机电技术论文范文

导语：如何才能写好一篇机电技术论文，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。

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我国对先进工业技术的开发有法律保障，在《中华人民共和国节约能源法》、《高耗能特种设备节能监督管理办法》中明确规定：在工业生产应用中，大力支持节能减排技术的研发、创造、展示以及推广，为了降低能源的耗损比率；大力推广企业用高效率、高能源利用率的、锅炉、电动机、窑炉、泵类等工业设备，争取开创更加先进的工业检测和工业控制技术。然而，在具体实施过程中我们需要了解面临的挑战：

1.1对机械设备的危害与干扰

从机器自身结构来看，大部分空压机生产简单有明显的技术缺陷：输入的压力数大于一定值时，变频空压机会自动打开导致电动机空转，严重浪费电力资源并且损害机器本身，继而导致异步电动机的频繁启动和频繁暂停，降低电动机的使用寿命。变频空压机启动时需要很大的电流，对电网冲击较大，而且严重磨损了电器本身的转动轴承设备。电动机在运作的时候会产生很严重的噪音污染，电动机周围的工作环境比较恶劣，也对工作人员的健康产生不利影响，且以人为调节法来调节电动机的输出压力，运转效率低，严重浪费人力资源。

1.2对机械设备相关电器的危害

对变压器的危害表现在：加大铜损和铁损，使得变压器的温度升高，影响绝缘；引起电动机附加零件的发热，引发机器本身温度的额外升高；导致电容器组温度过热，增加中介电质的感应能力，严重的情况下可以损坏电力电容器组；对开关设备的危害，启动瞬间开关将会产生较大的电流变化，达到电压保险值直至绝缘体的破坏；在保护电气的时候，改变电器固有属性，引发电器动作紊乱；引发测量仪表的数据显示误差，降低数据精确度。

2变频技术在机电控制方面的策略

2.1基本思路

在世纪工业过程中对变频技术进行较为尖端的的软件和硬件设计，先根据传统空压机电动机的特点，全方位分析其耗能原因和工作特性，从而设计出变频技术调速、空气技术压缩、压力传感技术提升等控制方式，根据控制电路进行变频器的确定以及电器初始化的设计，控制方式要用矢量控制，详细分析矢量控制原理，对变频矢量进行仿真检查，科学地改变变频器的运行参数。另一方面，变换变频器的控斜参数。通过复合信号控制变频器的输入与输出，可以在容器的进口处增加电器使用流量信号记录，容器上增加电器压力信号，这样可以减少对机械设备的危害。

2.2具体策略

首先在系统线路中建立安装滤波器，过滤掉高次谐波的干扰信号。其次是屏蔽干扰源，这是抵御干扰行之有效的方法之一，具体做法是用钢管来屏蔽输出线路。再次是将电机正确接地，接地时要与其他的动力电器设备接地点分开。然后是对线路进行合理布局，电动机设备的信号线和电源线应该尽量避开变频器的输入和输出线，而其他设备的电源线和信号线也同样要避开变频器的输入和输出线，进行平行铺设。最后是合理使用电抗器，交流电抗器中的串联电路减弱了输入电路中电流对变频器的打击，而直流电抗器减弱了输入电流中的高次谐波。在设置之前，电动机电网中的高次谐波含量已达到40％，而安装了滤波器之后，高次谐波的含量降到了20.6％，特别是三到八次过后，已经低于标准含量值了。在变频器选择方面，需要学会优先考虑谐波含量低且携带滤波器和电抗器的变频工具。变压机电动机安装时，控制信号电缆和本身的动力电缆要有属于各自的架构线路的电缆结构，做好及屏蔽措施，禁止线路交叉或者架构紊乱，安装时两者要保持距离以及设立必要的防护措施，综合达到既发展工业经济又节能减耗的“双赢”效果。值得我们借鉴的是，国际上针对变频空压机电动机重新设计了空压机，将电机由传统意义上的单相电改为三相交流电，并且具有良好的调速性能。我国目前大量生产和应用的空压机电动机，如果要持续发展就必须要开发出单相电机的变频器。最后对改造之后的空压机电动机进行相关的数据计算，并进行成本分析，验证是否能够让改造后的空压机更加有效地节省能源。

3结束语

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发电机提供磁场功能的就是励磁系统，它可以有效的同步发电机与电力系统，发电子转子绕组可以直接从励磁系统获取直流电。励磁系统的交直流转换变压器为励磁系统生成直流电，这个变压器连接着发电机的出口，交流电转换为直流电时，电势产生，有效的支持变压器的启动，由此可见，发电机同步的维持以及发电机或输出无功率都深受励磁系统的。励磁电流的突变会有很多的连锁反应，无功功率输出会变高，然后导致过高的工作电压；反之，工作电压降低，甚至会出现不同步的情况。

自动电压调节的方式中，励磁系统会在输出吸收电力系统中的无功功率的同时将电压始终保持在最正常的范围内。发电机的保护者就是励磁控制，它排除发电机不允许的工况，从而控制不稳定运行在发电机系统中产生，对发电机起到相应的保护功能。

2发电机静态稳定性

发电机静态稳定性会在某些情况下受到一定的影响，例如：线路在电厂输电到负荷中心之间过少，当远端发电厂和负荷中心这两个电压向量之间的夹角达到90b或以上时，系统间会降低传输的电能可能性，震荡也会出现在电力系统中，并可能有几个孤网被解列。

如果故障导致发电厂或者负荷中心之间的线路断开，两点之间的电抗就会增加到一个能够提供传输却不能维持同步的最大电能点。发电机一系列的不同部会在震荡的状态下因刺激的跳动而引起。负荷中心同远端的电厂之间的输电线路的电抗会因系统间的断路而增加，这就导致同时出现电势衰减、与静态稳定、不稳定等种种现象。

3失磁保护

各个系统按部就班，共同协调合作才能使发电机的保护和控制协调得以实现，失磁保护的完成需要与电机容量、静态稳定和欠励限制相协调。发电机在欠励工况下运行需要经由失磁保护将状态设为允许。要及时对发电机的失磁现象进行检测，以避免因失磁或部分失磁给发电机或其他电力部分带来严重的损失。电磁失磁之后，会引起转子、阻尼提高温度，也大大提高了故障发生的概率。供给发电机磁场绕组的直流供电短路、磁场绕组短或励磁系统的断路器断开都可能引发发电机失磁。目前，较常用来检测发电机失磁的是阻抗继电器。

4结束语

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1．1采取措施完善水利工程机电技术标准

为推动水利工程健康发展，要求对水利工程是机电技术相关的部门或相关企业标准进行明确统一，确保标准规范性与通用性，从而在标准上避免设备通用性不足或难以应用问题。加强行业与行业之间的有效联系，组建机电技术行业交流有效机制，在执行标准的基础上，有力推动机电技术快速发展。

1．2加强跨行业及部门协调，构建有效管理机制

政府部门应充分重视机电技术管理问题，组织机电技术各行业及部门，依据实际构建出完善的管理机制，确保各行业机电技术应用在统一机制基础上有序进行。为确保机电大型设备设计及制造应用性，应综合考虑行业需求，综合全面研究，确保机电技术设备运行的安全性与可行性。设置专业的管理机构，对水利工程项目中的机电技术应用进行有效管理。

1．3对水利工程机电技术应用进行检测与评估

在水利工程建设中，为确保机电技术应用及整体工程安全性，要求对其工程进行安全性检测与评估。依据机电技术标准，从全局出发综合考虑实际，有效贯彻综合标准，对其机电技术设计、建设及运行进行监测与评估。此外，还应落实国际化标准，考虑到部分水利工程中机电设备存在着进口现象，要求在推行国家相关标准的同时，综合考虑国际化标准要求，提高标准设置，有助于推动我国机电技术发展水平，推动我国机电设备制造水平，实现其整体效益。

2水利工程中机电技术未来发展趋势展望

2．1智能化趋势

智能化属于现代科学技术发展的重要特征之一，其未来机电技术发展的重要方向。在机电技术中实现智能化，可以实现对人类认知及判断等有效模拟，让机电技术及相关设备具备一定思考能力、判断能力与决策能力，配置相关数据库，通过收集数据与分析数据以实现其智能化操作。机电技术智能化，可以让其相关设备完成一定的工作，尤其是在处理风险性较高，难度较大的问题时其作用更为突出，随着信息处理水平的不断提高，机电技术智能化发展更为突出。

2．2网络化趋势

网络技术与计算机技术普及，让其成为了人们生活的重要部分，网络技术的快速发展与应用，让其广度及深度不断扩展。水利工程机电技术网络化发展是其未来发展的重要表现，尤其是网络化技术的应用，可以极大加快机电技术信息收集与信息处理效率，为信息交流提供更好平台。应用网络技术，还可以实现对机电设备运行状况的远程监控，为实现无人监督奠定技术基础。

2．3系统化趋势

随着机电技术的快速发展，机电产品与人类之间的联系越发紧密，实现系统化一体化势在必行。机电技术实现系统化，有助于机电技术运行安全性、可靠性的有效实现，系统性管理优势凸显。依据特定生物构造，研究出新的机体，推动机电技术向生物系统化方向进步，以实现更加的发展效果。

2．4环保化趋势

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1.1在现代机械制造业中的应用传统机械制造业是建立在规模经济的基础上，靠企业规模、生产批量、产品结构和重复性来获得竞争优势的，它强调资源的有效利用，以低成本获得高质量和高效率，其生产盈利是靠机器取代人力，靠复杂的专业加工取代人的技能来获取的。先进的机械制造业是以信息为主导，采用先进生产模式、先进制造系统、先进制造技术和先进组织管理形式的全新的机械制造业，其特征是全球化、网络化、虚拟化、智能化以及环保协调的绿色制造。现代制造业集成了现代科学技术的发展，充分利用电子计算机技术，使制造技术提高到新的高度。近年来，制造工程领域的新技术相继诞生，如计算机数字控制、现代集成制造系统、柔性制造技术、敏捷制造、虚拟制造、并行工程等。

1.2在饮料行业中的应用机电一体化技术是当今发展最快、应用前景最为广泛的技术之一。机电一体化技术在食品、饮料包装机械的开发、设计和制造过程中的应用。不仅使单机的自动化程度大大提高，而且使整条包装生产线的自动化控制水平、生产能力得到很大提高，使其竞争能力远远超过传统的机械控制的同类设备。可以大大改善食品饮料包装生产设备产品的质量，提高其国内、国际竞争能力。

1.3在钢铁企业中的应用

1.3.1计算机集成制造系统(CIMS)钢铁企业的CIMS是将人与生产经营、生产管理以及过程控制连成一体，用以实现从原料进厂，生产加工到产品发货的整个生产过程全局和过程一体化控制。

1.3.2现场总线技术(FBT)现场总线技术是连接设置在现场的仪表与设置在控制室内的控制设备之间的数字式、双向、多站通信链路。采用现场总线技术取代现行的信号传输技术就能使更多的信息在智能化现场仪表装置与更高一级的控制系统之间在共同的通信媒体上进行双向传送。

1.3.3交流传动技术随着电力电子技术和微电子技术的发展，交流调速技术的发展非常迅速。由于交流传动的优越性，电气传动技术在不久的将来由交流传动全面取代直流传动，数字技术的发展，使复杂的矢量控制技术实用化得以实现，交流调速系统的调速性能已达到和超过直流调速水平。交流传动系统在轧钢生产中一出现就受到用户的欢迎，应用不断扩大。

1.3.4开放式控制系统“开放”意味着对一种标准的信息交换规程的共识和支持，按此标准设计的系统，可以实现不同厂家产品的兼容和互换，且资源共享。开放控制系统通过工业通信网络使各种控制设备、管理计算机互联，实现控制与经营、管理、决策的集成，通过现场总线使现场仪表与控制室的控制设备互联，实现测量与控制一体化。

1.3.5分布式控制系统(DCS)分布式控制系统采用一台中央计算机指挥若干台面向控制的现场测控计算机和智能控制单元。利用计算机对生产过程进行集中监视、操作、管理和分散控制。分布式控制系统与集中型控制系统相比，其功能更强，具有更高的安全性，是当前大型机电一体化系统的主要潮流。

2机电一体化技术的发展趋势

2.1智能化智能化即要求机电产品有一定的智能，使它具有类似人的逻辑思考、判断推理、自主决策等能力。例如在CNC数控机床上增加人机对话功能，设置智能I/O接口和智能工艺数据库，会给使用、操作和维护带来极大的方便。随着模糊数学、神经网络、灰色理论、心理学、生理学和混沌动力学等人工智能技术的进步与发展，为机电一体化技术发展开辟了广阔天地。

2.2数字化微控制器和接口技术的发展奠定了机电产品数字化的基础，如不断发展的数控机床和机器人；而计算机网络的迅速崛起，为数字化设计与制造铺平了道路，如虚拟设计、计算机集成制造等。数字化要求机电一体化产品的软件具有高可靠性、通用性、易操作性、可维护性、自诊断能力以及友好人机界面。数字化的实现将便于远程控制操作、诊断和修复。

2.3模块化是一项重要而艰巨的工程。由于机电一体化产品种类和生产厂家繁多，研制和开发具有标准机械接口、动力接口、环境接口的机电一体化产品单元模块是一项复杂而有前途的工作。如研制具有集减速、变频调速电机一体的动力驱动单元；具有视觉、图像处理、识别和测距等功能的电机一体控制单元等。这样，在产品开发设计时，可以利用这些标准模块化单元迅速开发出新的产品。从而避免利益的冲突，并能使之标准化、系列化。

2.4网络化网络技术的兴起和飞速发展给社会各个领域带来了巨大变革。由于网络的普及，基于网络的各种远程控制和监视技术方兴未艾。而远程控制的终端设备本身就是机电一体化产品，现场总线和局域网技术使家用电器网络化成为可能，利用家庭网络把各种家用电器连接成以计算机为中心的计算机集成家用电器系统，使人们在家里可充分享受各种高技术带来的好处，因此，机电一体化产品无疑应朝网络化方向发展。

2.5自源化自源化是指机电一体化产品自身带有能源，如太阳能电池、燃料电池和大容量电池。由于在许多场合无法使用电能，因而对于运动的机电一体化产品，自带动力源具有独特的好处。

2.6人性化人性化是各类产品的必然发展方向。机电一体化产品除了完善的性能外，还要求在色彩、造型等方面与环境相协调，使用这些产品，对人来说更自然，更接近生活习惯。

2.7微型化微型化是机电一体化向微型机器和微观领域发展的趋势。微机电系统是指可批量制作的，集微型机构、微型传感器、微型执行器以及信号处理和控制电路，直至接口、通信和电源等于一体的微型器件和系统。微机电系统产品体积小、耗能少、运动灵活，在生物医疗、信息等方面具有不可比拟的优势。

2.8绿色化工业发达给人们的生活带来巨大变化，在物质丰富的同时也带来资源减少、生态环境恶化的后果，所以绿色产品概念在这种呼声中应运而生。绿色产品是指低能耗、低材耗、低污染、舒适、协调而可再生利用的产品。在其设计、制造、使用和销毁时应符合环保和人类健康的要求，机电一体化产品的绿色化主要是指在其使用时不污染生态环境，产品寿命结束时，产品可分解和再生利用。

3结束语

随着机电一体化技术的发展，各种产品与装置实现了机电一体化，有利实现整体优化，提高产品质量和生产效率，缩短开发新产品的生产准备周期，加速科技成果向商品转化，有利推动传统产业发生深刻变革，同时，随着新产品的研发及高精密等设备的发展，要求新一代机电一体化技术、产品及系统朝着高性能、智能化、系统化以及轻量化、微型化方向发展，从而为国家带来更大的经济效益与社会效益。

摘要：随着科学技术日益走向整体化、交叉化和数字化以及微电子技术信息技术的迅速发展，机电一体化技术的应用也越来越广泛。本文对机电一体化技术的应用进行阐述，并对其发展进行探究。

关键词：机电一体化应用发展

参考文献：

[1]袁中凡.机电一体化技术[M].北京:电子工业出版社.2006.

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1.1维持生产系统的正常运行。

机电设备在煤矿生产过程中是一个不可缺少的设备，如果机电设备不能保持良好的运行状态，会使得整个煤矿企业都无法正常的运转，所以在工作的过程中，保证设备维修和管理的质量，才能更好的提高生产系统的性能，使得整个生产过程都更加的顺畅。

1.2保证煤矿企业的安全生产。

煤矿生产的过程中面临着比较大的安全风险，如果在这一过程中不能对设备进行有效的管理，就有可能会出现比较严重的安全事故，这样一来不仅会给企业造成十分严重的经济损失，还有可能造成人员伤亡，后果不堪设想。所以，加强设备维修和管理能够很好的减少安全隐患，进而也就减少了安全事故的数量，同时也保证了煤矿企业自身的发展水平，使得生产的安全性大大提升。

1.3提高煤矿企业的综合效益。

在煤矿企业运行的过程中，不断的提高设备维修的质量和水平可以有效的减少安全事故发生的概率，这样也就使得企业不需要为安全事故买单，在保证了煤矿企业生产顺利进行的同时，提高了煤矿企业的经济效益和社会声誉。

2煤矿机电设备维修技术管理的现状

尽管煤矿企业都认识到加强机电设备维修技术管理的重要作用，并采取相关的策略加强这方面的工作，然而由于受到多方面因素的影响，维修技术管理工作中仍然存在着一些问题，主要包括以下几个方面：

2.1信息反映不及时。

针对这一问题，其表现也是比较多样的，在设备的设计、制造、维修和管理上并没有形成一个联动的机制，在设备运行的过程中出现了问题也采取消极对待的态度，出现了问题也不及时的向领导进行汇报，这样设备就迟迟的得不到维修，设备有可能完全无法使用，影响了企业正常的生产流程。

2.2过剩检修的存在。

机电设备定期进行检修可以及时的发现设备存在的故障，但是在检修的过程中也是存在这一定问题的，因为设备磨损的状况一直都处在变化的环境当中，所以和运行的时间和检修的时间也有一定的冲突，在检修中也存在着频率较高的情况，这种情况不仅耗费大量的资金和精力，同时设备频繁拆卸对其自身的性能也不是很好。

2.3事后维修不彻底。

机电设备在运用一段时间之后就会出现一些故障，但是现在所掌握的技术还不能对故障起到有效的预防作用，只能在问题出现之后对其进行维修和处理，这种措施显得过于被动，这样也就使得相关的措施是很难得到完善和补充的。

2.4监控设备控制不力。

在一些煤矿生产企业当中，已经建立起了设备监控系统，但是在实际的生产中，关注的重点一直都是旋转设备的监测和控制，但是疏于对其他设备的管理，这样一来，技术人员就无法对设备进行有效的维修，这样一来也使得很多设备都得不到及时的维修和处理。

2.5组织结构不合理。

在机电设备维修和管理的过程中，监控部门和维修部门完全是处在两个层次当中的，同时二者之间并没有建立一个非常有效的联系，再加上其在实际的工作中，信息误发实现共享和交流，这样也就使得设备维修不足或者是设备维修过于频繁的现象时有发生。

3煤矿机电设备维修技术管理的对策

为了应对当前煤矿机电设备维修技术管理存在的问题与不足，保证设备的正常运行，提高煤矿企业的综合效益，笔者认为将来在实际工作中可以采取以下相关策略。

3.1建立完善的设备维修体系。

在设备维修过程中，应该根据设备的运行状况和故障的种类来选择合适的维修方式，维修方式不同，所使用的成本、产生的效益往往不同，因此，应该在同一个煤矿企业当中实行多种维修方式，不断完善设备维修体系。对于故障的类型不同才，采用的维修方式也往往不同，这样更有利于对故障和排除和维修效率的提高。

3.2促进维修管理工作信息化。

在煤矿企业机电设备维修中，其信息类型多种多样，信息统计量大，并且处理比较困难。随着现代生产模式在煤矿企业当中的运用，传统的机电设备维修技术不能适应煤炭企业的实际，限制了管理水平的提高，因此必须实现维修技术管理工作的信息化，运用先进的信息技术提高维修技术管理水平。3.3改进维修技术管理的方式。在实际工作中，要更加注重对设备使用和设备维修的管理，保证设备处于良好的性能，提高设备的使用效率。煤矿企业应该高度重视设备的使用和维修，提高维修管理人员的素质，做好保养和维护工作。并根据相关的维修理论、机电设备的特征、工作环境等等，做出正确的维修决策，健全相关制度，督促维修管理人员积极履行自己的职责，形成完善的维修技术管理方式，促进各项工作有序进行。

3.4积极推行绿色的维修方式。

绿色维修是现代设备维修的新方式，它有利于提高资源利用效率，增强对环境的保护。这就要求在维修实际工作中，不仅要做好对设备的维修，保证其处于良好的性能，还应该尽可能减少维修过程中产生的废弃物，降低对环境的损害，提高资源的利用效率，以达到最佳的维修效果。

3.5重视对使用和维护的管理。

在煤矿开采实践中，劳动者的素质还相对比较低，业务技能不高，这不仅影响了对机电设备的使用，也给设备的维修带来了困难。此外，如果对设备的管理和维护不善，往往会影响设备的正常运行，留下安全隐患。因此，必须重视对使用和维护的管理工作，减少设备的故障，保证设备处于最佳的工作状态。

3.6完善维修技术管理责任制。

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数学模型诊断技术是基于数学知识发展而来的诊断技术，同时，融合了动态检测技术及传感器技术。通过分析与处理采集的机电设备参数，实现对故障的诊断。该种技术应用的关键在于能够建立科学、合理的数学模型，才能确保故障诊断的高效性与有效性。

2智能诊断技术

智能诊断技术从本质上来讲属于特征比较技术，通过对人脑的模拟，对故障信息进行采集、分析与处理。该种技术的重点在于建立完善的机电设备故障特征数据库，当机电设备出现故障后，将其与数据库中的信息进行对比以实现对故障的诊断。目前来看，神经网络系统以及专家系统是比较常用的机电设备故障诊断技术。

3矿山机电设备故障诊断技术应用注意事项

仅仅掌握矿山机电设备故障诊断技术，还不能确保机电设备处于最佳的工作状态，最重要的还应能够注意应用时的事项，以充分发挥不同诊断技术优势，完成对机电设备故障的诊断与分析，为提高故障排除效率提供有力的支撑。那么矿山机电设备故障诊断技术应用应注意哪些问题呢？接下来进行详细的探讨。

3.1重视矿山机电设备日常故障检测

研究发现，矿山机电设备应用过程中很多故障的产生多由日常检测疏忽引起，因此，为及时发现机电设备故障，防止故障的进一步蔓延，应加强对其日常检测的重视。首先，制定详细的日常检测工作制度，明确对机电设备日常故障检测的工作细节，尤其应根据矿山技术人员实际情况，将相关的日常检测工作落实到个人，确保日常检测工作的顺利实施；其次，建立科学的日常故障检测工作机制。调查发现，部分技术人员依据相关工作制度，履行了日常检测的职责，但由于工作机制不科学，导致故障不能及时上报给上级部门，致使机电设备带病运转的情况较为常见，使机电设备发生重大故障带的机率大大提高；最后，加强诊断技术人员日常故障检测的思想教育。技术人员是矿山机电设备故障诊断的主要负责者，其职业素养的高低，会给机电设备故障诊断工作产生直接影响。因此，矿山开采单位应定期组织技术人员开展思想教育工作，使每一位技术人员提高对故障诊断工作重要性的认识，不断提高技术人员职业素养，从而能够在工作中自觉履行职责，确保矿山机电设备日常故障检测工作的圆满完成。

3.2注重重要矿山机电设备故障诊断

矿山开采中有很多比较重要的机电设备，例如高压异步电动机、采煤机、矿井提升机等，这些设备一旦出现故障，会严重影响矿山开采进度及产量，因此，对矿山机电设备故障诊断时应分清主次，借助专门的故障诊断技术，加强对重要机电设备的故障诊断。首先，要求技术人员不断学习重要机电设备的工作原理，总结重要机电设备常见故障，从而采取针对性故障诊断技术，以提高故障诊断有效率；其次，灵活运用多种故障诊断技术。一些重要的矿山机电设备处于较为复杂的工作环境中，引发故障的因素多而复杂。有时仅仅采用一种故障诊断技术很难对故障位置进行准确定位，这就要求技术人员能够熟练应用不同机电设备故障检测技术，以在最短的时间内定位故障；最后，不断进行总结与反思。技术人员应时常结合自身实践，不断总结与反思机电设备故障诊断技巧，总结出适合自身的一套有效的故障诊断方法，提高自身机电设备故障诊断水平。

4结语

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职业学校机电技术应用专业应当结合社会的实际发展需求，及时更新理论教学内容，使学生学习和掌握最新的专业理论知识，提高学生专业技能。在具体实践中，职校可采取“请进来”与“走出来”的方式推动理论教学改革。对于“请进来”而言，职校可聘请一些在大型机械企业或相关专业协会的工程师、技师，到本校进行授课，向学生传授最新的理论知识，通过将专业教学内容与自身实践经验相结合，激发学生的学习兴趣。对于“走出去”而言，职校应当选派专业课教师去相关企业进行学习和实践，使专业课教师掌握先进的生产技术，及时收集机电技术应用专业的新信息，并将这些新知识和新信息传授给学生，拓展学生的知识面。

2构建理实一体化教学模式

以“机床故障检测与维修”专业课程为例，教师可采取项目教学法、现场教学法、仿真教学法、案例教学法等多种教学方法，使教、学、做融为一体，让学生在学中做、做中学，构建理实一体化教学模式，积极推动理论教学改革。教师可根据专业课程的特点，将其划分为四个项目及若干个任务，具体如下：项目一：机床的管理与维护。主要任务为车间的6S管理与机床的检查、机床精度测量与验收；项目二：机床机械部件的调整与维修。主要任务为进给部件的调整与维修、主轴部件的调整与维修、重要辅助部件的调整与维修；项目三：机床典型故障的诊断与维修。主要任务为螺纹车削误差故障维修、机床系统故障维修、轴类零件加工误差故障维修、机械手换刀故障维修、辅助装置故障维修等；项目四：数控机床故障诊断与维修。主要任务为数控机床方式选择功能的故障维修、通信功能故障维修、冷却功能故障维修、进给倍率功能故障维修等。通过进行基于工作过程的实战训练，既能够使学生在实际操作中掌握机床故障检测与维修的相关理论知识，又能够使学生具备拆装调整机床机械部件与诊断排除机床机械故障的技能，提高学生运用理论知识解决实际问题的能力。

3运用多样化的教学手段

在机电技术应用专业的理论教学中，教师必须转变传统的填鸭式教学方式，灵活运用多媒体教学手段，将专业课程中涉及到的原理图、零件图、装配图、程序图、电路图等内容制作成多媒体课件，以供课堂教学使用。通过运用多媒体教学手段，可以有效弥补传统教学手段的不足，节省课堂板书时间，使枯燥、抽象的理论知识易于理解和记忆，从而提高学生对专业课程理论知识的学习效率。同时，职校还可以利用网络信息技术，将专业课程的相关教学资料上传到校内网络平台上，使学生能够利用课下时间复习和巩固已学的理论知识，拓宽学生的学习渠道。

4结束语

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关键词：机电一体化技术煤矿应用发展趋势

一、概述

机电一体化技术就是机械、计算机、信息处理和自动控制技术综合运用的复合技术，是微电子技术向传统机械工程渗透而形成的融合机械工程、电气工程、计算机技术、信息技术等为一体的新兴综合技术。机电一体化技术顺应了当今科学技术发展的规律，显示了强大的生命力。由于煤炭生产是将数百、数千万吨煤炭从地层深处采掘、运送到地面，因此需采用大量的机电设备才能实现这一目标，而机电一体化煤矿产品则是实现高产高效的最好选择。机电一体化将机械与电子技术融为一体，使物流、能流、信息流融为一体。

二、机电一体化技术在煤矿中的主要应用

2.1机电一体化技术在提升机中的应用矿井提升机是目前煤矿机电一体化、自动化水平最高的设备，全数字化交直流提升机。尤其是内装式提升机，从结构上将滚筒和驱动合为一体，机械结构大大简化，充分体现了机械-电力电子-计算机-自动控制的综合体。而全数字化提升机高度可靠，采用总线方式，大大简化了电器安装，此外，硬件配置简单，互相兼容。“九五”期间，国产数字化直流提升机已成为煤矿提升机的首选机型。我国研制成功的具有自主知识产权的全数字化提升机，其核心部分ASCS是由双CPU构成的计算机系统，其性能先进、操作简便、准确可靠。此外，我国还应用SIMADYND和S7研制成功了第一台交-交变频器供电的交流提升机。目前，最大装机容量已达到5000kW，主、副井提升机可做到全自动化，不需要专门的绞车司机。

2.2机电一体化技术在采煤机中的应用电牵引采煤机是机电一体化技术在采煤机的一个典型应用。与液压牵引相比，它具有一下特点:①良好的牵引特性:可以在采煤机前进时提供牵引力，使其克服阻力移动，也可以在采煤机下滑时进行发电制动，向电网反馈电能。②可用于大倾角煤层:牵引电动机轴端装有停机时防止机器下滑的制动器，因为它的设计制动力矩为电动机额定转矩的1.6～2.0倍，所以电牵引采煤机可用在40°~50°倾角的煤层，而不需要其它防滑装置。③运行可靠，使用寿命长，电牵引和液压牵引不同，前者除电动机的电刷和整流子有磨a损外，其它元件均无磨损，因此工作可靠，故障少，寿命长，维修工作量小。④反应灵敏，动态特性好:电控系统能及时调整各种参数，防止采煤机超载运行。⑤结构简单、效率高:电牵引采煤机机械传动结构简单、尺寸小、重量轻，电能转换为机械能只做一次转换，效率可达99%，而液压采煤机的效率只有65%-70%左右。

1991年煤炭总院上海分院与波兰玛克公司合作，研制成功我国第一台采用交流变频调速MG344-PWD型薄煤层强力爬底板电牵引采煤机以来，我国的电牵引采煤机有了较快的发展。国内上海天地公司、太原矿山机械厂、西安煤机厂、鸡西煤机厂等都生产交流变频和直流电牵引采煤机，而且得到了广泛的应用。经过近20年的研制开发，我国的电牵引采煤机一逐步走向成熟，为煤矿生产技术的进步起到了积极的推动作用。

2.3机电一体化技术在带式输送机中的应用带式输送机由于长距离连续输送、输送量大、运行可靠、效率高和易于实现自动化等特点，已成为我国煤矿井下原煤输送系统的主要运输设备。因此，成为近几年来机电一体化技术的研究重点。目前主要采用机、电、液一体化的CST可控软启动装置。它是一种专门为平滑起动运送大惯性载荷，如煤炭或金属矿石的长距离皮带运输机而设计的软驱动装置。一条皮带运输机可以由一台或几台CST驱动。由于尚未解决动态分析和在线监控技术以及启动延迟技术，我国带式输送机的中间驱动点不能不知过多，一般为3点驱动，这样就限制了输送机的单机长度和运量。而且，输送机的监控设备功能少、可靠性较差、灵敏度和寿命都较低，和发达国家相比存在显着的差距。

2.4其他煤矿机电一体化装置液压支架则向电液控制方向发展，将计算机技术与液压控制有机结合，实现定压双向邻架或成组自动移架，避免对顶板和支架产生冲击载荷。我国神华集团大柳塔矿采用从德国和美国引进的电液控制的支架，移架速度为6～8s/架，最快的移架速度达3s/架。电液控制装置还可检测支架的工作状态。

煤矿供电的特点是供电要可靠，质量要高，能满足大功率设备的要求。因此应该推广节能型产品。高压开关柜采用维护量小，使用寿命长的真空开关。采用集中补偿和就地补偿相结合的办法提高功率因数，减少供电系统无功电流，减少无功功率损耗。目前高、低开关柜普遍采用了“微机保护”，具备网络功能，可以实现远程遥控、遥测、遥信和遥调。

三、煤矿机电一体化技术应用的发展趋势

我国自造的煤矿机电一体化设备都具有智能化、程序化、信息化的特点，以及设备体积小、操作、维护方便、保护齐全、性能可靠等优点。这些设备在煤炭生产中的广泛应用，不仅减轻了操作人员的劳动强度，而且极大地提高了煤矿的生产水平和能力，创造了巨大的经济效益和社会效益。但是，我国的煤矿机电一体化技术与发达国家相比，还有一定的差距，因此还有很多的工作需要继续研究，其未来的发展趋势是:①开发有自主知识产权的以煤矿开采技术及配套装备为主导的核心技术，研究具有自主知识产权的核心装置；②增加产品的通信功能，以适应综合自动化的需要；③开发以微处理器和微机为基础的矿井设备工况和健康监测以及微处理器、计算机和专家系统的应用等；④煤矿机器人仍然是煤矿机电一体化技术今后研究的重点之一。

四、结束语

近年来，随着微电子技术、计算机技术、软件技术、传感器技术和自动化技术的飞快发展，信息流成为机电一体化的主要特色。其产品实现自动化、数字化、智能化，在性能和功能方面均实现了质的飞跃。因此，机电一体化技术是企业信息化的重要支撑技术，是矿山综合自动化的基础。机电一体化技术在煤矿采、掘、运装备的应用和推广，极大地提升了我国煤矿生产的综合实力，为实现高效、安全、洁净、结构优化的煤炭工业生产打下了扎实的基础。

参考文献：

机电一体化实用手册[M].北京:科学出版社.2007.

谭得健，徐希康.自动化技术、信息技术在我国煤矿企业的应用[J].工况自动化.2003.

篇9

传统机电专业基础课程教学以理论基础知识教学为主，随着“宽基础、活模块”课程模式的实施，课程群相关教学内容无法满足不同学生的学习要求，使得学生不能充分适应用工市场的需求，择业面小；在教学手段基本采用与教材基本配套的挂图和不易携带的实物教具，难以满足教学上的要求，部分学生出现厌学情绪；现有的机电专业课程专业教师大多是从学校毕业后任教，教师专业化程度尚未形成。大部分教师缺乏企业实践工程经验，无法满足机电类专业人才培养的实践要求。

2信息环境下教学模式设计

2.1教学层次设计

本论述以《机电专业人才国家职业资格标准》为基础，就教材内容、实训项目等，与现场长期从事培训的人员进行研讨，分别从教学信息系统、教学过程、教学产品进行分层次设计，然后根据层次结构组织安排相关的教学内容。

2.2教学模式设计

信息技术环境下的教学是以多种信息技术为教学支撑环境，形成教师与学生之间的稳定关系和活动进程的结构形式。利用信息技术能够弥补传统课堂教学的不足，例如将工学结合融合在生产现场的环境之中，把生产的现场作为教学的课堂，在现场讲解实际操作和解决疑难问题。一种信息环境下强调自主学习活动形式的教学新模式设计流程。信息技术环境下教学模式最为突出的就是基于网络的教学信息系统在课堂教学中的应用，突出网络在机电专业师生教学活动中的重要地位和作用，结构合理的信息技术环境下教学模式不仅可以充分发挥信息技术的各种优势，还可以有效提高学生的学习效果，因而信息技术环境下教学模式体现出自身的特征，这主要表现在：教师角色、学生地位、教学过程、媒体作用等几个方面。例如通过构建在线学习系统，这种教学模式是利用学校的优质师资，依托公众多媒体通信网进行远距离交互式教学，这种教学模式可以打破时间和地域的限制。这种学习模式的实施依赖于多个因素，学校支持、学习小组建立以及远程网络学习支持系统等。

2.3教学内容组织

在信息技术环境下，机电专业课程群教学内容的组织是设计的难点，其课程群融合了机械、电子两大专业课程群的知识点。如《机械制图》、《机械设计基础》、《机械制造工艺学》、《数控技术应用》、《PLC技术》、《传感器技术》等课程，这些基础课程群既有较强的独立性又彼此紧密联系，在信息技术环境下就可以充分利用技术上的优势将不同课程群教学资源进行整合，方便学生能够更加全面的掌握机电专业基础教学内容和专业技能。例如，机电专业不少基础课程都不同深度、层次的讲述过螺纹连接的相关知识点，我们就能从每门课程教学立足点开发其多媒体教学资源，如连接动画、图例和一些文字资源等。并且，在多媒体信息技术条件下，这些课程之间的紧密联系也可以非常清楚地体现，教学内容中的知识点、重点、难点可以综合到一个网络在线学习环境中。此外，还需要网络教学系统的开发人员能够认识到机电专业课程群具体的教学侧重点，例如《机械制图》侧重于画法教学而《机械基础》侧重于连接与传动关系的讲述，这就要求多媒体课件在信息资源的制作过程中体现出来。

3结束语

篇10

现代电源技术是应用电力电子半导体器件,综合自动控制、计算机(微处理器)技术和电磁技术的多学科边缘交又技术。在各种高质量、高效、高可靠性的电源中起关键作用,是现代电力电子技术的具体应用。

当前,电力电子作为节能、节才、自动化、智能化、机电一体化的基础,正朝着应用技术高频化、硬件结构模块化、产品性能绿色化的方向发展。在不远的将来,电力电子技术将使电源技术更加成熟、经济、实用,实现高效率和高品质用电相结合。

1.电力电子技术的发展

现代电力电子技术的发展方向,是从以低频技术处理问题为主的传统电力电子学,向以高频技术处理问题为主的现代电力电子学方向转变。电力电子技术起始于五十年代末六十年代初的硅整流器件,其发展先后经历了整流器时代、逆变器时代和变频器时代,并促进了电力电子技术在许多新领域的应用。八十年代末期和九十年代初期发展起来的、以功率MOSFET和IGBT为代表的、集高频、高压和大电流于一身的功率半导体复合器件,表明传统电力电子技术已经进入现代电力电子时代。

1.1整流器时代

大功率的工业用电由工频(50Hz)交流发电机提供,但是大约20%的电能是以直流形式消费的,其中最典型的是电解(有色金属和化工原料需要直流电解)、牵引(电气机车、电传动的内燃机车、地铁机车、城市无轨电车等)和直流传动(轧钢、造纸等)三大领域。大功率硅整流器能够高效率地把工频交流电转变为直流电,因此在六十年代和七十年代,大功率硅整流管和晶闸管的开发与应用得以很大发展。当时国内曾经掀起了-股各地大办硅整流器厂的热潮,目前全国大大小小的制造硅整流器的半导体厂家就是那时的产物。

1.2逆变器时代

七十年代出现了世界范围的能源危机,交流电机变频惆速因节能效果显著而迅速发展。变频调速的关键技术是将直流电逆变为0~100Hz的交流电。在七十年代到八十年代,随着变频调速装置的普及,大功率逆变用的晶闸管、巨型功率晶体管(GTR)和门极可关断晶闸管(GT0)成为当时电力电子器件的主角。类似的应用还包括高压直流输出,静止式无功功率动态补偿等。这时的电力电子技术已经能够实现整流和逆变,但工作频率较低,仅局限在中低频范围内。

1.3变频器时代

进入八十年代,大规模和超大规模集成电路技术的迅猛发展,为现代电力电子技术的发展奠定了基础。将集成电路技术的精细加工技术和高压大电流技术有机结合,出现了一批全新的全控型功率器件、首先是功率M0SFET的问世,导致了中小功率电源向高频化发展,而后绝缘门极双极晶体管(IGBT)的出现,又为大中型功率电源向高频发展带来机遇。MOSFET和IGBT的相继问世,是传统的电力电子向现代电力电子转化的标志。据统计,到1995年底,功率M0SFET和GTR在功率半导体器件市场上已达到平分秋色的地步,而用IGBT代替GTR在电力电子领域巳成定论。新型器件的发展不仅为交流电机变频调速提供了较高的频率,使其性能更加完善可靠,而且使现代电子技术不断向高频化发展,为用电设备的高效节材节能,实现小型轻量化,机电一体化和智能化提供了重要的技术基础。

2.现代电力电子的应用领域

2.1计算机高效率绿色电源

高速发展的计算机技术带领人类进入了信息社会,同时也促进了电源技术的迅速发展。八十年代,计算机全面采用了开关电源,率先完成计算机电源换代。接着开关电源技术相继进人了电子、电器设备领域。

计算机技术的发展,提出绿色电脑和绿色电源。绿色电脑泛指对环境无害的个人电脑和相关产品，绿色电源系指与绿色电脑相关的高效省电电源,根据美国环境保护署l992年6月17日“能源之星"计划规定,桌上型个人电脑或相关的设备,在睡眠状态下的耗电量若小于30瓦,就符合绿色电脑的要求,提高电源效率是降低电源消耗的根本途径。就目前效率为75%的200瓦开关电源而言,电源自身要消耗50瓦的能源。

2.2通信用高频开关电源

通信业的迅速发展极大的推动了通信电源的发展。高频小型化的开关电源及其技术已成为现代通信供电系统的主流。在通信领域中,通常将整流器称为一次电源,而将直流-直流(DC/DC)变换器称为二次电源。一次电源的作用是将单相或三相交流电网变换成标称值为48V的直流电源。目前在程控交换机用的一次电源中,传统的相控式稳压电源己被高频开关电源取代,高频开关电源(也称为开关型整流器SMR)通过MOSFET或IGBT的高频工作,开关频率一般控制在50-100kHz范围内,实现高效率和小型化。近几年,开关整流器的功率容量不断扩大,单机容量己从48V/12.5A、48V/20A扩大到48V/200A、48V/400A。

因通信设备中所用集成电路的种类繁多,其电源电压也各不相同,在通信供电系统中采用高功率密度的高频DC-DC隔离电源模块,从中间母线电压(一般为48V直流)变换成所需的各种直流电压,这样可大大减小损耗、方便维护,且安装、增加非常方便。一般都可直接装在标准控制板上,对二次电源的要求是高功率密度。因通信容量的不断增加,通信电源容量也将不断增加。

2.3直流-直流(DC/DC)变换器

DC/DC变换器将一个固定的直流电压变换为可变的直流电压,这种技术被广泛应用于无轨电车、地铁列车、电动车的无级变速和控制,同时使上述控制获得加速平稳、快速响应的性能,并同时收到节约电能的效果。用直流斩波器代替变阻器可节约电能(20~30)%。直流斩波器不仅能起调压的作用(开关电源),同时还能起到有效地抑制电网侧谐波电流噪声的作用。

通信电源的二次电源DC/DC变换器已商品化,模块采用高频PWM技术,开关频率在500kHz左右,功率密度为5W~20W/in3。随着大规模集成电路的发展,要求电源模块实现小型化,因此就要不断提高开关频率和采用新的电路拓扑结构,目前已有一些公司研制生产了采用零电流开关和零电压开关技术的二次电源模块,功率密度有较大幅度的提高。

2.4不间断电源(UPS)

不间断电源(UPS)是计算机、通信系统以及要求提供不能中断场合所必须的一种高可靠、高性能的电源。交流市电输入经整流器变成直流,一部分能量给蓄电池组充电,另一部分能量经逆变器变成交流,经转换开关送到负载。为了在逆变器故障时仍能向负载提供能量,另一路备用电源通过电源转换开关来实现。

现代UPS普遍了采用脉宽调制技术和功率M0SFET、IGBT等现代电力电子器件,电源的噪声得以降低,而效率和可靠性得以提高。微处理器软硬件技术的引入,可以实现对UPS的智能化管理,进行远程维护和远程诊断。

目前在线式UPS的最大容量已可作到600kVA。超小型UPS发展也很迅速,已经有0.5kVA、lkVA、2kVA、3kVA等多种规格的产品。

2.5变频器电源

变频器电源主要用于交流电机的变频调速,其在电气传动系统中占据的地位日趋重要,已获得巨大的节能效果。变频器电源主电路均采用交流-直流-交流方案。工频电源通过整流器变成固定的直流电压,然后由大功率晶体管或IGBT组成的PWM高频变换器,将直流电压逆变成电压、频率可变的交流输出,电源输出波形近似于正弦波,用于驱动交流异步电动机实现无级调速。

国际上400kVA以下的变频器电源系列产品已经问世。八十年代初期,日本东芝公司最先将交流变频调速技术应用于空调器中。至1997年,其占有率已达到日本家用空调的70%以上。变频空调具有舒适、节能等优点。国内于90年代初期开始研究变频空调,96年引进生产线生产变频空调器,逐渐形成变频空调开发生产热点。预计到2000年左右将形成。变频空调除了变频电源外,还要求有适合于变频调速的压缩机电机。优化控制策略,精选功能组件,是空调变频电源研制的进一步发展方向。

2.6高频逆变式整流焊机电源

高频逆变式整流焊机电源是一种高性能、高效、省材的新型焊机电源,代表了当今焊机电源的发展方向。由于IGBT大容量模块的商用化,这种电源更有着广阔的应用前景。

逆变焊机电源大都采用交流-直流-交流-直流(AC-DC-AC-DC)变换的方法。50Hz交流电经全桥整流变成直流,IGBT组成的PWM高频变换部分将直流电逆变成20kHz的高频矩形波,经高频变压器耦合,整流滤波后成为稳定的直流,供电弧使用。

由于焊机电源的工作条件恶劣,频繁的处于短路、燃弧、开路交替变化之中,因此高频逆变式整流焊机电源的工作可靠性问题成为最关键的问题,也是用户最关心的问题。采用微处理器做为脉冲宽度调制(PWM)的相关控制器,通过对多参数、多信息的提取与分析,达到预知系统各种工作状态的目的,进而提前对系统做出调整和处理,解决了目前大功率IGBT逆变电源可靠性。

国外逆变焊机已可做到额定焊接电流300A,负载持续率60%,全载电压60~75V,电流调节范围5~300A,重量29kg。

2.7大功率开关型高压直流电源

大功率开关型高压直流电源广泛应用于静电除尘、水质改良、医用X光机和CT机等大型设备。电压高达50~l59kV,电流达到0.5A以上,功率可达100kW。

自从70年代开始,日本的一些公司开始采用逆变技术,将市电整流后逆变为3kHz左右的中频,然后升压。进入80年代,高频开关电源技术迅速发展。德国西门子公司采用功率晶体管做主开关元件,将电源的开关频率提高到20kHz以上。并将干式变压器技术成功的应用于高频高压电源,取消了高压变压器油箱,使变压器系统的体积进一步减小。

国内对静电除尘高压直流电源进行了研制,市电经整流变为直流,采用全桥零电流开关串联谐振逆变电路将直流电压逆变为高频电压,然后由高频变压器升压,最后整流为直流高压。在电阻负载条件下,输出直流电压达到55kV,电流达到15mA,工作频率为25.6kHz。

2.8电力有源滤波器

传统的交流-直流(AC-DC)变换器在投运时,将向电网注入大量的谐波电流,引起谐波损耗和干扰,同时还出现装置网侧功率因数恶化的现象,即所谓“电力公害”,例如,不可控整流加电容滤波时,网侧三次谐波含量可达(70~80)%,网侧功率因数仅有0.5~0.6。

电力有源滤波器是一种能够动态抑制谐波的新型电力电子装置,能克服传统LC滤波器的不足,是一种很有发展前途的谐波抑制手段。滤波器由桥式开关功率变换器和具体控制电路构成。与传统开关电源的区别是:(l)不仅反馈输出电压,还反馈输入平均电流;(2)电流环基准信号为电压环误差信号与全波整流电压取样信号之乘积。

2.9分布式开关电源供电系统

分布式电源供电系统采用小功率模块和大规模控制集成电路作基本部件,利用最新理论和技术成果,组成积木式、智能化的大功率供电电源,从而使强电与弱电紧密结合,降低大功率元器件、大功率装置(集中式)的研制压力,提高生产效率。

八十年代初期,对分布式高频开关电源系统的研究基本集中在变换器并联技术的研究上。八十年代中后期,随着高频功率变换技术的迅述发展，各种变换器拓扑结构相继出现,结合大规模集成电路和功率元器件技术,使中小功率装置的集成成为可能,从而迅速地推动了分布式高频开关电源系统研究的展开。自八十年代后期开始,这一方向已成为国际电力电子学界的研究热点,论文数量逐年增加，应用领域不断扩大。

分布供电方式具有节能、可靠、高效、经济和维护方便等优点。已被大型计算机、通信设备、航空航天、工业控制等系统逐渐采纳,也是超高速型集成电路的低电压电源(3.3V)的最为理想的供电方式。在大功率场合,如电镀、电解电源、电力机车牵引电源、中频感应加热电源、电动机驱动电源等领域也有广阔的应用前景。

3.高频开关电源的发展趋势

在电力电子技术的应用及各种电源系统中，开关电源技术均处于核心地位。对于大型电解电镀电源,传统的电路非常庞大而笨重,如果采用高顿开关电源技术,其体积和重量都会大幅度下降,而且可极大提高电源利用效率、节省材料、降低成本。在电动汽车和变频传动中,更是离不开开关电源技术，通过开关电源改变用电频率,从而达到近于理想的负载匹配和驱动控制。高频开关电源技术,更是各种大功率开关电源(逆变焊机、通讯电源、高频加热电源、激光器电源、电力操作电源等)的核心技术。

3.1高频化

理论分析和实践经验表明,电气产品的变压器、电感和电容的体积重量与供电频率的平方根成反比。所以当我们把频率从工频50Hz提高到20kHz,提高400倍的话,用电设备的体积重量大体下降至工频设计的5~l0%。无论是逆变式整流焊机,还是通讯电源用的开关式整流器,都是基于这一原理。同样,传统“整流行业”的电镀、电解、电加工、充电、浮充电、电力合闸用等各种直流电源也可以根据这一原理进行改造,成为“开关变换类电源”,其主要材料可以节约90%或更高,还可节电30%或更多。由于功率电子器件工作频率上限的逐步提高,促使许多原来采用电子管的传统高频设备固态化,带来显著节能、节水、节约材料的经济效益,更可体现技术含量的价值。

3.2模块化

模块化有两方面的含义,其一是指功率器件的模块化,其二是指电源单元的模块化。我们常见的器件模块,含有一单元、两单元、六单元直至七单元,包括开关器件和与之反并联的续流二极管,实质上都属于“标准”功率模块(SPM)。近年,有些公司把开关器件的驱动保护电路也装到功率模块中去,构成了“智能化”功率模块(IPM),不但缩小了整机的体积,更方便了整机的设计制造。实际上,由于频率的不断提高,致使引线寄生电感、寄生电容的影响愈加严重,对器件造成更大的电应力(表现为过电压、过电流毛刺)。为了提高系统的可靠性,有些制造商开发了“用户专用”功率模块(ASPM),它把一台整机的几乎所有硬件都以芯片的形式安装到一个模块中,使元器件之间不再有传统的引线连接,这样的模块经过严格、合理的热、电、机械方面的设计,达到优化完美的境地。它类似于微电子中的用户专用集成电路(ASIC)。只要把控制软件写入该模块中的微处理器芯片,再把整个模块固定在相应的散热器上,就构成一台新型的开关电源装置。由此可见,模块化的目的不仅在于使用方便,缩小整机体积,更重要的是取消传统连线,把寄生参数降到最小,从而把器件承受的电应力降至最低,提高系统的可靠性。另外,大功率的开关电源,由于器件容量的限制和增加冗余提高可靠性方面的考虑,一般采用多个独立的模块单元并联工作,采用均流技术,所有模块共同分担负载电流,一旦其中某个模块失效,其它模块再平均分担负载电流。这样,不但提高了功率容量,在有限的器件容量的情况下满足了大电流输出的要求,而且通过增加相对整个系统来说功率很小的冗余电源模块,极大的提高系统可靠性,即使万一出现单模块故障,也不会影响系统的正常工作,而且为修复提供充分的时间。

3.3数字化

在传统功率电子技术中,控制部分是按模拟信号来设计和工作的。在六、七十年代,电力电子技术完全是建立在模拟电路基础上的。但是,现在数字式信号、数字电路显得越来越重要,数字信号处理技术日趋完善成熟,显示出越来越多的优点:便于计算机处理控制、避免模拟信号的畸变失真、减小杂散信号的干扰(提高抗干扰能力)、便于软件包调试和遥感遥测遥调,也便于自诊断、容错等技术的植入。所以,在八、九十年代,对于各类电路和系统的设计来说,模拟技术还是有用的,特别是:诸如印制版的布图、电磁兼容(EMC)问题以及功率因数修正(PFC)等问题的解决,离不开模拟技术的知识,但是对于智能化的开关电源,需要用计算机控制时,数字化技术就离不开了。

3.4绿色化

电源系统的绿色化有两层含义:首先是显著节电,这意味着发电容量的节约,而发电是造成环境污染的重要原因,所以节电就可以减少对环境的污染;其次这些电源不能(或少)对电网产生污染,国际电工委员会(IEC)对此制定了一系列标准,如IEC555、IEC917、IECl000等。事实上,许多功率电子节电设备,往往会变成对电网的污染源:向电网注入严重的高次谐波电流,使总功率因数下降,使电网电压耦合许多毛刺尖峰,甚至出现缺角和畸变。20世纪末,各种有源滤波器和有源补偿器的方案诞生,有了多种修正功率因数的方法。这些为2l世纪批量生产各种绿色开关电源产品奠定了基础。

现代电力电子技术是开关电源技术发展的基础。随着新型电力电子器件和适于更高开关频率的电路拓扑的不断出现,现代电源技术将在实际需要的推动下快速发展。在传统的应用技术下,由于功率器件性能的限制而使开关电源的性能受到影响。为了极大发挥各种功率器件的特性,使器件性能对开关电源性能的影响减至最小,新型的电源电路拓扑和新型的控制技术,可使功率开关工作在零电压或零电流状态,从而可大大的提高工作频率,提高开关电源工作效率,设计出性能优良的开关电源。

总而言之,电力电子及开关电源技术因应用需求不断向前发展,新技术的出现又会使许多应用产品更新换代,还会开拓更多更新的应用领域。开关电源高频化、模块化、数字化、绿色化等的实现,将标志着这些技术的成熟,实现高效率用电和高品质用电相结合。这几年,随着通信行业的发展,以开关电源技术为核心的通信用开关电源,仅国内有20多亿人民币的市场需求,吸引了国内外一大批科技人员对其进行开发研究。开关电源代替线性电源和相控电源是大势所趋,因此,同样具有几十亿产值需求的电力操作电源系统的国内市场正在启动,并将很快发展起来。还有其它许多以开关电源技术为核心的专用电源、工业电源正在等待着人们去开发。

参考文献

(l)林渭勋:浅谈半导体高频电力电子技术,电力电子技术选编,浙江大学,384-390,1992

(2)季幼章:迎接知识经济时代,发展电源技术应用,电源技术应用,N0.2,l998

(3)叶治正,叶靖国:开关稳压电源。高等教育出版社,1998