時(shí)間：2023-09-19 18:51:42
導(dǎo)語(yǔ)：在電力與電子技術(shù)的撰寫旅程中，學(xué)習(xí)并吸收他人佳作的精髓是一條寶貴的路徑，好期刊匯集了九篇優(yōu)秀范文，愿這些內(nèi)容能夠啟發(fā)您的創(chuàng)作靈感，引領(lǐng)您探索更多的創(chuàng)作可能。
在高中物理當(dāng)中涉及到電力方面的理論知識(shí)，主要有電流與電阻，電磁學(xué)及電勢(shì)能等內(nèi)容，其中，電磁學(xué)中的重要內(nèi)容電磁感應(yīng)的原理是：變化的磁場(chǎng)能夠產(chǎn)生感應(yīng)電流，當(dāng)有一個(gè)導(dǎo)體放置在變化的磁場(chǎng)當(dāng)中時(shí)，該導(dǎo)體就會(huì)自行產(chǎn)生電流，如將導(dǎo)體閉合，即形成一個(gè)閉合的回路。這項(xiàng)理論知識(shí)在生活中的應(yīng)用很常見(jiàn)，如許多發(fā)電機(jī)就是根據(jù)這項(xiàng)原理發(fā)明出來(lái)的，還有家里的電磁爐等也是同樣的道理。所以說(shuō)，很多高中的物理內(nèi)容雖然大部分是純理論，但其在生活中的應(yīng)用只要用心觀察，會(huì)發(fā)現(xiàn)其實(shí)它無(wú)處不在。
1大容量電力電子技術(shù)
在電學(xué)當(dāng)中，大容量電力電子技術(shù)的實(shí)質(zhì)是采用一種大功率的半導(dǎo)體材料將電能進(jìn)行變化和傳輸，這是一項(xiàng)新型的電子技術(shù)，應(yīng)用于大多數(shù)電力領(lǐng)域內(nèi)。這一項(xiàng)技術(shù)最早是出現(xiàn)在上世紀(jì)60年代的美國(guó)，當(dāng)時(shí)認(rèn)為，電力電子是由三個(gè)學(xué)科組合而成的技術(shù)，這三個(gè)學(xué)科分別是：電子學(xué)，電力學(xué)，控制理論。在我國(guó)的生活生產(chǎn)中，涉及到多種能源的利用，不僅僅是電能的使用，大容量電力電子技術(shù)的出現(xiàn)能將這種可開(kāi)發(fā)的電能轉(zhuǎn)換成其他能量，從而達(dá)到使用功能，如生活中常用到的太陽(yáng)能熱水器就是利用這項(xiàng)原理，將空氣中投射過(guò)來(lái)的太陽(yáng)輻射能通過(guò)這種轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成熱能，從而供給人們生活使用，這種加熱方式比通過(guò)消耗電能來(lái)加熱更加環(huán)保。除此之外，電力電子技術(shù)在生產(chǎn)中還有很多其他的作用：
（1）將電能使用最佳化，經(jīng)電力電子技術(shù)的處理后，電能使用將更加高效合理，達(dá)到節(jié)能的效果。
（2）發(fā)展新興產(chǎn)業(yè)，電力電子技術(shù)的使用將改變傳統(tǒng)的生產(chǎn)方式，并且，這項(xiàng)技術(shù)是一種弱電控制強(qiáng)點(diǎn)的媒體，也是一些機(jī)電設(shè)備和計(jì)算機(jī)之間的接口，是將計(jì)算機(jī)與運(yùn)用到傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)。
（3）電力電子技術(shù)智能化。
我國(guó)還處在發(fā)展階段，在各項(xiàng)生產(chǎn)工業(yè)中都要應(yīng)用到能源，但能源畢竟有限，如果不能高效利用對(duì)于很多工廠來(lái)說(shuō)利益將會(huì)降低，而對(duì)于整個(gè)人類社會(huì)來(lái)說(shuō)，能源枯竭將是一場(chǎng)巨大的災(zāi)難，因此全球都在提倡節(jié)能環(huán)保，而我國(guó)對(duì)電能的需求量又大，尤其是許多大型的產(chǎn)業(yè)和技術(shù)產(chǎn)業(yè)都需要大容量的電能，電容量越大，操控起來(lái)就難，而大容量電力電子技術(shù)則能起到用弱電控制強(qiáng)電的作用，此外，在傳統(tǒng)工業(yè)實(shí)現(xiàn)智能化，自動(dòng)化及節(jié)能化的效果中起著橋梁的作用，所以這項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域也越來(lái)越廣，在我國(guó)的航空航天，能源，工業(yè)制造，交通等領(lǐng)域都有應(yīng)用。
2電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)的應(yīng)用
2.1電力系統(tǒng)的節(jié)能
物理學(xué)中在講電學(xué)方面的知識(shí)時(shí)，物理老師講過(guò)，發(fā)電廠生產(chǎn)出來(lái)的電電壓很高，不能直接運(yùn)送，因?yàn)楦鶕?jù)公式I=U/R（I是電流，U是電壓，R是電阻）電壓越高，運(yùn)輸過(guò)程中損耗的電能就越大，所以廠家在運(yùn)輸之前要將高電壓轉(zhuǎn)換為低電壓，在這個(gè)過(guò)程當(dāng)中，電能會(huì)損耗一部分，這部分的損耗產(chǎn)生無(wú)功率的浪費(fèi)，主要原因是在生產(chǎn)電能源的過(guò)程中電能源發(fā)生變化，導(dǎo)致發(fā)電機(jī)組不能完美的配合，從而產(chǎn)生無(wú)功功率的浪費(fèi)，電力電子技術(shù)是通過(guò)控制變負(fù)荷電動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)速度來(lái)實(shí)現(xiàn)電能的良好的生產(chǎn)和使用，在我們國(guó)家，這項(xiàng)技術(shù)還尚在研究探索階段，但在國(guó)外已經(jīng)非常成熟，雖然電力電子技術(shù)能夠通過(guò)以上方式對(duì)電能進(jìn)行控制，然而在實(shí)際使用過(guò)程中也存在一些問(wèn)題，實(shí)際上，變負(fù)荷電動(dòng)機(jī)的成本很高，并且在運(yùn)轉(zhuǎn)中對(duì)電網(wǎng)有很大的影響，所以目前在我國(guó)的適用范圍并不廣，僅僅使用于一些中型和大型的電廠。盡管如此，這項(xiàng)技術(shù)還在不斷的研發(fā)，畢竟電力電子技術(shù)能夠?qū)ε渌碗姷倪^(guò)程進(jìn)行控制，從而保證電能的質(zhì)量及穩(wěn)定。
2.2在發(fā)電環(huán)節(jié)中的應(yīng)用
在電力生產(chǎn)的電場(chǎng)中，不僅電能的配送過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生電能損耗，同樣，在電力的生產(chǎn)中也會(huì)產(chǎn)生損耗，且相對(duì)于發(fā)電量，其損耗的電能不在少數(shù)，且在高低壓轉(zhuǎn)換的過(guò)程當(dāng)中也會(huì)消耗一部分電能，為了滿足電力生產(chǎn)節(jié)能的要求，在高低壓的轉(zhuǎn)換過(guò)程當(dāng)中使用一種風(fēng)機(jī)水泵變頻機(jī)來(lái)達(dá)到降低損耗的電能，并且提高轉(zhuǎn)換效率的效果。21世紀(jì)太陽(yáng)能的發(fā)現(xiàn)使它成為新世紀(jì)的新型能源，被大量的進(jìn)行開(kāi)發(fā)和使用，利用太陽(yáng)能發(fā)電如今成為全世界奮斗的目標(biāo)，在將電能轉(zhuǎn)換過(guò)程中電力電子技術(shù)也解決了大功率電流轉(zhuǎn)換器的問(wèn)題。
大容量的電能是我國(guó)很多工廠生產(chǎn)所需的必備能源，電力電子技術(shù)的使用在很多方面解決了這種大容量電能的投入使用問(wèn)題。在高中物理學(xué)中涉及的理論知識(shí)還比較淺顯，大部分還是基礎(chǔ)理論，但了解了最基礎(chǔ)的知識(shí)對(duì)于生活中的技術(shù)拓展運(yùn)用才能有一個(gè)大概的概念，生活中的電子產(chǎn)品越來(lái)越多，使用的人數(shù)也越來(lái)越多，其中應(yīng)用到的電力學(xué)知識(shí)就越廣，作為新時(shí)期的高中生，除了掌握課堂上的理論知識(shí)外，更要留心觀察這些理論知識(shí)在生活中的運(yùn)用。
3結(jié)束語(yǔ)
大容量電力電子技術(shù)的出現(xiàn)確實(shí)對(duì)我國(guó)的生產(chǎn)和發(fā)展起到很大的促進(jìn)作用，但這項(xiàng)技術(shù)在我國(guó)還不夠成熟，因此需要更多的研究和探索，作為一名高中生，對(duì)于物理學(xué)這項(xiàng)理論知識(shí)的使用還需要進(jìn)一步的深入和進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)了解。
參考文獻(xiàn)
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作者單位
平頂山市第一中學(xué)河南省平頂山市467000
關(guān)鍵詞：電力電子技術(shù)；職業(yè)教育；課程建設(shè)
作者簡(jiǎn)介：張文蔚（1978-），女，上海人，上海工程技術(shù)大學(xué)高等職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程系，講師。（上海200437）
基金項(xiàng)目：本文系2011年上海工程技術(shù)大學(xué)高職學(xué)院教學(xué)研究項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)：JY11-2）的研究成果。
中圖分類號(hào)：G712 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-0079（2012）06-0066-02
隨著現(xiàn)代科技的飛躍發(fā)展，人力資源質(zhì)量對(duì)于企業(yè)生存、地區(qū)經(jīng)濟(jì)建設(shè)，乃至國(guó)家可持續(xù)發(fā)展都起到至關(guān)重要的作用?，F(xiàn)代社會(huì)生產(chǎn)中不僅需要大批具有較高技術(shù)和理論的研究、設(shè)計(jì)型人才，而且需要大量具有豐富理論基礎(chǔ)、勤奮敬業(yè)、技藝高超的技能型人才。高技能人才短缺已成為當(dāng)代中國(guó)職業(yè)教育有待解決的熱點(diǎn)問(wèn)題之一。職業(yè)院校作為培養(yǎng)高技能人才的搖籃，擔(dān)負(fù)著培養(yǎng)高技能人才的重任。如何提高學(xué)生對(duì)專業(yè)技術(shù)的理解能力和應(yīng)用能力，加強(qiáng)學(xué)生的就業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力是職業(yè)院校亟待考慮的問(wèn)題。專業(yè)建設(shè)是提升職業(yè)院校辦學(xué)水平的關(guān)鍵，專業(yè)課程建設(shè)更是其基礎(chǔ)工程。
電力電子技術(shù)是一門利用電力電子器件對(duì)電能進(jìn)行變換和控制的技術(shù)，它橫跨電子學(xué)、電力學(xué)和控制理論三個(gè)領(lǐng)域，廣泛應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、交通運(yùn)輸、航天通信、家用電器等方方面面，涉及電氣節(jié)能、新能源發(fā)電、電力牽引和智能電網(wǎng)等工程熱點(diǎn)問(wèn)題?！半娏﹄娮蛹夹g(shù)”是電氣自動(dòng)化及其相關(guān)專業(yè)的主干課程，課程建設(shè)涵蓋教學(xué)隊(duì)伍建設(shè)、教學(xué)內(nèi)容建設(shè)、教學(xué)條件建設(shè)、教學(xué)方法與教學(xué)手段建設(shè)等多方面，下面就本課程在精品課程建設(shè)過(guò)程中涉及的一些問(wèn)題進(jìn)行探討。
一、“電力電子技術(shù)”課程教學(xué)中發(fā)現(xiàn)的幾點(diǎn)問(wèn)題
1957年美國(guó)通用電氣公司研制出第一個(gè)晶閘管，電力電子技術(shù)學(xué)科由此誕生，其概念和基礎(chǔ)也隨著晶閘管和晶閘管變流技術(shù)的發(fā)展而確立。近年來(lái)，隨著半導(dǎo)體及其集成技術(shù)的高速發(fā)展，電子和通訊產(chǎn)業(yè)的強(qiáng)大支撐，電力電子領(lǐng)域的器件、控制方法日新月異，表現(xiàn)出智能化、小型化、高性能、節(jié)能環(huán)保等特點(diǎn)。實(shí)際授課內(nèi)容中晶閘管整流部分往往講得最多，對(duì)于其它全控型器件，以及逆變、斬波、調(diào)壓等電路只是略作介紹。原因主要是晶閘管整流是基礎(chǔ)，在學(xué)時(shí)不斷被壓縮的情況下，學(xué)好基礎(chǔ)理論和基本分析方法當(dāng)然顯得更重要。此外，也不排除技能等級(jí)鑒定等因素。因此，如何安排好有限的課堂時(shí)間，合理分配“電力電子技術(shù)”課程各環(huán)節(jié)的比重，怎樣在教學(xué)中更大程度地引入新器件、介紹新電路、演練新工藝，是課程教師非常值得探討的一個(gè)問(wèn)題，也是課程建設(shè)的重點(diǎn)。
要上好一堂課，除了備內(nèi)容，還要備學(xué)生。目前，職業(yè)教育面對(duì)的學(xué)生往往存在著理論基礎(chǔ)不扎實(shí)或是學(xué)習(xí)態(tài)度不夠認(rèn)真、惰性較大等問(wèn)題。傳統(tǒng)的教學(xué)方式往往是理論課“滿堂灌”，學(xué)生學(xué)習(xí)較被動(dòng)。隨著國(guó)家對(duì)職業(yè)教育的重視，無(wú)論公辦還是私立職業(yè)院校，其教學(xué)條件都有很大改善，課堂教學(xué)中使用多媒體教學(xué)已不足為奇?，F(xiàn)代化教學(xué)設(shè)施帶來(lái)了便利，然而，如若不及時(shí)調(diào)整教學(xué)內(nèi)容，只是按照教科書內(nèi)容一頁(yè)頁(yè)地翻PPT，其進(jìn)度自然加快不少，但對(duì)于學(xué)生來(lái)說(shuō)，枯燥、跳躍式課程內(nèi)容更不好理解、消化，學(xué)習(xí)效果可能還不及一支粉筆、一本書。如果課堂吸引不了學(xué)生，使他們開(kāi)小差、沒(méi)興趣，那就不要指望有多少人在課后會(huì)捧著教科書去圖書館或?qū)嶒?yàn)室查資料、自學(xué)。因此，如何更有效地利用教學(xué)資源，最大限度地發(fā)揮學(xué)生主觀能動(dòng)性是課程建設(shè)的難點(diǎn)。
一門課程教學(xué)情況的好壞，取決于教師和學(xué)生兩方面。一般來(lái)講，教師對(duì)于課程的授課情況由學(xué)校相關(guān)部門組織專家聽(tīng)課及學(xué)生測(cè)評(píng)后得出。學(xué)生對(duì)于課程的掌握情況大多看課程的總評(píng)成績(jī)，成績(jī)大多由任課教師根據(jù)學(xué)生課程最終考核及平時(shí)表現(xiàn)綜合給出。對(duì)于大多數(shù)學(xué)校、大多數(shù)課程來(lái)講，學(xué)生的學(xué)習(xí)成績(jī)中，課程的最終考核，也就是期末考試成績(jī)，往往占主要比重。這就直接導(dǎo)致了許多學(xué)生平時(shí)不學(xué)習(xí)、不復(fù)習(xí)，期末根據(jù)復(fù)習(xí)課內(nèi)容突擊、強(qiáng)記?？荚嚱Y(jié)束后不久，學(xué)生所學(xué)的知識(shí)由于學(xué)得不扎實(shí)，很快全忘了，更談不上應(yīng)用，學(xué)習(xí)效果較差。因此，如何調(diào)整現(xiàn)有考核評(píng)價(jià)體系，完善教學(xué)機(jī)制也是課程建設(shè)中值得研究的問(wèn)題。
二、“電力電子技術(shù)”精品課程建設(shè)途徑
精品課程是指具有一流教師隊(duì)伍、一流教學(xué)內(nèi)容、一流教學(xué)方法、一流教材、一流教學(xué)管理等特點(diǎn)的示范性課程。
1.專業(yè)教師敬業(yè)、協(xié)作
一門課程教學(xué)質(zhì)量的好壞，取決于師資隊(duì)伍的政治素質(zhì)、業(yè)務(wù)素質(zhì)及教學(xué)水平，因此，在課程建設(shè)中需要制定教師隊(duì)伍建設(shè)規(guī)劃，培養(yǎng)造就一支事業(yè)心強(qiáng)、專業(yè)水平高、教學(xué)能力強(qiáng)，知識(shí)、年齡、職稱結(jié)構(gòu)合理的教師隊(duì)伍。
科學(xué)技術(shù)的發(fā)展日新月異，其應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)踐的周期越來(lái)越短，作為培養(yǎng)直接就業(yè)于生產(chǎn)一線的技術(shù)工人的職業(yè)教育，必須緊密結(jié)合社會(huì)生產(chǎn)實(shí)際，傳授給學(xué)生最先進(jìn)的技術(shù)知識(shí)與技能。師資隊(duì)伍建設(shè)中必須提升教師隊(duì)伍業(yè)務(wù)能力，采取培養(yǎng)與引進(jìn)結(jié)合的方式，提高隊(duì)伍綜合能力及雙師素質(zhì)。同時(shí)，課程教學(xué)水平的提高應(yīng)該注重充分發(fā)揮課程組的團(tuán)隊(duì)優(yōu)勢(shì)，集體備課、互相交流，分工合作、群策群力，才能取得更好的成效。
2.教學(xué)內(nèi)容精心組織、教學(xué)資源豐富立體
“電力電子技術(shù)”課程的教學(xué)內(nèi)容必須緊密聯(lián)系行業(yè)發(fā)展、聯(lián)系新技術(shù)及其應(yīng)用。對(duì)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行合理組織、精心編排。此外，專業(yè)建設(shè)可以將電子技術(shù)、電力電子技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、交直流調(diào)速技術(shù)等課程結(jié)合起來(lái)，形成一定的專業(yè)學(xué)科體系，“電力電子技術(shù)”課程建設(shè)以此為依托，同時(shí)，在專業(yè)知識(shí)鏈的銜接中起到橋梁作用。
教學(xué)離不開(kāi)教材，教材建設(shè)作為學(xué)校教學(xué)基本建設(shè)之一，對(duì)提高教學(xué)質(zhì)量具有不容忽視的作用。建設(shè)立體化教材就是在傳統(tǒng)的課程教材、參考書基礎(chǔ)上，結(jié)合教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法與手段，采取電子圖書、電子教案、計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)課件、習(xí)題集、試題庫(kù)、網(wǎng)絡(luò)課程、學(xué)習(xí)指導(dǎo)、實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)、實(shí)踐指導(dǎo)等多種形式，極大地豐富教學(xué)資源庫(kù)。立體化教材建設(shè)在豐富教學(xué)內(nèi)容的同時(shí)，有利于培養(yǎng)學(xué)生掌握學(xué)科發(fā)展動(dòng)態(tài)和開(kāi)拓知識(shí)的方法與能力，有利于促進(jìn)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)改革，提高師資隊(duì)伍水平，促進(jìn)教學(xué)條件改善，改進(jìn)考核方法。
3.教學(xué)方法靈活多樣、教學(xué)手段先進(jìn)有效
教學(xué)方法是教學(xué)過(guò)程中教師與學(xué)生為實(shí)現(xiàn)教學(xué)目的和教學(xué)任務(wù)要求，在教學(xué)活動(dòng)中所采取的行為方式的總稱。教學(xué)手段是師生教學(xué)相互傳遞信息的工具、媒體或設(shè)備。改革教學(xué)方法與手段的著力點(diǎn)在于把發(fā)揮教師主導(dǎo)作用與發(fā)揮學(xué)生主體作用相結(jié)合，全面提高教學(xué)質(zhì)量。
在教學(xué)方法上，采取項(xiàng)目教學(xué)、任務(wù)引領(lǐng)、案例教學(xué)等形式，講練結(jié)合，開(kāi)展多層次實(shí)訓(xùn)、現(xiàn)場(chǎng)體驗(yàn)式教學(xué)、學(xué)生科技創(chuàng)新等教學(xué)活動(dòng)。在教學(xué)手段上，使用現(xiàn)代化的教育技術(shù)和手段，適時(shí)使用多媒體課件、flas演示；建立多層次實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)境，開(kāi)發(fā)MATLAB、PSIM等虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)等。實(shí)驗(yàn)、實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目在原有驗(yàn)證型課題的基礎(chǔ)上加入創(chuàng)新型課題，有利于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性。當(dāng)然，多媒體素材的準(zhǔn)備、虛擬場(chǎng)景的演示、網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)的開(kāi)發(fā)需要任課教師投入更多的時(shí)間和精力。
4.評(píng)價(jià)機(jī)制開(kāi)放，考核標(biāo)準(zhǔn)多元化
課程教學(xué)評(píng)價(jià)分學(xué)生評(píng)價(jià)和專家評(píng)價(jià)兩部分。課程結(jié)束后，組織學(xué)生進(jìn)行座談、測(cè)評(píng)；課程進(jìn)行過(guò)程中，可聘請(qǐng)一些來(lái)自企業(yè)、研究所的技術(shù)專家，以及校內(nèi)外相關(guān)專業(yè)的教育專家觀摩教學(xué)過(guò)程，評(píng)價(jià)教學(xué)內(nèi)容與組織形式，交流、指導(dǎo)課程教學(xué)。鼓勵(lì)專業(yè)教師多參加企業(yè)鍛煉、交流訪問(wèn)，開(kāi)拓視野，促進(jìn)學(xué)科建設(shè)。
對(duì)于學(xué)生成績(jī)考核，應(yīng)避免一張考卷定成績(jī)的情況。課程成績(jī)中，除了筆試成績(jī)外，還將平時(shí)任務(wù)完成、課堂相應(yīng)、作業(yè)遞交、學(xué)習(xí)態(tài)度等情況記入總成績(jī)，筆試成績(jī)所占總評(píng)比例相應(yīng)減少，使成績(jī)考核更全面、客觀反映學(xué)生實(shí)際掌握情況，更大程度地激發(fā)學(xué)生主觀能動(dòng)性。
三、結(jié)束語(yǔ)
要做好精品課建設(shè)，必須建立一支精干的教師團(tuán)隊(duì)，開(kāi)發(fā)與精品課程配套的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、教學(xué)手段、實(shí)踐環(huán)節(jié)，不斷建設(shè)和完善教學(xué)環(huán)境，形成合理的教學(xué)評(píng)價(jià)體系。面對(duì)國(guó)家大力發(fā)展職業(yè)教育的大好形勢(shì)，職業(yè)教育工作者更要不畏艱辛、開(kāi)拓創(chuàng)新，為社會(huì)主義現(xiàn)代化建設(shè)培養(yǎng)高素質(zhì)、可發(fā)展的技能型和應(yīng)用型人才。
參考文獻(xiàn)：
[1]王新剛.高職國(guó)家精品課程資源建設(shè)狀況的分析[D].濟(jì)南:山東師范大學(xué),2010.
關(guān)鍵詞:電力電子技術(shù);鐵路機(jī)車;牽引動(dòng)力
1緒論
為了滿足社會(huì)發(fā)展的需要，鐵路行業(yè)正朝著速度更快、穩(wěn)定性更高、成本更低廉的方向發(fā)展。尤其是電力電子技術(shù)在鐵路機(jī)車當(dāng)中的應(yīng)用，優(yōu)化了機(jī)車設(shè)備的結(jié)構(gòu)和性能，提高了鐵路運(yùn)輸?shù)男?。因此，研究分析電力電子技術(shù)與鐵路機(jī)車牽引動(dòng)力的發(fā)展具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。
2鐵路機(jī)車牽引技術(shù)的發(fā)展
機(jī)械設(shè)備的發(fā)展，帶動(dòng)了鐵路機(jī)車設(shè)備的發(fā)展。在鐵路機(jī)車設(shè)備的最初時(shí)期，很多機(jī)車設(shè)備的主要?jiǎng)恿?lái)源于蒸汽，而蒸汽式機(jī)車也是鐵路系統(tǒng)的第一代機(jī)車，標(biāo)志著人類社會(huì)的道路運(yùn)輸正式進(jìn)入到了全新的發(fā)展時(shí)期。蒸汽類型的機(jī)車因其動(dòng)力較弱，操作繁瑣等問(wèn)題，難以滿通運(yùn)輸發(fā)展的需要，同時(shí)由于其主要以煤炭作為主要燃料，不僅消耗大量的能源，而且還排放大量的二氧化硫，對(duì)周圍的環(huán)境造成了嚴(yán)重的污染。于是，在科學(xué)技術(shù)的發(fā)展推動(dòng)下，電力類型的機(jī)車設(shè)備越來(lái)越多的應(yīng)用到鐵路運(yùn)輸當(dāng)中，提高了機(jī)車設(shè)備操作效率的同時(shí)，也使得機(jī)車設(shè)備的牽引動(dòng)力更為強(qiáng)大。近年來(lái)，晶閘管整流器類型的機(jī)車設(shè)備越來(lái)越多，推動(dòng)了鐵路機(jī)車電子化的發(fā)展。該類型的機(jī)車設(shè)備不僅具有電力類型機(jī)車設(shè)備的良好性能，而且還能夠高效率的控制電能，實(shí)現(xiàn)了機(jī)車設(shè)備的高效率運(yùn)行。例如當(dāng)前我國(guó)自主研發(fā)的韶山系列電力機(jī)車等，就是在牽引動(dòng)力方面引入了電力電子技術(shù)。此外，我國(guó)還自主開(kāi)發(fā)了斬薄調(diào)壓技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了不使用開(kāi)關(guān)的情況下，通過(guò)脈沖技術(shù)的應(yīng)用，將觸網(wǎng)電壓直接牽引到發(fā)動(dòng)機(jī)上，為鐵路機(jī)車的電動(dòng)機(jī)，在一定范圍內(nèi)提供了持續(xù)不斷的穩(wěn)定電壓。
3電力電子技術(shù)概述
3．1電力電子技術(shù)
相比較傳統(tǒng)的電子技術(shù)，電力電子技術(shù)利用了如GTO、晶閘管等電力電子元器件，對(duì)電能實(shí)現(xiàn)了優(yōu)化控制。該項(xiàng)技術(shù)既可以將電力的功率調(diào)高到兆瓦的水平，也可以將其調(diào)低到1瓦以下。在鐵路機(jī)車設(shè)備中引入該項(xiàng)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了機(jī)車電能的精準(zhǔn)控制，使得機(jī)車可以按照人們的設(shè)計(jì)要求進(jìn)行運(yùn)行，不僅提高了鐵路行業(yè)電能的利用效率，而且還提高了電力類機(jī)車的運(yùn)行效率。
3．2電力電子技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)
在鐵路機(jī)車牽引動(dòng)力中，應(yīng)用電力電子技術(shù)，不僅可以有效的提高機(jī)車本身的運(yùn)行速率，而且還具有以下優(yōu)勢(shì):(1)電力電子技術(shù)可以對(duì)當(dāng)前鐵路機(jī)車的交流電機(jī)進(jìn)行優(yōu)化，在滿足鐵路機(jī)車基本性能要求的基礎(chǔ)上，縮小了電機(jī)設(shè)備的體積，解決了傳統(tǒng)鐵路機(jī)車設(shè)備安裝與運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)等問(wèn)題。此外，電力電子技術(shù)還可以有效的優(yōu)化鐵路與輪軌之間的摩擦力，提高了機(jī)車設(shè)備的牽引功率。(2)電力電技術(shù)可以為鐵路機(jī)車的運(yùn)行提供持續(xù)穩(wěn)定的動(dòng)力，相比較傳統(tǒng)的電力技術(shù)，鐵路機(jī)車的運(yùn)行穩(wěn)定性和安全性大幅度得到了提高。(3)解決了鐵路機(jī)車存在的電刷與轉(zhuǎn)向器磨損問(wèn)題，有效的控制了電動(dòng)機(jī)無(wú)換向器的控制，確保了鐵路機(jī)車運(yùn)行過(guò)程中的穩(wěn)定性。
4電力電子技術(shù)在鐵路機(jī)車牽引動(dòng)力方面的應(yīng)用
近年來(lái)，傳統(tǒng)的交流電控制牽引力模式，已經(jīng)難以滿足鐵路機(jī)車設(shè)備實(shí)際運(yùn)行的要求，很多地區(qū)都積極引入了新技術(shù)和新材料，以期滿足當(dāng)前社會(huì)發(fā)展的需要，實(shí)現(xiàn)鐵路系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展。尤其是多頻率的交流電牽引驅(qū)動(dòng)的應(yīng)用，正式標(biāo)志著電力電子技術(shù)實(shí)現(xiàn)了鐵路機(jī)車牽引動(dòng)力的優(yōu)化升級(jí)，其具體表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:(1)通過(guò)四象限變流器的有效利用，降低了鐵路機(jī)車運(yùn)行過(guò)程中，電網(wǎng)中存在的電流諧波分類，提高了電力供應(yīng)的質(zhì)量，確保了鐵路機(jī)車運(yùn)行過(guò)程中不會(huì)受到交流電動(dòng)力產(chǎn)生的信號(hào)干擾，進(jìn)一步提高了鐵路系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。(2)利用交流傳動(dòng)電力電子技術(shù)，改善了供電電網(wǎng)的電工功率，使其接近于1功率，有效的降低了電網(wǎng)當(dāng)中的電能損耗。此外，它還可以通過(guò)再生制動(dòng)的方式，對(duì)電網(wǎng)實(shí)時(shí)反饋電能的相關(guān)信息，提高了電能質(zhì)量的同時(shí)，也達(dá)到了節(jié)能減排的目的。(3)利用電力電子技術(shù)，可以優(yōu)化鐵路機(jī)車牽引與制動(dòng)之間的關(guān)系，例如，利用設(shè)置在鐵路機(jī)車上的位置轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)，可以實(shí)現(xiàn)了在主電路上對(duì)牽引、制動(dòng)的自動(dòng)轉(zhuǎn)換，有效的避免了人工操作所可能存在的錯(cuò)誤，提高了轉(zhuǎn)換的效率，使得整個(gè)操作過(guò)程更加的簡(jiǎn)便和可靠。
關(guān)鍵詞：應(yīng)用技術(shù)主導(dǎo)型； 電力電子； 教學(xué)改革
1 引言
《電力電子技術(shù)》課程是高等工科院校自動(dòng)化類專業(yè)的一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，又是本專業(yè)核心課程，其主要任務(wù)是使學(xué)生全面了解和掌握各種變流裝置的組成及其電磁過(guò)程、工作原理、控制方式、設(shè)計(jì)計(jì)算和技術(shù)指標(biāo)等內(nèi)容，為學(xué)生學(xué)習(xí)后續(xù)課程及今后從事自動(dòng)控制方面的工作打下基礎(chǔ)。
應(yīng)用型本科作為高等教育的一個(gè)層次，必然有其自身的培養(yǎng)目標(biāo)和教學(xué)特點(diǎn)。人才培養(yǎng)的目標(biāo)定位不同，教學(xué)思路、教學(xué)方法以及對(duì)專業(yè)的知識(shí)的要求就會(huì)有差異。專業(yè)教學(xué)的目的就是要求學(xué)生通過(guò)在校學(xué)習(xí)相關(guān)的專業(yè)知識(shí)和應(yīng)用技術(shù)，成為應(yīng)用型專業(yè)人才。為了實(shí)現(xiàn)這一培養(yǎng)目標(biāo)，積極開(kāi)展教學(xué)改革，探索一種既符合《電力電子技術(shù)》課程特點(diǎn)，又適合應(yīng)用型人才培養(yǎng)要求的教學(xué)規(guī)律和教學(xué)方法，對(duì)提高教學(xué)質(zhì)量、全面推進(jìn)綜合素質(zhì)教學(xué)，培養(yǎng)合格的應(yīng)用型人才都有積極意義。
2 課程特點(diǎn)
電力電子技術(shù)是電力、電子及控制技術(shù)領(lǐng)域間的交叉學(xué)科。課程有以下幾個(gè)特點(diǎn)：一是教材內(nèi)容豐富，具體表現(xiàn)為概念多、公式多、波形多。隨著新型電力電子器件的出現(xiàn)及控制技術(shù)的發(fā)展，課程內(nèi)容將不斷更新，教學(xué)內(nèi)容將進(jìn)一步擴(kuò)展；二是課程綜合性強(qiáng)。它是《高等數(shù)學(xué)》、《電路原理》、《模擬電子技術(shù)》、《數(shù)字電子技術(shù)》、《電機(jī)拖動(dòng)基礎(chǔ)》、《計(jì)算機(jī)控制技術(shù)》等課程知識(shí)的綜合應(yīng)用，要求學(xué)生較好掌握前授課程的知識(shí)，在學(xué)習(xí)本課程基礎(chǔ)上，既能作定量的應(yīng)用計(jì)算，又會(huì)作定性的波形分析；三是課程實(shí)踐性強(qiáng)。學(xué)生在掌握原理、熟悉計(jì)算的基礎(chǔ)上，還應(yīng)具有較強(qiáng)實(shí)際動(dòng)手能力，能完成電力電子裝置組裝、集成、調(diào)試、運(yùn)行、檢測(cè)及診斷等實(shí)際操作。
近年來(lái)，結(jié)合課程特點(diǎn)，有步驟地對(duì)課程的教學(xué)方法作了改革，著重對(duì)課堂理論教學(xué)、課程設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)等環(huán)節(jié)進(jìn)行了綜合分析與研究，努力探索一種較為科學(xué)的教學(xué)方法，現(xiàn)作簡(jiǎn)要介紹。
3 課程教學(xué)改革與探討
3.1 理論教學(xué)堅(jiān)持貫徹“知行合一”原則
根據(jù)應(yīng)用型人才培養(yǎng)目標(biāo)，課堂理論教學(xué)采用精講多練，深入淺出的教學(xué)方法。為了使學(xué)生剛接觸本課程時(shí)，就有一個(gè)較深的認(rèn)識(shí)，授課時(shí)通過(guò)圖1簡(jiǎn)述課程所涉及的知識(shí)結(jié)構(gòu)，即整流、逆變、斬波、調(diào)壓、變頻等變換方式，結(jié)合實(shí)例分析電力電子技術(shù)在各領(lǐng)域中的應(yīng)用，讓學(xué)生對(duì)課程涉及知識(shí)有了基本認(rèn)識(shí)，同時(shí)激發(fā)他們學(xué)習(xí)的興趣。
圖1. 電力電子技術(shù)框圖
在課程的理論教學(xué)改革中，著重抓兩個(gè)重點(diǎn)：
（1）將知識(shí)課堂轉(zhuǎn)變?yōu)槟芰φn堂。理論教學(xué)的質(zhì)量主要取決于課堂講授的效果，而精選教學(xué)內(nèi)容又是提高講授效果的前提。因此，通過(guò)教學(xué)實(shí)踐的總結(jié)，確定將“整流”、“逆變”和“器件與觸發(fā)電路”列為重點(diǎn)內(nèi)容，其他則有所涉及。在“整流”、“逆變”部分內(nèi)容學(xué)懂理解后，學(xué)生再學(xué)習(xí)其他變換電路也就比較容易了。
為了便于學(xué)生系統(tǒng)掌握課程內(nèi)容，將教材內(nèi)容分為五個(gè)知識(shí)板塊，即元件與保護(hù)、整流電路、逆變電路、觸發(fā)電路和其他變換電路等，而且對(duì)五個(gè)知識(shí)板塊的內(nèi)容提出不同的要求，便利學(xué)生消化課程內(nèi)容，有系統(tǒng)有重點(diǎn)進(jìn)行學(xué)習(xí)，整個(gè)教學(xué)過(guò)程中始終突出知識(shí)的應(yīng)用和能力的培養(yǎng)，堅(jiān)持貫徹“知行合一”原則。
（2）確定科學(xué)的講授體系，綜合應(yīng)用各種教學(xué)方法，全面提升教學(xué)效果。根據(jù)應(yīng)用型本科規(guī)劃教材特點(diǎn)及近年來(lái)教學(xué)實(shí)踐體會(huì)，將課程確定為：電力電子元器件整流電路觸發(fā)電路逆變電路其他變頻電路，這樣一個(gè)講授體系，能將各章內(nèi)容合理銜接，又使重點(diǎn)難點(diǎn)內(nèi)容相對(duì)分散。授課中，結(jié)合概念，對(duì)重點(diǎn)內(nèi)容集中時(shí)間進(jìn)行深入透徹分析，使學(xué)生形成深刻印象；結(jié)合實(shí)例，對(duì)難點(diǎn)內(nèi)容進(jìn)行分析對(duì)比，幫助學(xué)生加深理解，實(shí)際效果比較理想。
3.2 結(jié)合工程實(shí)際組織課程設(shè)計(jì)
應(yīng)用型本科培養(yǎng)的是應(yīng)用型人才，為了鞏固課程理論知識(shí)，同時(shí)注重培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用能力，不僅在課堂授課時(shí)要結(jié)合工程實(shí)際內(nèi)容，而且還要有目的地組織學(xué)生進(jìn)行課程設(shè)計(jì)，進(jìn)行工程應(yīng)用實(shí)踐。
如何選擇設(shè)計(jì)課題和內(nèi)容是搞好課程設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，所以在提出設(shè)計(jì)方案前，指導(dǎo)教師應(yīng)先行一步，在大量收集文獻(xiàn)資料的基礎(chǔ)上，做方案比較，進(jìn)行完整的計(jì)算及實(shí)驗(yàn)調(diào)試，再確定設(shè)計(jì)內(nèi)容，設(shè)計(jì)步驟及實(shí)驗(yàn)調(diào)試要求，編制完整的設(shè)計(jì)任務(wù)書，然后再去指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行課程設(shè)計(jì)。
課程設(shè)計(jì)的目的很明確，有三點(diǎn)：一是結(jié)合教材有關(guān)“整流電路”、“元件選擇與保護(hù)”、“觸發(fā)電路”內(nèi)容講授，要求學(xué)生利用所學(xué)知識(shí)，立竿見(jiàn)影地用于工程實(shí)際設(shè)計(jì)中去，讓學(xué)生對(duì)設(shè)計(jì)產(chǎn)生較大興趣；二是把設(shè)計(jì)與工程實(shí)際緊密聯(lián)系起來(lái)，要求學(xué)生根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)要求，獨(dú)立完成電路設(shè)計(jì)、線路形式選擇及主要參數(shù)計(jì)算，保護(hù)電路設(shè)計(jì)及元件參數(shù)選擇，確定移相范圍及觸發(fā)電路等，以提高學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際的能力；三是通過(guò)設(shè)計(jì)加強(qiáng)應(yīng)用能力訓(xùn)練，要求學(xué)生應(yīng)用所學(xué)的計(jì)算機(jī)CAD繪圖技術(shù)完成電路圖的繪制，應(yīng)用綜合實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)調(diào)試等，有目的地加強(qiáng)學(xué)生的實(shí)際操作能力的培養(yǎng)。
這樣的要求既有一定的難度，也有相當(dāng)廣度，但確實(shí)可行。學(xué)生通過(guò)這個(gè)環(huán)節(jié)的實(shí)踐，增強(qiáng)了獨(dú)立思考能力，開(kāi)闊了視野。不少學(xué)生運(yùn)用所學(xué)知識(shí)完成單元電路設(shè)計(jì)；也有學(xué)生利用所學(xué)知識(shí)對(duì)觸發(fā)電路進(jìn)行了改進(jìn)設(shè)計(jì)；還有學(xué)生對(duì)保護(hù)電路提出了不同見(jiàn)解?？傊?，學(xué)生間相互探討，相互啟發(fā)，活躍了學(xué)習(xí)氣氛，提高了應(yīng)用能力，為從事專業(yè)工作打下了基礎(chǔ)。
3.3 依托實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)注重能力培養(yǎng)
應(yīng)用型工科培養(yǎng)的人才除了具有一定的理論知識(shí)，還應(yīng)具備專業(yè)技術(shù)的應(yīng)用能力。這種能力的形式，不能簡(jiǎn)單依靠知識(shí)注入來(lái)獲得，必須經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的培養(yǎng)、系統(tǒng)的訓(xùn)練，不斷的積累，而逐步形成的。在這種能力形成過(guò)程中，實(shí)驗(yàn)教學(xué)具有獨(dú)特作用。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)中具體完成以下幾項(xiàng)工作：
（1）科學(xué)系統(tǒng)地編制實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書，精心選擇實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，使每個(gè)實(shí)驗(yàn)都能起到“工程訓(xùn)練”的目的。
（2）強(qiáng)調(diào)人人動(dòng)手、獨(dú)立完成實(shí)驗(yàn)。對(duì)實(shí)驗(yàn)確實(shí)存在困難的學(xué)生，指導(dǎo)教師要耐心啟發(fā)學(xué)生，幫助分析實(shí)驗(yàn)要領(lǐng)，但決不包辦代替。
（3）注重參數(shù)的定量分析和波形定性分析。變流裝置在運(yùn)行中有大量的參數(shù)和波形，需要檢測(cè)和分析。例如：檢測(cè)元件的端電壓，就能判別元件的工作狀態(tài)；檢測(cè)輸出電壓，就能推斷裝置的運(yùn)行狀況。又例如，在三相全控橋式電路中，測(cè)試輸出波形時(shí)，發(fā)現(xiàn)波幅不一致，缺波頭等現(xiàn)象時(shí)，也能分析出裝置出現(xiàn)的問(wèn)題等。因此，要求學(xué)生重視參數(shù)定量分析和波形定性分析，就是要讓學(xué)生通過(guò)實(shí)際操作，來(lái)提高分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力。
總之，通過(guò)課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)，將封閉的教學(xué)轉(zhuǎn)變?yōu)殚_(kāi)放的教學(xué)，確實(shí)起到既鞏固基礎(chǔ)理論知識(shí)，又能使學(xué)生獲得比較系統(tǒng)的實(shí)際操作訓(xùn)練，對(duì)提高課程教學(xué)效果有較大推動(dòng)作用。
4 結(jié)束語(yǔ)
課程教學(xué)改革必須從學(xué)生的培養(yǎng)目標(biāo)出發(fā)，把課堂上的理論講授、設(shè)計(jì)室里的分析計(jì)算以及實(shí)驗(yàn)室中的實(shí)際操作等多個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)有機(jī)結(jié)合起來(lái)，實(shí)現(xiàn)各教學(xué)環(huán)節(jié)的銜接、交差和融合，充分發(fā)揮綜合教學(xué)優(yōu)勢(shì)，達(dá)到在有限時(shí)間內(nèi)獲取最佳教學(xué)效果。通過(guò)《電力電子技術(shù)》課程教學(xué)的改革與探索，深深感到要使課程教學(xué)滿足培養(yǎng)目標(biāo)，需要不斷地科學(xué)探索、不斷地認(rèn)真總結(jié)，以適應(yīng)現(xiàn)代教學(xué)的要求。
參考文獻(xiàn)
[1] 王兆安、劉進(jìn)軍. 電力電子技術(shù)[M]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2010.7
關(guān)鍵詞：虛擬仿真；Matlab；電力電子技術(shù)；實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)
中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2016）02-0134-02
一、引言
電力電子技術(shù)是目前最活躍、發(fā)展最快的一門新興學(xué)科，且廣泛應(yīng)用于工業(yè)、交通、IT、通信、國(guó)防以及民用電器、新能源發(fā)電等領(lǐng)域，它的應(yīng)用領(lǐng)域幾乎涉及國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)工業(yè)部門。
二、電力電子技術(shù)課程教學(xué)現(xiàn)狀
當(dāng)前高職院?；径疾扇±碚摻虒W(xué)加實(shí)踐操作的模式進(jìn)行電力電子技術(shù)課程的教學(xué)。首先，講解電力電子器件的工作原理、特性以及使用方法；然后對(duì)各種變流電路（包括整流、逆變、斬波和交流變換等）的電路構(gòu)成、工作原理和波形等進(jìn)行分析；最后在實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)臺(tái)上進(jìn)行實(shí)操、搭建電路、觀察波形等進(jìn)行驗(yàn)證。
電力電子技術(shù)課程本身屬于電類各專業(yè)課程中較難的課程之一，教學(xué)對(duì)象又為高職學(xué)生，他們理論基礎(chǔ)差，計(jì)算能力弱，因此教學(xué)重心一定偏向?qū)嵅佟Ｈ缓?，在?duì)電力電子電路進(jìn)行實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)分析的過(guò)程中，由于電力電子器件具有非線性等特點(diǎn)以及電力電子電路的復(fù)雜性，造成實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)結(jié)果不明顯，單從示波器顯示波形不能很好地檢測(cè)電路的正確性。而且電力電子技術(shù)的實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)都涉及到220V或者380V的高電壓，具有一定的危險(xiǎn)性。往往造成學(xué)生實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目做得迷迷糊糊，不知道結(jié)果是否正確，即使知道錯(cuò)誤了也很難進(jìn)行排故，導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習(xí)興趣減低，形成惡性循環(huán)。
三、虛擬仿真技術(shù)在電力電子技術(shù)教學(xué)中的應(yīng)用
虛擬仿真技術(shù)是近年來(lái)隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)迅猛發(fā)展而逐步形成的一類實(shí)驗(yàn)研究的新技術(shù)，它在各類專業(yè)各種類型的課程當(dāng)中被廣泛應(yīng)用。虛擬仿真技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)主要有：（1）實(shí)驗(yàn)硬件門檻低，基本不需要專業(yè)的實(shí)驗(yàn)設(shè)備，只需要普通計(jì)算機(jī)即可；（2）實(shí)驗(yàn)過(guò)程安全可靠，不涉及高電壓、高電流；（3）實(shí)驗(yàn)過(guò)程迅速、結(jié)果清晰明顯，能快速地在計(jì)算機(jī)屏幕上顯示所需要的所有結(jié)果，一目了然；（4）糾錯(cuò)排故簡(jiǎn)單，基本的仿真實(shí)驗(yàn)修改只需要在仿真環(huán)境下進(jìn)行器件或者連接的修改。
鑒于以上優(yōu)點(diǎn)，虛擬仿真技術(shù)在電力電子技術(shù)課程實(shí)驗(yàn)當(dāng)中進(jìn)行應(yīng)用十分合適，并能有效地提高電力電子技術(shù)課程的教學(xué)效果。目前，可對(duì)電力電子電路及系統(tǒng)進(jìn)行虛擬仿真的軟件較多，如Matlab、Pspise、Saber以及Multisim等。這些模擬仿真軟件的出現(xiàn)，為電力電子電路及系統(tǒng)的分析提供了方便、有效的手段，大大簡(jiǎn)化了電力電子電路及系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和分析過(guò)程。其中Matlab軟件由于其Simulink環(huán)境下提供的SimPowerSystems工具箱在電力系統(tǒng)分析、電力電子電路分析中令人滿意的表現(xiàn)、友好的界面和模塊化的形式受到廣大用戶的青睞。
根據(jù)電力電子技術(shù)課程教學(xué)的要求，結(jié)合課程實(shí)驗(yàn)操作內(nèi)容，我們?cè)O(shè)計(jì)、建立并實(shí)現(xiàn)了涵蓋高職教學(xué)要求的十五個(gè)電力電子技術(shù)Matlab仿真項(xiàng)目。下面以直流升壓斬波電路為例，詳細(xì)介紹使用Matlab軟件進(jìn)行模擬仿真的方法和步驟。
四、仿真實(shí)例
本節(jié)以直流升壓斬波電路為例，詳細(xì)介紹使用Matlab軟件進(jìn)行電力電子電路仿真的方法和步驟。直流升壓斬波電路是典型的直流斬波電路之一，它通過(guò)電容、電感元件的儲(chǔ)能以及電力電子器件（此處使用IGBT）的通斷控制，使負(fù)載上得到比電源電壓高的電壓，其電路原理圖如下所示。
根據(jù)電路原理圖，在Matlab的Simulink中建立直流升壓斬波電路仿真模型，步驟如下：
1.仿真平臺(tái)建立。啟動(dòng)MATLAB，進(jìn)入MATLAB環(huán)境，點(diǎn)擊工具欄中的Simulink選項(xiàng)，進(jìn)入所需的仿真環(huán)境，點(diǎn)擊File/New/Model新建一個(gè)仿真平臺(tái)。
2.模塊提取。在Simulink環(huán)境中拉取所需要的模塊到仿真平臺(tái)中，具體做法是點(diǎn)擊左邊的器件分類，電力電子仿真實(shí)驗(yàn)一般只用到Simulink和SimPowerSystems兩個(gè)，分別在它們的下拉選項(xiàng)中找到我們所需的模塊，用鼠標(biāo)左鍵點(diǎn)擊所需的模塊不放，然后直接拉到仿真平臺(tái)中。本電路圖所需要的模塊及提取路徑如下表所示。
3.仿真模型建立。將提取的各模塊，按照原理圖布局好位置并進(jìn)行連線。具體做法是移動(dòng)鼠標(biāo)到一個(gè)模塊的連接點(diǎn)上，會(huì)出現(xiàn)一個(gè)“+”字型光標(biāo)，按住鼠標(biāo)左鍵不放，一直拉到所要連接的另一個(gè)模塊的連接點(diǎn)上，放開(kāi)左鍵，連線就完成了。本電路圖的仿真模型如下圖所示。
4.參數(shù)設(shè)置。參數(shù)設(shè)置分為模塊參數(shù)設(shè)置和仿真參數(shù)設(shè)置。模塊參數(shù)設(shè)置如下：直流電壓源的幅值設(shè)置為100V。電阻負(fù)載設(shè)置為1Ω。控制脈沖電壓由脈沖發(fā)生器產(chǎn)生，電壓幅值設(shè)置為3V，周期設(shè)置為0.001S，脈沖寬度比的大小設(shè)置可改變輸出負(fù)載電壓的大小。IGBT、功率二極管、信號(hào)分解器、電感和電容可保持默認(rèn)設(shè)置。示波器根據(jù)需要輸出的波形個(gè)數(shù)設(shè)置輸入端口數(shù)。仿真參數(shù)設(shè)置如下：將開(kāi)始時(shí)間設(shè)置為0，終止時(shí)間設(shè)置為0.01，算法設(shè)置為ode23tb。
5.仿真。完成以上步驟后便可以開(kāi)始仿真，仿真結(jié)束后雙擊示波器觀察波形。直流升壓斬波電路在控制脈沖電壓寬度比為80%和40%時(shí)的仿真波形如圖3所示，與理論分析值一致。
五、小結(jié)
虛擬仿真技術(shù)隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展在近些年得到了長(zhǎng)足的發(fā)展，越來(lái)越多的課程在教學(xué)中引入了虛擬仿真技術(shù)，它對(duì)課程教學(xué)效果的提供具有較大的作用。文章在分析教學(xué)現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，引入了使用Matlab軟件的虛擬仿真技術(shù)，并以直流升壓斬波電路為例，詳細(xì)介紹使用Matlab軟件進(jìn)行電力電子電路仿真的方法和步驟。
參考文獻(xiàn)：
[1]王波.虛實(shí)結(jié)合、理實(shí)一體的電力電子技術(shù)課程改革的探索與實(shí)踐[J].時(shí)代教育，2015，（7）.
關(guān)鍵詞：直流輸電；電力電子；發(fā)電機(jī)
一、前言
電力電子技術(shù)是一個(gè)以功率半導(dǎo)體器件、電路技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、現(xiàn)代控制技術(shù)為支撐的技術(shù)平臺(tái)。經(jīng)過(guò)50年的發(fā)展歷程，它在傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)設(shè)備發(fā)行、電能質(zhì)量控制、新能源開(kāi)發(fā)和民用產(chǎn)品等方面得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。最成功地應(yīng)用于電力系統(tǒng)的大功率電力電子技術(shù)是直流輸電(HVDC)。自20世紀(jì)80年代，柔流輸電(FACTS)概念被提出后，電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用研究得到了極大的關(guān)注，多種設(shè)備相繼出現(xiàn)。本文介紹了電力電子技術(shù)在發(fā)電環(huán)節(jié)中、輸電環(huán)節(jié)中、在配電環(huán)節(jié)中的應(yīng)用和節(jié)能環(huán)節(jié)的運(yùn)用。
二、電力電子技術(shù)的應(yīng)用
自20世紀(jì)80年代，柔流輸電(FACTS)概念被提出后，電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用研究得到了極大的關(guān)注，多種設(shè)備相繼出現(xiàn)。已有不少文獻(xiàn)介紹和總結(jié)了相關(guān)設(shè)備的基本原理和應(yīng)用現(xiàn)狀。以下按照電力系統(tǒng)的發(fā)電、輸電和配電以及節(jié)電環(huán)節(jié)，列舉電力電子技術(shù)的應(yīng)用研究和現(xiàn)狀。
(一)在發(fā)電環(huán)節(jié)中的應(yīng)用
電力系統(tǒng)的發(fā)電環(huán)節(jié)涉及發(fā)電機(jī)組的多種設(shè)備，電力電子技術(shù)的應(yīng)用以改善這些設(shè)備的運(yùn)行特性為主要目的。
1大型發(fā)電機(jī)的靜止勵(lì)磁控制
靜止勵(lì)磁采用晶閘管整流自并勵(lì)方式，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠性高及造價(jià)低等優(yōu)點(diǎn)，被世界各大電力系統(tǒng)廣泛采用。由于省去了勵(lì)磁機(jī)這個(gè)中間慣性環(huán)節(jié)，因而具有其特有的快速性調(diào)節(jié)，給先進(jìn)的控制規(guī)律提供了充分發(fā)揮作用并產(chǎn)生良好控制效果的有利條件。
2水力、風(fēng)力發(fā)電機(jī)的變速恒頻勵(lì)磁
水力發(fā)電的有效功率取決于水頭壓力和流量，當(dāng)水頭的變化幅度較大時(shí)(尤其是抽水蓄能機(jī)組)，機(jī)組的最佳轉(zhuǎn)速便隨之發(fā)生變化。風(fēng)力發(fā)電的有效功率與風(fēng)速的三次方成正比，風(fēng)車捕捉最大風(fēng)能的轉(zhuǎn)速隨風(fēng)速而變化。為了獲得最大有效功率，可使機(jī)組變速運(yùn)行，通過(guò)調(diào)整轉(zhuǎn)子勵(lì)磁電流的頻率，使其與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速疊加后保持定子頻率即輸出頻率恒定。此項(xiàng)應(yīng)用的技術(shù)核心是變頻電源。
3發(fā)電廠風(fēng)機(jī)水泵的變頻調(diào)速
發(fā)電廠的廠用電率平均為8％，風(fēng)機(jī)水泵耗電量約占火電設(shè)備總耗電量的65％，且運(yùn)行效率低。使用低壓或高壓變頻器，實(shí)施風(fēng)機(jī)水泵的變頻調(diào)速，可以達(dá)到節(jié)能的目的。低壓變頻器技術(shù)已非常成熟，國(guó)內(nèi)外有眾多的生產(chǎn)廠家，并不完整的系列產(chǎn)品，但具備高壓大容量變頻器設(shè)計(jì)和生產(chǎn)能力的企業(yè)不多，國(guó)內(nèi)有不少院校和企業(yè)正抓緊聯(lián)合開(kāi)發(fā)。
(二)在輸電環(huán)節(jié)中的應(yīng)用
電力電子器件應(yīng)用于高壓輸電系統(tǒng)被稱為“硅片引起的第”，大幅度改善了電力網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行特性。
1直流輸電(HVDC)和輕型直流輸電(HVDCLight)技術(shù)
直流輸電具有輸電容量大、穩(wěn)定性好、控制調(diào)節(jié)靈活等優(yōu)點(diǎn)，對(duì)于遠(yuǎn)距離輸電、海底電纜輸電及不同頻率系統(tǒng)的聯(lián)網(wǎng)，高壓直流輸電擁有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。1970年世界上第一項(xiàng)晶閘管換流器，標(biāo)志著電力電子技術(shù)正式應(yīng)用于直流輸電。從此以后世界上新建的直流輸電工程均采用晶閘管換流閥。
2柔流輸電(FACTS)技術(shù)
FACTS技術(shù)的概念問(wèn)世干20世紀(jì)80年代后期，是一項(xiàng)基于電力電子技術(shù)與現(xiàn)代控制技術(shù)對(duì)交流輸電系統(tǒng)的阻抗、電壓及相位實(shí)施靈活快速調(diào)節(jié)的輸電技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)交流輸電功率潮流的靈活控制，大幅度提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定水平。
20世紀(jì)90年代以來(lái)，國(guó)外在研究開(kāi)發(fā)的基礎(chǔ)上開(kāi)始將FACTS技術(shù)用于實(shí)際電力系統(tǒng)工程。其輸出無(wú)功的大小，設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，控制方便，成本較低，所以較早得到應(yīng)用。
(三)在配電環(huán)節(jié)中的應(yīng)用
配電系統(tǒng)迫切需要解決的問(wèn)題是如何加強(qiáng)供電可靠性和提高電能質(zhì)量。電能質(zhì)量控制既要滿足對(duì)電壓、頻率、諧波和不對(duì)稱度的要求，還要抑制各種瞬態(tài)的波動(dòng)和干擾。電力電子技術(shù)和現(xiàn)代控制技術(shù)在配電系統(tǒng)中的應(yīng)用，即用戶電力(customPower)技術(shù)或稱DFACTS技術(shù)，是在FACTS各項(xiàng)成熟技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的電能質(zhì)量控制新技術(shù)?？梢詫FACTS設(shè)備理解為FACTS設(shè)備的縮小版，其原理、結(jié)構(gòu)均相同，功能也相似。由于潛在需求巨大，市場(chǎng)介入相對(duì)容易，開(kāi)發(fā)投入和生產(chǎn)成本相對(duì)較低，隨著電力電子器件價(jià)格的不斷降低，可以預(yù)期DFACTS設(shè)備產(chǎn)品將進(jìn)入快速發(fā)展期。
(四)在節(jié)能環(huán)節(jié)的運(yùn)用
1變負(fù)荷電動(dòng)機(jī)調(diào)速運(yùn)行
電動(dòng)機(jī)本身挖掘節(jié)電潛力只是節(jié)電的一個(gè)方面，通過(guò)變負(fù)荷電動(dòng)機(jī)的調(diào)速技術(shù)節(jié)電又是另一個(gè)方面，只有將二者結(jié)合起來(lái)，電動(dòng)機(jī)節(jié)電方較完善。目前，交流調(diào)速在冶金、礦山等部門及社會(huì)生活中得到了廣泛的應(yīng)用。首先是風(fēng)機(jī)、泵類等變負(fù)荷機(jī)械中采用調(diào)速控制代替擋風(fēng)板或節(jié)流閥控制風(fēng)流量和水流量具有顯著的效果。國(guó)外變負(fù)荷的風(fēng)機(jī)、水泵大多采用了交流調(diào)速，我國(guó)正在推廣應(yīng)用中。
變頻調(diào)速的優(yōu)點(diǎn)是調(diào)速范圍廣，精度高，效率高，能實(shí)現(xiàn)連續(xù)無(wú)級(jí)調(diào)速。在調(diào)速過(guò)程中轉(zhuǎn)差損耗小，定子、轉(zhuǎn)子的銅耗也不大，節(jié)電率一般可達(dá)30％左右。其缺點(diǎn)主要為：成本高，產(chǎn)生高次諧波污染電網(wǎng)。
2減少無(wú)功損耗，提高功率因數(shù)
在電氣設(shè)備中，變壓器和交流異步電動(dòng)機(jī)等都屬于感性負(fù)載，這些設(shè)備在運(yùn)行時(shí)不僅消耗有功功率，而且還消耗無(wú)功功率。因此，無(wú)功電源與有功電源一樣，是保證電能質(zhì)量不可缺少的部分。在電力系統(tǒng)中應(yīng)保持無(wú)功平衡，否則，將會(huì)使系統(tǒng)電壓降低，設(shè)備破壞，功率因數(shù)下降，嚴(yán)懲時(shí)會(huì)引起電壓崩潰，系統(tǒng)解裂，造成大面積停電事故。所以，當(dāng)電力網(wǎng)或電氣設(shè)備無(wú)功容量不足時(shí)，應(yīng)增裝無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備，提高設(shè)備功率因數(shù)。
關(guān)鍵詞：案例教學(xué)法；教學(xué)改革；電力電子技術(shù)
作者簡(jiǎn)介：王曉剛（1976-），男，吉林長(zhǎng)春人，廣州大學(xué)機(jī)械與電氣工程學(xué)院，副教授；王清（1963-），女，黑龍江哈爾濱人，廣州大學(xué)機(jī)械與電氣工程學(xué)院自動(dòng)化系主任，副教授。（廣東 廣州 510006）
基金項(xiàng)目：本文系廣州大學(xué)“專業(yè)綜合改革試點(diǎn)”項(xiàng)目的研究成果。
中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-0079（2013）02-0077-02
2010年教育部提出實(shí)行“卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”，其主要目標(biāo)是培養(yǎng)一大批創(chuàng)新能力強(qiáng)、適應(yīng)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展需要的高質(zhì)量工程技術(shù)人才，促進(jìn)工程教育改革和創(chuàng)新，全面提高我國(guó)工程教育人才培養(yǎng)質(zhì)量。[1]在此背景下，必須對(duì)現(xiàn)有的課堂教學(xué)模式進(jìn)行改革。本文在廣州大學(xué)“專業(yè)綜合改革試點(diǎn)”項(xiàng)目的資助下，以“電力電子技術(shù)”課程為對(duì)象，對(duì)課堂教學(xué)方法進(jìn)行了改革，應(yīng)用案例教學(xué)法，改善了教學(xué)效果，使學(xué)生的知識(shí)、能力和素質(zhì)滿足社會(huì)的要求。
一、“電力電子技術(shù)”課堂教學(xué)現(xiàn)狀
“電力電子技術(shù)”是電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)的重要專業(yè)基礎(chǔ)課，也是“運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)”的先修課程，在專業(yè)培養(yǎng)中占據(jù)十分重要的位置。但從國(guó)內(nèi)各高等院校的現(xiàn)狀來(lái)看，課堂教學(xué)存在著較大的不足，主要表現(xiàn)為：
1.教學(xué)內(nèi)容陳舊
電力電子技術(shù)的發(fā)展日新月異，許多新型電路、控制方法和應(yīng)用在教材中并未提及，造成學(xué)生學(xué)與用脫節(jié)，該問(wèn)題在畢業(yè)設(shè)計(jì)中表現(xiàn)得比較突出。
2.教學(xué)方法落后
傳統(tǒng)的教師教和學(xué)生學(xué)的授課方式仍大行其道，課堂氛圍沉悶，教師與學(xué)生、學(xué)生與學(xué)生之間缺乏交流與互動(dòng)，學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性不高，許多學(xué)生將學(xué)習(xí)目標(biāo)降低為通過(guò)考試獲得學(xué)分，這與卓越計(jì)劃中“強(qiáng)化培養(yǎng)學(xué)生的工程能力和創(chuàng)新能力”的培養(yǎng)特點(diǎn)相背離。
3.教學(xué)手段單一
目前大多數(shù)院校已經(jīng)采用多媒體教學(xué)，有的還利用各種仿真軟件演示電路的波形。但多媒體的利用并不充分，基本上還是教師演示給學(xué)生看，效果必然要大打折扣。
針對(duì)目前課堂教學(xué)中存在的問(wèn)題，各學(xué)校的相關(guān)教師或教學(xué)團(tuán)隊(duì)紛紛嘗試教學(xué)改革。三峽大學(xué)開(kāi)發(fā)了電力電子電路flash動(dòng)態(tài)演示課件，直觀生動(dòng)地再現(xiàn)了電路的動(dòng)態(tài)特性；[2]重慶科技學(xué)院采用工程案例教學(xué)法，通過(guò)實(shí)際案例使學(xué)生將平時(shí)分散學(xué)習(xí)的知識(shí)綜合起來(lái)，形成解決實(shí)際問(wèn)題的應(yīng)用過(guò)程，讓學(xué)生知道學(xué)有所用，體會(huì)到解決實(shí)際問(wèn)題的成就感；[3]合肥工業(yè)大學(xué)采用從果到因的逆向思維教學(xué)法，培養(yǎng)學(xué)生思考問(wèn)題的能力和創(chuàng)新意識(shí)；[4]北京科技大學(xué)提出了在CDIO工程教育模式下的“電力電子技術(shù)”課程教學(xué)改革方法。[5]上述“電力電子技術(shù)”教學(xué)改革為廣州大學(xué)該課程的改革提供了參考和借鑒。
二、案例教學(xué)法的可行性
案例教學(xué)法是一種先進(jìn)的教學(xué)方式，教師根據(jù)工程生產(chǎn)實(shí)際給出若干案例，學(xué)生分成若干研究小組，在教師地引導(dǎo)下組織文獻(xiàn)查閱、研究和討論，在規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成案例的設(shè)計(jì)后，通過(guò)報(bào)告的形式匯報(bào)研究成果，匯報(bào)完成后由教師和學(xué)生共同進(jìn)行對(duì)相關(guān)問(wèn)題的討論。在這種教學(xué)方式下，學(xué)生由被動(dòng)的接受者轉(zhuǎn)變?yōu)橹R(shí)的發(fā)掘者，實(shí)現(xiàn)教師與學(xué)生、學(xué)生與學(xué)生間的互動(dòng)。與傳統(tǒng)教學(xué)方式相比，案例教學(xué)法的優(yōu)勢(shì)十分突出，大大改善了教學(xué)效果，因此已經(jīng)在我國(guó)高校的課堂教學(xué)中得到應(yīng)用。[6，7]
電力電子技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)和國(guó)民生活中應(yīng)用廣泛，同時(shí)也綜合了電子技術(shù)、電路、自動(dòng)控制等多個(gè)學(xué)科，因此具有很強(qiáng)的工程性和綜合性。同時(shí)，“電力電子技術(shù)”強(qiáng)調(diào)理論聯(lián)系實(shí)際，因此必須重視實(shí)踐性教學(xué)。
在“電力電子技術(shù)”的教學(xué)中引入案例教學(xué)法，對(duì)于達(dá)到課程的實(shí)踐性和綜合性要求，調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的自覺(jué)性和主動(dòng)性，提高學(xué)生自學(xué)能力和實(shí)踐能力，改善教學(xué)效果，大有裨益。
三、案例教學(xué)法的實(shí)施過(guò)程
新型教學(xué)法的實(shí)施步驟為：
1.提出課題（案例）
將全班學(xué)生分為5個(gè)課題小組，小組可由教師劃定，學(xué)生也可以自由組合。根據(jù)“電力電子技術(shù)”教學(xué)大綱和教學(xué)目標(biāo)要求，選取實(shí)踐性較強(qiáng)的5個(gè)案例，分配給5個(gè)課題小組，每個(gè)小組負(fù)責(zé)1個(gè)課題，課題的選擇由各組自行協(xié)商。由于學(xué)生剛剛接觸“電力電子技術(shù)”，因此教師在選擇案例時(shí)需注意案例的難度，案例不能過(guò)于簡(jiǎn)單，需具有挑戰(zhàn)性，但也不能難度過(guò)大，占用學(xué)生過(guò)多的時(shí)間，甚至令學(xué)生失去興趣。經(jīng)過(guò)實(shí)踐，筆者給出的第一批5個(gè)案例為：級(jí)聯(lián)式晶閘管整流器的設(shè)計(jì)、高功率因數(shù)PWM整流器的設(shè)計(jì)、SPWM逆變電源的設(shè)計(jì)、矩形波交流電源的設(shè)計(jì)、高頻高壓脈沖電源的設(shè)計(jì)。當(dāng)然，案例的選擇并不是一成不變的，為了防止部分學(xué)生向上一屆學(xué)生索要案例設(shè)計(jì)結(jié)果，同時(shí)考慮到電力電子技術(shù)發(fā)展迅速，每一屆教學(xué)中都將對(duì)案例進(jìn)行修改或更換。
2.研究學(xué)習(xí)
各課題小組根據(jù)案例的要求，進(jìn)行分工合作，首先要充分理解教材，判斷案例涉及教材中的哪部分章節(jié)的內(nèi)容，深入閱讀教材，然后根據(jù)教師提供的文獻(xiàn)資料及學(xué)習(xí)方法，通過(guò)圖書館、期刊網(wǎng)等文獻(xiàn)檢索工具的幫助，查閱相關(guān)文獻(xiàn)，對(duì)課題進(jìn)行拓展學(xué)習(xí)。由于課題涉及的電路、自動(dòng)控制等方面的理論較多，需要學(xué)生閱讀較多的文獻(xiàn)。小組成員之間需要經(jīng)常溝通和討論，并進(jìn)行材料的整合并為報(bào)告做準(zhǔn)備。
3.仿真研究
由于學(xué)時(shí)以及實(shí)驗(yàn)條件所限，學(xué)生無(wú)法對(duì)每個(gè)設(shè)計(jì)出的電路進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，為了檢驗(yàn)設(shè)計(jì)結(jié)果的正確性，可采用仿真驗(yàn)證的方法。目前，有多種仿真軟件可以仿真電力電子電路，其中最常用的是Matlab/Simulink和PSIM。這兩種軟件已被許多教師用于課堂教學(xué)中，但學(xué)生動(dòng)手使用的并不多，實(shí)際上，這兩種軟件易學(xué)易用，學(xué)生無(wú)需在學(xué)習(xí)軟件的使用方法上花費(fèi)太多的時(shí)間。在案例設(shè)計(jì)過(guò)程中，學(xué)生可以隨時(shí)用設(shè)計(jì)的仿真程序驗(yàn)證設(shè)計(jì)的正確性；設(shè)計(jì)完成后，要給出不同拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、不同控制策略、不同電路參數(shù)和控制參數(shù)下的主要波形，并由此確定最佳拓?fù)浜蛥?shù)。在第二和第三階段，學(xué)生可通過(guò)網(wǎng)絡(luò)課程平臺(tái)與教師交流。
4.報(bào)告討論
報(bào)告和討論是案例教學(xué)法的重要環(huán)節(jié)，一般安排在課程結(jié)尾階段進(jìn)行。由于學(xué)時(shí)的限制，為每個(gè)案例分配的時(shí)間為20分鐘～30分鐘。課題組推舉一位報(bào)告人，報(bào)告人應(yīng)在報(bào)告前做好PowerPoint講稿，報(bào)告時(shí)用5分鐘的時(shí)間介紹案例的要求和設(shè)計(jì)結(jié)果。余下時(shí)間由全體學(xué)生討論設(shè)計(jì)的合理性，學(xué)生也可以提出各種問(wèn)題，由報(bào)告人進(jìn)行解答，報(bào)告人解答不了的，由該課題組的其他成員解答。教師在此過(guò)程中應(yīng)對(duì)討論的深度和廣度加以把握，最后對(duì)案例設(shè)計(jì)的結(jié)果進(jìn)行點(diǎn)評(píng)，并記錄學(xué)生在報(bào)告和討論過(guò)程中的表現(xiàn)，作為考核的依據(jù)。
5.撰寫小論文
通過(guò)一個(gè)學(xué)期的學(xué)習(xí)與實(shí)踐，每個(gè)學(xué)生提交一份與案例相關(guān)的研究性小論文，教師應(yīng)要求每個(gè)課題組內(nèi)各成員間的小論文內(nèi)容有區(qū)別，即應(yīng)側(cè)重于自己所研究的那一部分。
6.期末考核
期末考核的成績(jī)由三部分組成：報(bào)告和討論過(guò)程中的表現(xiàn)以及小論文的質(zhì)量。為了保證考核的公平性，教師在布置任務(wù)時(shí)要為課題組的每個(gè)成員分配不同的工作。以“SPWM逆變電源的設(shè)計(jì)”為例，可將案例拆分為若干子課題，如：?jiǎn)蜗嗄孀冸娫吹脑O(shè)計(jì)、三相逆變電源的設(shè)計(jì)、常規(guī)SPWM調(diào)制方法研究、梯形波SPWM調(diào)制方法研究、鞍形波SPWM調(diào)制方法研究等幾個(gè)子課題。在小組成員較多的情況下，可令其中一部分同學(xué)用Matlab/Simulink仿真，其余同學(xué)用PSIM仿真，這樣不僅使每個(gè)學(xué)生都有相互獨(dú)立的任務(wù)，還可將不同仿真軟件得到的結(jié)果進(jìn)行相互驗(yàn)證。
四、案例舉例
本節(jié)以“矩形波交流電源的設(shè)計(jì)”為例來(lái)說(shuō)明案例的實(shí)施效果。
教師給出的案例為：矩形波交流電源在原油脫水等工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的應(yīng)用較為廣泛。本案例中矩形波電源的設(shè)計(jì)指標(biāo)為：輸入為三相380V/50Hz交流電；輸出為單相矩形波，幅值5kV～20kV可調(diào)，頻率0.1kHz～20kHz連續(xù)可調(diào)。要求學(xué)生設(shè)計(jì)出系統(tǒng)框圖、主電路、驅(qū)動(dòng)控制電路，并對(duì)原理進(jìn)行仿真，給出仿真波形。
經(jīng)過(guò)研究、討論以及教師指導(dǎo)，學(xué)生給出了詳細(xì)的設(shè)計(jì)方案。其中系統(tǒng)框圖如圖1所示。
此外，學(xué)生畫出了主電路，并選擇IGBT作為降壓變換器和全橋逆變電路的開(kāi)關(guān)器件，選擇SG3525作為控制芯片，選擇EXB841作為驅(qū)動(dòng)芯片，畫出了控制和驅(qū)動(dòng)電路。
學(xué)生的設(shè)計(jì)方案得到教師的肯定。但是在仿真中，學(xué)生遇到困難，不知如何調(diào)節(jié)輸出矩形波的幅值，這是因?yàn)榻滩闹须娐吩碇v得較多，而與控制有關(guān)的內(nèi)容有限。學(xué)生在網(wǎng)絡(luò)課程平臺(tái)的論壇提出這一問(wèn)題后，教師及時(shí)給出了建議，即將采樣得到的矩形波幅值除以變壓器變比后得到全橋逆變器輸出電壓的幅值，此幅值與降壓變換器的輸出相同，與給定電壓比較后得到誤差，再用PI調(diào)節(jié)器產(chǎn)生占空比信號(hào)。學(xué)生獲得建議后并經(jīng)過(guò)小組的進(jìn)一步討論，最終得出了仿真結(jié)果。
此案例將電力電子技術(shù)教材中不同章節(jié)的內(nèi)容，以及自動(dòng)控制技術(shù)的內(nèi)容聯(lián)系起來(lái)，學(xué)生在完成此案例后，對(duì)電力電子技術(shù)的原理和應(yīng)用有了更深入地了解和體會(huì)。
五、結(jié)論
與傳統(tǒng)教學(xué)方式相比，案例教學(xué)法在提高學(xué)生工程實(shí)踐能力、調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)主動(dòng)性、培養(yǎng)團(tuán)隊(duì)精神等方面具有較大優(yōu)勢(shì)。一個(gè)學(xué)期的實(shí)踐表明，這種方法的教學(xué)效果明顯優(yōu)于傳統(tǒng)教學(xué)法，與“卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”的理念相符合，值得進(jìn)一步研究和推廣。當(dāng)然，這種方法也存在著一定的不足，如對(duì)教師和學(xué)生的要求較高，部分學(xué)生積極性不高，教學(xué)法的實(shí)施與有限的學(xué)時(shí)存在矛盾等，筆者將這些問(wèn)題的解決方法在今后的實(shí)踐中進(jìn)行更深入的探索。
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眾所周知，電力產(chǎn)業(yè)，是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的命脈，它決定了GDP的發(fā)展。全國(guó)各地企事業(yè)單位對(duì)于電力的需求也比以往多，同時(shí)，各大用電用戶對(duì)于供電的質(zhì)量與安全性也提出了進(jìn)一步要求。對(duì)于在智能變電站中存在的相關(guān)問(wèn)題，就要加強(qiáng)完善，將環(huán)保，集成，可靠的智能設(shè)備進(jìn)行積極引進(jìn)，最終把其相關(guān)功能進(jìn)行全面改善，這對(duì)于推動(dòng)智能變電站的發(fā)展來(lái)講，有著非常重要的現(xiàn)實(shí)意義存在。
結(jié)合實(shí)際情況，本文提出了智能變電站的相關(guān)設(shè)計(jì)中存在的問(wèn)題，并針對(duì)具體問(wèn)題，提出了一些有效的解決對(duì)策。
【關(guān)鍵詞】智能化變電站 設(shè)計(jì) 問(wèn)題 優(yōu)化 研究
智能化變電站的相關(guān)設(shè)計(jì)要在根本上體現(xiàn)出信息化，自動(dòng)化與智能化。利用標(biāo)準(zhǔn)化的信息共享，信息化平臺(tái)與全站信息當(dāng)做基本要求，在根本上實(shí)現(xiàn)一次與二次設(shè)備的數(shù)字信息化傳遞工作，使用220kv智能變電站的信息達(dá)到高度集中的形態(tài)，在根本上將自動(dòng)化想、運(yùn)行管理情況進(jìn)行全面完善。并構(gòu)建出程序化的控制系統(tǒng)，并在自動(dòng)化設(shè)別的狀態(tài)之下，將監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和站內(nèi)信息決策分析系統(tǒng)進(jìn)行程序化管理。進(jìn)而在根本上將其運(yùn)行維護(hù)的負(fù)荷量減輕。
1 智能變電站相關(guān)設(shè)計(jì)中存在的弊端
1.1 電流電壓互感器在運(yùn)行過(guò)程中的不合理現(xiàn)象
在職能變電站中電子互感器說(shuō)明書上主要有兩部分內(nèi)容組成：電流互感器與電壓互感器。在其電流互感器中包含了合并單元項(xiàng)目，但在通常情況下，智能變電站的電流與電壓互感器中的中標(biāo)廠家并不相同，不同類型的電子互感器的輸出都有私有條款進(jìn)行限制的。其不能將輸出FT3格式的相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行全面滿足，令兩個(gè)廠家的不同產(chǎn)品在實(shí)際使用中顯得問(wèn)題頗多，最終令電壓與電流互感器中的相關(guān)設(shè)計(jì)非常不合理。
1.2 開(kāi)關(guān)柜二次室空間非常有限
在智能變電站中的開(kāi)關(guān)柜二次室中，除了包括必要設(shè)備，例如：交換機(jī)，電度表，光纖熔接盒之外，還柏涵了智能化的設(shè)備和電氣設(shè)施。與一般的開(kāi)關(guān)柜相同，開(kāi)關(guān)柜二次室的空間也是下載的，很男滿足變電站的相關(guān)要求。
1.3 變電站電氣回路的相關(guān)接入方式
在變電站的電氣回路中嗎有多種多樣的元件設(shè)備，在進(jìn)行運(yùn)行的時(shí)候，因?yàn)殡姎饣芈防昧舜渭?jí)對(duì)應(yīng)的相關(guān)接入方式，并通過(guò)控制電纜的方式將電壓和電流的互感器二次側(cè)電流與電壓的收入錄播測(cè)控裝置與繼電保護(hù)設(shè)備中，進(jìn)行采樣工作，之后通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換設(shè)備敏吧電壓電力轉(zhuǎn)換成為能夠識(shí)別的數(shù)字量，在這個(gè)過(guò)程中，會(huì)出現(xiàn)一定的干擾現(xiàn)象，信號(hào)的信噪也會(huì)發(fā)生一些變化，進(jìn)而對(duì)變電站重點(diǎn)設(shè)備的保護(hù)動(dòng)作起到了干擾作用。
2 智能化變電站的優(yōu)化設(shè)計(jì)
2.1 將電子互感器合并單元規(guī)約問(wèn)題加以解決
把互感器的輸入信號(hào)接入到職能變電站的合并單元中，并依照FT3的格式將其接入到互感器合并單元，這樣能夠在根本上將電壓互感器與電流互感器的合并單元問(wèn)題倪加以解決，在職能變電站中加入適量的合并單元數(shù)量，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)職能組件柜的體積控制，因?yàn)殡妷罕迼U七與電流互感器在合并是時(shí)候，會(huì)出現(xiàn)延遲現(xiàn)象，因此要將兩種互感器的同步問(wèn)題進(jìn)行全面解決。依照最新制定的《智能變電站繼電保護(hù)技術(shù)規(guī)范》相關(guān)要求，電子互感器要將一次電壓或者電流進(jìn)行真實(shí)反映，其中輸出的電壓或者電流的額定延時(shí)不能超過(guò)2毫秒。
2.2 開(kāi)關(guān)柜的二次優(yōu)化設(shè)計(jì)
將職能變電站的相關(guān)設(shè)計(jì)要求進(jìn)行全面考慮，能夠在開(kāi)關(guān)柜的二次室旁邊單獨(dú)創(chuàng)設(shè)一個(gè)交換機(jī)屏，并在一定程度上將二次室的空間加以拓寬，將其電氣設(shè)施進(jìn)行全面設(shè)計(jì)，并在其中擺放好相關(guān)設(shè)施。
2.3 電氣回路接入方法設(shè)計(jì)
智能化變電站能夠在根本上實(shí)現(xiàn)對(duì)于兩種互感器的保護(hù)，在一次設(shè)備不能將智能變電站相關(guān)設(shè)計(jì)要求進(jìn)行滿足的時(shí)候，可以吧電流與電壓的互感器二次繞組接在相同的保護(hù)裝置中，利用串聯(lián)的方式將電氣回路接入。在此同時(shí)，把智能變電站的總開(kāi)關(guān)和模擬量進(jìn)行數(shù)字化處理，光學(xué)互感設(shè)備能夠利用光纖電路將智能變電站的相關(guān)信息進(jìn)行全面?zhèn)魉?。在根本上將電路回流，多點(diǎn)接地與電壓回路等相關(guān)問(wèn)題進(jìn)行解決。在進(jìn)行單元合并的時(shí)候，接受多個(gè)護(hù)肝信號(hào)，依照計(jì)量裝置，測(cè)量控制設(shè)備與繼電保護(hù)設(shè)置的相關(guān)要求，將組織中的信號(hào)進(jìn)行合理分配，通過(guò)不同數(shù)字信號(hào)將二次設(shè)備的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行全面?zhèn)魉?。令變電站的接線變得更具有安全性。除此之外，智能化變電站也能夠使用光纜線路吧合并單元與遠(yuǎn)端模塊直接相連，把數(shù)字的采樣信息直接傳送到點(diǎn)對(duì)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)回路中，并獲取到電流與電壓的信息量。
3 結(jié)束語(yǔ)
最近幾年，我國(guó)也加大了電力系統(tǒng)建設(shè)工作的力度，對(duì)于智能化變電站的相關(guān)設(shè)計(jì)工作，一直以來(lái)都是我國(guó)電網(wǎng)的建設(shè)中心問(wèn)題。智能化變電站利用多種多樣的新式技術(shù)，將以往的維護(hù)運(yùn)行與相關(guān)調(diào)試做出了一些列優(yōu)化，為了在根本上將智能變電站實(shí)現(xiàn)優(yōu)化設(shè)計(jì)，就要依照變電站的相關(guān)設(shè)計(jì)要求，將其操作的信息共享方式進(jìn)行全面優(yōu)化。在根本上保證智能變電站的安全運(yùn)行。
參考文獻(xiàn)
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[關(guān)鍵詞]S變換支持向量機(jī)故障診斷電力電子電路
1前言
隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展,電力電子裝置越來(lái)越復(fù)雜,其故障模型也越來(lái)越復(fù)雜,為使電力電子裝置正常高效地工作,研究有效的故障診斷技術(shù)是很有必要的[1]。近幾年,神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)故障診斷技術(shù)被廣泛應(yīng)用于電力系統(tǒng)故障診斷中[2-6],主要是由于基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)故障診斷的方法不要求明確的故障模型,利用強(qiáng)大的自學(xué)習(xí)功能、并行處理能力和良好的容錯(cuò)能力,避免冗余實(shí)時(shí)建模的需求。但是通常采用的BP網(wǎng)絡(luò)在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上存在盲目性,且在訓(xùn)練過(guò)程中容易陷入局部極小點(diǎn)。文獻(xiàn)[7-8]研究了采用小波變換方法進(jìn)行故障特征提取的故障診斷方法。本文針對(duì)電力電子電路實(shí)現(xiàn)故障診斷,提出了一種基于S變換和支持向量機(jī)相結(jié)合的電力電子電路故障診斷方法,該方法首先對(duì)各種故障信號(hào)進(jìn)行S變換時(shí)頻分析,由變換結(jié)果選取合適的特征量,然后采用支持向量機(jī)作為故障模型分類的工具,建立故障診斷模型,用來(lái)識(shí)別各種不同類型的故障信號(hào)。
2S變換基本原理
S變換由Stockwell于1996年提出[9],是一種可逆的局部時(shí)頻分析方法,其思想是對(duì)連續(xù)小波變換和短時(shí)傅立葉變換的發(fā)展。信號(hào)的一維連續(xù)S變換定義如下
(1)
(2)
其中,為高斯窗口(Gaussian Window),為控制高斯窗口在時(shí)間軸位置的參數(shù),為頻率,為虛數(shù)。由式中可以看出,S變換不同于短時(shí)傅立葉變換之處在于高斯窗口的高度和寬度隨頻率而變化,這樣就克服了短時(shí)傅立葉變換窗口高度和寬度固定的缺陷。其一維連續(xù)S逆變換為
(3)
S變換可以看作是對(duì)連續(xù)小波的一種“相位修正”,并且可以從連續(xù)小波變換推導(dǎo)而來(lái)。若將母小波定義為一個(gè)高斯窗函數(shù)和一個(gè)復(fù)向量的乘積,代入到信號(hào)的連續(xù)小波定義式中即可得到S變換。
由于信號(hào)的S變換與其傅立葉變換之間之間存在如下關(guān)系:
(4)
在實(shí)際數(shù)值實(shí)現(xiàn)中,必須將S變換離散化。離散S變換可以通過(guò)以下方式獲得:設(shè)是對(duì)連續(xù)時(shí)間信號(hào)進(jìn)行采樣得到的離散時(shí)間序列,是采樣時(shí)間間隔,為總采樣點(diǎn)數(shù)。則該序列的離散傅立葉變換為:
(5)
式(4)中,令且,則得一維離散S變換
(6)
式中代表時(shí)間的,代表頻率的。
3 基于S變換―SVM的電力電子電路故障診斷方法
3.1 故障電路和故障模型分析
圖1為三相全波橋式整流電路,電路中主要發(fā)生兩種情況的故障:電路中有一只晶閘管故障或者同時(shí)有兩只晶閘管發(fā)生故障。本文應(yīng)用Matlab R2006a 6.4仿真工具箱建立整流電路仿真模式,來(lái)對(duì)各種故障進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)。經(jīng)研究表明:整流橋輸出端的直流脈動(dòng)電壓包含了晶閘管是否有故障的信息,是一個(gè)關(guān)鍵的測(cè)試點(diǎn);并且直流脈動(dòng)電壓容易檢測(cè),若可借助于的分析達(dá)到故障分類的目的,則可達(dá)到事半功倍的效果,所以我們嘗試將作為主要分析處理對(duì)象。為了便于分析,本文以任一只晶閘管發(fā)生短路、斷路故障作為主要研究?jī)?nèi)容,同時(shí)我們還將電路正常工作時(shí)作為一種特殊的故障進(jìn)行分析。
3.2 基于S變換的故障特征提取
通過(guò)Matlab仿真整流角為時(shí)不同故障產(chǎn)生時(shí)的信號(hào)(每個(gè)周期采樣64點(diǎn)),運(yùn)用式(5)和式(6)對(duì)其進(jìn)行處理S變換,得到不同故障發(fā)生時(shí)的S模時(shí)頻矩陣3-D如圖2(a)-(m)所示。
從圖2可以看出,不同故障發(fā)生時(shí)信號(hào)的S變換時(shí)頻分布也不一樣;而S模時(shí)頻矩陣中,其列向量表示故障信號(hào)某一時(shí)刻的幅值隨頻率變化的分布,其行向量表示故障信號(hào)某一頻率處的幅隨時(shí)間變化的分布。由圖還可知,在頻率為2k~3.15kHz的頻率段內(nèi),不同故障產(chǎn)生時(shí)的S模時(shí)頻矩陣的幅值在整個(gè)時(shí)域內(nèi)分布不相同;同時(shí),在這個(gè)頻段內(nèi)能量幅值在時(shí)域上的分布也不相同。因此,本文將最高頻率分成在8個(gè)時(shí)域段內(nèi)的能量作為故障的特征向量,即F={F1、F2、^、F8},每個(gè)特征量的計(jì)算可由式(7)得到。
(7)
式中M=N/8,N為總采樣點(diǎn)數(shù);fm為最高可分析頻率成分,fm=fs*(N-1)/N,fs為采樣頻率。
3.3 SVM在故障類型識(shí)別中的應(yīng)用
3.3.1 SVM的基本原理
支持向量機(jī)[10](Support Vector Machine,簡(jiǎn)稱SVM)是由Vapnik和他的合作者提出的基于統(tǒng)計(jì)學(xué)習(xí)理論的通用機(jī)器學(xué)習(xí)方法,可在高維特征空使用線性函數(shù)假設(shè)空間進(jìn)行學(xué)習(xí)。SVM能夠用有限樣本得到較好的模型泛化性能,同時(shí)使得模型的結(jié)構(gòu)和參數(shù)易于優(yōu)化。
SVM是從線性可分情況下的最優(yōu)分類面發(fā)展而來(lái)的,利用優(yōu)化方法把求解最優(yōu)分類面的約束優(yōu)化問(wèn)題轉(zhuǎn)化為其對(duì)偶問(wèn)題,即求
(8)
的最大值。為每個(gè)樣本對(duì)應(yīng)的乘子,解上述問(wèn)題后得到的最優(yōu)分類函數(shù)是:
(9)
引入核函數(shù)的概念后,SVM用代替上述問(wèn)題中的點(diǎn)積,把原來(lái)的輸入空間變換到一個(gè)高維的空間,在高維空間中原來(lái)的非線性可分問(wèn)題變?yōu)榫€性可分問(wèn)題,從而按照線性可分情況求得問(wèn)題的解。
3.3.2 SVM在電力電子電路故障診斷中的應(yīng)用
應(yīng)用SVM在電力電子電路故障診斷中進(jìn)行故障類型的識(shí)別,其實(shí)現(xiàn)步驟如下:
Setp1:學(xué)習(xí)階段
(1) 建立電力電子整流裝置故障診斷的SVM模型,根據(jù)1-a-r的思路,為每一種故障類型構(gòu)造一個(gè)SVM,故障類型的SVM模型如圖3。
(2) 建立訓(xùn)練樣本集(X,Y)。根據(jù)步驟(1)所建立的故障診斷的SVM模型,為每個(gè)二類SVM建立訓(xùn)練樣本,當(dāng)輸入訓(xùn)練樣本屬于第i類SVM時(shí)設(shè)定標(biāo)號(hào)為1,故障類型不屬于該類標(biāo)號(hào)為-1。
(3) 依據(jù)實(shí)際情況為SVM選擇適當(dāng)?shù)暮撕瘮?shù)及有關(guān)參數(shù),作為高維特征空間在低維輸入空間的一個(gè)等效形式。選擇的依據(jù)是Mercer定理,核函數(shù)的選擇可參考文獻(xiàn)[11]。
(4) 通過(guò)訓(xùn)練樣本集,求解二次規(guī)劃式,獲得每一個(gè)SVM的支持向量及相應(yīng)的Lagrange乘子。
Step2:故障分類決策階段
(1) 裝入SVM學(xué)習(xí)階段的有關(guān)數(shù)據(jù)(包括訓(xùn)練樣本數(shù)據(jù)(X,Y),系數(shù)和以及支持向量)。
(2) 輸入未知故障樣本,根據(jù)圖4的多故障分類流程圖和判別函數(shù)式(9)計(jì)算輸入未知故障樣本的決策輸出值。
(3) 由步驟(2)判別函數(shù)的值,判斷故障樣本所屬的故障類型。
3.4 仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析
為了全面檢驗(yàn)本文提出電力電子整流裝置故障診斷方法的有效性,我們選擇整流角發(fā)生偏差-10~10等20個(gè)角度的故障樣本,以及在這些整流角的故障樣本中加入信噪比分別為20dB和10dB的高斯白噪聲信號(hào)等作為測(cè)試樣本(非訓(xùn)練樣本)加以驗(yàn)證。訓(xùn)練樣本選整流角為0度時(shí)共13個(gè)故障樣本,測(cè)試樣本共780個(gè)故障樣本。
由第3.2、3.3節(jié)相結(jié)合的基于S變換―SVM的電力電子電路故障診斷方法,首先采用S變換故障特征提取方法得到故障樣本;然后由基于SVM的電力電子電路故障診斷算法,建立與故障類型相對(duì)應(yīng)的13個(gè)SVM,并進(jìn)行訓(xùn)練;當(dāng)訓(xùn)練SVMi時(shí),將屬于該類故障的訓(xùn)練樣本的標(biāo)號(hào)設(shè)為1,其余的訓(xùn)練樣本的標(biāo)號(hào)設(shè)為-1。經(jīng)實(shí)驗(yàn)本文選用一次多項(xiàng)式為SVM故障診斷模型的核函數(shù),懲罰因子C=0.01;通過(guò)訓(xùn)練各種故障樣本后,獲得二次規(guī)劃式的支持向量及相應(yīng)的拉格朗日(Lagrange)算子,學(xué)習(xí)階段完成。表1、表2為在相同核函數(shù),不同樣本數(shù)情況下的訓(xùn)練結(jié)果。
表1中26個(gè)訓(xùn)練樣本是在13個(gè)訓(xùn)練樣本的基礎(chǔ)上增加整流角發(fā)生10度偏差的13個(gè)故障樣本,表2中26個(gè)訓(xùn)練樣本是在與表1相同的13個(gè)訓(xùn)練樣本的基礎(chǔ)上增加含有SNR=10dB高斯白噪聲的13個(gè)故障樣本;從表1和表2的第1行,訓(xùn)練樣本從13增加到26個(gè),所得到SVM的支持向量數(shù)都是8個(gè),同時(shí)其函數(shù)值也沒(méi)有變,這說(shuō)明后來(lái)加入的13個(gè)訓(xùn)練樣本都是非支持向量,他們對(duì)分類面沒(méi)有影響,即分類面一樣;再比較其他故障的SVM,訓(xùn)練的結(jié)果與上述分析類似,事實(shí)上表1、表2中二次得到的和值是一樣。
表1不同訓(xùn)練樣本數(shù)一次多項(xiàng)式核SVM訓(xùn)練結(jié)果的比較
SVM 訓(xùn)練樣本13個(gè) 訓(xùn)練樣本26個(gè)
SV
個(gè)數(shù) 函數(shù)值 訓(xùn)練
時(shí)間/s SV
個(gè)數(shù) 函數(shù)值 訓(xùn)練
時(shí)間/s
SVM1 8 0.000187
SVM2 5 0.000122
SVM3 5 0.000106
SVM4 5 0.000058
SVM5 5 0.000110
SVM6 5 0.000061
SVM7 5 0.000062
SVM8 3 0.000002
SVM9 4 0.000002
SVM10 3 0.000002
SVM11 3 0.000002
SVM12 3 0.000002
SVM13 4 0.000002
表2 不同訓(xùn)練樣本數(shù)一次多項(xiàng)式核SVM訓(xùn)練結(jié)果的比較
SVM 訓(xùn)練樣本13個(gè) 訓(xùn)練樣本26個(gè)
SV
個(gè)數(shù) 函數(shù)值 訓(xùn)練
時(shí)間/s SV
個(gè)數(shù) 函數(shù)值 訓(xùn)練
時(shí)間/s
SVM1 8 0.000187
SVM2 5 0.000122
SVM3 5 0.000106
SVM4 5 0.000058
SVM5 5 0.000110
SVM6 5 0.000061
SVM7 5 0.000062
SVM8 3 0.000002
SVM9 4 0.000002
SVM10 3 0.000002
SVM11 3 0.000002
SVM12 3 0.000002
SVM13 4 0.000002
表3為利用三種不同的故障診斷方法對(duì)整流角在-10~10發(fā)生偏差等20個(gè)角度的故障樣本分別加入信噪比分別為∞、20dB和10dB的高斯白噪聲共780個(gè)信號(hào)進(jìn)行故障診斷在正確診斷個(gè)數(shù)和訓(xùn)練時(shí)間上的比較。SVM方法的樣本數(shù)據(jù)為波形的每個(gè)周期的64個(gè)采樣值;S變換-BP方法中BP網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)為8-15-13(輸出層節(jié)用13個(gè)節(jié)點(diǎn)來(lái)表示13種不同類型的故障,如1000000000000表示無(wú)故障,0100000000000表示發(fā)生斷路故障,0000000100000表示發(fā)生短路故障,其它故障表示以此類推),E為訓(xùn)練目標(biāo)誤差,神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的實(shí)際輸出經(jīng)對(duì)第一位小數(shù)點(diǎn)進(jìn)行四舍五入處理后與目標(biāo)輸出進(jìn)行比較確定它的平均診斷結(jié)果,本文選用具有較好推廣能力的L-M學(xué)習(xí)算法進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練。
為了進(jìn)一步驗(yàn)證應(yīng)用S變換提取電力電子電路故障特征的有效性,本文還分別將基于統(tǒng)計(jì)特性的PCA和基于經(jīng)典時(shí)頻分析方法的小波變換與SVM相結(jié)合對(duì)上述實(shí)驗(yàn)的故障樣本進(jìn)行診斷。在PCA-SVM方法,根據(jù)文獻(xiàn)[8]中主貢獻(xiàn)的定義,我們選擇它為85%來(lái)從64點(diǎn)時(shí)域采樣值提取每個(gè)故障樣本的14維故障特征向量;而在小波變換-SVM方法中[12],利用小波變換提取每個(gè)故障樣本在8個(gè)子頻帶中經(jīng)歸一化后的能量作為特征向量,在這兩種方法也選擇與上述的S變換-SVM方法相同的訓(xùn)練樣本訓(xùn)練SVM的權(quán)值,然后分別對(duì)測(cè)試樣本進(jìn)行故障元的定位和故障類型的識(shí)別。仿真結(jié)果表明,這兩種診斷方法均能正確診斷無(wú)噪聲信號(hào)的故障樣本,但它們的診斷正確率卻會(huì)隨所含噪聲的SNR的下降而減小。PCA-SVM方法分別對(duì)含有SNR=20dB和SNR=10dB噪聲故障樣本的正確診斷個(gè)數(shù)分別為155和89;小波變換-SVM方法分別對(duì)含有SNR=20dB和SNR=10dB噪聲故障樣本的正確診斷個(gè)數(shù)分別為203和166。
由表3的第1行可知,基于S變換-SVM的電力電子電路故障診斷方法對(duì)噪聲具有魯棒性;與SVM和S變換-BP方法相比,該方法在故障診斷精度、訓(xùn)練所花費(fèi)的時(shí)間和推廣能力方面都表現(xiàn)得更出色。
4結(jié)語(yǔ)
針對(duì)故障特征提取和故障診斷兩個(gè)關(guān)鍵技術(shù),本文結(jié)合S變換和支持向量機(jī)構(gòu)造了電力電子電路故障診斷方法。仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明了該方法對(duì)噪聲具有魯棒性,并具有很好的范化能力和高診斷正確率等優(yōu)越性,這都得益于S變換良好時(shí)頻特性和支持向量機(jī)優(yōu)秀的統(tǒng)計(jì)學(xué)習(xí)特性;同時(shí),該診斷方法也可推廣至其它形式可控整流電路中。
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