時(shí)間：2023-03-22 17:34:00
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作者：張亞婷 丑修建 郭濤 熊繼軍 單位：中北大學(xué)
近年來，為了探索新型的使用壽命長、能量密度高的微能源，國內(nèi)外學(xué)者開始收集人體、聲音、道路、高層建筑等周圍環(huán)境中的振動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)微納機(jī)電系統(tǒng)的自我供能，這將有望解決能源微型化過程中電池體積大、一次性使用壽命短、能量密度小等問題。靜電式微能源目前，T．Sterken等人［5］提出的靜電式發(fā)電機(jī)采用靜電梳齒結(jié)構(gòu)和MEMS工藝，在150V的激勵(lì)下、振動(dòng)頻率為1020Hz的環(huán)境中，獲得1μW功率輸出；在3750Hz下得到16μW功率。美國Berkeley大學(xué)S．Roundy等人［6］研制出的靜電式發(fā)電機(jī)采集120Hz的低頻振動(dòng)（圖略），采用變間距式改變電容，仿真和實(shí)驗(yàn)結(jié)果證實(shí)變間距式的結(jié)構(gòu)更有優(yōu)勢，當(dāng)在120Hz，2．25m／s2的加速度振動(dòng)下，輸出功率密度達(dá)116μW／cm2。（圖略）為變面積式結(jié)構(gòu)。Y．Chiu等人［7］提出了一種靜電式微能源，利用鎢球調(diào)節(jié)裝置的固有頻率，整合機(jī)械開關(guān)被安放在換能器內(nèi)，實(shí)現(xiàn)同步能量轉(zhuǎn)換。東京大學(xué)T．Tsutsumino等人［8］提出了一種靜電式發(fā)電機(jī)，其利用高性能的有機(jī)膜全氟樹脂（CYTOP）作為駐極體材料來提供電荷，加載20Hz振動(dòng)，振動(dòng)幅度的峰峰值為1mm，最大輸出功率達(dá)6．4μW。電磁式微能源目前在電磁能量轉(zhuǎn)換研究方面工作較突出的是英國Southampton大學(xué)，從2004年開始采用硅微加工技術(shù)制作了微型電磁式振動(dòng)能量采集器，在1．615kHz的振動(dòng)頻率下，輸入加速度為0．4g時(shí)，其產(chǎn)生的最大輸出功率為104nW［9］；此外還提出了一種發(fā)電機(jī)在9．5kHz，1．92m／s2加速度振動(dòng)驅(qū)動(dòng)下，獲得21nW的電能［10］。D．Spreemann等人［11］設(shè)計(jì)了一個(gè)雙自由度電磁式能量采集器，中心轉(zhuǎn)子帶動(dòng)磁鐵運(yùn)動(dòng)，使磁通量產(chǎn)生變化，產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢，克服了單自由度能量采集器固有頻率的限制，適用于實(shí)際環(huán)境中的振動(dòng)。在低頻環(huán)境中30～80Hz，可得到3mW的功率。H．Kulah等人［12］提出了一種鐵圈同振型發(fā)電機(jī)，通過一個(gè)電磁式頻率放大器將低頻振動(dòng)轉(zhuǎn)換成高頻振動(dòng)，而輸出功率與振動(dòng)頻率的三次方成正比，從而提高了能量轉(zhuǎn)換效率。P．H．Wang等人［13］提出了一種銅平面彈簧式結(jié)構(gòu)，為了獲得更低的固有頻率，測試結(jié)果顯示在121．25Hz頻率和1．5g的加速度下，開路電壓為60mV。以上研究初步達(dá)到了電磁發(fā)電單獨(dú)供能的目的，但在提高電源的能量密度和轉(zhuǎn)換效率，以及輸出能量收集與控制方面仍需要進(jìn)行大量的研究工作。
壓電式微能源為了在低頻低強(qiáng)度的普通環(huán)境中提高轉(zhuǎn)換效率，大多數(shù)研究對微能源的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了改進(jìn)。S．Roundy等人［14］制作的矩形單懸臂梁結(jié)構(gòu)的壓電發(fā)電機(jī)在120Hz、加速度為2．5m／s2下，產(chǎn)生25μW／cm2的能量。D．Shen等人［15］研制的低頻（183．8Hz）能量采集器，采用單矩形懸臂梁－質(zhì)量塊結(jié)構(gòu)，體積僅為0．769cm3，輸出平均能量為0．32μW，能量密度為41．625μW／cm2。E．K．Reilly等人［16］研究了矩形、梯形、螺旋形等不同結(jié)構(gòu)的壓電懸臂梁。研究表明，螺旋形結(jié)構(gòu)承受的應(yīng)力最大，可產(chǎn)生較大的形變，輸出較高的電能，梯形結(jié)構(gòu)次之。但是由于矩形結(jié)構(gòu)加工簡單，故被廣泛應(yīng)用。2010年，G．Zhu等人［17］收集說話聲音，采用豎直結(jié)構(gòu)的ZnO納米線陣列代替常用的PZT壓電材料制成了納米發(fā)生器，通過實(shí)驗(yàn)證實(shí)了在－100dB強(qiáng)度的聲波振動(dòng)下，輸出峰值為50mV的交流電壓。近年來國內(nèi)吉林大學(xué)、上海交通大學(xué)、大連理工大學(xué)等［18－20］也開展了關(guān)于壓電振子發(fā)電的微能源研究工作，并在壓電微能源應(yīng)用研制方面取得了一定的研究成果。通常環(huán)境下振動(dòng)分布在一個(gè)較寬的頻率范圍內(nèi)，如果微能源帶寬過窄，則不能滿足實(shí)際需求。目前的頻帶擴(kuò)展方法主要有陣列式［21－22］、多梁－多質(zhì)量塊系統(tǒng)［23］以及頻率可調(diào)式［24－25］。陣列式是通過具有不同固有頻率的單懸臂梁－單質(zhì)量塊結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)頻帶擴(kuò)展，即使振動(dòng)頻率改變，某些頻率的懸臂梁也會(huì)處于工作狀態(tài)；多梁－多質(zhì)量塊系統(tǒng)是通過使結(jié)構(gòu)某兩階頻率接近來實(shí)現(xiàn)頻帶擴(kuò)展；頻率可調(diào)式分為主動(dòng)調(diào)頻和被動(dòng)調(diào)頻。主動(dòng)調(diào)頻需要調(diào)頻器，而調(diào)頻器耗能大于產(chǎn)生的能量，故不可行；被動(dòng)調(diào)頻需要激勵(lì)和傳感器，這提高了復(fù)雜性和成本。2006年，M．Ferrari等人［26］提出了一種多頻能量轉(zhuǎn)換器，覆蓋100～300Hz波段；2007年A．IbrahimSari等人［27］采用不同長度懸臂梁陣列式結(jié)構(gòu)擴(kuò)大了微型發(fā)電機(jī)的帶寬，在4．2～5kHz的振動(dòng)頻率下，產(chǎn)生4μW的能量，覆蓋800Hz的波段。上海交通大學(xué)的馬華安等人［28］采用永磁鐵代替?zhèn)鹘y(tǒng)的質(zhì)量塊，并且在質(zhì)量塊的上方和下方也放置了不同極性的永磁鐵，通過吸引力和排斥力來調(diào)整壓電懸臂梁的固有頻率，固有頻率范圍拓寬為80～100Hz。電能采集、存儲(chǔ)電路微小能量的采集、存儲(chǔ)也是微能源系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)，否則振動(dòng)產(chǎn)生的微電壓并無實(shí)用價(jià)值。能量采集存儲(chǔ)電路主要包括整流電路、升壓電路和存儲(chǔ)電路。對于此部分的研究已經(jīng)較為成熟，但大部分都是基于經(jīng)典的分立器件所搭建而成，具有靜態(tài)電流高、采集存儲(chǔ)效率低的特點(diǎn)。LINEAR公司［29］新推出了一款專門面向能量收集的集成芯片LTC3588，它內(nèi)部集成了AC／DC、電荷泵以及電源管理模塊，可以直接采集微小交流電壓信號(hào)，持續(xù)輸出100mA的電流信號(hào)，且其靜態(tài)電流只需950nA。TI公司［30］在2011年底推出的BQ25504芯片，也同樣集成了采集存儲(chǔ)電路的幾個(gè)模塊，其靜態(tài)電流僅為330nA，可以將能量存儲(chǔ)在鋰電池、薄膜電池以及超級(jí)電容中，同時(shí)其良好的電源管理實(shí)現(xiàn)了充放電保護(hù)的功能，極大地提高了系統(tǒng)的集成度。它們都具有操作簡單、能量采集存儲(chǔ)效率高、性能穩(wěn)定、價(jià)格低廉的特點(diǎn)，可以廣泛地應(yīng)用于由振動(dòng)驅(qū)動(dòng)的微能源系統(tǒng)。電能存儲(chǔ)的介質(zhì)選擇也是研究的一項(xiàng)重要內(nèi)容。沈輝［31］對超級(jí)電容、鎳氫電池和鋰電池的儲(chǔ)存電荷能力進(jìn)行了比較，發(fā)現(xiàn)電容器的充放電速度較快，可以迅速地回收產(chǎn)生的電能，同時(shí)其充電效率最高可達(dá)95％，并且充電次數(shù)理論上也可達(dá)無窮次；與之相反，電池的充電速度慢，不能立即使用回收的電能，同時(shí)其充電效率僅為92％（鋰電池）、69％（鎳氫電池），使用壽命為500～1000次，但其具有放電時(shí)間長、輸出電壓比較穩(wěn)定的特點(diǎn)。經(jīng)過一個(gè)月的自放電測試，超級(jí)電容自放電效率最高，剩余電量僅為65％，鎳氫電池為70％，鋰離子電池為95％。但是對于需要經(jīng)常充放電的場合，自放電可以忽略，超級(jí)電容憑借其可以無限次重復(fù)使用的特點(diǎn)，受到了科研人員的青睞。三種不同類型的微能源相比較，壓電式微能源有結(jié)構(gòu)簡單、易于集成和微型化的獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)應(yīng)用到生活中。日本的研究員在東京火車站的地面上鋪上了四塊包含壓電發(fā)電裝置的地板，其可以顯示產(chǎn)生的能量，可為自動(dòng)檢票門提供能量［4］。以色列Innowattech公司［32］建立了第一條發(fā)電公路，用預(yù)制塊和環(huán)氧樹脂作保護(hù)，防止壓電晶體破損。英飛凌公司［33］推出了MEMS傳感器、MCU、RF、MEMS自供電電源四合一的新型TMPS。
電磁式微能源的設(shè)計(jì)僅在理論指導(dǎo)下進(jìn)行，對器件進(jìn)行仿真分析較少［34］，所以，難以得到最優(yōu)的結(jié)構(gòu)模型；壓電微能源的大部分研究都通過改變幾何結(jié)構(gòu)來降低共振頻率、優(yōu)化電路以提高能量轉(zhuǎn)換效率，而對于研究新型的壓電材料來提高系統(tǒng)性能的研究相對較少；由于MEMS的微加工、微裝配與封裝技術(shù)處于發(fā)展階段，使得振動(dòng)式微能源不能按照設(shè)計(jì)要求達(dá)到精確制作與裝配，從而難以得到理想結(jié)果。振動(dòng)驅(qū)動(dòng)微能源技術(shù)存在以下應(yīng)用方面的問題：實(shí)際生活環(huán)境中振動(dòng)頻率范圍比較寬，從十幾赫茲到幾百赫茲，至今沒有提出有效調(diào)節(jié)頻率的方法。因此，有人提出使用非線性振動(dòng)模型來研究微能源［35］，但目前，這方面的研究還很少。儲(chǔ)存電能的介質(zhì)需要做進(jìn)一步研究，特別是超級(jí)電容，其放電速度快、輸出電壓不是很穩(wěn)定的特性需要改進(jìn)。理論上微能源具有壽命較長的優(yōu)點(diǎn)，但是實(shí)際應(yīng)用環(huán)境中振動(dòng)加速度和頻率對微能源壽命有很大的影響。振動(dòng)驅(qū)動(dòng)微能源已成為各國科學(xué)家研究的熱點(diǎn)。目前，電磁式、壓電式微能源的研究相對較多，但是為了提高其性能指標(biāo)，從而更快應(yīng)用到實(shí)際中，振動(dòng)式微能源的結(jié)構(gòu)還在不斷得到改進(jìn)、優(yōu)化，并且提出新的結(jié)構(gòu)模型。而靜電式微能源由于需要外部電源，限制了其應(yīng)用，因而研究相對較少。振動(dòng)驅(qū)動(dòng)微能源技術(shù)向低頻、多頻、寬頻、非線性振動(dòng)模型、復(fù)合微能源發(fā)展［36－37］。同時(shí)，將幾種不同轉(zhuǎn)換形式的微能源集成在同一芯片上，可以綜合不同原理微能源的優(yōu)點(diǎn)，提高能量密度，這些都是微型化和實(shí)用化的關(guān)鍵。振動(dòng)驅(qū)動(dòng)微能源有望為野外和置入結(jié)構(gòu)的微系統(tǒng)提供高可靠、長時(shí)間的電能，為無線傳感網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)和便攜式微電子產(chǎn)品提供充足的電源，所以研究振動(dòng)式微能源有重要的實(shí)用意義。
現(xiàn)代電力電子技術(shù)的發(fā)展方向,是從以低頻技術(shù)處理問題為主的傳統(tǒng)電力電子學(xué),向以高頻技術(shù)處理問題為主的現(xiàn)代電力電子學(xué)方向轉(zhuǎn)變。電力電子技術(shù)起始于五十年代末六十年代初的硅整流器件,其發(fā)展先后經(jīng)歷了整流器時(shí)代、逆變器時(shí)代和變頻器時(shí)代,并促進(jìn)了電力電子技術(shù)在許多新領(lǐng)域的應(yīng)用。八十年代末期和九十年代初期發(fā)展起來的、以功率MOSFET和IGBT為代表的、集高頻、高壓和大電流于一身的功率半導(dǎo)體復(fù)合器件,表明傳統(tǒng)電力電子技術(shù)已經(jīng)進(jìn)入現(xiàn)代電力電子時(shí)代。
1.1整流器時(shí)代
大功率的工業(yè)用電由工頻(50Hz)交流發(fā)電機(jī)提供,但是大約20%的電能是以直流形式消費(fèi)的,其中最典型的是電解(有色金屬和化工原料需要直流電解)、牽引(電氣機(jī)車、電傳動(dòng)的內(nèi)燃機(jī)車、地鐵機(jī)車、城市無軌電車等)和直流傳動(dòng)(軋鋼、造紙等)三大領(lǐng)域。大功率硅整流器能夠高效率地把工頻交流電轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟?因此在六十年代和七十年代,大功率硅整流管和晶閘管的開發(fā)與應(yīng)用得以很大發(fā)展。當(dāng)時(shí)國內(nèi)曾經(jīng)掀起了-股各地大辦硅整流器廠的熱潮,目前全國大大小小的制造硅整流器的半導(dǎo)體廠家就是那時(shí)的產(chǎn)物。
1.2逆變器時(shí)代
七十年代出現(xiàn)了世界范圍的能源危機(jī),交流電機(jī)變頻惆速因節(jié)能效果顯著而迅速發(fā)展。變頻調(diào)速的關(guān)鍵技術(shù)是將直流電逆變?yōu)?~100Hz的交流電。在七十年代到八十年代,隨著變頻調(diào)速裝置的普及,大功率逆變用的晶閘管、巨型功率晶體管(GTR)和門極可關(guān)斷晶閘管(GT0)成為當(dāng)時(shí)電力電子器件的主角。類似的應(yīng)用還包括高壓直流輸出,靜止式無功功率動(dòng)態(tài)補(bǔ)償?shù)?。這時(shí)的電力電子技術(shù)已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)整流和逆變,但工作頻率較低,僅局限在中低頻范圍內(nèi)。
1.3變頻器時(shí)代
進(jìn)入八十年代,大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路技術(shù)的迅猛發(fā)展,為現(xiàn)代電力電子技術(shù)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。將集成電路技術(shù)的精細(xì)加工技術(shù)和高壓大電流技術(shù)有機(jī)結(jié)合,出現(xiàn)了一批全新的全控型功率器件、首先是功率M0SFET的問世,導(dǎo)致了中小功率電源向高頻化發(fā)展,而后絕緣門極雙極晶體管(IGBT)的出現(xiàn),又為大中型功率電源向高頻發(fā)展帶來機(jī)遇。MOSFET和IGBT的相繼問世,是傳統(tǒng)的電力電子向現(xiàn)代電力電子轉(zhuǎn)化的標(biāo)志。據(jù)統(tǒng)計(jì),到1995年底,功率M0SFET和GTR在功率半導(dǎo)體器件市場上已達(dá)到平分秋色的地步,而用IGBT代替GTR在電力電子領(lǐng)域巳成定論。新型器件的發(fā)展不僅為交流電機(jī)變頻調(diào)速提供了較高的頻率,使其性能更加完善可靠,而且使現(xiàn)代電子技術(shù)不斷向高頻化發(fā)展,為用電設(shè)備的高效節(jié)材節(jié)能,實(shí)現(xiàn)小型輕量化,機(jī)電一體化和智能化提供了重要的技術(shù)基礎(chǔ)。
2.現(xiàn)代電力電子的應(yīng)用領(lǐng)域
2.1計(jì)算機(jī)高效率綠色電源
高速發(fā)展的計(jì)算機(jī)技術(shù)帶領(lǐng)人類進(jìn)入了信息社會(huì),同時(shí)也促進(jìn)了電源技術(shù)的迅速發(fā)展。八十年代,計(jì)算機(jī)全面采用了開關(guān)電源,率先完成計(jì)算機(jī)電源換代。接著開關(guān)電源技術(shù)相繼進(jìn)人了電子、電器設(shè)備領(lǐng)域。
計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展,提出綠色電腦和綠色電源。綠色電腦泛指對環(huán)境無害的個(gè)人電腦和相關(guān)產(chǎn)品，綠色電源系指與綠色電腦相關(guān)的高效省電電源,根據(jù)美國環(huán)境保護(hù)署l992年6月17日“能源之星"計(jì)劃規(guī)定,桌上型個(gè)人電腦或相關(guān)的設(shè)備,在睡眠狀態(tài)下的耗電量若小于30瓦,就符合綠色電腦的要求,提高電源效率是降低電源消耗的根本途徑。就目前效率為75%的200瓦開關(guān)電源而言,電源自身要消耗50瓦的能源。
2.2通信用高頻開關(guān)電源
通信業(yè)的迅速發(fā)展極大的推動(dòng)了通信電源的發(fā)展。高頻小型化的開關(guān)電源及其技術(shù)已成為現(xiàn)代通信供電系統(tǒng)的主流。在通信領(lǐng)域中,通常將整流器稱為一次電源,而將直流-直流(DC/DC)變換器稱為二次電源。一次電源的作用是將單相或三相交流電網(wǎng)變換成標(biāo)稱值為48V的直流電源。目前在程控交換機(jī)用的一次電源中,傳統(tǒng)的相控式穩(wěn)壓電源己被高頻開關(guān)電源取代,高頻開關(guān)電源(也稱為開關(guān)型整流器SMR)通過MOSFET或IGBT的高頻工作,開關(guān)頻率一般控制在50-100kHz范圍內(nèi),實(shí)現(xiàn)高效率和小型化。近幾年,開關(guān)整流器的功率容量不斷擴(kuò)大,單機(jī)容量己從48V/12.5A、48V/20A擴(kuò)大到48V/200A、48V/400A。
因通信設(shè)備中所用集成電路的種類繁多,其電源電壓也各不相同,在通信供電系統(tǒng)中采用高功率密度的高頻DC-DC隔離電源模塊,從中間母線電壓(一般為48V直流)變換成所需的各種直流電壓,這樣可大大減小損耗、方便維護(hù),且安裝、增加非常方便。一般都可直接裝在標(biāo)準(zhǔn)控制板上,對二次電源的要求是高功率密度。因通信容量的不斷增加,通信電源容量也將不斷增加。
2.3直流-直流(DC/DC)變換器
DC/DC變換器將一個(gè)固定的直流電壓變換為可變的直流電壓,這種技術(shù)被廣泛應(yīng)用于無軌電車、地鐵列車、電動(dòng)車的無級(jí)變速和控制,同時(shí)使上述控制獲得加速平穩(wěn)、快速響應(yīng)的性能,并同時(shí)收到節(jié)約電能的效果。用直流斬波器代替變阻器可節(jié)約電能(20~30)%。直流斬波器不僅能起調(diào)壓的作用(開關(guān)電源),同時(shí)還能起到有效地抑制電網(wǎng)側(cè)諧波電流噪聲的作用。
通信電源的二次電源DC/DC變換器已商品化,模塊采用高頻PWM技術(shù),開關(guān)頻率在500kHz左右,功率密度為5W~20W/in3。隨著大規(guī)模集成電路的發(fā)展,要求電源模塊實(shí)現(xiàn)小型化,因此就要不斷提高開關(guān)頻率和采用新的電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),目前已有一些公司研制生產(chǎn)了采用零電流開關(guān)和零電壓開關(guān)技術(shù)的二次電源模塊,功率密度有較大幅度的提高。
2.4不間斷電源(UPS)
不間斷電源(UPS)是計(jì)算機(jī)、通信系統(tǒng)以及要求提供不能中斷場合所必須的一種高可靠、高性能的電源。交流市電輸入經(jīng)整流器變成直流,一部分能量給蓄電池組充電,另一部分能量經(jīng)逆變器變成交流,經(jīng)轉(zhuǎn)換開關(guān)送到負(fù)載。為了在逆變器故障時(shí)仍能向負(fù)載提供能量,另一路備用電源通過電源轉(zhuǎn)換開關(guān)來實(shí)現(xiàn)。
現(xiàn)代UPS普遍了采用脈寬調(diào)制技術(shù)和功率M0SFET、IGBT等現(xiàn)代電力電子器件,電源的噪聲得以降低,而效率和可靠性得以提高。微處理器軟硬件技術(shù)的引入,可以實(shí)現(xiàn)對UPS的智能化管理,進(jìn)行遠(yuǎn)程維護(hù)和遠(yuǎn)程診斷。
目前在線式UPS的最大容量已可作到600kVA。超小型UPS發(fā)展也很迅速,已經(jīng)有0.5kVA、lkVA、2kVA、3kVA等多種規(guī)格的產(chǎn)品。
2.5變頻器電源
變頻器電源主要用于交流電機(jī)的變頻調(diào)速,其在電氣傳動(dòng)系統(tǒng)中占據(jù)的地位日趨重要,已獲得巨大的節(jié)能效果。變頻器電源主電路均采用交流-直流-交流方案。工頻電源通過整流器變成固定的直流電壓,然后由大功率晶體管或IGBT組成的PWM高頻變換器,將直流電壓逆變成電壓、頻率可變的交流輸出,電源輸出波形近似于正弦波,用于驅(qū)動(dòng)交流異步電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)速。
國際上400kVA以下的變頻器電源系列產(chǎn)品已經(jīng)問世。八十年代初期,日本東芝公司最先將交流變頻調(diào)速技術(shù)應(yīng)用于空調(diào)器中。至1997年,其占有率已達(dá)到日本家用空調(diào)的70%以上。變頻空調(diào)具有舒適、節(jié)能等優(yōu)點(diǎn)。國內(nèi)于90年代初期開始研究變頻空調(diào),96年引進(jìn)生產(chǎn)線生產(chǎn)變頻空調(diào)器,逐漸形成變頻空調(diào)開發(fā)生產(chǎn)熱點(diǎn)。預(yù)計(jì)到2000年左右將形成。變頻空調(diào)除了變頻電源外,還要求有適合于變頻調(diào)速的壓縮機(jī)電機(jī)。優(yōu)化控制策略,精選功能組件,是空調(diào)變頻電源研制的進(jìn)一步發(fā)展方向。
2.6高頻逆變式整流焊機(jī)電源
高頻逆變式整流焊機(jī)電源是一種高性能、高效、省材的新型焊機(jī)電源,代表了當(dāng)今焊機(jī)電源的發(fā)展方向。由于IGBT大容量模塊的商用化,這種電源更有著廣闊的應(yīng)用前景。
逆變焊機(jī)電源大都采用交流-直流-交流-直流(AC-DC-AC-DC)變換的方法。50Hz交流電經(jīng)全橋整流變成直流,IGBT組成的PWM高頻變換部分將直流電逆變成20kHz的高頻矩形波,經(jīng)高頻變壓器耦合,整流濾波后成為穩(wěn)定的直流,供電弧使用。
由于焊機(jī)電源的工作條件惡劣,頻繁的處于短路、燃弧、開路交替變化之中,因此高頻逆變式整流焊機(jī)電源的工作可靠性問題成為最關(guān)鍵的問題,也是用戶最關(guān)心的問題。采用微處理器做為脈沖寬度調(diào)制(PWM)的相關(guān)控制器,通過對多參數(shù)、多信息的提取與分析,達(dá)到預(yù)知系統(tǒng)各種工作狀態(tài)的目的,進(jìn)而提前對系統(tǒng)做出調(diào)整和處理,解決了目前大功率IGBT逆變電源可靠性。
國外逆變焊機(jī)已可做到額定焊接電流300A,負(fù)載持續(xù)率60%,全載電壓60~75V,電流調(diào)節(jié)范圍5~300A,重量29kg。
2.7大功率開關(guān)型高壓直流電源
大功率開關(guān)型高壓直流電源廣泛應(yīng)用于靜電除塵、水質(zhì)改良、醫(yī)用X光機(jī)和CT機(jī)等大型設(shè)備。電壓高達(dá)50~l59kV,電流達(dá)到0.5A以上,功率可達(dá)100kW。
自從70年代開始,日本的一些公司開始采用逆變技術(shù),將市電整流后逆變?yōu)?kHz左右的中頻,然后升壓。進(jìn)入80年代,高頻開關(guān)電源技術(shù)迅速發(fā)展。德國西門子公司采用功率晶體管做主開關(guān)元件,將電源的開關(guān)頻率提高到20kHz以上。并將干式變壓器技術(shù)成功的應(yīng)用于高頻高壓電源,取消了高壓變壓器油箱,使變壓器系統(tǒng)的體積進(jìn)一步減小。
國內(nèi)對靜電除塵高壓直流電源進(jìn)行了研制,市電經(jīng)整流變?yōu)橹绷?采用全橋零電流開關(guān)串聯(lián)諧振逆變電路將直流電壓逆變?yōu)楦哳l電壓,然后由高頻變壓器升壓,最后整流為直流高壓。在電阻負(fù)載條件下,輸出直流電壓達(dá)到55kV,電流達(dá)到15mA,工作頻率為25.6kHz。
2.8電力有源濾波器
傳統(tǒng)的交流-直流(AC-DC)變換器在投運(yùn)時(shí),將向電網(wǎng)注入大量的諧波電流,引起諧波損耗和干擾,同時(shí)還出現(xiàn)裝置網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)惡化的現(xiàn)象,即所謂“電力公害”,例如,不可控整流加電容濾波時(shí),網(wǎng)側(cè)三次諧波含量可達(dá)(70~80)%,網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)僅有0.5~0.6。
電力有源濾波器是一種能夠動(dòng)態(tài)抑制諧波的新型電力電子裝置,能克服傳統(tǒng)LC濾波器的不足,是一種很有發(fā)展前途的諧波抑制手段。濾波器由橋式開關(guān)功率變換器和具體控制電路構(gòu)成。與傳統(tǒng)開關(guān)電源的區(qū)別是:(l)不僅反饋輸出電壓,還反饋輸入平均電流;(2)電流環(huán)基準(zhǔn)信號(hào)為電壓環(huán)誤差信號(hào)與全波整流電壓取樣信號(hào)之乘積。
2.9分布式開關(guān)電源供電系統(tǒng)
分布式電源供電系統(tǒng)采用小功率模塊和大規(guī)?？刂萍呻娐纷骰静考?利用最新理論和技術(shù)成果,組成積木式、智能化的大功率供電電源,從而使強(qiáng)電與弱電緊密結(jié)合,降低大功率元器件、大功率裝置(集中式)的研制壓力,提高生產(chǎn)效率。
八十年代初期,對分布式高頻開關(guān)電源系統(tǒng)的研究基本集中在變換器并聯(lián)技術(shù)的研究上。八十年代中后期,隨著高頻功率變換技術(shù)的迅述發(fā)展，各種變換器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)相繼出現(xiàn),結(jié)合大規(guī)模集成電路和功率元器件技術(shù),使中小功率裝置的集成成為可能,從而迅速地推動(dòng)了分布式高頻開關(guān)電源系統(tǒng)研究的展開。自八十年代后期開始,這一方向已成為國際電力電子學(xué)界的研究熱點(diǎn),論文數(shù)量逐年增加，應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大。
分布供電方式具有節(jié)能、可靠、高效、經(jīng)濟(jì)和維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)。已被大型計(jì)算機(jī)、通信設(shè)備、航空航天、工業(yè)控制等系統(tǒng)逐漸采納,也是超高速型集成電路的低電壓電源(3.3V)的最為理想的供電方式。在大功率場合,如電鍍、電解電源、電力機(jī)車牽引電源、中頻感應(yīng)加熱電源、電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電源等領(lǐng)域也有廣闊的應(yīng)用前景。
3.高頻開關(guān)電源的發(fā)展趨勢
在電力電子技術(shù)的應(yīng)用及各種電源系統(tǒng)中，開關(guān)電源技術(shù)均處于核心地位。對于大型電解電鍍電源,傳統(tǒng)的電路非常龐大而笨重,如果采用高頓開關(guān)電源技術(shù),其體積和重量都會(huì)大幅度下降,而且可極大提高電源利用效率、節(jié)省材料、降低成本。在電動(dòng)汽車和變頻傳動(dòng)中,更是離不開開關(guān)電源技術(shù)，通過開關(guān)電源改變用電頻率,從而達(dá)到近于理想的負(fù)載匹配和驅(qū)動(dòng)控制。高頻開關(guān)電源技術(shù),更是各種大功率開關(guān)電源(逆變焊機(jī)、通訊電源、高頻加熱電源、激光器電源、電力操作電源等)的核心技術(shù)。
3.1高頻化
理論分析和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明,電氣產(chǎn)品的變壓器、電感和電容的體積重量與供電頻率的平方根成反比。所以當(dāng)我們把頻率從工頻50Hz提高到20kHz,提高400倍的話,用電設(shè)備的體積重量大體下降至工頻設(shè)計(jì)的5~l0%。無論是逆變式整流焊機(jī),還是通訊電源用的開關(guān)式整流器,都是基于這一原理。同樣,傳統(tǒng)“整流行業(yè)”的電鍍、電解、電加工、充電、浮充電、電力合閘用等各種直流電源也可以根據(jù)這一原理進(jìn)行改造,成為“開關(guān)變換類電源”,其主要材料可以節(jié)約90%或更高,還可節(jié)電30%或更多。由于功率電子器件工作頻率上限的逐步提高,促使許多原來采用電子管的傳統(tǒng)高頻設(shè)備固態(tài)化,帶來顯著節(jié)能、節(jié)水、節(jié)約材料的經(jīng)濟(jì)效益,更可體現(xiàn)技術(shù)含量的價(jià)值。
3.2模塊化
模塊化有兩方面的含義,其一是指功率器件的模塊化,其二是指電源單元的模塊化。我們常見的器件模塊,含有一單元、兩單元、六單元直至七單元,包括開關(guān)器件和與之反并聯(lián)的續(xù)流二極管,實(shí)質(zhì)上都屬于“標(biāo)準(zhǔn)”功率模塊(SPM)。近年,有些公司把開關(guān)器件的驅(qū)動(dòng)保護(hù)電路也裝到功率模塊中去,構(gòu)成了“智能化”功率模塊(IPM),不但縮小了整機(jī)的體積,更方便了整機(jī)的設(shè)計(jì)制造。實(shí)際上,由于頻率的不斷提高,致使引線寄生電感、寄生電容的影響愈加嚴(yán)重,對器件造成更大的電應(yīng)力(表現(xiàn)為過電壓、過電流毛刺)。為了提高系統(tǒng)的可靠性,有些制造商開發(fā)了“用戶專用”功率模塊(ASPM),它把一臺(tái)整機(jī)的幾乎所有硬件都以芯片的形式安裝到一個(gè)模塊中,使元器件之間不再有傳統(tǒng)的引線連接,這樣的模塊經(jīng)過嚴(yán)格、合理的熱、電、機(jī)械方面的設(shè)計(jì),達(dá)到優(yōu)化完美的境地。它類似于微電子中的用戶專用集成電路(ASIC)。只要把控制軟件寫入該模塊中的微處理器芯片,再把整個(gè)模塊固定在相應(yīng)的散熱器上,就構(gòu)成一臺(tái)新型的開關(guān)電源裝置。由此可見,模塊化的目的不僅在于使用方便,縮小整機(jī)體積,更重要的是取消傳統(tǒng)連線,把寄生參數(shù)降到最小,從而把器件承受的電應(yīng)力降至最低,提高系統(tǒng)的可靠性。另外,大功率的開關(guān)電源,由于器件容量的限制和增加冗余提高可靠性方面的考慮,一般采用多個(gè)獨(dú)立的模塊單元并聯(lián)工作,采用均流技術(shù),所有模塊共同分擔(dān)負(fù)載電流,一旦其中某個(gè)模塊失效,其它模塊再平均分擔(dān)負(fù)載電流。這樣,不但提高了功率容量,在有限的器件容量的情況下滿足了大電流輸出的要求,而且通過增加相對整個(gè)系統(tǒng)來說功率很小的冗余電源模塊,極大的提高系統(tǒng)可靠性,即使萬一出現(xiàn)單模塊故障,也不會(huì)影響系統(tǒng)的正常工作,而且為修復(fù)提供充分的時(shí)間。
3.3數(shù)字化
在傳統(tǒng)功率電子技術(shù)中,控制部分是按模擬信號(hào)來設(shè)計(jì)和工作的。在六、七十年代,電力電子技術(shù)完全是建立在模擬電路基礎(chǔ)上的。但是,現(xiàn)在數(shù)字式信號(hào)、數(shù)字電路顯得越來越重要,數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)日趨完善成熟,顯示出越來越多的優(yōu)點(diǎn):便于計(jì)算機(jī)處理控制、避免模擬信號(hào)的畸變失真、減小雜散信號(hào)的干擾(提高抗干擾能力)、便于軟件包調(diào)試和遙感遙測遙調(diào),也便于自診斷、容錯(cuò)等技術(shù)的植入。所以,在八、九十年代,對于各類電路和系統(tǒng)的設(shè)計(jì)來說,模擬技術(shù)還是有用的,特別是:諸如印制版的布圖、電磁兼容(EMC)問題以及功率因數(shù)修正(PFC)等問題的解決,離不開模擬技術(shù)的知識(shí),但是對于智能化的開關(guān)電源,需要用計(jì)算機(jī)控制時(shí),數(shù)字化技術(shù)就離不開了。
3.4綠色化
電源系統(tǒng)的綠色化有兩層含義:首先是顯著節(jié)電,這意味著發(fā)電容量的節(jié)約,而發(fā)電是造成環(huán)境污染的重要原因,所以節(jié)電就可以減少對環(huán)境的污染;其次這些電源不能(或少)對電網(wǎng)產(chǎn)生污染,國際電工委員會(huì)(IEC)對此制定了一系列標(biāo)準(zhǔn),如IEC555、IEC917、IECl000等。事實(shí)上,許多功率電子節(jié)電設(shè)備,往往會(huì)變成對電網(wǎng)的污染源:向電網(wǎng)注入嚴(yán)重的高次諧波電流,使總功率因數(shù)下降,使電網(wǎng)電壓耦合許多毛刺尖峰,甚至出現(xiàn)缺角和畸變。20世紀(jì)末,各種有源濾波器和有源補(bǔ)償器的方案誕生,有了多種修正功率因數(shù)的方法。這些為2l世紀(jì)批量生產(chǎn)各種綠色開關(guān)電源產(chǎn)品奠定了基礎(chǔ)。
現(xiàn)代電力電子技術(shù)是開關(guān)電源技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)。隨著新型電力電子器件和適于更高開關(guān)頻率的電路拓?fù)涞牟粩喑霈F(xiàn),現(xiàn)代電源技術(shù)將在實(shí)際需要的推動(dòng)下快速發(fā)展。在傳統(tǒng)的應(yīng)用技術(shù)下,由于功率器件性能的限制而使開關(guān)電源的性能受到影響。為了極大發(fā)揮各種功率器件的特性,使器件性能對開關(guān)電源性能的影響減至最小,新型的電源電路拓?fù)浜托滦偷目刂萍夹g(shù),可使功率開關(guān)工作在零電壓或零電流狀態(tài),從而可大大的提高工作頻率,提高開關(guān)電源工作效率,設(shè)計(jì)出性能優(yōu)良的開關(guān)電源。
總而言之,電力電子及開關(guān)電源技術(shù)因應(yīng)用需求不斷向前發(fā)展,新技術(shù)的出現(xiàn)又會(huì)使許多應(yīng)用產(chǎn)品更新?lián)Q代,還會(huì)開拓更多更新的應(yīng)用領(lǐng)域。開關(guān)電源高頻化、模塊化、數(shù)字化、綠色化等的實(shí)現(xiàn),將標(biāo)志著這些技術(shù)的成熟,實(shí)現(xiàn)高效率用電和高品質(zhì)用電相結(jié)合。這幾年,隨著通信行業(yè)的發(fā)展,以開關(guān)電源技術(shù)為核心的通信用開關(guān)電源,僅國內(nèi)有20多億人民幣的市場需求,吸引了國內(nèi)外一大批科技人員對其進(jìn)行開發(fā)研究。開關(guān)電源代替線性電源和相控電源是大勢所趨,因此,同樣具有幾十億產(chǎn)值需求的電力操作電源系統(tǒng)的國內(nèi)市場正在啟動(dòng),并將很快發(fā)展起來。還有其它許多以開關(guān)電源技術(shù)為核心的專用電源、工業(yè)電源正在等待著人們?nèi)ラ_發(fā)。
參考文獻(xiàn)
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張國君,男,1962年生,博士后,副總工程師,1997年5月于天津大學(xué)測控博士后流動(dòng)站出站,現(xiàn)從事通信電源和電力直流操作電源系統(tǒng)的研究開發(fā)工作,并在清華大學(xué)電力電子研究中心進(jìn)行第二站博士后研究工作。
當(dāng)前,電力電子作為節(jié)能、節(jié)才、自動(dòng)化、智能化、機(jī)電一體化的基礎(chǔ),正朝著應(yīng)用技術(shù)高頻化、硬件結(jié)構(gòu)模塊化、產(chǎn)品性能綠色化的方向發(fā)展。在不遠(yuǎn)的將來,電力電子技術(shù)將使電源技術(shù)更加成熟、經(jīng)濟(jì)、實(shí)用,實(shí)現(xiàn)高效率和高品質(zhì)用電相結(jié)合。
1.電力電子技術(shù)的發(fā)展
現(xiàn)代電力電子技術(shù)的發(fā)展方向,是從以低頻技術(shù)處理問題為主的傳統(tǒng)電力電子學(xué),向以高頻技術(shù)處理問題為主的現(xiàn)代電力電子學(xué)方向轉(zhuǎn)變。電力電子技術(shù)起始于五十年代末六十年代初的硅整流器件,其發(fā)展先后經(jīng)歷了整流器時(shí)代、逆變器時(shí)代和變頻器時(shí)代,并促進(jìn)了電力電子技術(shù)在許多新領(lǐng)域的應(yīng)用。八十年代末期和九十年代初期發(fā)展起來的、以功率MOSFET和IGBT為代表的、集高頻、高壓和大電流于一身的功率半導(dǎo)體復(fù)合器件,表明傳統(tǒng)電力電子技術(shù)已經(jīng)進(jìn)入現(xiàn)代電力電子時(shí)代。
1.1整流器時(shí)代
大功率的工業(yè)用電由工頻(50Hz)交流發(fā)電機(jī)提供,但是大約20%的電能是以直流形式消費(fèi)的,其中最典型的是電解(有色金屬和化工原料需要直流電解)、牽引(電氣機(jī)車、電傳動(dòng)的內(nèi)燃機(jī)車、地鐵機(jī)車、城市無軌電車等)和直流傳動(dòng)(軋鋼、造紙等)三大領(lǐng)域。大功率硅整流器能夠高效率地把工頻交流電轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟?因此在六十年代和七十年代,大功率硅整流管和晶閘管的開發(fā)與應(yīng)用得以很大發(fā)展。當(dāng)時(shí)國內(nèi)曾經(jīng)掀起了-股各地大辦硅整流器廠的熱潮,目前全國大大小小的制造硅整流器的半導(dǎo)體廠家就是那時(shí)的產(chǎn)物。
1.2逆變器時(shí)代
七十年代出現(xiàn)了世界范圍的能源危機(jī),交流電機(jī)變頻惆速因節(jié)能效果顯著而迅速發(fā)展。變頻調(diào)速的關(guān)鍵技術(shù)是將直流電逆變?yōu)?~100Hz的交流電。在七十年代到八十年代,隨著變頻調(diào)速裝置的普及,大功率逆變用的晶閘管、巨型功率晶體管(GTR)和門極可關(guān)斷晶閘管(GT0)成為當(dāng)時(shí)電力電子器件的主角。類似的應(yīng)用還包括高壓直流輸出,靜止式無功功率動(dòng)態(tài)補(bǔ)償?shù)取＿@時(shí)的電力電子技術(shù)已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)整流和逆變,但工作頻率較低,僅局限在中低頻范圍內(nèi)。
1.3變頻器時(shí)代
進(jìn)入八十年代,大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路技術(shù)的迅猛發(fā)展,為現(xiàn)代電力電子技術(shù)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。將集成電路技術(shù)的精細(xì)加工技術(shù)和高壓大電流技術(shù)有機(jī)結(jié)合,出現(xiàn)了一批全新的全控型功率器件、首先是功率M0SFET的問世,導(dǎo)致了中小功率電源向高頻化發(fā)展,而后絕緣門極雙極晶體管(IGBT)的出現(xiàn),又為大中型功率電源向高頻發(fā)展帶來機(jī)遇。MOSFET和IGBT的相繼問世,是傳統(tǒng)的電力電子向現(xiàn)代電力電子轉(zhuǎn)化的標(biāo)志。據(jù)統(tǒng)計(jì),到1995年底,功率M0SFET和GTR在功率半導(dǎo)體器件市場上已達(dá)到平分秋色的地步,而用IGBT代替GTR在電力電子領(lǐng)域巳成定論。新型器件的發(fā)展不僅為交流電機(jī)變頻調(diào)速提供了較高的頻率,使其性能更加完善可靠,而且使現(xiàn)代電子技術(shù)不斷向高頻化發(fā)展,為用電設(shè)備的高效節(jié)材節(jié)能,實(shí)現(xiàn)小型輕量化,機(jī)電一體化和智能化提供了重要的技術(shù)基礎(chǔ)。
2.現(xiàn)代電力電子的應(yīng)用領(lǐng)域
2.1計(jì)算機(jī)高效率綠色電源
關(guān)鍵詞：通信電源開關(guān)技術(shù)
通信電源是通信行業(yè)的動(dòng)力，在電信網(wǎng)絡(luò)中發(fā)揮著不可替代的作用，具有無可比擬的重要基礎(chǔ)地位。通信電源又是通信設(shè)備系統(tǒng)的心臟，即使是瞬間的中斷也是不允許的，因?yàn)橥ㄐ烹娫聪到y(tǒng)發(fā)生直流供電中斷故障是災(zāi)難性的，往往會(huì)造成整個(gè)通信局（站）和通信網(wǎng)絡(luò)的全部中斷和癱瘓。通信電源是電信網(wǎng)絡(luò)中不可缺少的重要組成部分，是一個(gè)完整、規(guī)模日趨龐大和復(fù)雜的交換、傳輸、數(shù)據(jù)、信息、業(yè)務(wù)、智能等通信網(wǎng)的基石和后臺(tái)保障，因此通信電源直接關(guān)系到整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定、可靠和暢通，而開關(guān)電源因效率高、體積小、重量輕等優(yōu)點(diǎn)被大量運(yùn)用在通信設(shè)備供電中。
一、開關(guān)電源占據(jù)通信電源的主導(dǎo)地位
通信直流穩(wěn)壓電源按照其實(shí)現(xiàn)直流穩(wěn)壓方法的不同，可分為：線性電源、相控電源和開關(guān)電源三種。
1.1線性電源是通過串聯(lián)調(diào)整管來連續(xù)控制，其功率調(diào)整管總是工作在放大區(qū)。由于調(diào)整管上功率損耗很大，造成電源效率較低，只有20～40%，發(fā)熱損耗嚴(yán)重，安裝有體積很大的散熱器，因而功率體積系數(shù)只有20～30W/dm3。因此線性電源主要用于小功率、對穩(wěn)壓精度要求很高的場合，如通信設(shè)備內(nèi)部電路的輔助電源等。
1.2相控電源是將市電直接經(jīng)整流濾波后提供直流，通過改變晶閘管的導(dǎo)通相位來控制直流電壓。由于相控電源的工作頻率低，工頻變壓器的體積和噪聲大，造成對電網(wǎng)干擾和負(fù)載變化的響應(yīng)慢，設(shè)備笨重，且危害維護(hù)人員的身體健康。另外，其功率因數(shù)較低，只有0.6～0.7，嚴(yán)重污染電力電網(wǎng)，效率較低，只有60～80%，造成能源的極大浪費(fèi)。因此傳統(tǒng)的相控電源已逐漸被淘汰。
1.3開關(guān)電源的功率調(diào)整管工作在開關(guān)狀態(tài)，主要的優(yōu)點(diǎn)在"高頻"上。其工作頻率高，大都在40kHz以上，無煩人的噪聲。體積小，重量輕，適用于分散供電，可與通信設(shè)備放在同一機(jī)房。效率高，大于90%，在當(dāng)前能源比較緊張的情況下，能夠在節(jié)能上做出很大的貢獻(xiàn)。功率因數(shù)高，大于0.92，當(dāng)采用有效的功率因數(shù)校正電路時(shí)，功率因數(shù)可接近于1，且對公共電網(wǎng)基本上無污染。模塊化的設(shè)計(jì)，可實(shí)行N+1配置，可靠性高。維護(hù)方便，可在運(yùn)行中更換模塊，而不影響系統(tǒng)供電，擴(kuò)容方便、分段投資，可在初建時(shí)，預(yù)留終期模塊的機(jī)架，隨時(shí)擴(kuò)容。調(diào)試方便，內(nèi)設(shè)模擬測試電路，無需另配假負(fù)載。具有監(jiān)控功能，并配有標(biāo)準(zhǔn)通信接口，可實(shí)現(xiàn)集中監(jiān)控，無人值守。
二、開關(guān)電源的關(guān)鍵技術(shù)
開關(guān)電源中具有技術(shù)突破主要有體現(xiàn)在以下四個(gè)方面：
2.1均流技術(shù)
大功率電源系統(tǒng)需要用若干臺(tái)開關(guān)電源并聯(lián)，以滿足負(fù)載功率的要求，另外通信電源必須通過并聯(lián)技術(shù)來實(shí)現(xiàn)模塊備份，以提高電源系統(tǒng)的可靠性。因此并聯(lián)技術(shù)在供電系統(tǒng)中必不可少，而并聯(lián)運(yùn)行的整流模塊間需要采用均流措施，它是實(shí)現(xiàn)大功率電源系統(tǒng)的關(guān)鍵，用以保證模塊間電流應(yīng)力和熱應(yīng)力的均勻分配，防止一臺(tái)或多臺(tái)模塊運(yùn)行在限流或滿載狀態(tài)，同時(shí)延長電源系統(tǒng)的壽命和平均無故障時(shí)間。
2.2軟開關(guān)技術(shù)
DC-DC變換器是開關(guān)電源的主要組成部分，因此功率變換技術(shù)一直受到全世界電力電子學(xué)科和行業(yè)研究的關(guān)注。而如何降低開關(guān)損耗，提高開關(guān)電源的頻率和開關(guān)電源的系統(tǒng)效率，代表了開關(guān)電源的發(fā)展趨勢。在經(jīng)過了硬開關(guān)PWM（或PFM）技術(shù)和硬開關(guān)加吸收網(wǎng)絡(luò)技術(shù)后，軟開關(guān)技術(shù)得到了廣泛應(yīng)用。這樣能夠極大地降低開關(guān)損耗，減小功率器件電和熱應(yīng)力，改善器件工作環(huán)境，降低電磁干擾，提高功率密度等，為開關(guān)電源實(shí)現(xiàn)高效、節(jié)能、體積小、重量輕和高可靠性的要求做出了貢獻(xiàn)。軟開關(guān)技術(shù)有：諧振技術(shù)、準(zhǔn)諧振技術(shù)、PWM和準(zhǔn)諧振相結(jié)合的技術(shù)。
2.3功率因數(shù)校正技術(shù)
功率因數(shù)校正技術(shù)有：采用三相三線制整流，即無中線整流方式，可使諧波含量大大降低，功率因數(shù)可達(dá)0.86以上；采用無源功率因數(shù)校正技術(shù)，即在三相三線整流方式下加入一定的電感，可使功率因數(shù)達(dá)0.93以上，諧波含量降到10%以下；采用有源功率因數(shù)校正技術(shù)，即在輸入整流部分加入一級(jí)功率處理電路，使無功功率幾乎為0，功率因數(shù)可達(dá)0.99以上，諧波含量降到5%以下。
2.4智能化監(jiān)控技術(shù)
開關(guān)電源大量應(yīng)用控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)，進(jìn)行各種異常保護(hù)、信號(hào)檢測、電池自動(dòng)管理等，實(shí)時(shí)監(jiān)視通信電源設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，記錄和處理有關(guān)數(shù)據(jù)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障，以先進(jìn)的、集中的、自動(dòng)化的維護(hù)管理方式來管理通信電源設(shè)備，從而提高供電系統(tǒng)的可靠性。智能化監(jiān)控技術(shù)的應(yīng)用，使得維護(hù)人員面對的不再是復(fù)雜的器件和電路，而是一個(gè)人機(jī)表達(dá)和交流的信息，大大改進(jìn)了維護(hù)管理方式。
三、開關(guān)電源的發(fā)展
開關(guān)電源在發(fā)展，今后仍要不斷提高開關(guān)電源和供電系統(tǒng)的高新技術(shù)含量，以支撐高速發(fā)展的現(xiàn)代化通信網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)和運(yùn)行維護(hù)管理為主導(dǎo)方向，以高可靠性、高穩(wěn)定性和可維護(hù)性為最終目的。具體有以下幾個(gè)方面：
3.1小型化
隨著通信設(shè)備日益集成化、小型化和分散化的發(fā)展，以及勢在必行的分散供電的廣泛應(yīng)用，要求開關(guān)電源也相應(yīng)小型化，而開關(guān)電源工作頻率高頻化和控制電路集成化，使開關(guān)電源的小型化成為可能。特別是隨著小型化開關(guān)電源的市場迅速擴(kuò)大，如接入網(wǎng)、數(shù)據(jù)產(chǎn)品、移動(dòng)基站、無線市話等，一些小功率模塊插件形式的開關(guān)電源將應(yīng)運(yùn)而生，大有蓬勃發(fā)展之勢。如中興通訊的ZXDU45嵌入式電源，在結(jié)構(gòu)上采用標(biāo)準(zhǔn)的19英寸插框設(shè)計(jì)，高度為4U，功能齊全，使用起來極為安全方便。
3.2高智能化
隨著開關(guān)電源在通信領(lǐng)域多方面的廣泛使用，而維護(hù)人員又不是專業(yè)電源維護(hù)人員，只有借助其智能化，對電源設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)自動(dòng)檢測，對電源故障及時(shí)發(fā)現(xiàn)、診斷和處理。這就要求智能化在原有監(jiān)控功能的基礎(chǔ)上，增加診斷功能，即故障診斷專家系統(tǒng)，以指導(dǎo)維護(hù)人員處理問題，加快故障診斷和檢修過程。
3.3電池管理
電池在通信電源系統(tǒng)中的重要性，要求開關(guān)電源應(yīng)具備完善的電池管理功能，充分考慮到電池對管理的需求，全方位地管理電池。也就是說，我們不能滿足于對電池的均/浮充、溫度補(bǔ)償、電池保護(hù)等方面的管理，還要在電池的充/放電曲線、容量測試、容量恢復(fù)等方面進(jìn)行高層次的管理。
1．1外觀及結(jié)構(gòu)
移動(dòng)電源結(jié)構(gòu)一般由電壓轉(zhuǎn)換電路、可充電電芯或電芯組、外殼組成。其中電壓轉(zhuǎn)換電路分為充電電路、升壓電路、管理控制IC以及保護(hù)電路。充電電路用以保證輸入端能以恒流和恒壓的方式為電芯充電。升壓電路的作用是將電芯電壓提升到輸出端額定電壓。管理控制IC起到電量監(jiān)控和開關(guān)控制的作用。保護(hù)電路用以提供過充電、過放電等保護(hù)作用。電芯根據(jù)電解質(zhì)材料不同大致分為液態(tài)鋰離子電池和聚合物鋰離子電池兩大類。外殼的主要作用包括機(jī)械防護(hù)、散熱和阻燃等。各組件應(yīng)當(dāng)以適當(dāng)?shù)姆绞竭B線、支撐并固定。使用人員可接觸區(qū)應(yīng)當(dāng)有適當(dāng)保護(hù)，以保證不會(huì)產(chǎn)生機(jī)械危險(xiǎn)。
1．2電性能輸出
電壓為移動(dòng)電源最基本的參數(shù)，電壓過高、過低都會(huì)對被充電設(shè)備造成一定程度上的損害。測量時(shí)移動(dòng)電源應(yīng)在達(dá)到充電飽和狀態(tài)30min后，空載情況下使用功率計(jì)測量其輸出電壓。測量的輸出電壓值與額定電壓容差為±5%［2］。常溫放電性能是移動(dòng)電源最為重要的參數(shù)，此參數(shù)標(biāo)志著移動(dòng)電源的實(shí)際輸出容量。移動(dòng)電源應(yīng)在23±2℃環(huán)境溫度下，以額定輸入電壓和電流進(jìn)行充電，直至飽和狀態(tài)。靜置30min后，以額定輸出電流進(jìn)行放電，直至移動(dòng)電源放電輸出終止，記錄放電時(shí)間［3］。輸出容量等于放電電流乘以放電時(shí)間。測量的移動(dòng)電源輸出容量應(yīng)不低于其額定容量。轉(zhuǎn)換效率測量時(shí)使用直流電源模擬電芯接入電路板輸入端，直流電源輸出電壓調(diào)至電芯組標(biāo)稱電壓。電路板輸出端連接電子負(fù)載，調(diào)節(jié)電子負(fù)載使得電路板輸出為額定輸出。儀表連接示意圖見下圖1。電流表和電壓表測量得到輸出端Iout和Uout、輸63入端Iin和Uin可以通過公式η=Uout·IoutUin·Iin(1)計(jì)算得到轉(zhuǎn)換效率，轉(zhuǎn)換效率應(yīng)不小于85%。
1．3安全性
移動(dòng)電源的安全性包括:過充電保護(hù)、過放電保護(hù)、短路保護(hù)、發(fā)熱和防火等［4］。1)過充電保護(hù)。測量移動(dòng)電源過充電保護(hù)時(shí)，移動(dòng)電源在充電飽和狀態(tài)下，使用直流源輸入，持續(xù)加載充電12h，設(shè)置直流源輸出電壓為移動(dòng)電源額定輸入電壓的1．2倍，輸出電流為移動(dòng)電源額定輸入電流。整個(gè)過程中移動(dòng)電源應(yīng)不泄露，不破裂，不起火，不爆炸。2)過放電保護(hù)。移動(dòng)電源放電至輸出終止?fàn)顟B(tài)下，測量其過放電保護(hù)性能。在輸出端接30Ω負(fù)載，持續(xù)加載放電24h。整個(gè)過程中移動(dòng)電源應(yīng)不泄露，不破裂，不起火，不爆炸。3)短路保護(hù)。短路保護(hù)為防止使用中正負(fù)極短路時(shí)提供的保護(hù)。測量時(shí)使移動(dòng)電源在充電飽和狀態(tài)下，將輸出端正負(fù)兩極，使用0．1Ω電阻短路24h。整個(gè)過程中移動(dòng)電源應(yīng)不泄露，不破裂，不起火，不爆炸。4)發(fā)熱。移動(dòng)電源在工作狀態(tài)時(shí)，不應(yīng)對使用人員造成熱危險(xiǎn)。測量其發(fā)熱溫度應(yīng)在正常負(fù)載條件下工作直至溫度穩(wěn)定，使用數(shù)據(jù)采集器和熱電偶測量移動(dòng)電源外殼溫度值。接觸溫度限值是塑料外殼為95℃，金屬外殼為70℃，玻璃、瓷料和釉料為80℃。測量溫度應(yīng)低于各使用材料的發(fā)熱限值［5］。5)防火。移動(dòng)電源外殼應(yīng)當(dāng)使用V-1級(jí)材料進(jìn)行阻燃防火保護(hù)。試驗(yàn)樣品選用移動(dòng)電源外殼，試驗(yàn)火焰頂端與樣品相接觸，施加燃燒30s，然后移開火焰停燒60s，然后不管樣品是否還在燃燒，再在同一部位重復(fù)燒30s。合格判據(jù)為在試驗(yàn)期間，當(dāng)試驗(yàn)火焰第二次施加后，樣品延續(xù)燃燒不得超過1min，而且樣品不得完全燒盡。
1．4環(huán)境適應(yīng)性
移動(dòng)電源環(huán)境適應(yīng)性包括:高溫放電、低溫放電、溫度循環(huán)、恒定濕熱、振動(dòng)、自由跌落、重物沖擊和機(jī)械沖擊［6］。高溫放電測量中，移動(dòng)電源在充電飽和后，放入55±2℃的溫度試驗(yàn)箱中恒溫放置2h，最后以額定輸出電流進(jìn)行放電，直至移動(dòng)電源放電輸出終止，記錄放電時(shí)間，計(jì)算輸出容量，其容量應(yīng)不低于額定容量。低溫放電測量中，移動(dòng)電源在充電飽和后，放入－10±2℃的溫度試驗(yàn)箱中恒溫放置2h，最后以額定輸出電流進(jìn)行放電，直至移動(dòng)電源放電輸出終止，記錄放電時(shí)間，計(jì)算輸出容量，其容量應(yīng)不低于額定容量。溫度循環(huán)測量中，移動(dòng)電源在充電飽和后，放入溫度為75±2℃的溫度試驗(yàn)箱中，保持6h后，將溫度試驗(yàn)箱溫度設(shè)置為－40±2℃，并保持6h，溫度轉(zhuǎn)換時(shí)間不大于30min，上述過程循環(huán)10次，如圖2所示。溫度循環(huán)試驗(yàn)結(jié)束后，取出在環(huán)境溫度23±2℃的條件下擱置2h，以額定輸出電流進(jìn)行放電，直至移動(dòng)電源放電輸出終止，記錄放電時(shí)間，計(jì)算輸出容量，其容量應(yīng)不低于額定容量。圖2溫度循環(huán)示意圖恒定濕熱測量中，移動(dòng)電源在充電飽和后，放入溫度為40±2℃，相對濕度為90%—95%的溫度試驗(yàn)箱中擱置48h后，再取出在環(huán)境溫度23±2℃的條件下擱置2h，以額定輸出電流進(jìn)行放電，直至移動(dòng)電源放電輸出終止，記錄放電時(shí)間，計(jì)算輸出容量，其容量應(yīng)不低于額定容量。振動(dòng)測量中，移動(dòng)電源在充電飽和后，將其安裝在振動(dòng)臺(tái)臺(tái)面上，按以下所述振動(dòng)頻率和振幅對振動(dòng)臺(tái)進(jìn)行設(shè)置，X，Y，Z3個(gè)方向每個(gè)方向從10—55Hz循環(huán)掃頻，持續(xù)時(shí)間為3h，掃頻速率為1oct/min。頻率在10—30Hz范圍內(nèi)時(shí)，位移幅值為0．38mm，頻率在30—55Hz范圍內(nèi)時(shí)，位移幅值為0．19mm。振動(dòng)結(jié)束后，移動(dòng)電源應(yīng)不泄露,不破裂，不起火，不爆炸。結(jié)果位置跌落到水平表面試驗(yàn)臺(tái)上，跌落高度為1000±10mm，試驗(yàn)次數(shù)為3次。水平表面試驗(yàn)臺(tái)應(yīng)當(dāng)是由至少13mm厚的硬木安裝在兩層膠合板上組成，每一層膠合板的厚度為19—20mm，然后放在一水泥基座上或等效的無彈性的地面上。跌落試驗(yàn)結(jié)束后，移動(dòng)電源應(yīng)不泄露，不破裂，不起火，不爆炸。重物沖擊測量中，移動(dòng)電源放置于平面，并將一個(gè)Φ15．8±0．2mm的鋼柱置于電池中心，鋼柱的縱軸平行于平面，讓質(zhì)量9．1±0．1kg的重物從610±25mm高度自由落到中心上方的鋼柱上，樣品縱軸要平行于平面，垂直于鋼柱縱軸，試驗(yàn)次數(shù)為1次。重物沖擊試驗(yàn)全過程中，移動(dòng)電源應(yīng)不泄露，不破裂，不起火，不爆炸。機(jī)械沖擊測量技術(shù)中，移動(dòng)電源在充電飽和后，采用鋼性固定的方法固定在沖擊試驗(yàn)臺(tái)上。在3個(gè)相互垂直的方向上各承受一次沖擊。沖擊在最初的3ms內(nèi)，最小平均加速度為735m/s2，峰值加速度應(yīng)在1225m/s2和1715m/s2之間，脈沖持續(xù)時(shí)間為6±1ms。機(jī)械沖擊試驗(yàn)結(jié)束后，移動(dòng)電源應(yīng)不泄露，不破裂，不起火，不爆炸。
1．5電磁兼容性
移動(dòng)電源應(yīng)滿足靜電放電抗擾度［2］要求。使用靜電放電模擬器施加干擾信號(hào)，嚴(yán)酷等級(jí)為接觸放電±4kV，空氣放電±8kV。靜電放電抗擾度試驗(yàn)全過程，移動(dòng)電源應(yīng)不泄露，不破裂，不起火，不爆炸。
2總結(jié)
隨著柴油價(jià)格的上漲，電力成本越來越有價(jià)格優(yōu)勢。需要指出：石油價(jià)格逐年增長、幅度大，而且數(shù)量有限，供應(yīng)會(huì)現(xiàn)緊張；電力價(jià)格基本平穩(wěn)，即使上漲、幅度也?。痪推浒l(fā)電方式來講，不僅可用化石能源-煤炭，而且可用再生能源-水力、風(fēng)能、太陽能，供應(yīng)有保證。再者，柴油機(jī)動(dòng)力的污染物排放是個(gè)大問題。柴油機(jī)工作時(shí)排放出大量有害尾氣（例如一氧化碳、二氧化氮、硫化氫、二氧化硫等，包括致癌物三四并苯仳）。露天礦區(qū)的運(yùn)輸主干道及排土場等地，都略低于地面，這些有害物質(zhì)不易擴(kuò)散。危害人們健康，若用雙電源動(dòng)力則其排放就可大大下降。減少一部分柴油動(dòng)力，既可降低運(yùn)輸成本、又可降低碳等排放，減少礦坑的有害氣體，這應(yīng)該是未來發(fā)展應(yīng)注意的方向。
2雙電源車的工作原理
電動(dòng)自卸卡車采用雙電源供電技術(shù)時(shí)，需要安裝架空線。對于露天開采來說，減少發(fā)動(dòng)機(jī)損耗，減少廢氣排放本身就是節(jié)能降耗的有效措施。
1）動(dòng)力接線：
以該露天礦最早進(jìn)口的UCLED-190型大卡車為例，屬于柴油機(jī)電傳動(dòng)卡車，其基本方式為：柴油機(jī)寅同步發(fā)電機(jī)寅整流系統(tǒng)寅直流電動(dòng)機(jī)。在此狀態(tài)下可用兩個(gè)方案：淤切斷原來的電源輸出端G，將同樣電壓的單相交流電壓通過滑板和受電弓在此輸入。于在直流電動(dòng)機(jī)輸入端切斷，持同樣的支流電源從滑板受電弓在此輸入。如果采用第二方案，需在電動(dòng)機(jī)接入大容量的起制動(dòng)電阻，要占很大體積，現(xiàn)有大卡車不易容許；所以最好采用第一方案，此時(shí)整流系統(tǒng)采用可控硅（SCR）代替硅二極管，就可實(shí)現(xiàn)輸出電壓的大范圍調(diào)整。
2）接觸網(wǎng)與受電弓：
電能源大卡車雖應(yīng)使用雙柑式受電弓，但是現(xiàn)在的工礦用自卸式車（自翻車）的后斗在卸載時(shí)要向上抬起，故受電弓不宜采用雙柑式受電弓。工礦用電力機(jī)車有E弓子和旁弓子兩種受電器：E弓采用檢E接觸網(wǎng)上，旁弓子用于翻車線及稿線的旁架線上?，F(xiàn)在用的工礦自卸車上沒有鐵道，必須有兩根架線，同時(shí)要安裝兩個(gè)互相絕緣的受電弓。這也是不可能的：淤因?yàn)榧芫€不可能在車斗的正上方。于兩個(gè)并排放置的E受電弓也是可能的。所以最有可能的是采用工礦電力機(jī)車兩臺(tái)旁受電弓。在不同的高度稍錯(cuò)開點(diǎn)位置安放。
3）材料的使用：
淤架空線可采用鋼芯鋁絞線。于受電弓上的接觸滑板可采用電化石墨，這樣就省去了經(jīng)常換銅滑板和銅導(dǎo)線的麻煩。采用這種材料是經(jīng)北京鐵道科學(xué)院（1976年）的磨合實(shí)驗(yàn)的。
4）操作步驟：
雙電源電動(dòng)大卡車只能跟隨預(yù)定的路線行駛，對于沒有電線的線路，通過切換電源輸出端，可以恢復(fù)柴油動(dòng)力狀態(tài)。經(jīng)改裝后的大卡車為電柴油混合動(dòng)力車。鋪設(shè)電線時(shí)，要合理規(guī)劃，盡量減少無電線路線的長度；同時(shí)使用再生制動(dòng)，剎車時(shí)把動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能，供其它電車使用，以節(jié)省能源。使用改裝后的大卡車時(shí)，應(yīng)按下面流程工作：裝車點(diǎn)裝載剝離下的土方，車輛啟動(dòng)，由裝車點(diǎn)行駛至主干道。此過程是柴油動(dòng)力模式工作。當(dāng)至主干道時(shí)，受電弓接觸電纜，卡車將自動(dòng)切換至電動(dòng)力工作模式，直至卸載點(diǎn)，卡車又將切換至柴油動(dòng)力模式。需要指出：因裝車點(diǎn)經(jīng)常需要變化，裝載點(diǎn)至主干道的路線也會(huì)相應(yīng)變化。因此會(huì)經(jīng)常出現(xiàn)拆除電纜架空線和安裝電纜架空線的工作（相似井工煤礦常需搬家倒面一樣），電纜架空線的布置要結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際情況進(jìn)行優(yōu)化。保證使用的安全性、可靠性、經(jīng)濟(jì)性。所以，該露天礦應(yīng)抽調(diào)熟悉電力牽引與露天采礦的人員組成專業(yè)隊(duì)伍，對有關(guān)情況進(jìn)行科研實(shí)驗(yàn)，并與相關(guān)廠家（如湘潭電機(jī)廠、華山電機(jī)車廠）洽談合作。待設(shè)計(jì)完成后，要對現(xiàn)有自卸大卡車的行車路線進(jìn)行一次大修，并安裝防護(hù)網(wǎng)，尤其對路面的硬化要特別加強(qiáng)。
3結(jié)束語
通常情況下，電力電子得理論教學(xué)都是按照教科書的章節(jié)順序進(jìn)行，難免枯燥乏味，高深難懂。電力電子學(xué)科涉及面比較廣，如果將電力電子學(xué)科理論劃分為多個(gè)部分會(huì)起到更好的效果。比如劃分為四大變換電路部分、器件與控制部分以及電力電子前沿技術(shù)等三部分進(jìn)行教學(xué)，三部分既可以先后進(jìn)行也可以同時(shí)穿行。
1.分析電路盡量使用多媒體。
電力電子技術(shù)的核心就是整流、逆變、斬波和交交變換四大基本電路，在電路工作過程的分析中，通常一個(gè)電路都有多個(gè)工作狀態(tài)，不同的工作狀態(tài)又分別對應(yīng)著不同的電壓電流波形，也就是說電路的工作過程往往都是動(dòng)態(tài)的過程，而傳統(tǒng)的書本上的文字和原理圖是無法很好地展現(xiàn)動(dòng)態(tài)過程的。這時(shí)，如果采用幻燈片等多媒體形式，可以將電路工作的動(dòng)態(tài)過程很好地展現(xiàn)給學(xué)生們觀看，把書本上靜態(tài)的電路以及波形圖動(dòng)起來，這樣就能夠讓學(xué)生們更好地理解電力電子電路的工作過程。與此同時(shí)，結(jié)合書本上的理論，再將不同電路的特點(diǎn)進(jìn)行總結(jié)，使同學(xué)們復(fù)習(xí)時(shí)結(jié)合著書中的理論，頭腦中聯(lián)想著多媒體演示動(dòng)畫，便會(huì)在學(xué)習(xí)中事半功倍，容易記憶，提高學(xué)生的分析計(jì)算和實(shí)際解題的能力。
2.器件與控制部分應(yīng)注重練習(xí)。
電力電子器件及控制部分具有覆蓋面大、定性與定量相結(jié)合的特點(diǎn)，學(xué)好這一部分，就必須將概念的理解與相關(guān)的計(jì)算進(jìn)行練習(xí)，在習(xí)題式的教學(xué)中，不斷提高分析問題和解決問題的能力。研究生階段，各高校幾乎很少帶領(lǐng)學(xué)生做與課程相關(guān)的習(xí)題，多數(shù)學(xué)生也只有在考試的時(shí)候才有機(jī)會(huì)在試卷中解答一些問題，雖說現(xiàn)在不提倡傳統(tǒng)針對考試的題海戰(zhàn)術(shù)，但是平時(shí)適當(dāng)做一些典型的練習(xí)還是有必要的，電力電子器件種類多、特點(diǎn)各不相同，而控制方法也有很多，甚至與自動(dòng)控制原理等其他學(xué)科相關(guān)聯(lián)，在教學(xué)中適當(dāng)找一些典型例題進(jìn)行講解，可以讓同學(xué)們在繁雜的知識(shí)中抓住重點(diǎn)內(nèi)容進(jìn)行突破，最終掌握這部分知識(shí)要點(diǎn)。
3.學(xué)生自主參與新技術(shù)教學(xué)。
電力電子技術(shù)具有發(fā)展速度快的特點(diǎn)，新的技術(shù)和應(yīng)用領(lǐng)域不斷出現(xiàn)，加強(qiáng)電力電子新技術(shù)的教學(xué)可以擴(kuò)展學(xué)生知識(shí)面，掌握電力電子技術(shù)發(fā)展新方向。這一部分的特點(diǎn)是沒有定量計(jì)算、難度不大、但對于資料的收集工作量比較大，根據(jù)這些特點(diǎn)，在教學(xué)中，可以將這部分安排給每個(gè)學(xué)生進(jìn)行講解，在講解前每個(gè)同學(xué)查找相關(guān)資料，然后對資料進(jìn)行分類總結(jié)，加入自己的理解，在講解過程中既可以使用多媒體也可使用板書的形式，講解后學(xué)生之間可以相互提出問題，相互討論，形成良好的研究氛圍。在這種學(xué)生自主教學(xué)的過程中，既提高了學(xué)生查找資料的能力，也能提高學(xué)生的概括的創(chuàng)新能力，還為研究生畢業(yè)學(xué)術(shù)論文的撰寫提供了相關(guān)的經(jīng)驗(yàn)。
二、實(shí)驗(yàn)教學(xué)應(yīng)進(jìn)行分類
電力電子技術(shù)是一個(gè)應(yīng)用性很強(qiáng)的一門學(xué)科，在理論教學(xué)的同時(shí)一定要有相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)來配合和補(bǔ)充，開設(shè)實(shí)驗(yàn)課是對理論課的延伸和補(bǔ)充，更能夠突出應(yīng)用型學(xué)科的特色。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)上，應(yīng)分為驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)、探究實(shí)驗(yàn)、拓展實(shí)習(xí)三個(gè)部分進(jìn)行教學(xué)。
1.驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)應(yīng)緊密結(jié)合課本。
驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)的特點(diǎn)是對已經(jīng)有的理論進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，與學(xué)生的理論教學(xué)緊密銜接，通過書上的理論來指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)的操作，同時(shí)實(shí)驗(yàn)的結(jié)果又可以加深學(xué)生對于書本理論的深度理解。在理論課程之后，應(yīng)當(dāng)有相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)課程相跟進(jìn)，在實(shí)驗(yàn)開始前，老師帶領(lǐng)學(xué)生對課本知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行回顧，確定實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮蛯?shí)驗(yàn)步驟，同學(xué)們按照實(shí)驗(yàn)要求完成相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)操作，并能夠運(yùn)用書本上的知識(shí)來解釋實(shí)驗(yàn)中的現(xiàn)象，最后通過實(shí)驗(yàn)報(bào)告的形式進(jìn)行總結(jié)，得出驗(yàn)證性的結(jié)論。
2.鼓勵(lì)開展探究性試驗(yàn)。
電力電子技術(shù)是一門正在快速發(fā)展的學(xué)科，在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，應(yīng)當(dāng)鼓勵(lì)學(xué)生進(jìn)行自主探究，通過對已有知識(shí)的學(xué)習(xí)讓學(xué)生們充分發(fā)揮想象力，制作一些相關(guān)的小制作、小發(fā)明，在探究性試驗(yàn)的過程中培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。學(xué)生根據(jù)自己掌握的知識(shí)，結(jié)合當(dāng)今電力電子發(fā)展的前沿技術(shù)，加上自己的想象力和創(chuàng)造力，獨(dú)立設(shè)計(jì)出屬于自己的電子作品，而在探究的過程中難免會(huì)遇到一些問題，這時(shí)老師應(yīng)進(jìn)行適當(dāng)指導(dǎo)，給出一些方案，讓學(xué)生自主解決實(shí)際問題。平時(shí)盡可能地開放實(shí)驗(yàn)室，使學(xué)生增加動(dòng)手操作機(jī)會(huì)。此外還應(yīng)當(dāng)鼓勵(lì)學(xué)生參加“挑戰(zhàn)杯”等科技比賽，增加在創(chuàng)新方面的交流合作，從而學(xué)會(huì)更多解決問題的新方法。
3.拓展實(shí)習(xí)應(yīng)突出實(shí)際應(yīng)用。
在傳統(tǒng)的教學(xué)環(huán)節(jié)之外，對于電力電子技術(shù)這種應(yīng)用型很強(qiáng)的學(xué)科，應(yīng)適當(dāng)組織學(xué)生到某個(gè)單位進(jìn)行參觀學(xué)習(xí)。學(xué)習(xí)的目的是為了應(yīng)用，當(dāng)今電力電子技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用在了許多領(lǐng)域之中，在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中可以聯(lián)系某個(gè)具體單位進(jìn)行參觀，在實(shí)際的生產(chǎn)過程中，讓學(xué)生們更加具體地了解電力電子技術(shù)的應(yīng)用。除了參觀之外，也可由老師或者學(xué)生找一些與電力電子技術(shù)應(yīng)用相關(guān)的視頻資料，分享給大家進(jìn)行觀看，也可以起到非常好的效果。實(shí)習(xí)結(jié)束之后，學(xué)生以報(bào)告的形式寫出自己學(xué)到了什么或者是心得體會(huì)。這樣，理論聯(lián)系實(shí)際，對于理工科的教學(xué)是有很大幫助的。
三、總結(jié)
隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，電力在社會(huì)發(fā)展中的作用逐漸凸顯出來，對社會(huì)與經(jīng)濟(jì)的穩(wěn)定發(fā)展帶來了嚴(yán)重的影響。目前我國城市建設(shè)正在如火如荼的發(fā)展之中，各種電力設(shè)備被廣泛的應(yīng)用在各個(gè)領(lǐng)域中，電力行業(yè)的發(fā)扎過程中需要對電力營銷進(jìn)行實(shí)施，集中處理各種用電信息，這樣才能對電力企業(yè)的安全供電進(jìn)行保證，從而更好的為我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展與城市建設(shè)提供電力方面的保障。在電力市場不斷發(fā)展的過程中，需要展開電力營銷，將電力用戶的需求作為中心，為用戶提供安全可靠的電力產(chǎn)品，同時(shí)促進(jìn)電力服務(wù)質(zhì)量的不斷提高。在實(shí)施電力營銷的過程中，主要利用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與通信技術(shù)，對信息管理網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行構(gòu)建，在此基礎(chǔ)上利用該信息管理網(wǎng)絡(luò)對電力信息展開集中的處理。可以通過電力營銷實(shí)現(xiàn)采集電力信息、管理電力行業(yè)業(yè)務(wù)、處理各種店里工作等，同時(shí)面對用戶的電力需求，及時(shí)的作出響應(yīng)，進(jìn)而使用戶的需求得到滿足。在電力企業(yè)的發(fā)展過程中，電力營銷的應(yīng)用極大的推動(dòng)了企業(yè)與用戶之間良好業(yè)務(wù)關(guān)系的建立，為電力企業(yè)創(chuàng)造了巨大的經(jīng)濟(jì)效益，在電力企業(yè)發(fā)展過程中起到了十分重要的作用。遠(yuǎn)程用電檢查技術(shù)主要是由各種應(yīng)用軟件以及用電采集軟件組成的，在電力行業(yè)發(fā)展過程中，遠(yuǎn)程用電檢查技術(shù)以其快捷、方便等特點(diǎn)廣泛應(yīng)用與電力營銷中，可以完成對用戶各種用電信息進(jìn)行快速的采集和整理，并完成電費(fèi)計(jì)算。遠(yuǎn)程用電檢查技術(shù)的應(yīng)用在電力行業(yè)發(fā)展過程中，主要通過制約技術(shù)與遠(yuǎn)程技術(shù)等實(shí)現(xiàn)對用電設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)情況的監(jiān)測，對信息數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，并實(shí)現(xiàn)資源共享，進(jìn)而對用電信息的安全性與可靠性進(jìn)行保證。在實(shí)際應(yīng)用電力營銷遠(yuǎn)程用電檢查技術(shù)過程中會(huì)受到一些因素的干擾，因此在實(shí)際應(yīng)用過程中應(yīng)該加強(qiáng)對系統(tǒng)安全的建設(shè)。
2電力營銷中遠(yuǎn)程用電檢查在工作中存在的問題
2.1技術(shù)、設(shè)備問題遠(yuǎn)程用電檢查技術(shù)與設(shè)備
在不同位置、不同地區(qū)存在一定的差異，這也為技術(shù)的應(yīng)用以及維護(hù)增加了很大的難度，正因?yàn)樵谠O(shè)備與技術(shù)上存在這些差異，所以遠(yuǎn)程用建設(shè)與電力營銷之間的連接也增加了很大的難度，對電力營銷中遠(yuǎn)程用電檢查技術(shù)各項(xiàng)功能的正常發(fā)揮帶來了一定的阻礙。
2.2采集終端問題采集終端存在的差異性
主要表現(xiàn)在環(huán)境適應(yīng)能力與實(shí)際工作環(huán)境間存在的不同，正因?yàn)榇嬖谶@種差異性使得采集終端的安全運(yùn)行受到影響，同時(shí)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性也受到了影響。
2.3通信問題遠(yuǎn)程用電檢查技術(shù)的實(shí)際
應(yīng)用過程中，通信方法也是對技術(shù)應(yīng)用效果產(chǎn)生影響的重要因素之一，在不同通信方法之間存在著不同的優(yōu)勢與不足，現(xiàn)階段主要使用的通信方式有無線傳輸、通信光線等，這些通信方在傳輸過程中會(huì)受到不同強(qiáng)度的干擾，同時(shí)通信的可靠性也會(huì)受到影響。
2.4應(yīng)用問題遠(yuǎn)程用電技術(shù)
在電力營銷中的應(yīng)用還存在應(yīng)用上的問題，例如管理和技術(shù)人員較少，系統(tǒng)的功能不能得到正常發(fā)揮等，這些問題的存在使得遠(yuǎn)程用電檢查技術(shù)的正常應(yīng)用受到了嚴(yán)重的影響。
3電力營銷中遠(yuǎn)程用電檢查技術(shù)的應(yīng)用
3.1對統(tǒng)一的用電檢查設(shè)備進(jìn)行使用
從現(xiàn)階段遠(yuǎn)程用電檢查技術(shù)在企業(yè)電力營銷中的應(yīng)用現(xiàn)狀尅看出，所述電力企業(yè)現(xiàn)在應(yīng)經(jīng)形成了屬于自己的遠(yuǎn)程用電檢查系統(tǒng)，但是該系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用過程中在技術(shù)上始終存在一定的差異性，使得用電數(shù)據(jù)信息的采集受到了嚴(yán)重的影響，為了對用電信息檢查的準(zhǔn)確性進(jìn)行保證，需要對統(tǒng)一的遠(yuǎn)程用電檢查設(shè)備進(jìn)行使用，將電力系統(tǒng)和用電檢查系統(tǒng)緊密的聯(lián)合在一起，并對目前的電力營銷方式進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，對良好的遠(yuǎn)程用電檢查系統(tǒng)進(jìn)行構(gòu)建，這樣就能創(chuàng)建一個(gè)良好的用電環(huán)境，對遠(yuǎn)程用電檢查技術(shù)功能的發(fā)揮進(jìn)行保證。
3.2使用電子電表
電表是對用戶用電量進(jìn)行計(jì)量的一種設(shè)備，目前在對電表進(jìn)行使用過程中，電表的工作狀態(tài)會(huì)受到各種因素的音響，為了對這一問題進(jìn)行解決，可以對電子電表進(jìn)行使用，這種電子電表在使用過程中計(jì)算電量的準(zhǔn)確度更高，減少維修工作量，同時(shí)對其進(jìn)行遠(yuǎn)程用電監(jiān)控也比較便利。
3.3對通信方式進(jìn)行合理選擇
在應(yīng)用遠(yuǎn)程用電檢查技術(shù)的過程中會(huì)受到通信方式的嚴(yán)重影響，在電量傳輸過程中不同通信方式會(huì)受到不同因素的影響，每種通信方式的優(yōu)勢與不足都不同，為了使遠(yuǎn)程用電檢查技術(shù)的各項(xiàng)功能得到更好的發(fā)揮，電力企業(yè)應(yīng)該與自身的工作、供電環(huán)境相結(jié)合，對最佳的通信方式進(jìn)行選擇，進(jìn)而使電量在傳輸過程中受到的干擾得到降低，最終促進(jìn)電量傳輸質(zhì)量得到提高。
3.4對電力營銷管理體系進(jìn)行完善
在電力企業(yè)中有一個(gè)良好的管理體系能夠保障營銷工作得到正常進(jìn)行，同時(shí)保證遠(yuǎn)程用電檢查技術(shù)得到高效的運(yùn)用，因此在電力工作中應(yīng)該對電力營銷管理相關(guān)制度進(jìn)行完善，保證遠(yuǎn)程用電檢查工作得到順利的開展。在電力營銷工作中，應(yīng)該不斷對各項(xiàng)制度進(jìn)行完善，以便于各項(xiàng)店里工作的順利開展，同時(shí)加強(qiáng)供電服務(wù)制度建設(shè)，更好的為電力工作提供良好的制度環(huán)境。
4結(jié)語
