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當前,電力電子作為節(jié)能、節(jié)才、自動化、智能化、機電一體化的基礎,正朝著應用技術高頻化、硬件結(jié)構(gòu)模塊化、產(chǎn)品性能綠色化的方向發(fā)展。在不遠的將來,電力電子技術將使電源技術更加成熟、經(jīng)濟、實用,實現(xiàn)高效率和高品質(zhì)用電相結(jié)合。

1.電力電子技術的發(fā)展

現(xiàn)代電力電子技術的發(fā)展方向,是從以低頻技術處理問題為主的傳統(tǒng)電力電子學,向以高頻技術處理問題為主的現(xiàn)代電力電子學方向轉(zhuǎn)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(fā)展先后經(jīng)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(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體復合器件,表明傳統(tǒng)電力電子技術已經(jīng)進入現(xiàn)代電力電子時代。

1.1整流器時代

大功率的工業(yè)用電由工頻(50Hz)交流發(fā)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(nèi)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(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)與應用得以很大發(fā)展。當時國內(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體廠家就是那時的產(chǎn)物。

1.2逆變器時代

七十年代出現(xiàn)了世界范圍的能源危機,交流電機變頻惆速因節(jié)能效果顯著而迅速發(fā)展。變頻調(diào)速的關鍵技術是將直流電逆變?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(tài)補償?shù)?。這時的電力電子技術已經(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變頻器時代

進入八十年代,大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路技術的迅猛發(fā)展,為現(xiàn)代電力電子技術的發(fā)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(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)化的標志。據(jù)統(tǒng)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(fā)展不僅為交流電機變頻調(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)代電子技術不斷向高頻化發(fā)展,為用電設備的高效節(jié)材節(jié)能,實現(xiàn)小型輕量化,機電一體化和智能化提供了重要的技術基礎。

2.現(xiàn)代電力電子的應用領域

2.1計算機高效率綠色電源

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關鍵詞：智能風冷控制 變壓器 IEC61850 控制IED設計 智能變電站

中圖分類號：TM401.2 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2012）11-0032-02

隨著智能電網(wǎng)的快速發(fā)展與推進，變壓器智能化的研究與設計將是變壓器技術發(fā)展的方向，風冷控制系統(tǒng)作為變壓器不可或缺的重要組成部分[1-2]，必需滿足變壓器智能化發(fā)展的要求。目前我國的220kV及以上電壓等級的變壓器大多采用強油風冷冷卻方式[3-5]，控制部分大多采用PLC或單片機完成，系統(tǒng)構(gòu)成比較復雜，控制功能簡單且控制模式基本固定，整個控制系統(tǒng)比較獨立和封閉，基本不與其他設備信息交互[6-7]，在智能電網(wǎng)通訊及信息共享的要求下，傳統(tǒng)風冷控制系統(tǒng)已不能適應智能變壓器發(fā)展的要求。

本文詳細介紹了變壓器智能風冷控制系統(tǒng)的設計，包括系統(tǒng)構(gòu)成及配置情況、控制原理、功能實現(xiàn)以及控制IED軟硬件設計等。

1、系統(tǒng)構(gòu)成及配置

1.1　系統(tǒng)構(gòu)成

智能變電站自動化系統(tǒng)基于IEC61850通訊及信息共享要求，變壓器風冷控制作為過程層設備應接入過程層網(wǎng)絡，信息通過過程層網(wǎng)絡傳輸，包括控制所需的測量數(shù)據(jù)、控制指令以及監(jiān)測結(jié)果等，系統(tǒng)構(gòu)成如圖1所示。

1.2　系統(tǒng)配置

變壓器智能風冷控制器包括冷卻控制IED以及就地控制柜組成，根據(jù)目前運行的情況，控制器配置分為如下三種情況：（1）對于無特需要求情況，冷卻控制IED作為控制主體安裝在就地控制柜上，配置必要的輔助執(zhí)行單元和電路，完成所有控制及信息傳輸功能；（2）對于就地控制柜已有簡單智能控制器的情況，如PLC、單片機等控制執(zhí)行單元，冷卻控制系統(tǒng)由冷卻控制IED與智能控制設備及輔助電路組成，完成控制及信息傳輸功能；（3）對于就地控制柜采用了特殊控制方式的情況，如風機控制采用變頻器控制方式，冷卻控制系統(tǒng)由冷卻控制IED與變頻器及輔助電路組成，完成控制及信息傳輸功能。

2、工作原理

2.1　基于IEC61850網(wǎng)絡通信的數(shù)據(jù)傳輸

冷卻控制IED所需測量數(shù)據(jù)主要來自測量IED，包括主變本體相關的油溫、繞組溫度、主變負荷等，來自其他監(jiān)測IED數(shù)據(jù)包括鐵芯監(jiān)測電流、主變油中氣體分析數(shù)據(jù)等，來自智能終端數(shù)據(jù)包括主變運行信息等，通過過程層網(wǎng)絡GOOSE傳輸方式接收。

控制指令包括來自后臺的遠方控制指令經(jīng)測控裝置的控制信息、冷卻控制IED發(fā)給智能終端跳閘信息等，均通過GOOSE傳輸機制，高效、快速的通過過程層網(wǎng)絡傳輸。

2.2　控制IED運行方式

傳統(tǒng)風冷控制系統(tǒng)由于數(shù)據(jù)采集的局限性，一般采用固定的“運行”、“輔助”、“備用”模式對風機組的控制，或采用奇偶數(shù)組控制模式控制風機組的啟停，控制模式固定單一，不利于節(jié)能和設備的有效利用。變壓器智能風冷控制設計運行方式分為手動和自動，其中手動方式又分為就地手動和遠方手動控制方式。自動運行方式下，控制IED根據(jù)油溫、繞組溫度、變壓器運行負荷情況以及變化趨勢或者異常情況如主變鐵芯電流的增大、油中氣體反映出的熱故障等，綜合判斷出需要運行的風機組數(shù)，發(fā)出控制指令啟停風機組，完成主變的冷卻控制要求。當處于手動就地控制方式時，與傳統(tǒng)就地控制手動方式基本一致，運行人員在控制柜就地通過把手或按鈕控制風機組的啟停；當處于手動遠方控制時，通過后臺或調(diào)度等將控制風機組啟停命令下發(fā)給測控單元，由測控轉(zhuǎn)發(fā)控制指令到冷卻控制IED，完成風機組的控制。

2.3　控制IED控制執(zhí)行

根據(jù)1.2節(jié)介紹的配置情況，風冷控制IED的控制執(zhí)行分為：（1）冷卻控制IED直接控制輔助電路，如接觸器和繼電器等，完成風機組和油泵的啟停，冷卻控制IED需要有開出回路設計要求；（2）采用冷卻控制IED與智能控制設備及輔助電路組成的配置系統(tǒng)，冷卻控制IED采用通訊的方式與智能控制器信息交互，完成控制及信息傳輸功能；（3）采用冷卻控制IED與變頻器及輔助電路組成的配置系統(tǒng)，冷卻控制IED采用通訊或模擬量輸入輸出方式，完成控制及信息傳輸功能。

3、功能實現(xiàn)

3.1　控制電源熱備用

電源控制設置自動手動切換，在自動模式下，控制電源自動完成雙電源的互為備用，且具備自鎖功能，即當一路電源工作時，另一路電源可靠斷開。在手動模式下，支持遠方手動切換。

3.2　數(shù)據(jù)采集

支持GOOSE方式從過程層網(wǎng)絡接收與風冷控制相關的測量量，完成控制所需的數(shù)據(jù)采集功能。

3.3　控制

控制策略根據(jù)綜合數(shù)據(jù)分析，合理配置風機運行組數(shù)，滿足變壓器運行要求的同時兼顧節(jié)能、循環(huán)啟停風機組以及風機組先啟先停運行等原則。

3.4　切換

切換功能完成遠方、就地以及手動、自動等控制方式的切換，滿足不同運行方式要求。

3.5　通信

風冷控制IED具有過程層網(wǎng)絡IEC61850通信功能，支持GOOSE方式數(shù)據(jù)接收和發(fā)送，完成網(wǎng)絡數(shù)據(jù)的采集以及控制命令、控制結(jié)果和監(jiān)測等數(shù)據(jù)的發(fā)送。

3.6　自檢及告警

風冷控制系統(tǒng)的控制IED以及其他智能設備具有自檢以及異常告警功能，實現(xiàn)自身狀態(tài)檢修。

3.7　對時

控制IED滿足智能變電站所要求的對時精度和對時方式。

4、控制IED軟硬件設計

4.1　硬件構(gòu)成

硬件組成包括CPU、FPGA控制器、通信模塊、開出控制器、開入采集單元等組成。硬件設計結(jié)構(gòu)框圖如圖2　所示：

系統(tǒng)所需數(shù)據(jù)均通過過程層網(wǎng)絡獲取，設置開入插件滿足就地信號的便捷接入，當就地控制柜配置有智能控制設備時，開出插件可不配置。

4.2　軟件設計

根據(jù)變壓器智能風冷控制功能要求以及控制策略設計，其主程序設計流程如圖3。

5、結(jié)語

變壓器智能風冷控制系統(tǒng)設計對變壓器的安全穩(wěn)定運行至關重要，該風冷控制系統(tǒng)的設計符合智能變電站通訊要求，滿足變壓器安全穩(wěn)定運行要求，智能化程度高，節(jié)能且風機組運行效率及使用壽命等方面都得到了很大提高，運行方式靈活，適應性強，符合風冷控制系統(tǒng)的技術發(fā)展。

參考文獻

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篇3

PLC是可編程控制器的簡稱，是一種以微處理器為基礎，綜合了計算機技術，自動控制技術和通信技術發(fā)展起來的新型工業(yè)控制裝置。PLC的特點是可靠性高，抗干擾能力強，有豐富的I/O接口模塊，可實現(xiàn)接口功能擴展。PLC的編程采用類似于繼電器控制線路的梯形圖語言，簡單易學，可用來實現(xiàn)多種控制，如邏輯控制，定時控制，計數(shù)控制，步進控制，模擬量處理與PID控制，數(shù)據(jù)處理，通信和聯(lián)網(wǎng)等，因此，用PLC控制交通信號燈，工作可靠，得到了廣泛的應用。

一、PLC交通信號燈的控制要求

1.交通信號燈受兩個按鈕控制，當啟動按鈕動作時，信號燈系統(tǒng)開始工作。當停止按鈕動作時，所有信號燈都熄滅。2.按下啟動按鈕后，東西向綠燈亮5秒后閃3秒滅，黃燈亮2秒滅，紅燈亮10秒滅，綠燈亮5秒后閃3秒滅……循環(huán)往復；對應東西向綠燈、黃燈亮時，南北向紅燈亮10秒滅，接著綠燈亮5秒后閃3秒滅，黃燈亮2秒滅，紅燈亮10秒滅……循環(huán)往復。

二、PLC交通信號燈硬件系統(tǒng)的設計

1、交通信號燈的I/O分配表。按照交通燈的控制要求，PLC要滿足兩個信號輸入（分別起系統(tǒng)啟動、停止作用）；六個信號輸出，即十字路口有十二個交通信號燈，但南北向、東西向兩個為一組，用一個輸出信號控制，也就是六個輸出信號。

2、交通燈硬件接線圖。隨著PLC技術發(fā)展，PLC種類越來越多，不同型號的PLC其性能、容量、指令系統(tǒng)、編程方式各有不同。因此，合理選用PLC對于提高PLC控制系統(tǒng)技術指標有重要意義。PLC的選擇應從PLC機型、容量、I/O點數(shù)、電源模塊、通信聯(lián)網(wǎng)能力等方面綜合考慮。從以上分析可以知道，交通燈控制系統(tǒng)共有開關量輸入點兩個，開關量輸出點六個，即I/O點數(shù)為八個，采用松下FP1-C24很合適，不需要擴展模塊。另外，F(xiàn)P1-C24型PLC帶有24伏直流電源，供PLC輸入點使用，24伏DC極性可任意選擇，每組輸出COM端獨立。

二、交通燈軟件系統(tǒng)設計

1、FPWINGR軟件簡介。松下FP1-C24PLC編程軟件是FPWINGR軟件，操作系統(tǒng)是中文WINDOWS95/98/2000/NT，F(xiàn)PWINGR軟件采用典型的WINDOWS界面，菜單界面、編程界面、監(jiān)控界面等可同時以窗口形式重疊或平鋪顯示，甚至可以把兩個不同程序在一個屏幕上同時顯示，各種功能和指令輸入可用鼠標單擊圖標操作，使用很方便，特別是在軟件“幫助”菜單中增加了軟件操作方法，指令列表，特殊內(nèi)部繼電器和數(shù)據(jù)寄存器一覽表等。

2、梯形圖設計。本設計采用SR移位指令，移位信號采用內(nèi)部1秒時鐘脈沖繼電器R901C，每來一個脈沖，內(nèi)部字繼電器WR0中每一位向右移動一位，復位信號采用停止按鈕X1，當X1閉合時，WR0清零，交通燈熄滅。SR指令的數(shù)據(jù)輸入信號采用內(nèi)部繼電器R9的通斷狀態(tài)，10秒為一個周期，用WR0的內(nèi)部位繼電器R0～R9的通斷來控制東西向和南北向的紅燈、綠燈和黃燈Y0～Y5。

3、程序的輸入與運行。程序檢查無誤后輸入電腦，進行程序轉(zhuǎn)換，并通過PLC數(shù)據(jù)線下載到PLC，通過程序下載到PLC，可以清楚形象地模擬十字路口的交通燈的運行。下載完成，如果遇到程序錯誤，可將PLC由RUN模式轉(zhuǎn)變?yōu)镻ROG模式，進行調(diào)試。

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【關鍵詞】中高頻X線主電路 維修技術 設備

中高頻X線技術隨著近些年的發(fā)展已曰趨成熟，但是研制大功率、高性能的開關電源仍是人們不斷努力和追求的目標。軟開關PWM技術和并聯(lián)均流技術都是當前電力電子技術發(fā)展的重點，二者結(jié)合可以很好的滿足大功率電源在性能、重量、體積、效率和可靠性等方面的要求。本論文主要結(jié)合一項工程實際項目來對大功率中高頻X線電路進行研究。具體工作如下所示。

1 中高lX線主電路面臨的技術難題

目前，阻礙中高頻X線主電路在高壓大功率交流傳動中推廣應用的主要問題有兩個：

一開始要考慮的是，中國目前的就大容量（超過200kW）電動機的供電電壓較高（6kV、10kV），但是缺乏必要的功率的變頻器，導致電壓匹配存在很大的問題；其次就是缺乏完善的功率變頻技術，具體實施起來難度較大，需要較高的成本，同時普通的水泵與風機等改造階段都有著高回報、少投資的要求，所以在形成經(jīng)濟效益的階段存在較大的難度。這兩個世界上普遍存在的問題造成高壓大容量變頻調(diào)速技術得不到更好的推廣應用，所以目前全世界范圍都在重視針對處理高壓供電和用高技術生產(chǎn)出低成本高可靠性的變頻調(diào)速裝置存在的問題。

第二點，一般而言，在高壓供電而功率器件耐壓能力受到約束的時候，這時候串聯(lián)功率器件顯然是更加重要的手段。然而在串聯(lián)器件的時候，由于器件存在不同極電容以及動態(tài)電阻的現(xiàn)象。假如僅僅使用并聯(lián)R和RC的均壓并聯(lián)的手段，電路會變得日趨復雜，損耗也會進一步的增加；而且，驅(qū)動電路的器件串聯(lián)也會需要依賴于更加嚴格的驅(qū)動電路連接，所以要盡可能的保持器件串聯(lián)的同步，否則因為器件的開閉時間存在差異，電壓的承受力也會不均勻，造成器件損耗或者系統(tǒng)的崩潰。其次，諧波問題是變頻器普遍存在的問題，特別是大功率調(diào)頻的問題更是會顯得更加嚴重。諧波會對電網(wǎng)造成污染，這也會給電網(wǎng)系統(tǒng)的其他用電設施帶來嚴重的運行問題。

2 中高頻X線主電路基本的維修技術

目前X線主電路包括小的牙科X 線機、鉬靶X線機、床位邊移動X線機、小C臂X線機、數(shù)字胃腸機和CT機等都采用中、高頻高壓技術。中、高頻高壓技術可使X線高壓發(fā)生器具有體積小 ，產(chǎn)生的高壓波峰小 ，X線強度穩(wěn)定質(zhì)量高等優(yōu)點。但中、高頻高壓技術X線主電路相對工頻高壓技術X線電路來講 ，更加復雜 ，維修更加困難等。主電路的許多故障 ，由于電路結(jié)構(gòu)的原因 ，很難做出故障定位 ，甚至做出錯誤判斷 ，造成很大的經(jīng)濟損失。

其中具體的中高頻X線主電路檢驗維修技術如下所示：

（1）在維修中高頻X線機電路的階段，一般都不會供電給高壓發(fā)生器，充分發(fā)揮模擬X線的手段的作用，在此基礎上，尤其需要注意下面幾個問題，首先就是X線模擬的手段。采用將高壓初級不向充電電容供電，IGBT不能空載，在充電電容檢測不報錯的情況下，現(xiàn)模擬X線操作的手段就可以得到實現(xiàn)；其次，主電路中主電容在關電后存有電荷，前期應該做好放電工作。避免出現(xiàn)電擊的現(xiàn)象；第三，在拆除完高壓電纜以后，施加高壓是萬萬不可取的，這樣很容易對高壓發(fā)生器造成損壞；第四，不能讓燈絲加熱電路的輸出端保持開路狀態(tài)，避免出現(xiàn)加熱逆變器出現(xiàn)損壞的情況；第五，在IGBT發(fā)生變化的期間，應該保持IGBT的種類不發(fā)生變化；針對具體的單片機板而言，通常要提前認定電路的正常狀態(tài)，然后在進行判斷，假如條件允許的話，最好選擇替換的手段來進行研究。

（2）同工頻機也可以被劃分成兩大種類，分別是檢測高壓初級電路與高壓次級電路，這樣能夠?qū)﹄娫摧斎牖芈愤M行檢測，初級的電容充電電路在充電過程中變成了電路，中高頻X線機主線路的mA控制回路，充分利用逆變器型控來對燈絲的加熱情況進行控制，在改變直流電壓高低的基礎上，達到讓脈寬控制mA的大小的目的，因此在進行檢修的時候，要添加一個虛擬的大功率荷載在逆變器的輸出端，避免出現(xiàn)逆變器過熱的情況。

（3）檢查旋轉(zhuǎn)陽極。主電路一一對應的控制回路會存在一個正常運行的陽極，能夠通過高低電平或者短路的判斷陽極電路是否可以正常使用。結(jié)合X線機的自動檢測報錯功能，同時在處理故障代碼的基礎上，對電路板的指示燈進行查看，以此來找到故障存在的區(qū)間。在進調(diào)整與維修期間，應該充分發(fā)揮數(shù)字電路高低電平的作用，利用機器配置的可調(diào)的正負備用電源，根據(jù)電路點現(xiàn)實上的正負電平進行選擇，除此之外，電路檢修的過程要發(fā)揮電路檢修的系統(tǒng)的關鍵作用，要把部分點短路到高電子或低電平內(nèi)部，保持機器的正常運行狀態(tài)，方便后期的維修電路工作的順利開展。

（4）通過機器的維修檢測程序，我們能夠調(diào)整與維修部分電路。對DIP開關進行設置，能夠進入進入利用鍵的增減來體現(xiàn)電位器阻值的變化規(guī)律，充分利用數(shù)碼開關來顯示開關指數(shù)的功能差異。

3 結(jié)論

總的來說，中高頻X線主電路由于其自身存在一定的問題與不足，所以很多時候會出現(xiàn)一定的電路問題。針對這種情況，我們要定期的進行檢查，一旦出現(xiàn)問題，立即著手進行維修，本文給出了具體維修過程中需要注意的問題，有利于我們今后開展中高頻X線主電路的維修工作，進而給其具體的應用提供了有效的保障。

參考文獻

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關鍵詞：SPWM；煤礦；變頻調(diào)速裝置；異步電動機

中圖分類號：F270 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2013）09-0105-02

1 概述

隨著科學技術的飛速發(fā)展，由于變頻調(diào)速裝置具有優(yōu)異的節(jié)電效果和方便的電機調(diào)速性能，被廣泛地應用于現(xiàn)代化煤礦的采煤機、皮帶機、風機等需要頻繁啟動的大功率電機上。SPWM技術得到越來越多的關注，應用的范圍越來越廣。

2 異步電動機的SPWM調(diào)速原理

SPWM波形的形成方法也叫三角波調(diào)制法，它采用正弦波調(diào)制信號和三角載波信號通過比較器進行比較。正弦調(diào)制波與三角形載波的交點決定了逆變橋輸出相電壓的脈沖系列，此脈沖系列也是雙極性的。SPWM法是一種比較成熟，且目前使用較廣泛的方法。前面提到的采樣控制理論中的一個重要結(jié)論：沖量相等而形狀不同的窄脈沖加在具有慣性的環(huán)節(jié)上時，其效果基本相同。SPWM法就是以該結(jié)論為理論基礎，用脈沖寬度按正弦規(guī)律變化而和正弦波等效的PWM波形即SPWM波形控制逆變電路中開關器件的通斷，使其輸出的脈沖電壓的面積與所希望輸出的正弦波在相應區(qū)間內(nèi)的面積相等，通過改變調(diào)制波的頻率和幅值則可調(diào)節(jié)逆變電路輸出電壓的頻率和幅值。但是，由相電壓合成為線電壓時，所得到的線電壓脈沖系列卻是單極性的。電路有兩種控制方法：相位控制和通斷控制。相控方式具有改變輸出電壓值的作用，但不能變頻，和它對應的還有三相調(diào)壓電路，也采用相位控制方式，早期常用于電動機降壓啟動中，但在電源中產(chǎn)生大量諧波，因此可能會影響其他電器設備的正常使用，通斷控制不是在每個交流電源周期都對輸出電壓波形進行控制，而是將負載與交流電源接通幾個周波，再斷開幾個周波，接通了m個周期，斷開了n個周期，從而改變接通周波數(shù)與斷開周波數(shù)的比值來調(diào)節(jié)負載所消耗的平均功率，這種控制方式缺點在于電流中雖然不含整數(shù)倍頻率的諧波，但含有非整數(shù)倍頻率的諧波，而且在電源頻率附近，非整數(shù)倍頻率的諧波含量較大。

所謂SPWM，就是在PWM的基礎上改變了調(diào)制脈沖方式，脈沖寬度時間占空比按正弦規(guī)律排列，這樣輸出波形經(jīng)過適當?shù)臑V波可以做到正弦波輸出。它廣泛地用于直流-交流（DC-AC）逆變器等，比如高級一些的UPS就是一個例子。三相SPWM是使用SPWM模擬市電的三相輸出，在變頻器領域被廣泛的采用。近幾年來，由于場控自關斷器件的不斷涌現(xiàn)，相應的高頻SPWM技術在電機調(diào)速中得到了廣泛應用。SA8281是MITEL公司推出的一種用于三相SPWM波發(fā)生和控制的集成電路，它與微處理器接口方便，內(nèi)置波形ROM及相應的控制邏輯，設置完成后可以獨立產(chǎn)生三相PWM波形，只有當輸出頻率或幅值等需要改變時才需微處理器的干預，微處理器只用很少的時間控制它，因而有能力進行整個系統(tǒng)的檢測、保護和控制等。基于SA8281和89C52的變頻器具有電路簡單、功能齊全、性能價格比高、可靠性好等優(yōu)點，但在整個周期內(nèi)處于交替互補導通狀態(tài)，輸出波形在任何T/2內(nèi)均會出現(xiàn)正負交替的情況。根據(jù)調(diào)制脈沖極性又可分為單極性型和雙極性型。

3 煤礦中的調(diào)速

變頻器是精密的電子設備，其內(nèi)部的電子器件的性能與溫度密切相關。為了保證器件正常運行，必須規(guī)定最高允許溫度。溫度過高，器件特性與參數(shù)將會發(fā)生變化，甚至導致器件產(chǎn)生永久性的燒壞現(xiàn)象，并且井下環(huán)境惡劣、散熱條件差，因此散熱問題是井下變頻器遇到的最大難題。本論文要從變頻器的結(jié)構(gòu)及基本工作原理出發(fā)：

（1）提升機提升和下降的行程控制分為兩個過程：一個為正向提升行程，另一個為反向下降行程。行程控制主要將提升機的升降過程劃分成不同的行程區(qū)間，根據(jù)每一行程區(qū)間的實際情況，可以用不同的變頻調(diào)速控制提升機的升降速度。行程控制不僅控制提升機整個升降行程過程中的變頻調(diào)速，而且控制提升機的停車和制動過程。行程控制可以很好地防止提升機過卷、過放、脫軌和翻車等事故發(fā)生，特別適合具有彎道和叉道的特殊斜井。

（2）煤礦提升機的運行特點是在特定的環(huán)境條件下，以設定的速度做往復運動，完成人員和物料的升降運輸任務“為確保提升機能夠安全、高效、可靠地連續(xù)作業(yè)，整個裝備應具備良好的機械操控性能，優(yōu)良的電氣控制設備和可靠的安全保護裝置”。鑒于提升機在煤礦安全生產(chǎn)中所處的重要地位，要求其電力傳動系統(tǒng)具備運行可靠、節(jié)能高效、靈活操控和準確定位的性能特征，以滿足煤礦安全生產(chǎn)的需要。

（3）采用變頻技術不僅縮小了驅(qū)動裝置的布置空間，而且可以實現(xiàn)軟啟動。在帶式輸送機中裝入皮帶秤動態(tài)稱重反饋控制，還可以實現(xiàn)帶式輸送機隨物料多少進行的變速運輸、重載加速、輕載減速、空載時停機。這樣不僅提高了運輸效率而且還節(jié)省了寶貴的電能資源，且使帶式輸送機橫向尺寸大大減小，結(jié)構(gòu)緊湊、輕巧，方便與現(xiàn)場設備配置，適用于機頭位置狹小的場合，因而不需要許多齒輪降速，也節(jié)省了許多成本。

（4）用變頻調(diào)速裝置配合鼠籠電機驅(qū)動粘彈塑性體的帶式輸送機，延遲特性嚴重，并且隨輸送距離、輸送量的增大變得更為明顯。帶式輸送機的旋轉(zhuǎn)部件（托輥、滾筒）較多，由于加工、安裝、維修等的差別以及輸送量的隨機變化，都會產(chǎn)生大量的隨機干擾。因此，帶式輸送機的帶速與變頻器的輸入頻率之間的關系就具有很大的模

糊性。

4 結(jié)語

交流調(diào)壓電源在當今的國民生活生產(chǎn)中發(fā)揮著至關重要的作用，比如：電動機軟啟動、風機和水泵的速度控制等領域。隨著工業(yè)的發(fā)展，人們要求交流調(diào)壓電源必須安全可靠、節(jié)能環(huán)保等特點，與此同時電力電子技術和微控制器的發(fā)展為設備小型化、輕量化提供了可靠的保證。以傳統(tǒng)的SPWM逆變器為基礎，全面探討新型的逆變調(diào)壓電路，并在煤礦中得到應用。通過改進算法實現(xiàn)新型的交流調(diào)壓電源，系統(tǒng)輸出電壓可調(diào)范圍寬，安全穩(wěn)定。

參考文獻

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業(yè)出版社，2005.

[2]王兆安，劉進軍.電力電子技術[M].北京：機械工業(yè)

出版社，2009.

篇6

關鍵詞：傳感器，電調(diào)制，非分光紅外技術，朗伯-比爾定律

 

1、引言

眾所周知二氧化碳（CO2）是大氣重要組成成分之一,與人們的生產(chǎn)生活密不可分。其含量過高不但會危害人類的健康,還會產(chǎn)生溫室效應等不良影響；同時它在動植物的生長環(huán)境中也扮演著極其重要的角色。論文格式。目前國內(nèi)生產(chǎn)和使用的CO2氣體傳感器主要是固體電解質(zhì)式、鈦酸鋇復合氧化物電容式、電導變化型厚膜式等,這些傳感器存在許多不足之處:對氣體的選擇性差、易出現(xiàn)誤報,系統(tǒng)需要頻繁校準,使用壽命也較短。紅外二氧化碳氣體傳感器新技術國內(nèi)尚處于起步階段，于2005年才取得一定進展實現(xiàn)了電調(diào)制，但關鍵元件仍需要進口。而現(xiàn)行紅外二氧化碳分析儀多半存在著不僅價格昂貴，而且體積大、質(zhì)量大等缺點。隨著科學技術的不斷發(fā)展和人民生活水平的日益提高以及人們對環(huán)境保護的日益重視，在空調(diào)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)療、汽車及環(huán)保等方面,對CO2氣體的濃度進行定量監(jiān)測與控制成為日益增長的需求,開發(fā)出靈敏度高、選擇性和穩(wěn)定性好、小型化、便攜式的CO2 氣體傳感器必是大勢所趨。基于這一理念作為一種嘗試，提出一種紅外吸收型便攜式CO2氣體傳感器并給出其軟硬件設計方案。

2、非分光紅外吸收型氣體傳感器工作原理

任何物質(zhì)都有其特征明線光譜，相應的也會有吸收光譜，二氧化碳氣體分子亦然。二氧化碳在紅外區(qū)有三個比較明顯的吸收譜線，一個吸收中心波長位于近紅外1.573μm處（適用于光纖二氧化碳傳感器）、一個位于中紅外4.26μm處，還有一個位于14～20μm波段[1]。我們選擇中心波長4.26μm處的吸收譜線作為檢測依據(jù)，因為此波段的吸收最為強烈，衰減最劇烈。根據(jù)氣體選擇性吸收理論可知，當光源的發(fā)射波長與氣體的吸收波長相吻合時，就會發(fā)生共振吸收，其吸收強度與該氣體的濃度有關，通過測量光的吸收強度就可測量氣體的濃度。具體是，當一束光強為I0 的輸入平行光通過待測氣體時，如果光源光譜覆蓋一個或多個氣體的吸收譜線，則光通過氣體時發(fā)生衰減。根據(jù)Beer－Lambert定律，出射光強I 與入射光強I0和氣體的濃度之間的關系為

I = I0exp（－αCL）（1）

式中α為氣體吸收系數(shù)； L 為吸收路徑的長度；C 為氣體的濃度。

對式（1） 進行變換得到，

C = ln( I0/ I) / (αL)（2）

從式（2）可知，如果L、α 已知，那么，通過檢測 I 和 I0 就可以得到氣體的濃度C。這就是利用光譜吸收檢測氣體濃度的原理。

事實上，上述理論沒有考慮到光路干擾系數(shù)，這是一個隨機變量，采用非分光技術可有效地消除光路干擾這一因素。其原理框圖如下圖1所示。

圖1 非分光紅外測量光路系統(tǒng)原理圖

3、系統(tǒng)硬件設計方案及其實現(xiàn)

3.1核心技術及低功耗系統(tǒng)方案

電調(diào)制非分光紅外（NDIR）技術是當前應用的前沿技術，也是系統(tǒng)的核心技術所在。論文格式。采用非分光紅外測量技術，在實際操作中可以采用單光束雙波長實現(xiàn)，即通過選用兩種窄帶濾光片，它們的中心波長相近但一個允許待測氣體對應的吸收波長通過，而另一片則完全阻止其通過，如圖1所示，以此實現(xiàn)調(diào)制和提取濃度信號。同時，為了系統(tǒng)的穩(wěn)定和測量的精度以及真正實現(xiàn)手持型便攜式，我們采用了電調(diào)制、低功耗設計方案，利用脈沖控制光源。而且在實現(xiàn)低功耗的同時也增強了光源的輻射特性和延長了光源的壽命。電調(diào)制與非分光技術的實現(xiàn)，從根本上克服了機械調(diào)制所帶來的種種缺陷：有可動部件，需要專門的馬達驅(qū)動，調(diào)制盤容易損壞，體積大不易于集成化等等。為了實現(xiàn)設計目標，選用專用的電源驅(qū)動芯片和微功耗光源，再利用微控制器實現(xiàn)脈沖調(diào)制，整個系統(tǒng)由＋5V單電源供電即可很好地實現(xiàn)手持型便攜式。

國外NDIR 儀器占有率在70 %左右,國內(nèi)NDIR 氣體分析儀的主要廠家大都采用國際上20 世紀80 年代初的紅外氣體分析方法,如采用鎳锘絲作為紅外光源、電機機械調(diào)制紅外光、采用薄膜電容微音器或InSb 等作為傳感器等。因此，在國內(nèi)非分光紅外（NDIR）二氧化碳檢測技術研究可以說才剛剛起步。發(fā)光光源以及濾光片鍍膜工藝是必須攻克的難關，本文不作詳細介紹，而將重點放在如何選擇和應用上。

非分光紅外二氧化碳氣體傳感器系統(tǒng)的設計構(gòu)成主要包括：光源及探測接收模塊(傳感頭)、信號放大模塊、低通濾波模塊、A/D轉(zhuǎn)換以及由微控制器控制的人機控制和信號顯示輸出等模塊。其具體的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。選擇恰當?shù)墓庠春蜑V光片以及相應的探測器是非常關鍵的一步。從傳感器出來的信號是極其微弱的，必須對其進行放大和濾波，在獲得較強的信號的同時保證盡可能地消除噪聲，達到較高的信噪比，為后續(xù)的信號處理提供真實有效的數(shù)據(jù)。微控制器負責信號的運算和濃度的換算、自動標定、實時的顯示跟蹤以及實現(xiàn)與計算機的數(shù)據(jù)通信等等。

圖2 二氧化碳氣體測量系統(tǒng)原理圖

3.1.1 光源及其調(diào)制技術

設計中選用了PerkinElmer® 紅外光源IRL715，可以實現(xiàn)低頻電調(diào)制。由于其低壓低功耗，體積小巧，而且經(jīng)濟實用符合我們的設計要求。

1）該光源具有的性能指標

n工作電壓為5V，

n電流為115mA±10％，

n功率為0.575±10％W，時間常數(shù)為290ms，

n輻射強度為0.15±10％MSCP；

n時間常數(shù)為290ms。

n工作壽命長，可達40，000hs。論文格式。

2）光源的調(diào)制深度特性與工作模式的選擇

光源IRL715的在5V可調(diào)方波信號驅(qū)動條件下，4um紅外波長處的調(diào)制深度特性曲線表明，調(diào)制頻率越高，調(diào)制深度越低。圖3[2]是光源在連續(xù)工作模式和間歇性工作模式下的輻射強度特性曲線，即老化特性。在連續(xù)工作模式，1500小時后，其輻射強度降到初始值的95％左右，之后基本保持并略有回升。而在間歇性工作模式（工作1秒，停5秒），其輻射強度則呈上升趨勢。因此，利用脈沖控制有利于增強光源的輻射特性，減緩其老化速度，同時也可提高測量的精度。對光源進行電調(diào)制脈沖驅(qū)動時，充分考慮了該因素。此外，驅(qū)動電壓的大小一方面會影響到輻射強度，一方面也會影響到光源的功耗和壽命。恒流驅(qū)動是設計的最佳選擇，選用恰當?shù)碾娫葱酒陵P重要。

3）氣室設計要求

傳感器的光路系統(tǒng)因為采用了非分光紅外（NDIR）電調(diào)制而變得簡單，只要設置一個標準的氣室即可。原理圖如圖4所示。此外，如果需要進一步減小傳感頭的體積，可以采用專用的光學鏡面系統(tǒng)，利用多次反射以加長光程，并且可以同時加強輻射到探測器上的光強強度。光源的穩(wěn)定對測量的精度具有非常重要的影響，因此選用高精度穩(wěn)定性好的調(diào)整管對光源供電，再結(jié)合脈沖控制驅(qū)動或者選用可PWM驅(qū)動IC設計驅(qū)動電路。這樣做的目的有二：一是實現(xiàn)電調(diào)制；二是為了充分發(fā)揮光源的功效和提高發(fā)光強度，使光源的性能達到最佳。

圖4 光源電路及光路系統(tǒng)原理圖

3.1.2 檢測放大

紅外探測器也是該系統(tǒng)的核心元件，它在很大程度上決定了系統(tǒng)的測量精度與性能。選用PerkinElmer®配套的TPS2534作為探測元件。該熱電堆傳感器為雙元傳感，配備了兩片不同的濾光片，一片中心波長為4.0um，半波帶寬為90nm，作為參考濾光片，一片中心波長為4.26um，半波帶寬為180nm，作為氣體選擇濾光片，提取參考信號和氣體信號。結(jié)合光源設計光路實現(xiàn)了非分光紅外（NDIR）電調(diào)制。由探測器出來的電信號極其微弱，前置放大電路的作用舉足輕重，因此選用了低噪聲、高精度、低溫度飄移的運放作為電路的主要部件。有效提高電路的信噪比，提高測量靈敏度。

3.1.3 濾波電路

濾波電路，選擇了專用高階開關電容低通濾波IC電路分別對參考信號和氣體信號進行放大濾波，采用8階BUTTERWORTH低通濾波實現(xiàn)，以有效的提高系統(tǒng)的信噪比。

3.1.4 前向通道、微控制器和后向通道

經(jīng)信號調(diào)理得到的模擬信號，再由A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，輸入微控制器，完成前向通道的設計。因為本系統(tǒng)對采樣的速度要求不是很高，再考慮到測量精度的需要和為了節(jié)省單片機的口線以及跟上技術發(fā)展的步伐，選用了串行16位ADC。

微控制器則選用了常用的AT89C52作為核心處理器，負責信號的處理和后向通道的顯示以及數(shù)據(jù)通信。由于智能化和網(wǎng)絡化將是傳感器發(fā)展的趨勢，可增加與上位機的通信口。

3.2系統(tǒng)的軟件實現(xiàn)

系統(tǒng)的軟件實現(xiàn)，主要需要完成數(shù)據(jù)采集、顯示、通信、探測器溫度監(jiān)控以及光源調(diào)制和驅(qū)動等幾大模塊的功能。

基于上述有關電源的特性的論述和要求，軟件流程如圖5：

圖5 軟件設計流程圖

4、結(jié)束語

該系統(tǒng)采用單＋5V電源供電，可大大減輕系統(tǒng)的質(zhì)量和減小系統(tǒng)的體積，實現(xiàn)真正意義上的便攜式，也可以作為分布式傳感系統(tǒng)和傳感器網(wǎng)絡化的傳感器，用于實時、遠程監(jiān)控。同時可大大降低成本。系統(tǒng)的缺點由于光源特性的限制，而不能實現(xiàn)高頻調(diào)制,可以通過選用可高頻調(diào)制的光源實現(xiàn)。

參考文獻

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[4] 琚雪梅, 張巍等 紅外吸收型CO2 氣體傳感器的設計. 傳感器技術[J]. 2005，Vol（24）：8

[5] 王幸之. AT89系列單片機原理與接口技術[M].北京：北京航空航天大學出版社. 2004，

篇7

1修改人才培養(yǎng)方案人才培養(yǎng)方案制定得是否合理，關系到本專業(yè)的生存和發(fā)展。隨著現(xiàn)代科學技術的迅猛發(fā)展，電類的各專業(yè)的界線越來越模糊，各學科相互交叉、相互滲透，電氣專業(yè)傳統(tǒng)的“發(fā)電、輸電、用電”知識結(jié)構(gòu)已經(jīng)不能滿足當今人才培養(yǎng)要求。因此，對人才培養(yǎng)方案和教學計劃要進行適當?shù)男薷暮驼{(diào)整。由于電氣工程及其自動化專業(yè)是一個強電和弱電相結(jié)合的寬口徑專業(yè)，而電力電子技術是諸多學科相互交集的學科，是由基礎課到專業(yè)課過渡的橋梁和紐帶，是強電和弱電的有機結(jié)合。因此，在修改和調(diào)整人才培養(yǎng)方案和教學計劃時，要體現(xiàn)出電氣專業(yè)的“以強電為主、弱電為輔、強弱協(xié)調(diào)”的主導思想，加大教學力度，要意識到“電力電子技術”課程在電氣工程及其自動化專業(yè)教學中重要性和必要性，以拓寬學生的知識面，提高學生的工程實踐能力和創(chuàng)新能力以及擴大學生畢業(yè)后的就業(yè)面。

2教材內(nèi)容的合理取舍任課教師要選擇一本合適的電力電子技術課程教材作為主教材，再參考其他的輔助教材，取長補短，主講教師應具有寬闊的知識面及豐富的電力電子工程實踐經(jīng)驗，注重應用型人才培養(yǎng)目標。教材的內(nèi)容既有豐富的理論知識，還要注重工程實際的應用，要體現(xiàn)電力電子技術發(fā)展的新技術，也要體現(xiàn)出“電力電子技術”課程是基礎課到專業(yè)課平穩(wěn)過渡的橋梁，使教材內(nèi)容更符合二本院校電氣工程及其自動化專業(yè)的人才培養(yǎng)的要求。主教材中除重點講授交流變直流、直流變交流、直流變直流、交流變交流四大類基本變流電路及它們的組合之外，還要聯(lián)系當今電力電子技術的發(fā)展趨勢及應用情況，注重電力電子技術在電力系統(tǒng)及其他工程領域中的應用，注重主電路設計、驅(qū)動電路設計、保護電路設計、參數(shù)計算及元器件選擇，還應該適當介紹SVC、SVG、高壓直流輸電、開關電源、UPS電源、感應加熱電源、光伏逆變器等裝置的工作原理和實際應用情況，以適應電氣工程及其自動化專業(yè)寬口徑就業(yè)要求。

3課堂教學方式改革教學過程中應以學生為主，教師為輔，避免一人堂和填鴨式教學方法，針對教學內(nèi)容和學生的具體情況組織安排教學內(nèi)容。由于“電力電子技術”課程的教學內(nèi)容繁多，課堂教學中需要繪制大量的電路圖和波形圖，以及諸多公式推導及各種參數(shù)計算等。由于課程學時少而教學內(nèi)容又多,僅僅依靠傳統(tǒng)的黑板加粉筆的教學方式顯然是達不到教學效果的，所以多媒體技術逐漸走進了“電力電子技術”的課堂教學，大大地提高了課堂教學效果。這里需要強調(diào)的是，多媒體教學的引進并非完全取消黑板加粉筆的課堂教學方式，二者應該相互協(xié)調(diào)、相輔相成，各有各的長處。對于復雜的電路及波形的繪制和分析，可以充分利用多媒體的音容并茂的特點，使學生更容易理解和掌握電路的基本原理和工作過程，如以flas的方式顯示電力電子器件的開通和關斷過程、過電流和過電壓的產(chǎn)生過程、電路的輸入輸出電壓和電流波形等，使學生感到生動而有趣，使學生的課堂學習不再枯燥無味；而對于簡單電路的分析以及例題習題的講解，還是黑板加粉筆的方式顯得更簡單便捷，更具親和力，加強了教師與學生間的互動和情感交流?？傊?，課堂教學十分重要，教師要根據(jù)自身的特點、教學內(nèi)容、學生的素質(zhì)，充分利用現(xiàn)代化教學手段及互聯(lián)網(wǎng)資源，在有限的課堂教學時間內(nèi)，最大程度地使學生理解和吸收所學的知識。

4改革實驗教學環(huán)節(jié)為了提高學生的工程實踐能力，對原有的電力電子實驗室設備進行了更新和改造，引進近幾年內(nèi)較為先進的電力電子實驗設備，對原有的驗內(nèi)容和實驗計劃進行了修改和調(diào)整，盡量減少簡單的驗證性實驗，增大設計性和綜合性實驗的比例，根據(jù)專業(yè)的特點和理論教學情況組織實驗教學。我院現(xiàn)有的電力電子綜合實驗室可開出多種實驗，囊括了AC/DC、DC/AC/、AC/AC、DC/DC四大電力變換所需的實驗，如整流及有源逆變實驗、交流調(diào)壓及交流調(diào)功實驗、直流斬波實驗、無源逆變變實驗等。為了培養(yǎng)學生的科技創(chuàng)新意識，還增設了開放性實驗和創(chuàng)新性實驗，加強了教師與學生間的知識交流，也使電力電子課程的實驗教學延伸到課外，對教學時間的不足起了一定程度的彌補作用；同時，在我院的大學生電子挑戰(zhàn)杯大賽中，部分學生的競賽題目與電力電子技術有關，提高了學生的電力電子技能。另外，我院每個學期舉行教師實踐技能大賽，有相當一部分競賽題目與電力電子技術有關，大大提高了教師的電力電子技術實踐能力和實驗教學水平。

5將Matlab仿真軟件引進課堂教學和實驗教學Matlab仿真軟件是各院校普遍開出的課程，將Matlab仿真軟件與電力電子技術課程相結(jié)合，在課堂上，利用Matlab仿真軟豐富友好的圖形界面，使學生更直觀地掌握所學的知識，也避免了教師畫電路圖、波形圖的繁瑣及時間的浪費；將Matlab仿真軟件與電力電子技術課程實驗相結(jié)合，是原有的實驗操作的有益補充，同時又具備原有實驗裝置不具備的優(yōu)點，如解決設備費用高、實驗所花時間長、危險性大的缺點。而利用仿真教學工具代替實際元件在計算機上進行仿真，既不擔心元器件損壞，也沒有任何危險，學生完全可以在無人指導的情況下，在任何地點的計算機上自行完成電力電子電路的仿真實驗，在此基礎上再進行適當?shù)恼鎸嵭詫嶒灒@樣不僅激發(fā)了學生的學習興趣，更重要的是提高了學生發(fā)現(xiàn)問題、解決問題和實際動手的能力，會收到事半功倍的實訓效果。

6課程設計環(huán)節(jié)的改革“電力電子技術”課程教學改革后，在課程教學的后期,增加了課程設計環(huán)節(jié)，由主講教師布置該課程的設計任務,為避免雷同，每人一題，主要以電力電子技術的四大電力變換為核心，結(jié)合工程實際，根據(jù)給出的技術參數(shù)和技術指標，要求學生綜合運用所學的相關知識,設計出總體方案、主電路圖、驅(qū)動電路、保護電路等，并進行相關參數(shù)計算及元器件選擇。較簡單的題目，要求制作電路板和元器件焊接，并使用實驗室的儀器和工具進行調(diào)試；較復雜的題目要求用實驗室的實驗設備驗證或進行matlab仿真，最終以論文的形式完成課程設計，并進行課程設計答辯。課程設計環(huán)節(jié)的增加，拓寬了學生的知識面，提高了學生獨立分析問題、解決問題的能力，是理論與實踐相結(jié)合的有益補充，同時為后期的畢業(yè)設計、就業(yè)及將來打下基礎。

7畢業(yè)設計環(huán)節(jié)的改革為了提高電氣專業(yè)學生的電力電子技術理論知識和工程實踐能力，近幾年來，在電氣工程及其自動化專業(yè)畢業(yè)實習過程中，除了到發(fā)電廠、變電所參觀實習外，有相當一部分學生到電力電子裝置的廠家實習；有時也請電力電子產(chǎn)品的專家學者做專題報告。在畢業(yè)設計選題方面，除了發(fā)電廠、變電所、繼電保護、電氣照明等傳統(tǒng)設計題目外，許多教師在本科畢業(yè)設計中也增加了許多有關電力電子技術方面的設計課目，如感應加熱電源、大功率開關電源、UPS電源、光伏逆變并網(wǎng)系統(tǒng)、SVC、SVG、高壓直流輸電等方面的題目。有些設計題目還獲得了省級或校級優(yōu)秀學士學位論文。

二、結(jié)束語

篇8

當前,電力電子作為節(jié)能、節(jié)才、自動化、智能化、機電一體化的基礎,正朝著應用技術高頻化、硬件結(jié)構(gòu)模塊化、產(chǎn)品性能綠色化的方向發(fā)展。在不遠的將來,電力電子技術將使電源技術更加成熟、經(jīng) 濟、實用,實現(xiàn)高效率和高品質(zhì)用電相結(jié)合。

1. 電力電子技術的發(fā)展

現(xiàn)代電力電子技術的發(fā)展方向,是從以低頻技術處理問題為主的傳統(tǒng)電力電子學,向以高頻技術處理問題為主的現(xiàn)代電力電子學方向轉(zhuǎn)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(fā)展先后經(jīng)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(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體復合器件,表明傳統(tǒng)電力電子技術已經(jīng)進入現(xiàn)代電力電子時代。

1.1 整流器時代

大功率的工業(yè)用電由工頻(50Hz)交流發(fā)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(nèi)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(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)與應用得以很大發(fā)展。當時國內(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體廠家就是那時的產(chǎn)物。

1.2 逆變器時代

七十年代出現(xiàn)了世界范圍的能源危機,交流電機變頻惆速因節(jié)能效果顯著而迅速發(fā)展。變頻調(diào)速的關鍵技術是將直流電逆變?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(tài)補償?shù)?。這時的電力電子技術已經(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 變頻器時代

進入八十年代,大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路技術的迅猛發(fā)展,為現(xiàn)代電力電子技術的發(fā)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(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)化的標志。據(jù)統(tǒng)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(fā)展不僅為交流電機變頻調(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)代電子技術不斷向高頻化發(fā)展,為用電設備的高效節(jié)材節(jié)能,實現(xiàn)小型輕量化,機電一體化和智能化提供了重要的技術基礎。

2. 現(xiàn)代電力電子的應用領域

2.1 計算機高效率綠色電源

高速發(fā)展的計算機技術帶領人類進入了信息社會,同時也促進了電源技術的迅速發(fā)展。八十年代,計算機全面采用了開關電源,率先完成計算機電源換代。接著開關電源技術相繼進人了電子、電器設備領域。

計算機技術的發(fā)展,提出綠色電腦和綠色電源。綠色電腦泛指對環(huán)境無害的個人電腦和相關產(chǎn)品,綠色電源系指與綠色電腦相關的高效省電電源,根據(jù)美國環(huán)境保護署l992年6月17日“能源之星"計劃規(guī)定,桌上型個人電腦或相關的設備,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 通信用高頻開關電源

通信業(yè)的迅速發(fā)展極大的推動了通信電源的發(fā)展。高頻小型化的開關電源及其技術已成為現(xiàn)代通信供電系統(tǒng)的主流。在通信領域中,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)變換成標稱值為48V的直流電源。目前在程控交換機用的一次電源中,傳統(tǒng)的相控式穩(wěn)壓電源己被高頻開關電源取代,高頻開關電源(也稱為開關型整流器SMR)通過MOSFET或IGBT的高頻工作,開關頻率一般控制在50-100kHz范圍內(nèi),實現(xiàn)高效率和小型化。近幾年,開關整流器的功率容量不斷擴大,單機容量己從48V/12.5A、48V/20A擴大到48V/200A、48V/400A。

因通信設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,且安裝、增加非常方便。一般都可直接裝在標準控制板上,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變換器將一個固定的直流電壓變換為可變的直流電壓,這種技術被廣泛應用于無軌電車、地鐵列車、電動車的無級變速和控制,同時使上述控制獲得加速平穩(wěn)、快速響應的性能,并同時收到節(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(開關電源), 同時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,開關頻率在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,要求電源模塊實現(xiàn)小型化,因此就要不斷提高開關頻率和采用新的電路拓撲結(jié)構(gòu),目前已有一些公司研制生產(chǎn)了采用零電流開關和零電壓開關技術的二次電源模塊,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)是計算機、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)換開關送到負載。為了在逆變器故障時仍能向負載提供能量,另一路備用電源通過電源轉(zhuǎn)換開關來實現(xiàn)。 現(xiàn)代UPS普遍了采用脈寬調(diào)制技術和功率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的引入,可以實現(xiàn)對UPS的智能化管理,進行遠程維護和遠程診斷。

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的變頻調(diào)速,其在電氣傳動系統(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)動交流異步電動機實現(xiàn)無級調(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)速技術應用于空調(diào)器中。至1997年,其占有率已達到日本家用空調(diào)的70%以上。變頻空調(diào)具有舒適、節(jié)能等優(yōu)點。國內(nèi)于90年代初期開始研究變頻空調(diào),96年引進生產(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。預計到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)速的壓縮機電機。優(yōu)化控制策略,精選功能組件,是空調(diào)變頻電源研制的進一步發(fā)展方向。

2.6 高頻逆變式整流焊機電源

高頻逆變式整流焊機電源是一種高性能、高效、省材的新型焊機電源,代表了當今焊機電源的發(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用前景。

逆變焊機電源大都采用交流-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電源的工作可靠性問題成為最關鍵的問題,也是用戶最關心的問題。采用微處理器做為脈沖寬度調(diào)制(PWM)的相關控制器,通過對多參數(shù)、多信息的提取與分析,達到預知系統(tǒng)各種工作狀態(tài)的目的,進而提前對系統(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。

國外逆變焊機已可做到額定焊接電流300A,負載持續(xù)率60%,全載電壓60~75V,電流調(diào)節(jié)范圍5~300A,重量29kg。

2.7 大功率開關型高壓直流電源

大功率開關型高壓直流電源廣泛應用于靜電除塵、水質(zhì)改良、醫(yī)用X光機和CT機等大型設備。電壓高達50~l59kV,電流達到0.5A以上,功率可達100kW。

自從70年代開始,日本的一些公司開始采用逆變技術,將市電整流后逆變?yōu)?kHz左右的中頻,然后升壓。進入80年代,高頻開關電源技術迅速發(fā)展。德國西門子公司采用功率晶體管做主開關元件,將電源的開關頻率提高到20kHz以上。并將干式變壓器技術成功的應用于高頻高壓電源,取消了高壓變壓器油箱,使變壓器系統(tǒng)的體積進一步減小。

國內(nèi)對靜電除塵高壓直流電源進行了研制,市電經(jīng)整流變?yōu)橹绷?采用全橋零電流開關串聯(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。在電阻負載條件下,輸出直流電壓達到55kV,電流達到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)變換器在投運時,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,網(wǎng)側(cè)三次諧波含量可達(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。濾波器由橋式開關功率變換器和具體控制電路構(gòu)成。與傳統(tǒng)開關電源的區(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)基準信號為電壓環(huán)誤差信號與全波整流電壓取樣信號之乘積。

2.9 分布式開關電源供電系統(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成果,組成積木式、智能化的大功率供電電源,從而使強電與弱電緊密結(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,對分布式高頻開關電源系統(tǒng)的研究基本集中在變換器并聯(lián)技術的研究上。八十年代中后期,隨著高頻功率變換技術的迅述發(fā)展,各種變換器拓撲結(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,使中小功率裝置的集成成為可能,從而迅速地推動了分布式高頻開關電源系統(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界的研究熱點,論文數(shù)量逐年增加,應用領域不斷擴大。

分布供電方式具有節(jié)能、可靠、高效、經(jīng)濟和維護方便等優(yōu)點。已被大型計算機、通信設備、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、電力機車牽引電源、中頻感應加熱電源、電動機驅(qū)動電源等領域也有廣闊的應用前景。

3. 高頻開關電源的發(fā)展趨勢

在電力電子技術的應用及各種電源系統(tǒng)中,開關電源技術均處于核心地位。對于大型電解電鍍電源,傳統(tǒng)的電路非常龐大而笨重,如果采用高頓開關電源技術,其體積和重量都會大幅度下降,而且可極大提高電源利用效率、節(jié)省材料、降低成本。在電動汽車和變頻傳動中,更是離不開開關電源技術,通過開關電源改變用電頻率,從而達到近于理想的負載匹配和驅(qū)動控制。高頻開關電源技術,更是各種大功率開關電源(逆變焊機、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。

3.1 高頻化

理論分析和實踐經(jīng)驗表明,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。所以當我們把頻率從工頻50Hz提高到20kHz,提高400倍的話,用電設備的體積重量大體下降至工頻設計的 5~l0%。無論是逆變式整流焊機,還是通訊電源用的開關式整流器,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)這一原理進行改造, 成為“開關變換類電源”,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)高頻設備固態(tài)化,帶來顯著節(jié)能、節(jié)水、節(jié)約材料的經(jīng)濟效益,更可體現(xiàn)技術含量的價值。

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,包括開關器件和與之反并聯(lián)的續(xù)流二極管,實質(zhì)上都屬于“標準”功率模塊(SPM)。近年,有些公司把開關器件的驅(qū)動保護電路也裝到功率模塊中去,構(gòu)成了“智能化”功率模塊(IPM),不但縮小了整機的體積,更方便了整機的設計制造。實際上,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重,對器件造成更大的電應力(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,它把一臺整機的幾乎所有硬件都以芯片的形式安裝到一個模塊中,使元器件之間不再有傳統(tǒng)的引線連接,這樣的模塊經(jīng)過嚴格、合理的熱、電、 機械方面的設計,達到優(yōu)化完美的境地。它類似于微

電子中的用戶專用集成電路。只要把控制軟件寫入該模塊中的微處理器芯片,再把整個模塊固定在相應的散熱器上,就構(gòu)成一臺新型的開關電源裝置。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力降至最低,提高系統(tǒng)的可靠性。另外,大功率的開關電源,由于器件容量的限制和增加冗余提高可靠性方面的考慮,一般采用多個獨立的模塊單元并聯(lián)工作,采用均流技術,所有模塊共同分擔負載電流,一旦其中某個模塊失效,其它模塊再平均分擔負載電流。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,也不會影響系統(tǒng)的正常工作,而且為修復提供充分的時間。 3.3 數(shù)字化

在傳統(tǒng)功率電子技術中,控制部分是按模擬信號來設計和工作的。在六、七十年代,電力電子技術完全是建立在模擬電路基礎上的。但是,現(xiàn)在數(shù)字式信號、數(shù)字電路顯得越來越重要,數(shù)字信號處理技術日趨完善成熟,顯示出越來越多的優(yōu)點:便于計算機處理控制、避免模擬信號的畸變失真、減小雜散信號的干擾(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、容錯等技術的植入。所以,在八、九十年代,對于各類電路和系統(tǒng)的設計來說,模擬技術還是有用的,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,離不開模擬技術的知識,但是對于智能化的開關電源,需要用計算機控制時,數(shù)字化技術就離不開了。

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(IEC)對此制定了一系列標準,如IEC555、IEC917、IECl000等。事實上,許多功率電子節(jié)電設備,往往會變成對電網(wǎng)的污染源:向電網(wǎng)注入嚴重的高次諧波電流,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世紀末,各種有源濾波器和有源補償器的方案誕生,有了多種修正功率因數(shù)的方法。這些為2l世紀批量生產(chǎn)各種綠色開關電源產(chǎn)品奠定了基礎。

篇9

[論文摘要]汽車是當前重要的交通工具，汽車的發(fā)明和汽車相關技術的發(fā)展極大地改變了人們的出行方式，加快了商品和人員的流通。

隨著汽車工業(yè)與電子工業(yè)的不斷發(fā)展，在現(xiàn)代汽車上，電子技術的應用越來越廣泛，汽車電子化的程度也越來越高。汽車技術與電子技術相結(jié)合催生出汽車電子技術概念。電子技術在現(xiàn)代汽車工業(yè)中的廣泛應用加快了電子汽車的發(fā)展趨勢，推動了汽車功能的多元化和便捷化。

一、汽車電子技術

現(xiàn)代電子技術與汽車工業(yè)的結(jié)合促成了電子汽車概念的誕生和實現(xiàn)，概括地來說當前的汽車電子技術主要包括：智能化集成傳感器：提供用于模擬和處理的信號，而且還能對信號作坊大處理。同時，他還能自動進行時漂、溫漂和非線性的自動校正，具有較強的抵抗外部電磁干擾的能力，保證傳感器信號的質(zhì)量不受影響；嵌入式微處理機已廣泛地應用與安全、環(huán)保、發(fā)動機、傳動系、速度控制和故障診斷中。軟件技術：隨著汽車電子技術應用的增加，對有關控制軟件的需求也相應增加，并可能要求進一步計算機聯(lián)網(wǎng)。因此，要求使用多種語言，并開發(fā)出通用的高水平軟件，以滿足多種硬件的要求。轎車上多通道傳輸網(wǎng)絡將大大地依賴于軟件；多通道傳輸技術，多通道傳輸技術的采用，對電子控制集成化的實現(xiàn)是十分必要和有效的。采用這種技術后，使各個數(shù)據(jù)線成為一個網(wǎng)絡，以便分享汽車中心計算機的信息。汽車車載電子網(wǎng)絡：汽車電子設備發(fā)展的一個重要趨勢是大量使用微處理機來改善汽車的性能。隨著電控器件在汽車上越來越多的應用，車載電子設備間的數(shù)據(jù)通信變得越來越重要。為了進一步提高行使的經(jīng)濟性，溫度及車速等信息必須在不同控制單元間交換。由此，以分布式控制系統(tǒng)為基礎構(gòu)造汽車車載電子網(wǎng)絡系統(tǒng)是很有必要的。集成化技術：汽車電子技術的一個發(fā)展趨向是功能集成化，從而實現(xiàn)更經(jīng)濟、更有效以及可診斷的數(shù)據(jù)中心。光導纖維：汽車電子技術的進步，已使各系統(tǒng)控制走向集中，形成整車控制系統(tǒng)。這一系統(tǒng)除了中心電腦外，甚至包括多達23個微處理器及大量傳感器和執(zhí)行部件，組成一個龐大而復雜的信息交換與控制系統(tǒng)等。

二、國內(nèi)汽車電子技術發(fā)展

電子技術在汽車工業(yè)中的應用加快了汽車技術的升級和突破，自20世紀80年代以來，汽車工業(yè)的長足發(fā)展，也是以電子技術（特別是計算機、集成電路技術）為動力而實現(xiàn)的。采用電子技術是解決汽車所面臨的諸多技術問題的最佳方案。因此一國電子產(chǎn)業(yè)的發(fā)展水平及其在汽車工業(yè)領域的應用情況決定了其在未來軌跡汽車行業(yè)競爭中的地位和影響力。目前，國產(chǎn)汽車的電子技術應用多數(shù)還處于初級階段。只有少數(shù)廠家，主要集中在一些中外合資和國內(nèi)較為先進的汽車生產(chǎn)廠家，開始將電子控制裝置應用在汽車工業(yè)中。國內(nèi)現(xiàn)在采用的電子裝置主要包括發(fā)動機的燃油噴射、電子點火控制、汽車安全性方面的安全氣囊，ABS等領域，而且多數(shù)為直接引進國外產(chǎn)品組裝，國內(nèi)科研院所目前有關汽車電子技術應用的研究也主要集中在發(fā)動機控制、電控懸架、ABS系統(tǒng)等幾個方面，在汽車的電子網(wǎng)絡化技術、GPRS導航及智能交通系統(tǒng)的研究等方面與國外還有一定差距。

三、現(xiàn)代電子技術促進汽車智能管理的發(fā)展

隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展和人民群眾對汽車工業(yè)要求的逐步提高，當前的電子技術在汽車工業(yè)領域里得到了很好較快較好的應用。汽車智能管理系統(tǒng)就是這一應用的重要體現(xiàn)。車輛智能管理儀（以下簡稱管理儀）硬件構(gòu)成主要由CPU，數(shù)據(jù)存儲器擴展電路、IC卡接口電路、GPS接收電路、光電隔離的輸入、輸出電路、數(shù)碼相機控制電路、指示燈、蜂鳴器及電源部分組成。采用GPS接收機接收衛(wèi)星的信號，經(jīng)過計算后可得出車輛所處的經(jīng)緯度、行駛速度、行駛方向等參數(shù)。管理儀還能夠采集與司機操作有關的數(shù)據(jù)，如剎車、遠光燈、近光燈、左右轉(zhuǎn)向燈、喇叭、霧燈、制動氣壓、車門開關等參數(shù)。管理儀根據(jù)預先設定的時間間隔和特殊事件的觸發(fā)，將有關數(shù)據(jù)保存入IC（Intelligent Card）卡中。根據(jù)這些數(shù)據(jù)，車輛管理部門就可以對車輛的歷史運行狀況進行檢查、管理，以確定車輛是否按照規(guī)定的要求運行。管理儀還能夠?qū)ψ罱?5次停車前，每次停車前50秒的所有信息進行詳細記錄，GPS數(shù)據(jù)的采集速度受GPS系統(tǒng)的限制，每秒鐘記錄1次，其他參數(shù)每隔0.2秒記錄一次。管理儀還具有數(shù)碼照相機的控制接口，可以根據(jù)外部觸發(fā)信號，對車內(nèi)的情景拍照。 轉(zhuǎn)貼于

汽車工業(yè)是高科技工業(yè)，汽車性能的每一步提升都伴隨著新技術、新工藝的運用。電子技術是21世紀推動經(jīng)濟發(fā)展和社會變革的重要技術之一，電子技術的發(fā)展及其在汽車工業(yè)領域的廣泛應用將有效提升汽車工業(yè)的發(fā)展水平。

參考文獻

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篇10

關鍵詞：GSM；室內(nèi)覆蓋；高層樓宇；優(yōu)化；解決方案

中圖分類號：TU97文獻標識碼： A

一、高層樓宇GSM網(wǎng)絡室內(nèi)覆蓋現(xiàn)狀

全球移動通信系統(tǒng)Global System for Mobile Communication就是眾所周知的GSM，是當前應用最為廣泛的移動電話標準。全球超過200個國家和地區(qū)超過10億人正在使用GSM電話。GSM標準的無處不在使得在移動電話運營商之間簽署"漫游協(xié)定"后用戶的國際漫游變得很平常。 GSM 較之它以前的標準最大的不同是它的信令和語音信道都是數(shù)字式的，因此GSM被看作是第二代 (2G)移動電話系統(tǒng)。 這說明數(shù)字通訊從很早就已經(jīng)構(gòu)建到系統(tǒng)中。GSM是一個當前由3GPP開發(fā)的開放標準。

隨著社會的日益發(fā)展，城市對土地的需求越來越大，高層建筑作為滿足人們對生存空間擴展的手段，越來越多地出現(xiàn)。隨之而來，人們對通信網(wǎng)絡的需求也越來越高，據(jù)統(tǒng)計，目前已有超過10億的用戶使用GSM電話，因此GSM網(wǎng)絡的穩(wěn)定至關重要。而在高層建筑中，室內(nèi)GSM網(wǎng)絡信號卻極為雜亂，存在較為嚴重的干擾，最終導致通話質(zhì)量差，根本不能滿足人們對通信網(wǎng)絡的需求。主要的原因是高層建筑物的低層，基站信號通常較弱，加之樓房結(jié)構(gòu)的復雜性導致信號的屏蔽甚為嚴重，致使一些區(qū)域覆蓋較弱甚至沒有覆蓋到。而在許多城市的中心區(qū)域 ，基站密度通常都比較大，平均站距小于 400m，致使高層建筑的中、高部分的室內(nèi)的信號非常雜亂，尤其是臨窗的位置，基站的信號通過直射、折射、反射等方式進入室內(nèi)，信號極不穩(wěn)定，同頻、鄰頻干擾嚴重。在這種環(huán)境下使用手機，使得信號極不穩(wěn)定，手機的通話質(zhì)量受到極大的影響，使得通話效果差甚至是通話中斷的現(xiàn)象。

二、GSM網(wǎng)絡高層樓宇室內(nèi)覆蓋解決方案

針對GSM網(wǎng)絡在高層樓宇室內(nèi)覆蓋中存在的問題，本文從兩方面進行解答。

（一）GSM網(wǎng)絡的優(yōu)化

1.信號源的提取

高層建筑的GSM網(wǎng)絡覆蓋存在信號不穩(wěn)定的現(xiàn)象，對此，建議以獨立小區(qū)作為室分信源小區(qū)，這樣有利于頻率的規(guī)劃、室分信號強度調(diào)整和參數(shù)的優(yōu)化，同時有利于室分系統(tǒng)的“減負”，因此，將室分系統(tǒng)改造成獨立信源小區(qū)意義十分重大。而對于高層建筑（高于20層），盡可能地采用多個獨立信號源，每個獨立信源只負責幾層樓，這樣臨窗區(qū)域的電平值和載干比就能進一步提高。

2.分布方式的選取

信號的分布方式有4種，分別為：

第一，無源天饋分布：其優(yōu)點很多，主要是造價低，易安裝，寬頻帶，故障率低，產(chǎn)生噪聲小且無源器件、無需供電?？梢哉f效率高且環(huán)保。但是其明顯的缺點是系統(tǒng)上設計復雜且當信號的損耗較大時需要加上干放。

第二，有源分布：與無源天饋分布相反，其明顯的優(yōu)點即是系統(tǒng)易于設計，場強均勻，在布線上較為靈活。其缺點也很明顯，成本交高，易產(chǎn)生噪聲積累，需要供電，易發(fā)生故障，頻段較窄。

第三，光線分布：光纖分布方式具有布線靈活、傳輸效果好和傳輸距離遠的優(yōu)點，但是造價較高。

第四：泄漏電纜分布：泄漏電纜分布方式具有頻段寬可兼容多個系統(tǒng)、場強分布均勻可控性高的優(yōu)點，其缺點是成本高且傳輸距離近。

通過以上論述克制，不同的信號分布方式有不同的優(yōu)缺點，要想獲得最佳的GSM網(wǎng)絡信號，就必須做到了解各種分布方式的特點，在不同的情況下選取合適的信號分布方式。

3.減少室外信號的干擾

高層樓宇臨窗位置易受室外雜亂信號的干擾，從而致使高層樓宇的信號不穩(wěn)定，因而需要減弱室外信號的干擾才能保障高宇信號得到優(yōu)化。解決的辦法是抑制越區(qū)信號的覆蓋，使之難以向越區(qū)基站切換。

（二）建立室分覆蓋體系

除了以上措施，保障高層樓宇室內(nèi)覆蓋的解決方案還需要建立室分覆蓋體系，建立室分覆蓋體系，首先要明確其基本流程，包括

準備市場協(xié)商設計安裝驗收運行維護

1.準備工作是整個工程的起點，總而言之便是技術人員通過對建筑內(nèi)的無線信號進行測試并依據(jù)信號強弱和人流量進行選點，一般選點的對象為室內(nèi)信號不好但是人流量又多的地方。如高層寫字樓或城市內(nèi)知名高層建筑，或者是商場、酒樓 、賓館等。

2. 市場工作則是指促成與業(yè)主的合作，最終達到覆蓋網(wǎng)絡的目的。

3.協(xié)商工作是指與業(yè)主簽訂相關協(xié)議書，明確相關責任，如物業(yè)管理等。

4.當雙方協(xié)定完成，則開始進行設計工作，設計工作是指室內(nèi)覆蓋系統(tǒng)的設計， 包括微蜂窩系統(tǒng) 、 傳輸系統(tǒng) 、室內(nèi)分布系統(tǒng) 、 電源系統(tǒng)四大模塊。設計中需要重點考慮的是信號源、場強分布、成本、傳輸及損耗等因素。

5.安裝工作指根據(jù)設計的室內(nèi)覆蓋系統(tǒng)進行施工和安裝。安裝過后即可進行工程的驗收和運行維護。

室分覆蓋體系的建立，對GSM網(wǎng)絡的發(fā)展具有深遠的意義，一個完善的體系使得GSM網(wǎng)絡的推廣和覆蓋過程中得到許多便利。

三、結(jié)語

從用戶觀點出發(fā)，GSM的主要優(yōu)勢在于用戶可以從更高的數(shù)字語音質(zhì)量和低費用的短信之間作出選擇。網(wǎng)絡運營商的優(yōu)勢是他們可以根據(jù)不同的客戶定制他們的設備配置，因為GSM作為開放標準提供了更容易的互操作性。這樣，標準就允許網(wǎng)絡運營商提供漫游服務，用戶就可以在全球使用他們的移動電話了。正如文中所分析，目前在高層建筑中，室內(nèi)GSM 網(wǎng)絡受到較為嚴重的干擾，為了使GSM網(wǎng)絡得到優(yōu)化，本文也提出了一些解決方案，包括兩方面，其一是從GSM網(wǎng)絡本身來考慮，著重從設計和技術方面對其進行優(yōu)化改良，另一方面是從室分覆蓋系統(tǒng)進行考慮，著重加強對GSM 網(wǎng)絡的覆蓋率。希望兩者在日后GSM網(wǎng)絡的發(fā)展中能夠得到并使之得到更好的發(fā)展。

參考文獻

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