電力電子實訓設備創新技術革新思索

概述：電力電子實訓考核裝置是為了電子類工種和（hé）電工工種的等級電工實訓考核而設計，能反映電力電子技（jì）術的發展對工廠企業（yè）應用的及時性和先（xiān）進性，以科學的（de）手段對（duì）相關工種技術工人進行實（shí）訓、考核、鑒定。其同時也適合各（gè）大中專院校開設的《電力電子學》、《變流技（jì）術》等課程學（xué）生實驗實訓。
一（yī）、綜合性開放式實驗平台的結構與設計方法：
結合（hé）電力（lì）電子技（jì）術的發展趨勢，基於現代電力電子器件的電能變換與控製（zhì）實驗平台一（yī）方麵與現有電力電子技術及（jí）電機實驗裝置進行對接，實現對現有實驗（yàn）裝置的升（shēng）級和改進，挖掘（jué）現有實驗（yàn）平台的資源潛力；另一方麵作為獨（dú）立（lì）的電能變換（huàn）與控製係統，將現代電力電子器件應用於電力電子新（xīn）技術中，從廣度和深度兩方麵擴充實驗內容，比（bǐ）如從全控型器件（jiàn）的應用擴（kuò）展（zhǎn）到複合型器件、智能型（xíng）器件的應用，從器件（jiàn）特性（xìng）和工作原理的（de）驗（yàn）證性實驗擴展（zhǎn）到電動機驅動、電阻網（wǎng）絡控（kòng）製以及電能回饋設（shè）計等探究性實驗。基於現代電力電子器件的電能變換與控製實驗平台的設計如圖1所示。其設計思想遵循三個方麵的原（yuán）則：一是綜合性，可以融合自動控（kòng）製原（yuán）理、可編程（chéng）控製器（qì）以及（jí）電機學等課（kè）程教學資源。在實驗平台中不僅要體現單一學科的實（shí）踐和應用，而是要樹立學（xué）生係統的（de）觀念，將多門學科的專業（yè）知識（shí）綜合應用；二是開放式，留有（yǒu）兼容與升級的接口。如其中的實驗平台中電能變（biàn）換模塊的控製器（qì）單元，在設計時考慮平（píng）台的擴容與升級（jí），為今後功能擴展以及更換預留接口（kǒu）；三是模塊化，分級模塊化，不僅能夠在器件的驅動使用上更加方便，而且有利於維（wéi）修。
項目采用模塊化設計（jì）方法，選用多種現代（dài）電力電子器件開發一種電能變換與控（kòng）製實驗平台。該（gāi）實驗平台由（yóu）電（diàn）力電子器件、驅動模塊、保護模塊、脈衝寬度調（diào）製模塊以及（jí）電能輸入和輸出接口模塊等組成，通過對輸出電能參數（shù）的控製，可以改變電動機等運動負（fù）荷或電阻網絡等靜止負荷的工作特性，電能變換與控製平台在電力電（diàn）子應用係統中，起著銜接原始的供電電源（yuán）與最（zuì）終負載之間的橋梁作用，把電源提供的（de）粗電（coarsepower）轉換成符合負（fù）載要求（qiú）的精電（refinedpower）。其中，精電的電能質量（liàng）指標主要取決於電能變換（huàn）與控製平（píng）台（tái）的特（tè）性（xìng）。研究成果的具（jù）體指標為：選（xuǎn）用現代（dài）電力電子器件的覆蓋範圍，包括全控型（xíng）、複合型與智能型電力電子器件的典型代表（biǎo），如MOSFET、IGBT、MCT、IGCT和IEGT等。電力電子器件的驅動電路和保護（hù）電路的功能。由於電力（lì）電子器件是以弱電信號控製強電能量的形式，驅動電（diàn）路和保護電路是不（bú）可或缺的組成部分。實驗平台需對每一（yī）電力電子器件（jiàn）設計驅動電路和保護電路。能夠實現電能（néng）的變換與控製。本實驗平台（tái）的重要應用領域是對電能進行變換和控（kòng）製。作為基本功（gōng）能（néng）實現與否的評價標準，是檢測該實驗平台可（kě）否實現電能的變換與控製（zhì）。電力電子器件的（de）控製方（fāng）法是通過PWM脈衝序（xù）列控製（zhì）。作為普遍適（shì）用的一（yī）種重（chóng）要控製（zhì）方法，PWM脈衝序列（liè）發生電路為（wéi）各器件提供（gòng）控製信號（hào）。與現有實驗平台的兼（jiān）容性。擬開發的實驗平台具備與有源（yuán）負荷（hé）及無源負荷的接口，能夠驅動無源負荷及有源負荷，體現出（chū）在負（fù）荷匹配方麵的（de）靈活性與開放性。
實驗平台采用模塊（kuài）化的設計，不僅可以適應現有的實驗裝置，實現對現有實驗裝置的升級改進，而且有利於在今後的進一步技術升級。主要研究（jiū）內容包括：針對所（suǒ）選用的多種現代電力電子器件，包括電力MOSFET、IGBT、MCT、IGCT和IEGT等，分別（bié）設計每種器（qì）件（jiàn）相應的（de）驅動電路和保護電路。由脈（mò）衝寬度調製（PulseWidthModulation，PWM）控（kòng）製（zhì）芯片SG3525為核心設計PWM波形發生單元，為各驅動（dòng）電路提（tí）供驅動波形。設計電能的輸入、測試與輸出接口電路。不僅實現與外部電源（yuán）和負載接口的匹配，而且可以對變換及控製過程中電能的形式進行檢測。電能輸出接口的兼容性設計。經過變換與（yǔ）控製的電能，所連接負（fù）荷包括有源負載，如電網，及無源負載，如電動機等電動設備或阻抗元件等。實驗平台的電磁（cí）兼容設計和安全保護（hù）設計。一方麵滿足實（shí）驗室環境下電磁兼容的需要，另一方麵保證在操作過程中的人身、設備安全保護。
二、以實驗平台為基礎的教學改革：
以現代電力電子器件的電能變換（huàn）與控製實驗平台為基礎所進行的實驗教學體係改革主（zhǔ）要（yào）從教學（xué）內容、教學方（fāng）法和考核方法等（děng）三個方麵進行。目前（qián），國內普遍采用的（de）商業開發實驗教學平台可實現的教學內容包括單結（jié）晶體（tǐ）管觸發電路及單相（xiàng）半波可控整流電（diàn）路實驗、鋸齒波同步移相觸發電路（lù）及單（dān）相橋式全控（kòng）整流及（jí）有源逆變電路實驗（yàn）、三相橋式全控整流及有源逆變電路實驗、三相交流調壓電路實驗、直流斬波電路原理（lǐ）實驗、GTO和GTR驅動與保護電路實驗等，這些實驗內容多屬驗證性實驗。而現代電力電子（zǐ）器件（jiàn）的電能變換與控製實驗平台不僅能夠對電力電子技術課程的現代（dài）電（diàn）力電子器件特性、主（zhǔ）要電路拓撲結構的工作過程以及新型（xíng）控製技術的原理性驗證，還能夠實現從器件、到結構直至整個係統的整合，給學生提供一個從下到上，包含各個層次的電力電子係統。此外，該實驗平台還可以綜合自動控製原理、計算機網絡和可編程（chéng）控製器等課程內容，實現以電力（lì）電子技術為主的綜合（hé）性探究實驗，體現學科交叉及課程體係間的聯（lián）係（xì）。
在（zài）傳統的電（diàn）力電（diàn）子（zǐ）技術實驗教學過程中是以教師講授為中心，力圖對（duì）實驗平台上的每一個元（yuán）件或者按鈕都講得很細，力求在實驗課上的有限時間內解決所有問題，實際（jì）上學生總是處於被動接受的（de）地位，極大地妨礙（ài）了其（qí）主動性和積極性的發揮，不利於學生素質和能力的培養。與此同時，實驗課時壓（yā）縮客（kè）觀（guān）上迫使實驗教學方法進行必要改革。因此，在教學中教師應當在保持實（shí）驗教學內（nèi）容的係統性和完整性（xìng）的同（tóng）時，力求突出實驗內容的（de）重點和難點；革新實驗室（shì）管理方（fāng）法，保持實驗平台的開放（fàng）與正常運行，使得學（xué）生可（kě）以在更大的時間（jiān）範圍（wéi）內自由選擇進行實驗操作的可能性。此外，大膽引（yǐn）入學生自（zì）學方法，即精心選（xuǎn）擇一部分內容讓學生（shēng）課外（wài）去自學。例如，在講解電能質（zhì）量控製裝（zhuāng）置（zhì）時，課堂上（shàng）可以重點介紹並（bìng）聯型電力有源濾波器這一典（diǎn）型裝置的（de）工作原理、控製方法和應（yīng）用（yòng）設計，而將其（qí）他類型的有（yǒu）源（yuán）濾波器（包括（kuò）串聯型和混合型）等（děng）裝置技術留給學生（shēng）去自學（xué）[5]。為了督促（cù）學生重視實驗，除了在實驗時教師嚴格管理、多方教育外，我們在期末考試（shì）的試題中（zhōng）引入與實驗相（xiàng）關的（de）內容，平時對每位學生的每個實驗進行評分，並將實驗成績按一定比例記入課程總成績。電子實習和課（kè）程設（shè）計均為獨立考核、計算學分，並計入總學分。為使成績評定（dìng）公平合理，把學生實習和設計時的表現、成果、測試按照一定比例算得成績。經（jīng）實踐證明，這些手段和方法確實對教學起到了積極的促進作用。

---

其他技術文（wén）章鏈接：
加強中職學生對弱電與強電（diàn）認識
好氧堆肥實（shí）驗裝置使用說明
傳感器實驗台（tái）溫度控製儀表操作說（shuō）明
太陽能（néng）光（guāng）伏發電綜合實訓係統使用說明
電動機（jī）技術（shù）工作原理及運行維護
電機與拖（tuō）動實驗實訓報告
光機電一體化實（shí）訓設備實驗室介紹
機械設計實驗室
齒輪範成儀使用說明書
家（jiā）用電器之電子消毒櫃實驗指（zhǐ）導書
臭氧氧化脫色實驗說明書
萃（cuì）取精餾教學實（shí）驗指導（dǎo）書
二氧化碳（tàn）PVT關係測定實驗指導書
空氣絕熱指數測定裝置實驗指導書
填料吸收實驗裝置使用指導書
超濾、納濾、反滲透多（duō）功能膜分離實驗裝（zhuāng）置說明
孔口（kǒu）管嘴實驗儀說明書
熱電偶製作校驗儀說明書
好（hǎo）氧堆肥實驗裝置（zhì）實驗說明書
沿（yán）程阻（zǔ）力係數測定裝（zhuāng）置說明書
文丘裏除塵器性能實驗指導書
製冷壓縮機性能測試（shì）實訓裝置指導書
化工傳熱（rè）實驗裝置使用說明書
數據采集板式靜電除塵器指導書（shū）
《台虎鉗》實測繪圖組合訓練裝置
自由對（duì）流橫管管外放熱（rè）係數測試裝（zhuāng）置使（shǐ）用說明書
流體（tǐ）力學綜合實驗裝（zhuāng）置使用說（shuō）明書
《典型零件》實測繪圖訓練（liàn）裝置
製冷製熱工（gōng）作原理（lǐ）及實驗（yàn）目的
挖掘機（jī）液壓模擬訓練平台操作說（shuō）明
中（zhōng）溫法向（xiàng）輻射率測量（liàng）儀實驗裝置的介紹及使用說（shuō）明
傳感器實（shí）驗台的特點及維護
熱電偶校驗儀使用說明
熱電阻校驗裝置使用說明
做燃料電池教具實（shí）驗要注意什麽
電機及電氣技（jì）術實驗的基本要求及安（ān）全操作（zuò）規程（chéng）
交流及（jí）直流電源實驗操作說明（míng）
傳（chuán）感器實（shí）驗台（tái）溫度控製儀表操作說明
衝（chōng）擊水浴除塵器實驗裝置使用說明
變壓器耦合推挽（wǎn）功率（lǜ）放大器實驗說明
平麵磨床麵板器件布局圖及電路實訓單（dān）元故障現象
定時兼報警記錄儀的使用方法
淺談（tán）職高《電子線路》教學中學生能力的培（péi）養
試析自動化專業實驗（yàn）實訓室建設與實踐教學體係改革
淺析創新電工電子實訓教學模式提（tí）高學生自主操作（zuò）能力（lì）
談《維（wéi）修電工》工學結合一體化教（jiāo）學
電氣自動化技術專（zhuān）業生產（chǎn）性實訓模式創新
淺談電工學實驗在中專專業課教（jiāo）學中的（de）作用
化工電氣（qì）自動化專業實訓室建設探討
淺談液壓係統汙染物的防與治
關於《液壓與氣動技術》課程教學探索
試析“新能源導論與創新實踐”教學體會與實踐
淺談電力局（jú）辦公自動化係統的開發（fā）模型
兩電極電化學CO傳感器的研製
傳感器教學中學生創新素質的（de）培養
中職實訓基地建設的探索與實踐（jiàn）
基於ＰＬＣ多台空調機組的自動控製設計
淺（qiǎn）談析基於FMS的機電一體化教（jiāo）學培訓係統開發
電工電子實驗（yàn）技能正確使用的認識
改善機電（diàn）一體化傳動管控教學改革
淺談電工電子設備中（zhōng）的各種“地”作用
光（guāng）機電一體化設備中變頻器怎麽（me）判斷故障
中職學（xué）生實驗中對二極管電路認識
電工電子實訓中常見（jiàn）問題總（zǒng）結（jié）
工（gōng）程機械實訓室建設的實習報告
中職學生（shēng）為什麽要學電工電子嗎
在電（diàn）工電（diàn）子實訓中幾種二極管的測試技巧
關於中職機電一體化專業技能體係的構建
關於（yú）中職機電一體（tǐ）化專業學生技能實訓探索
電工電子實驗中對輸入電阻和輸出電阻的認識
中職學生如（rú）何上好機電一體化（huà）課程
淺談PLC可編（biān）程序控製（zhì）器在電氣設備中作用
中職機電一體化設備組裝與調（diào）試競賽規程
淺談中職機電（diàn）一體化實習（實訓）教學（xué）考核規範與標準
淺談中職教師汽（qì）車專業技能標準的差（chà）異及對策
淺談煤礦自動化機電技術探索
淺談中職（zhí）汽車（chē）一（yī）般常見故障的診斷方法
中職對機電一體化（huà）計算機基礎（chǔ）探索
機電一（yī）體化技能競賽促進教學質（zhì）量的提（tí）高（gāo）
淺（qiǎn）談中職汽車電氣設備構（gòu）造（zào）與維修課程實踐教學探索
對機電一體化設備安裝中幾個要點認識
對新型傳感器提升電動機性能並（bìng）降低功耗作用
講解光機電（diàn）一體化（huà）具體內容包（bāo）括
淺（qiǎn）談機電一體化技（jì）術專業如何適應應用性本科教育
探索（suǒ）中職學校汽車修理專業（yè）如何（hé）適實踐（jiàn）作業
讓高職學生（shēng）了解熱電偶現場使用的注意事項
淺談教（jiāo）學電梯安（ān）裝實訓（xùn）教學的分析
淺析電梯電氣故障原因及解決措（cuò）施
探索現代電力電子技術應用狀況
高職汽車技術（shù）服務與營銷專業實踐教學改革新探
汽車維修職業教育中故障診斷思維方法的培養
淺談智能樓宇閉路電視監控係統方案
淺談PLC可編程實訓（xùn）課教學探索
燃料電池發電（diàn）教學實（shí）驗平（píng）台
PLC可編程（chéng）控製技術綜合實訓裝置(西門子1200)
家用電（diàn）器綜合實訓室設備
光（guāng）機（jī）電（diàn）一體化（huà）實訓設備實驗室介紹
電機及電氣技術實訓裝置
基礎電工電子實驗室設備
定（dìng）製熱管換熱器實驗台
物聯網射頻識別綜合應用實（shí）驗箱
初級維修電（diàn）工實驗台