小燈泡。另外，為了適應以上改變，電路中的R1和R4兩個電阻應被短接，這樣才能出現既定實訓效果。也就是當調節電位器Rp時，燈泡的亮度會隨之改變。555PWM脈寬調制電路，該電路應用555芯片驅動整個電路，以起到控制直流電機速度和燈泡亮度的作用。學生可以通過示波器檢測555芯片6腳和2腳連接處的波形，如果電路連接正確，檢測出來的波形是鋸齒波。如果不能出現該波形，應提醒學生檢查電路的焊接是否出錯。另外，學生可以通過檢測NPN三極管的b極，測出正確波形為方波。

4制作有針對性的工作頁

任務的實施通過了解學生的知識結構，我們編寫了幾個典型工作頁，以此來引導學生“在做中學，在學中做”。第一個階段的工作頁是以復習電工電子知識為主，新學的電力電子元件知識為輔。從而引導學生回憶、鞏固已學知識，對比、聯系地來學新知識。第二個階段的工作頁一共有兩個，是圍繞圖1、2—兩個典型工作電路，展開一系列知識點編制的。該工作頁的主要內容是設計相關的題目，這些題目主要體現了在學生制作該電路時所需要的電力電子技術方面的理論知識。通過工作頁可以讓學生邊做題邊從課本、網絡中查找需要的知識。這樣就有效地化被動接受知識為主動查找知識，教師在一旁加以點撥和提醒，協助學生完成。教師結合每次講解的內容布置相應題目，并作為作業要求學生完成。

5項目的實施

項目的實施分為幾大部分，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、繪制電路實物圖、焊接電路和調試電路。

1)查找資料填寫工作頁。學生根據教師提供的工作頁，通過上網查找資料或者課本完成相關題目，為順利完成該項目奠定理論基礎。

2)繪制電路原理圖。學生根據教師提供的原理圖，自己動手繪制出來，一來鍛煉學生繪圖的能力，二來加強學生對原理圖的理解。

3)列出元件清單。學生根據原理圖和教師分發的元件實物列出元件清單，該清單包括元件的型號、參數、圖形符號、文字符號等。

4)繪制電路實物連接圖。學生以電路原理圖為依據，根據元件引腳實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亂，要求符合電路布線原則。

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

6)調試電路。教師要求高職的學生應自己調試電路板。首先應該對照實物接線圖檢查成品電路板的連接有無錯漏，其次利用示波器測試電路板相應位置的電路波形以檢測所焊接的電路板是否能出現正確電路的波形圖，如果波形吻合說明電路板制作成功，反之亦然。最后學生根據理論知識分析成功電路板出現對應波形的原理。

6師生小結

每制作完成一個典型工作電路后，教師會根據學生在該項目學習的過程中存在的主要問題進行小結和解答。學生則以小組為單位，上講臺匯報他們的學習成果以及提出學習過程中的疑問。最后教師要求每位學生應自行完成該項目的實訓報告，以此作為作業。

7結語

篇8

現代電力電子技術的發展方向,是從以低頻技術處理問題為主的傳統電力電子學,向以高頻技術處理問題為主的現代電力電子學方向轉變。電力電子技術起始于五十年代末六十年代初的硅整流器件,其發展先后經歷了整流器時代、逆變器時代和變頻器時代,并促進了電力電子技術在許多新領域的應用。八十年代末期和九十年代初期發展起來的、以功率MOSFET和IGBT為代表的、集高頻、高壓和大電流于一身的功率半導體復合器件,表明傳統電力電子技術已經進入現代電力電子時代。

1、整流器時代

大功率的工業用電由工頻(50Hz)交流發電機提供,但是大約20%的電能是以直流形式消費的,其中最典型的是電解(有色金屬和化工原料需要直流電解)、牽引(電氣機車、電傳動的內燃機車、地鐵機車、城市無軌電車等)和直流傳動(軋鋼、造紙等)三大領域。大功率硅整流器能夠高效率地把工頻交流電轉變為直流電,因此在六十年代和七十年代,大功率硅整流管和晶閘管的開發與應用得以很大發展。當時國內曾經掀起了-股各地大辦硅整流器廠的熱潮,目前全國大大小小的制造硅整流器的半導體廠家就是那時的產物。

2、逆變器時代

七十年代出現了世界范圍的能源危機,交流電機變頻惆速因節能效果顯著而迅速發展。變頻調速的關鍵技術是將直流電逆變為0~100Hz的交流電。在七十年代到八十年代,隨著變頻調速裝置的普及,大功率逆變用的晶閘管、巨型功率晶體管(GTR)和門極可關斷晶閘管(GT0)成為當時電力電子器件的主角。類似的應用還包括高壓直流輸出,靜止式無功功率動態補償等。這時的電力電子技術已經能夠實現整流和逆變,但工作頻率較低,僅局限在中低頻范圍內。

3、變頻器時代

進入八十年代,大規模和超大規模集成電路技術的迅猛發展,為現代電力電子技術的發展奠定了基礎。將集成電路技術的精細加工技術和高壓大電流技術有機結合,出現了一批全新的全控型功率器件、首先是功率M0SFET的問世,導致了中小功率電源向高頻化發展,而后絕緣門極雙極晶體管(IGBT)的出現,又為大中型功率電源向高頻發展帶來機遇。MOSFET和IGBT的相繼問世,是傳統的電力電子向現代電力電子轉化的標志。據統計,到1995年底,功率M0SFET和GTR在功率半導體器件市場上已達到平分秋色的地步,而用IGBT代替GTR在電力電子領域巳成定論。新型器件的發展不僅為交流電機變頻調速提供了較高的頻率,使其性能更加完善可靠,而且使現代電子技術不斷向高頻化發展,為用電設備的高效節材節能,實現小型輕量化,機電一體化和智能化提供了重要的技術基礎。

二、電力電子技術的應用

1、一般工業

工業中大量應用各種交直流電動機。直流電動機有良好的調速性能，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的迅速發展，使得交流電機的調速性能可與直流電機相媲美，交流調速技術大量應用并占據主導地位。大至數千kW的各種軋鋼機，小到幾百W的數控機床的伺服電機，以及礦山牽引等場合都廣泛采用電力電子交直流調速技術。一些對調速性能要求不高的大型鼓風機等近年來也采用了變頻裝置，以達到節能的目的。還有些不調速的電機為了避免起動時的電流沖擊而采用了軟起動裝置，這種軟起動裝置也是電力電子裝置。電化學工業大量使用直流電源，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。電力電子技術還大量用于冶金工業中的高頻、中頻感應加熱電源、淬火電源及直流電弧爐電源等場合。

2、交通運輸

電氣化鐵道中廣泛采用電力電子技術。電氣機車中的直流機車中采用整流裝置，交流機車采用變頻裝置。直流斬波器也廣泛用于鐵道車輛。在未來的磁懸浮列車中，電力電子技術更是一項關鍵技術。除牽引電機傳動外，車輛中的各種輔助電源也都離不開電力電子技術。電動汽車的電機靠電力電子裝置進行電力變換和驅動控制，其蓄電池的充電也離不開電力電子裝置。一臺高級汽車中需要許多控制電機，它們也要靠變頻器和斬波器驅動并控制。飛機、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。如果把電梯也算做交通運輸，那么它也需要電力電子技術。以前的電梯大都采用直流調速系統，而近年來交流變頻調速已成為主流。3、電力系統

電力電子技術在電力系統中有著非常廣泛的應用。據估計，發達國家在用戶最終使用的電能中，有60%以上的電能至少經過一次以上電力電子變流裝置的處理。電力系統在通向現代化的進程中，電力電子技術是關鍵技術之一。可以毫不夸張地說，如果離開電力電子技術，電力系統的現代化就是不可想象的。直流輸電在長距離、大容量輸電時有很大的優勢，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。近年發展起來的柔流輸電（FACTS）也是依靠電力電子裝置才得以實現的。無功補償和諧波抑制對電力系統有重要的意義。晶閘管控制電抗器（TCR）、晶閘管投切電容器（TSC）都是重要的無功補償裝置。近年來出現的靜止無功發生器（SVG）、有源電力濾波器（APF）等新型電力電子裝置具有更為優越的無功功率和諧波補償的性能。在配電網系統，電力電子裝置還可用于防止電網瞬時停電、瞬時電壓跌落、閃變等，以進行電能質量控制，改善供電質量。

在變電所中，給操作系統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的直流電源供電。通信設備中的程控交換機所用的直流電源以前用晶閘管整流電源，現在已改為采用全控型器件的高頻開關電源。大型計算機所需的工作電源、微型計算機內部的電源現在也都采用高頻開關電源。在各種電子裝置中，以前大量采用線性穩壓電源供電，由于高頻開關電源體積小、重量輕、效率高，現在已逐漸取代了線性電源。因為各種信息技術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離不開電力電子技術。

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、發光效率高、可節省大量能源，通常被稱為“節能燈”，它正在逐步取代傳統的白熾燈和日光燈。變頻空調器是家用電器中應用電力電子技術的典型例子。電視機、音響設備、家用計算機等電子設備的電源部分也都需要電力電子技術。此外，有些洗衣機、電冰箱、微波爐等電器也應用了電力電子技術。電力電子技術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”課程實踐教學體系

從培養具有創新能力的應用型人才目標出發，根據“電力電子技術”課程的特點，建立起如圖1所示的“電力電子技術”課程實踐教學體系。實踐教學體系以培養學生的創新能力和實踐能力為核心，涵蓋課程實驗、課程設計、學生科研、教師科研四個方面。在培養體系中，課程實驗是基礎階段，課程設計是提高階段，學生科研和教師科研是升華階段。下面對體系的四個組成部分予以分別介紹。

1“.電力電子技術”課程實驗

課程實驗是整個體系的基礎階段，是培養學生創新能力和實踐能力的最起碼的條件。課程實驗包括驗證性實驗、設計性實驗和研究性實驗，主要是鍛煉學生應用所學的電力電子理論知識驗證電力電子主電路、觸發電路與控制電路的工作原理、綜合應用電力電子技術設計、電力電子電路等方面的能力，使學生具備初步的電力電子技術實驗能力。為了更好地鍛煉學生的創新能力和實踐能力，我們采取的措施一是在實驗項目中增加設計性實驗項目的比例，使其達到50%，二是大膽嘗試研究性實驗教學方法。研究性實驗教學根據“電力電子技術”課程教學大綱要求，根據課程實驗課時要求，讓學生完成規定的研究性實驗項目。研究性實驗項目跟一般的驗證性實驗項目相比有著本質的區別，著重鍛煉學生發現問題、分析問題和解決問題的能力，達到培養學生創新能力和實踐能力的目的。研究性實驗項目可以單獨完成，也可以和其他學生組成小組共同完成。完成后必須撰寫實驗研究報告并答辯。

2“.電力電子技術”課程設計

課程設計是實踐教學體系的提高階段，主要是鍛煉學生在課程實驗的基礎上綜合應用所學的電力電子技術設計某種實際的電力電子應用電路（電力電子裝置）或驅動電路、控制電路。設計內容包括電路拓撲結構的選擇、功率開關器件的選型與參數計算、控制電路設計、驅動電路設計和保護電路設計等，為將來從事電力電子裝置的研究和開發奠定基礎。根據需要，我們給學生課程設計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）設計及器件選型與參數計算、PWM控制電路設計、驅動電路設計和保護電路設計，同時要求學生能熟練應用PSIM和MATLAB等仿真軟件對所設計的電力電子主電路、控制電路和保護電路進行仿真分析。通過課程設計讓學生具備“方案論證—理論分析—仿真分析—參數計算—器件選型—實驗驗證”的電力電子裝置設計能力。

3“.電力電子技術”學生科研

學生科研就是積極鼓勵學生申報電力電子技術類科研課題，帶著問題去學習、去探索，鍛煉學生的文獻查閱能力、應用電力電子技術解決實際問題的能力等，從理論和實踐兩個方面全面提升學生的實踐能力和創新能力。學生科研的主要途徑就是申報各級各類大學生科研項目，如湖南省大學生研究性學習和創新性實驗計劃項目、邵陽學院學生科研項目等。我們鼓勵并資助大學生開展研究性學習和創新性實驗計劃項目，從項目的實施與管理、資助條件與項目申報、項目結題與獎勵等幾個方面對大學生申報項目進行管理。到目前為止，電氣工程及其自動化專業學生已獲得湖南省大學生研究性學習和創新性實驗計劃項目4項、獲得校級大學生科研立項項目2項。這些項目均以電力電子裝置的設計與實驗為研究內容。通過這些項目的研究，學生發表學術論文8篇、獲得軟件著作權3項。

4“.電力電子技術”教師科研

除了學生自己申報各級大學生研究性學習和創新性實驗計劃項目外，同時積極引導學生參與教師與電力電子技術相關的科研課題，進一步培養學生的創新意識和創新能力。在鍛煉創新能力和實踐動手能力的過程當中，要結合學生具體的研究課題進行專題培訓。主要是讓學生通過閱讀相關專著、文獻等掌握所研究課題的發展情況及最新進展。目前，學生已經參與到湖南省自然科學基金項目“基于VSI-SPWM結構的綜合電能質量調節器關鍵技術研究”、湖南省教育廳優秀青年項目“基于并聯補償的配電網電能質量控制技術研究”等多項電力電子研究課題當中，學生的畢業設計課題、申報的科研項目也大都與教師的科研課題相關。

二、“電力電子技術”課程實踐教學體系的成效

根據以上內容構建的“電力電子技術”課程實踐教學體系在電氣工程系實踐三年多來，成績顯著，學生在電力電子技術方面的實踐能力和創新能力得到明顯提高。到目前為止，學生獲得的與電力電子技術相關的成果為：獲得湖南省大學生研究性學習和創新性實驗計劃項目4項，獲得校級大學生科研立項項目2項，獲得校級優秀畢業設計（論文）3篇，學生參與開發70kvar微機型低壓動態靜止無功補償裝置和50kvar新型靜止無功補償裝置各一套，發表電力電子學術論文8篇，獲得國家實用新型專利1項，獲得軟件著作權3項，實現了我校電氣工程系電氣工程及其自動化專業畢業生被許繼電氣、中山南瑞錄用從事電力電子技術研發工作零的突破。在今后的工作中，我們將進一步完善“電力電子技術”課程實踐教學體系，進而推廣所取得的成果。

篇10

【關鍵詞】電力電子技術；MATLAB；仿真

作者簡介：趙娟（1982—），女，碩士，講師，主要從事高職院校應用電子專業教育教學

前言

電力電子技術是電氣控制等專業的一門基礎性較強且與生產緊密聯系的課程，主要研究各種電力電子器件，以及由電力電子器件所構成的各種電路或變流裝置，以完成對電能的變換和控制。由于電力電子器件自身的開關非線性，給電力電子電路的分析帶來一定的復雜性，學生在學習時覺得枯燥，對波形的變化難以理解，在很大程度上影響學習效果和學習興趣。根據目前電力電子技術教學現狀，本文介紹了利用MATLA仿真軟件來完成對實際電路的仿真，實踐證明，借助這種輔助教學手段，更好的幫助同學們對本課程理論知識的理解，同時有效的激發學生的學習興趣。

1MATLAB簡介

MATLAB是一種科學計算軟件，SIMULINK是掛接在MATLAB環境上，以MATLAB的強大計算功能為基礎，以直觀的模塊框圖進行仿真和計算。在SIMULINK環境下的電力系統模塊庫(SimPowerSystem)可以方便地進行RLC電路、電力電子電路、電機控制系統和電力系統的仿真。本文所介紹的電力電子電路的仿真就是在MATLAB／SIMULINK環境下，主要使用電力系統模塊庫和SIMULINK兩個模塊庫進行。通過電力電子電路的仿真，不僅展示了MATLAB／SIMULINK的強大功能，而且有助于同學們學習仿真的方法和技巧，研究電路的原理和性能。

2仿真實例

整流電路是電力電子技術中出現最早的一種變換電路，廣泛應用在直流電動機調速、電焊、電鍍等場合。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、負載以及觸發電路組成。改變晶閘管的控制角可以調節輸出直流電壓和電流的大小。

2.1仿真建模

在MATLAB環境下，點擊圖標，點擊菜單File，選擇New，新建一個空白的仿真平臺，在SimPowerSystem及相關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模型參數設置

設置模型參數是保證仿真準確和順利的重要一步，雙擊各模塊圖標彈出參數設置對話框，根據參數要求設置。單相交流電源參數設置：幅度220V，頻率50HZ，相位00。四個晶閘管參數設置：使用默認值。兩路脈沖參數設置：pulse1周期0.02s，初始相位600（對應參數600/3600*0.02s），即0.003s，pulse2與pulse1相位互差1800，，即0.013s。負載RLC參數設置：電阻性負載時R為2Ω，L為0H，C為inf；電感性負載時R為2，L為0.01H，C為inf.

2.3模型仿真

參數設置完后，設置仿真時間，開始時間0，結束時間0.1s，選擇ode23tb仿真算法，最大步長設為1e-3。觀察在交流輸出信號下，觸發角為600時的輸出直流電壓和直流電流波形，如圖3、圖4所示。

3結束語

以上仿真結果中給出了α＝60°時帶不出負載時輸出直流電壓和電流的波形圖，實踐證時，利用MATLAB仿真電力電子電路時，不需要再重新構建仿真模型圖，只要對模塊的參數稍作修改即可得到在不同的條件下（如控制角不同，負載不同）所對應的輸出波形，操作靈活方便，便于激發學生的學習興趣，提高學生的創新能力，是一種較為理想的實踐教學軟件。

參考文獻

[1]林飛等主編.電力電子應用技術的MATLAB仿真[M].北京:中國電力出版社,2008.

[2]徐立娟主編.電力電子技術[M].北京:人民郵電出版社,2010.

[3]劉雨棣主編.電力電子技術及應用[M].西安:西安電子科技大學出版社,2006.