電力電子基礎全文(5篇)

隨著計算機技術、仿真技術不斷地發(fā)展，計算機仿真軟件已經廣泛地應用到各個領域，如電氣工程、生物工程、機械工程等。本文將討論在電氣工程領域，計算機仿真軟件在電力電子技術教學中的具體應用。電力電子技術是電氣工程及其自動化、自動化等相關專業(yè)一門重要的專業(yè)基礎課，涉及到電力學、電子學和控制方面的內容，廣泛地應用于各個領域，如電力、交通、工業(yè)、航空航天、辦公自動化等，是理論內容豐富、實踐性較強和綜合性高的技術。電力電子技術是利用電力電子器件對電能進行高效變換的技術。學生在學習這門課程時，往往感覺很吃力。一方面，這門課程涉及到電路理論、模擬電子技術、數字電子技術、控制理論等相關的知識，抽象不直觀，學生缺乏興趣，難以理解；另一方面，對于這門課中涉及的電路計算復雜，求解困難，需要較好的高等數學基礎才可以解出。隨著計算機技術、仿真技術不斷地發(fā)展，以及計算機在各大高校的普及。各大高校已經把各種計算機仿真軟件應用到電力電子技術課程實際的教學當中，以解決電力電子技術教學中遇到的問題。

概述

上海電機學院電氣學院的龔建芳教授把Matlab/Simulink仿真軟件應用到電力電子技術課程的理論教學和實驗課程教學中（龔建芳.基于MATLAB的”電力電子技術”教學模式探討[J].中國電力教育,2013(16):63-65）。河北石家莊軍械工程學院車輛與電氣工程系的張晨光、安樹等人，利用Matlab的GUI工具設計用戶圖形界面，利用Simulink平臺建立電力電子技術實驗電路的仿真模型，再通過函數文件調用模型，完成電力電子電路參數的設置與仿真結果的輸送，最終將電力電子電路中各觀測點的波形顯示到用戶界面上，完成整個電力電子電路仿真實驗過程，建立了仿真實驗教學系統(tǒng)，并將該仿真實驗系統(tǒng)應用到教學中（張晨光,安樹,張素寧.基于Mat-lab的“電力電子技術”仿真實驗教學系統(tǒng)設計[J].高校實驗室工作研究,.2015(3):64-66）。陜西西安空軍工程大學防空反導學院的牛天林、爽波等人分析Matlab/Simulink仿真技術在電力電子技術課程教學中動態(tài)比較、疑難解答、系統(tǒng)認識、實驗拓展等環(huán)節(jié)的應用（牛天林,樊波,張強,趙廣勝.Matlab/Simulink仿真在電力電子技術教學中的應用[J].實驗室研究與探索,2015(2):84-87）。重慶科技學院電子信息工程學院的李鵬飛、葉文在探索教學創(chuàng)新過程中，提出了應用Matlab仿真技術與課堂理論教學相結合的教學模式。南京師范大學泰州學院機電系的孫紅艷等人對Multisim仿真軟件在電力電子技術教學的應用進行研究，并建立單相橋式可控整流電路模型進行仿真（王國強,孫紅艷.Multisim在電力電子技術教學改革實踐的應用[J].實驗科學與技術,2011(5):50-52）。南京工程學院自動化學院趙濤、張麗華等人對計算機仿真軟件PSpice在電力電子技術教學改革實踐中的應用進行了研究，并以三相橋式整流電路及Buck電路為例，建立電路仿真模型，仿真模擬（趙濤,張麗華,徐開蕓,等.PSpice在電力電子技術教學改革實踐中的應用[J].電力系統(tǒng)及其自動化學報,2009(6):123-127）。江蘇淮安淮陰工學院的陳萬等人利用Saber仿真軟件在電力電子技術課程教學改革中的應用進行研究，并以三相橋式全控整流電路為例，建立電路仿真模型，討論了觸發(fā)角和輸出波形間的關系，并研究了整流器故障對波形的影響。

1總結

綜上所述，上述所討論的計算機仿真軟件對學生學習電力電子技術促進作用。無論在理論知識學習，還是在實驗實踐學習方面。一方面，學生能夠通過仿真軟件搭建相應仿真電路進行仿真，就可以對電力電子器件的工作原理及其特性進行研究，如不可控型的電力二極管、半控型的晶閘管、全控型的絕緣柵雙極性晶體管（IGBT）。這對學生掌握電力電子開關器件的工作原理、特性、導通條件、關斷條件等相關知識有更為深刻的認識（王波.電力電子技術仿真項目化教程(第二版)[M].北京理工大學出版社,2016年3月）。其次，學生可通過仿真軟件搭建相應的電力電子變換電路，如DC-DC，DC-AC，AC-DC，AC-AC，進行仿真，然后通過觀察電力電子開關觸發(fā)脈沖的波形，電力電子開關電流、電壓的波形，變換電路輸出電流、電壓的波形以及學生想關注的各器件、各支路電流、電壓的波形，從而掌握各種電力電子變換電路觸發(fā)脈沖的特點及規(guī)律、電力電子開關導通的順序規(guī)律、變換電路工作原理和特點（王曉毛,鄧則名,馮垛生.在MATLAB中實現三相電壓型逆變器仿真[J].廣東工業(yè)大學報,2000(2):24-28）。還有，學生還可以通過搭建電力電子變換相應的控制電路模型進行仿真，以掌握電力電子控制電路的工作原理及特點。最后，學生還可以通過仿真軟件控制搭建完整的電力電子系統(tǒng)，對電力電子技術應用有更為深入理解和掌握（蘇海濱,王繼東.基于Simulink/MATLAB電力電子系統(tǒng)仿真設計[J].華北水利水電學院學報,2007(1):49-51）。

2結束語

計算機仿真軟件在電力電子技術教學中有重要的意義。無論是Saber仿真軟件，還是Multisim仿真軟件，還是Pspice仿真軟件，還是Matlab/Simulink軟件，在電力電子技術課程教學中，都能夠提高學生學習積極性、主動性與興趣，提高學生在電力電子電路設計能力，培養(yǎng)學生電力電子技術相關的實踐能力，促進教學質量的提高。同時，這些計算機仿真軟件也是學生在今后的電力電子技術學習深造中有利科學研究工具。

1.關于電力電子技術

所謂電力電子技術，即以電力作為作用對象的電子技術，是一門介于電力技術、電子技術以及控制技術之間的交叉性學科，涉及的知識領域范圍較廣，具有綜合性特征。

1.1電力技術

此項技術的應用具有多樣性，其主要利用電磁學原理來實現發(fā)電、輸配電等多方面的功能，研究內容主要有發(fā)電機、電動機、輸配電、變壓器、電力線路等等，通過使用這些用電設備來解決電能的輸送、生產以及調派問題等，因此對于電力技術而言，上述電力設備極為重要。

1.2電子技術

電子技術依賴電子學原理，是一門通過設計電子元件或設備以及創(chuàng)建一些具有特殊功能的電路，從而處理現實目的問題的學科，其處理對象為電子信號，常見處理方法包括：產生信號、放大信號、信號過濾、信號轉譯等等。此技術于上世紀初期左右問世，其后便迎來了飛速發(fā)展時期，是近現代科技進步的里程碑。

1.3控制技術

摘要：當今社會經濟不斷發(fā)展，我國的經濟體系越來越完備，各行各業(yè)的發(fā)展升級都取得了顯著的成績，工程收入在中國的經濟總額中也貢獻了很大一部分力量。為了讓電氣行業(yè)緊跟時展的潮流，在我國的電氣工程中加大應用電力電子技術的力度，有利于推動該行業(yè)可持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展。文章從電力電子技術的內容、發(fā)展情況、應用方面等進行了探究，力求尋找到適合電力電子技術應用的優(yōu)質措施。

關鍵詞：電子電力技術；電氣工程；應用

這幾年來，由于科學技術越來越發(fā)達，我國的電力電子技術也開始走向成熟和穩(wěn)定，應用范圍逐漸擴展，已經涉足的行業(yè)有工業(yè)、交通、國防等。電力電子技術主要的功能就是通過對電子設備的使用和轉換，用弱電子來引導強電力，實現電力之間的最大化效用。電力電子技術的應用包括但不限于電氣工程，現今在電動機和發(fā)電機領域也分得了自己的一杯羹，新領域的應用，還幫助了電能生產，提高了利用效果，節(jié)省了很大一部分能源，為中國的能源事業(yè)做出自己的貢獻，另一方面也可以提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性。

1電力電子技術的概念

電力電子技術已經成長為一種逐漸興起的技術，它主要是應用電子的零件來轉換和控制電力，常見的電力電子零件主要有閘管、高斯型軌道以及大功率半導體的開關零件等。電力電子技術能夠轉換的電能功率從1W甚至更小，一直到兆瓦或者更大，都是它可以實現控制的范圍，電力電子技術與信息電子技術有著很大的不同，信息電子技術是用來處理信息數據的，而電力電子技術則是用來轉換電力的。電力電子技術從實用角度分為兩種，分別是電力電子制造技術以及變流技術，變流技術包含的范圍比較廣泛，主要有整流、斬波、變頻以及逆變等。現如今的電氣工程專業(yè)以及自動化專業(yè)中，都有著電力電子技術的基礎專業(yè)課程，這給中國的電力事業(yè)培養(yǎng)了大量的人才。隨著電力電子技術的發(fā)展，已經將其分為電子學、電工原理、自動控制三門類目，并進行高效施行學習，由于電力電子技術有著強大的功率，因此日常主要給強電工業(yè)服務。電力電子技術主要分四大系統(tǒng)，即零件、電路、裝置和對應系統(tǒng)。由于零件多為半導體材料，主要的材料是單晶硅，因此，電子零件將半導體物理學作為了理論基礎，將半導體技術作為了主要技術[1]。

2電力電子技術的發(fā)展

隨著晶體管的發(fā)明，大家都認為固態(tài)的電子時代將要到來，發(fā)明了晶閘管就意味著電子技術逐漸走向更高的發(fā)展。這些年來，高端技術出現的越來越多，電力電子技術不斷發(fā)展，也開始得到了更多的應用機會。整體上來看，電力電子技術的發(fā)展主要分為以下3個時代階段[2]。

1電力電子技術的發(fā)展史

總而言之，現代電力電子技術的發(fā)展是從低頻技術到高頻技術處理問題為主的，從傳統(tǒng)電力電子技術向現代電力電子技術方向發(fā)展。當下，電力電子技術電力電子技術成為環(huán)保、節(jié)能、全自動化、智能化、機電一體化的基礎，正向著應用技術高頻化、產品性能綠色化、硬件結構模塊化的方向發(fā)展。

2電力電子技術對電力系統(tǒng)的重要作用

電力系統(tǒng)由輸配電路器、發(fā)電設備和伏在用電設備三大部分組成。電力系統(tǒng)是歷史上逐步擴建，直到聯網之后才發(fā)展起來的，是一個地域分布廣、設備眾多、運行參數相互影響且瞬變很快的大系統(tǒng)，其對于安全、經濟、高效、優(yōu)質的運行具有重大意義。隨著電力電子技術的發(fā)展，電力電子設備已經著手進入電力系統(tǒng)，并為解決電能控制提供了技術手段。據不完全估計，發(fā)達國家在用戶最終使用的電能中，有60%以上的電能不得不經過一次或者更多的電子變流裝置的處理。電力系統(tǒng)在面向社會現代化的進程中，電力電子技術就是關鍵技術之一?？梢圆环咆试~地說，如果脫離了電力電子技術，電力系統(tǒng)在如今的成就將不會如此。

3電力技術在電力系統(tǒng)中的應用

3.1電力系統(tǒng)的智能控制

電力系統(tǒng)的控制應用與研究在先前的40多年內，大體上可分為三個階段：以傳遞函數的單輸入、單輸出基礎的控制階段；以線性最優(yōu)控制、非線性控制及多臺電腦機器系統(tǒng)協調的控制階段；智能性的控制階段。智能控制是當今控制理論發(fā)展的新階段，基本上是用來解決和處理那些用傳統(tǒng)方法難以解決和解釋的復雜系統(tǒng)的控制問題；特別是用于具有強非線性、模型不確定性、需要很強適應性的復雜系統(tǒng)。所以說，智能控制在電力系統(tǒng)工程某些應用方面的前景與路線非常廣闊，在對其進行應用時，要由某些人工設置好的神經網絡加以協調和控制。

1“電力電子技術”教學內容改革

“電力電子技術”課程教學的基本框架還是以所選教材為基礎，但在具體內容上應當以讓學生認識該課程的用途與重要性為出發(fā)點進行設計，緊扣行業(yè)應用，提高學生的學習積極性與主動性。首先，注意開好頭，要重視緒論課的教學，如在介紹“1.3電力電子技術的應用”時應將重點側重到交通運輸和電子這一領域中，重點介紹電力電子技術在汽車與軌道車輛上的應用。針對新能源汽車專業(yè)學生可舉例介紹車輛能源系統(tǒng)的“骨架結構”，如油電混合動力汽車等新能源汽車的能量系統(tǒng)的基本結構圖與基本工作原理；針對城市軌道車輛專業(yè)學生介紹地鐵車輛的電源系統(tǒng)結構圖等等，緊緊抓住行業(yè)應用為起始點引發(fā)學生的興趣。另外針對電子裝置用電源可從大家時刻不離身的手機充電器說起，讓學生認識到電力電子技術無處不在，實用性很強，提高學生積極性。其次，隨著課程內容教學的深入，應繼續(xù)圍繞專業(yè)行業(yè)應用，將原來的“骨架結構”補充上“血肉”，即實際具體電路，進行內容的豐富。如介紹DC/DC變換時，可以將原先介紹的地鐵車輛電源系統(tǒng)中DC/DC的變流電路具體化，在知識認知的體系結構中進一步具體化，加深知識點的理解和印象。最后為提高學生對電力電子技術的關注度，提高學生資料收集與自學能力，一方面對部分內容調整為課后自學內容，要求學生利用網絡、圖書館等資源條件完成學習，如器件中IGCT、功率集成電路、脈寬調節(jié)電路等的相關內容將由學生進行資料收集并選擇部分主題由學生在課堂上給大家進行介紹，提高學習的相關性。另外一方面提供一些已經完成的電源板，讓有興趣的同學進行實際調試，在實踐中體會電能的變換與控制，實現“自主行走”。這些同學能在今后相關的實踐設計中有較好的基礎，且能幫助并帶動其他同學提高實踐能力。

2“電力電子技術”課程設計改革

“電力電子技術”課程應用性強，因此要求學生有較強的動手實踐能力。課程開設了6個學時的實驗，對學生來說實踐時間較少。因此率先在車輛工程專業(yè)新能源汽車專業(yè)方向開設了“汽車電力電子技術課程設計”課題，時間為一周，精選了“太陽能電動車SPWM控制逆變電路設計”、“車載逆變電源—推挽式直流變換電路設計”、“車載逆變電源—工頻逆變電路設計”等設計課題，要求學生通過課程設計能充分了解電力電子技術在汽車上的應用以及應用設計，要求學生“腳踏實地”進行電路方案論證比較，完成電力電子電路的參數計算、器件的選型、繪制電路原理圖等過程，掌握電力電子電路的設計，并能夠掌握電力電子器件常用的驅動電路設計，合理設計保護電路。同時對于電路原理圖要求采用EDA（電子設計自動化，ElectronicDesignAu-tomation）軟件進行繪圖，將學生所學的電力電子技術、自動控制技術、EDA技術等幾門課程在汽車電力電子技術課程設計中進行融合，提高學生的實際設計能力。對multisim實踐能力較強、學有余力的同學進一步指導其采用仿真手段（Matlab或者Multisim）進行仿真實習，論證設計結果。通過緊張而充實的課程設計，大部分的同學對電力電子技術在汽車上的應用有了進一步的認識，并對所學的相關課程進行貫通融合，充分了解所學專業(yè)課程之間的相互聯系，增強了對自身所學專業(yè)知識架構的認識，能夠熟練利用相關課程、相關技術手段進行電路設計，實現在專業(yè)知識架構中的“自由天地”。

3總結

課程教學內容和實踐環(huán)節(jié)改革在近三屆學生中的教學實踐證明，教學效果較好，學生學習積極性高，對專業(yè)的理解較以往有所加深。這也說明，教師教好一門課，需結合行業(yè)實際，應結合科學技術的實際情況適時適當地進行教學改革，要注重教學內容理論與實踐的結合，努力將學生培養(yǎng)成厚基礎、實踐強的應用型人才。

作者：顧新艷 單位：南京工程學院汽車與軌道交通學院