电源技术发展论文范文

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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

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关键词：智能风冷控制 变压器 IEC61850 控制IED设计 智能变电站

中图分类号：TM401.2 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2012）11-0032-02

随着智能电网的快速发展与推进，变压器智能化的研究与设计将是变压器技术发展的方向，风冷控制系统作为变压器不可或缺的重要组成部分[1-2]，必需满足变压器智能化发展的要求。目前我国的220kV及以上电压等级的变压器大多采用强油风冷冷却方式[3-5]，控制部分大多采用PLC或单片机完成，系统构成比较复杂，控制功能简单且控制模式基本固定，整个控制系统比较独立和封闭，基本不与其他设备信息交互[6-7]，在智能电网通讯及信息共享的要求下，传统风冷控制系统已不能适应智能变压器发展的要求。

本文详细介绍了变压器智能风冷控制系统的设计，包括系统构成及配置情况、控制原理、功能实现以及控制IED软硬件设计等。

1、系统构成及配置

1.1　系统构成

智能变电站自动化系统基于IEC61850通讯及信息共享要求，变压器风冷控制作为过程层设备应接入过程层网络，信息通过过程层网络传输，包括控制所需的测量数据、控制指令以及监测结果等，系统构成如图1所示。

1.2　系统配置

变压器智能风冷控制器包括冷却控制IED以及就地控制柜组成，根据目前运行的情况，控制器配置分为如下三种情况：（1）对于无特需要求情况，冷却控制IED作为控制主体安装在就地控制柜上，配置必要的辅助执行单元和电路，完成所有控制及信息传输功能；（2）对于就地控制柜已有简单智能控制器的情况，如PLC、单片机等控制执行单元，冷却控制系统由冷却控制IED与智能控制设备及辅助电路组成，完成控制及信息传输功能；（3）对于就地控制柜采用了特殊控制方式的情况，如风机控制采用变频器控制方式，冷却控制系统由冷却控制IED与变频器及辅助电路组成，完成控制及信息传输功能。

2、工作原理

2.1　基于IEC61850网络通信的数据传输

冷却控制IED所需测量数据主要来自测量IED，包括主变本体相关的油温、绕组温度、主变负荷等，来自其他监测IED数据包括铁芯监测电流、主变油中气体分析数据等，来自智能终端数据包括主变运行信息等，通过过程层网络GOOSE传输方式接收。

控制指令包括来自后台的远方控制指令经测控装置的控制信息、冷却控制IED发给智能终端跳闸信息等，均通过GOOSE传输机制，高效、快速的通过过程层网络传输。

2.2　控制IED运行方式

传统风冷控制系统由于数据采集的局限性，一般采用固定的“运行”、“辅助”、“备用”模式对风机组的控制，或采用奇偶数组控制模式控制风机组的启停，控制模式固定单一，不利于节能和设备的有效利用。变压器智能风冷控制设计运行方式分为手动和自动，其中手动方式又分为就地手动和远方手动控制方式。自动运行方式下，控制IED根据油温、绕组温度、变压器运行负荷情况以及变化趋势或者异常情况如主变铁芯电流的增大、油中气体反映出的热故障等，综合判断出需要运行的风机组数，发出控制指令启停风机组，完成主变的冷却控制要求。当处于手动就地控制方式时，与传统就地控制手动方式基本一致，运行人员在控制柜就地通过把手或按钮控制风机组的启停；当处于手动远方控制时，通过后台或调度等将控制风机组启停命令下发给测控单元，由测控转发控制指令到冷却控制IED，完成风机组的控制。

2.3　控制IED控制执行

根据1.2节介绍的配置情况，风冷控制IED的控制执行分为：（1）冷却控制IED直接控制辅助电路，如接触器和继电器等，完成风机组和油泵的启停，冷却控制IED需要有开出回路设计要求；（2）采用冷却控制IED与智能控制设备及辅助电路组成的配置系统，冷却控制IED采用通讯的方式与智能控制器信息交互，完成控制及信息传输功能；（3）采用冷却控制IED与变频器及辅助电路组成的配置系统，冷却控制IED采用通讯或模拟量输入输出方式，完成控制及信息传输功能。

3、功能实现

3.1　控制电源热备用

电源控制设置自动手动切换，在自动模式下，控制电源自动完成双电源的互为备用，且具备自锁功能，即当一路电源工作时，另一路电源可靠断开。在手动模式下，支持远方手动切换。

3.2　数据采集

支持GOOSE方式从过程层网络接收与风冷控制相关的测量量，完成控制所需的数据采集功能。

3.3　控制

控制策略根据综合数据分析，合理配置风机运行组数，满足变压器运行要求的同时兼顾节能、循环启停风机组以及风机组先启先停运行等原则。

3.4　切换

切换功能完成远方、就地以及手动、自动等控制方式的切换，满足不同运行方式要求。

3.5　通信

风冷控制IED具有过程层网络IEC61850通信功能，支持GOOSE方式数据接收和发送，完成网络数据的采集以及控制命令、控制结果和监测等数据的发送。

3.6　自检及告警

风冷控制系统的控制IED以及其他智能设备具有自检以及异常告警功能，实现自身状态检修。

3.7　对时

控制IED满足智能变电站所要求的对时精度和对时方式。

4、控制IED软硬件设计

4.1　硬件构成

硬件组成包括CPU、FPGA控制器、通信模块、开出控制器、开入采集单元等组成。硬件设计结构框图如图2　所示：

系统所需数据均通过过程层网络获取，设置开入插件满足就地信号的便捷接入，当就地控制柜配置有智能控制设备时，开出插件可不配置。

4.2　软件设计

根据变压器智能风冷控制功能要求以及控制策略设计，其主程序设计流程如图3。

5、结语

变压器智能风冷控制系统设计对变压器的安全稳定运行至关重要，该风冷控制系统的设计符合智能变电站通讯要求，满足变压器安全稳定运行要求，智能化程度高，节能且风机组运行效率及使用寿命等方面都得到了很大提高，运行方式灵活，适应性强，符合风冷控制系统的技术发展。

参考文献

[1]邓世杰.大型变压器风冷却系统的自动控制[J].变压器，2003年第10期.DENG　Shi-jie.　Automatic　Control　of　Forced　Air　Cooling　System　in　Large　Transformers　[J].Transformer，2003，10.

[2]李化波.一种新型变压器冷却控制装置的研制[J].电气应用，2007年第6期.LI　Hua-bo.　Development　of　a　new　device　of　Automatic　Control　of　Forced　Air　Cooling　control　System　[J].Electrical　Application，2007，6.

[3]李化波.基于PLC的大型电力变压器冷却控制装置的研究[M].硕士论文.华北电力大学（北京）.LI　Hua-bo.　Research　of　Large　Capacity　Transformer　Cooling　Control　Device　Based　on　PLC[M].　Master's　thesis，　North　China　Electric　Power　University（beijing）.

[4]王泽峰，等.新型变压器风冷控制系统在电网中的应用［J］.变压器，2005年第8期.WANG　Ze-feng.　Application　of　New　Air　Cooler　Control　System　of　Transformer　to　Electric　Network　[J].Transformer，　2005　08.

[5]杨凯，等.新型智能变压器风冷控制系统[J].电工技术，2003年第9期.YANG　Kai.　The　Transformer　Air　Cooling　System　Based　On　MCU　Control[J].　Electric　Engineering，，　2003　09.

[6]冷志国.大型变压器风冷控制系统的研究[M].硕士论文.哈尔滨理工大学.LENG　Zhi-guo.　Design　on　the　Wind　Cooling　Control　System　of　Transformer[M].　Master's　thesis，　Harbin　Institute　of　Technology.

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PLC是可编程控制器的简称，是一种以微处理器为基础，综合了计算机技术，自动控制技术和通信技术发展起来的新型工业控制装置。PLC的特点是可靠性高，抗干扰能力强，有丰富的I/O接口模块，可实现接口功能扩展。PLC的编程采用类似于继电器控制线路的梯形图语言，简单易学，可用来实现多种控制，如逻辑控制，定时控制，计数控制，步进控制，模拟量处理与PID控制，数据处理，通信和联网等，因此，用PLC控制交通信号灯，工作可靠，得到了广泛的应用。

一、PLC交通信号灯的控制要求

1.交通信号灯受两个按钮控制，当启动按钮动作时，信号灯系统开始工作。当停止按钮动作时，所有信号灯都熄灭。2.按下启动按钮后，东西向绿灯亮5秒后闪3秒灭，黄灯亮2秒灭，红灯亮10秒灭，绿灯亮5秒后闪3秒灭……循环往复；对应东西向绿灯、黄灯亮时，南北向红灯亮10秒灭，接着绿灯亮5秒后闪3秒灭，黄灯亮2秒灭，红灯亮10秒灭……循环往复。

二、PLC交通信号灯硬件系统的设计

1、交通信号灯的I/O分配表。按照交通灯的控制要求，PLC要满足两个信号输入（分别起系统启动、停止作用）；六个信号输出，即十字路口有十二个交通信号灯，但南北向、东西向两个为一组，用一个输出信号控制，也就是六个输出信号。

2、交通灯硬件接线图。随着PLC技术发展，PLC种类越来越多，不同型号的PLC其性能、容量、指令系统、编程方式各有不同。因此，合理选用PLC对于提高PLC控制系统技术指标有重要意义。PLC的选择应从PLC机型、容量、I/O点数、电源模块、通信联网能力等方面综合考虑。从以上分析可以知道，交通灯控制系统共有开关量输入点两个，开关量输出点六个，即I/O点数为八个，采用松下FP1-C24很合适，不需要扩展模块。另外，FP1-C24型PLC带有24伏直流电源，供PLC输入点使用，24伏DC极性可任意选择，每组输出COM端独立。

二、交通灯软件系统设计

1、FPWINGR软件简介。松下FP1-C24PLC编程软件是FPWINGR软件，操作系统是中文WINDOWS95/98/2000/NT，FPWINGR软件采用典型的WINDOWS界面，菜单界面、编程界面、监控界面等可同时以窗口形式重叠或平铺显示，甚至可以把两个不同程序在一个屏幕上同时显示，各种功能和指令输入可用鼠标单击图标操作，使用很方便，特别是在软件“帮助”菜单中增加了软件操作方法，指令列表，特殊内部继电器和数据寄存器一览表等。

2、梯形图设计。本设计采用SR移位指令，移位信号采用内部1秒时钟脉冲继电器R901C，每来一个脉冲，内部字继电器WR0中每一位向右移动一位，复位信号采用停止按钮X1，当X1闭合时，WR0清零，交通灯熄灭。SR指令的数据输入信号采用内部继电器R9的通断状态，10秒为一个周期，用WR0的内部位继电器R0～R9的通断来控制东西向和南北向的红灯、绿灯和黄灯Y0～Y5。

3、程序的输入与运行。程序检查无误后输入电脑，进行程序转换，并通过PLC数据线下载到PLC，通过程序下载到PLC，可以清楚形象地模拟十字路口的交通灯的运行。下载完成，如果遇到程序错误，可将PLC由RUN模式转变为PROG模式，进行调试。

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【关键词】中高频X线主电路 维修技术 设备

中高频X线技术随着近些年的发展已曰趋成熟，但是研制大功率、高性能的开关电源仍是人们不断努力和追求的目标。软开关PWM技术和并联均流技术都是当前电力电子技术发展的重点，二者结合可以很好的满足大功率电源在性能、重量、体积、效率和可靠性等方面的要求。本论文主要结合一项工程实际项目来对大功率中高频X线电路进行研究。具体工作如下所示。

1 中高lX线主电路面临的技术难题

目前，阻碍中高频X线主电路在高压大功率交流传动中推广应用的主要问题有两个：

一开始要考虑的是，中国目前的就大容量（超过200kW）电动机的供电电压较高（6kV、10kV），但是缺乏必要的功率的变频器，导致电压匹配存在很大的问题；其次就是缺乏完善的功率变频技术，具体实施起来难度较大，需要较高的成本，同时普通的水泵与风机等改造阶段都有着高回报、少投资的要求，所以在形成经济效益的阶段存在较大的难度。这两个世界上普遍存在的问题造成高压大容量变频调速技术得不到更好的推广应用，所以目前全世界范围都在重视针对处理高压供电和用高技术生产出低成本高可靠性的变频调速装置存在的问题。

第二点，一般而言，在高压供电而功率器件耐压能力受到约束的时候，这时候串联功率器件显然是更加重要的手段。然而在串联器件的时候，由于器件存在不同极电容以及动态电阻的现象。假如仅仅使用并联R和RC的均压并联的手段，电路会变得日趋复杂，损耗也会进一步的增加；而且，驱动电路的器件串联也会需要依赖于更加严格的驱动电路连接，所以要尽可能的保持器件串联的同步，否则因为器件的开闭时间存在差异，电压的承受力也会不均匀，造成器件损耗或者系统的崩溃。其次，谐波问题是变频器普遍存在的问题，特别是大功率调频的问题更是会显得更加严重。谐波会对电网造成污染，这也会给电网系统的其他用电设施带来严重的运行问题。

2 中高频X线主电路基本的维修技术

目前X线主电路包括小的牙科X 线机、钼靶X线机、床位边移动X线机、小C臂X线机、数字胃肠机和CT机等都采用中、高频高压技术。中、高频高压技术可使X线高压发生器具有体积小 ，产生的高压波峰小 ，X线强度稳定质量高等优点。但中、高频高压技术X线主电路相对工频高压技术X线电路来讲 ，更加复杂 ，维修更加困难等。主电路的许多故障 ，由于电路结构的原因 ，很难做出故障定位 ，甚至做出错误判断 ，造成很大的经济损失。

其中具体的中高频X线主电路检验维修技术如下所示：

（1）在维修中高频X线机电路的阶段，一般都不会供电给高压发生器，充分发挥模拟X线的手段的作用，在此基础上，尤其需要注意下面几个问题，首先就是X线模拟的手段。采用将高压初级不向充电电容供电，IGBT不能空载，在充电电容检测不报错的情况下，现模拟X线操作的手段就可以得到实现；其次，主电路中主电容在关电后存有电荷，前期应该做好放电工作。避免出现电击的现象；第三，在拆除完高压电缆以后，施加高压是万万不可取的，这样很容易对高压发生器造成损坏；第四，不能让灯丝加热电路的输出端保持开路状态，避免出现加热逆变器出现损坏的情况；第五，在IGBT发生变化的期间，应该保持IGBT的种类不发生变化；针对具体的单片机板而言，通常要提前认定电路的正常状态，然后在进行判断，假如条件允许的话，最好选择替换的手段来进行研究。

（2）同工频机也可以被划分成两大种类，分别是检测高压初级电路与高压次级电路，这样能够对电源输入回路进行检测，初级的电容充电电路在充电过程中变成了电路，中高频X线机主线路的mA控制回路，充分利用逆变器型控来对灯丝的加热情况进行控制，在改变直流电压高低的基础上，达到让脉宽控制mA的大小的目的，因此在进行检修的时候，要添加一个虚拟的大功率荷载在逆变器的输出端，避免出现逆变器过热的情况。

（3）检查旋转阳极。主电路一一对应的控制回路会存在一个正常运行的阳极，能够通过高低电平或者短路的判断阳极电路是否可以正常使用。结合X线机的自动检测报错功能，同时在处理故障代码的基础上，对电路板的指示灯进行查看，以此来找到故障存在的区间。在进调整与维修期间，应该充分发挥数字电路高低电平的作用，利用机器配置的可调的正负备用电源，根据电路点现实上的正负电平进行选择，除此之外，电路检修的过程要发挥电路检修的系统的关键作用，要把部分点短路到高电子或低电平内部，保持机器的正常运行状态，方便后期的维修电路工作的顺利开展。

（4）通过机器的维修检测程序，我们能够调整与维修部分电路。对DIP开关进行设置，能够进入进入利用键的增减来体现电位器阻值的变化规律，充分利用数码开关来显示开关指数的功能差异。

3 结论

总的来说，中高频X线主电路由于其自身存在一定的问题与不足，所以很多时候会出现一定的电路问题。针对这种情况，我们要定期的进行检查，一旦出现问题，立即着手进行维修，本文给出了具体维修过程中需要注意的问题，有利于我们今后开展中高频X线主电路的维修工作，进而给其具体的应用提供了有效的保障。

参考文献

[1]宋正友，戴宝明，孔江明.中、高频X线主电路的维修技术[J].医疗装备，2002（12）：57-59.

[2]魏新文.浅谈电路故障的查找方法和维修技术[J].河南科技，2014（07）：28.

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[4]杨宗正.简易诊断技术用于设备中CPU及内存储器等电路的调试和维修[A].中国机械工程学会设备维修分会.第十届全国设备监测与诊断技术学术会议论文集[C].中国机械工程学会设备维修分会，2000：3.

[5]韩熔.电路维修测试仪几个基本技术问题的讨论[J].中国设备管理，1999（11）：33-35.

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关键词：SPWM；煤矿；变频调速装置；异步电动机

中图分类号：F270 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2013）09-0105-02

1 概述

随着科学技术的飞速发展，由于变频调速装置具有优异的节电效果和方便的电机调速性能，被广泛地应用于现代化煤矿的采煤机、皮带机、风机等需要频繁启动的大功率电机上。SPWM技术得到越来越多的关注，应用的范围越来越广。

2 异步电动机的SPWM调速原理

SPWM波形的形成方法也叫三角波调制法，它采用正弦波调制信号和三角载波信号通过比较器进行比较。正弦调制波与三角形载波的交点决定了逆变桥输出相电压的脉冲系列，此脉冲系列也是双极性的。SPWM法是一种比较成熟，且目前使用较广泛的方法。前面提到的采样控制理论中的一个重要结论：冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时，其效果基本相同。SPWM法就是以该结论为理论基础，用脉冲宽度按正弦规律变化而和正弦波等效的PWM波形即SPWM波形控制逆变电路中开关器件的通断，使其输出的脉冲电压的面积与所希望输出的正弦波在相应区间内的面积相等，通过改变调制波的频率和幅值则可调节逆变电路输出电压的频率和幅值。但是，由相电压合成为线电压时，所得到的线电压脉冲系列却是单极性的。电路有两种控制方法：相位控制和通断控制。相控方式具有改变输出电压值的作用，但不能变频，和它对应的还有三相调压电路，也采用相位控制方式，早期常用于电动机降压启动中，但在电源中产生大量谐波，因此可能会影响其他电器设备的正常使用，通断控制不是在每个交流电源周期都对输出电压波形进行控制，而是将负载与交流电源接通几个周波，再断开几个周波，接通了m个周期，断开了n个周期，从而改变接通周波数与断开周波数的比值来调节负载所消耗的平均功率，这种控制方式缺点在于电流中虽然不含整数倍频率的谐波，但含有非整数倍频率的谐波，而且在电源频率附近，非整数倍频率的谐波含量较大。

所谓SPWM，就是在PWM的基础上改变了调制脉冲方式，脉冲宽度时间占空比按正弦规律排列，这样输出波形经过适当的滤波可以做到正弦波输出。它广泛地用于直流-交流（DC-AC）逆变器等，比如高级一些的UPS就是一个例子。三相SPWM是使用SPWM模拟市电的三相输出，在变频器领域被广泛的采用。近几年来，由于场控自关断器件的不断涌现，相应的高频SPWM技术在电机调速中得到了广泛应用。SA8281是MITEL公司推出的一种用于三相SPWM波发生和控制的集成电路，它与微处理器接口方便，内置波形ROM及相应的控制逻辑，设置完成后可以独立产生三相PWM波形，只有当输出频率或幅值等需要改变时才需微处理器的干预，微处理器只用很少的时间控制它，因而有能力进行整个系统的检测、保护和控制等。基于SA8281和89C52的变频器具有电路简单、功能齐全、性能价格比高、可靠性好等优点，但在整个周期内处于交替互补导通状态，输出波形在任何T/2内均会出现正负交替的情况。根据调制脉冲极性又可分为单极性型和双极性型。

3 煤矿中的调速

变频器是精密的电子设备，其内部的电子器件的性能与温度密切相关。为了保证器件正常运行，必须规定最高允许温度。温度过高，器件特性与参数将会发生变化，甚至导致器件产生永久性的烧坏现象，并且井下环境恶劣、散热条件差，因此散热问题是井下变频器遇到的最大难题。本论文要从变频器的结构及基本工作原理出发：

（1）提升机提升和下降的行程控制分为两个过程：一个为正向提升行程，另一个为反向下降行程。行程控制主要将提升机的升降过程划分成不同的行程区间，根据每一行程区间的实际情况，可以用不同的变频调速控制提升机的升降速度。行程控制不仅控制提升机整个升降行程过程中的变频调速，而且控制提升机的停车和制动过程。行程控制可以很好地防止提升机过卷、过放、脱轨和翻车等事故发生，特别适合具有弯道和叉道的特殊斜井。

（2）煤矿提升机的运行特点是在特定的环境条件下，以设定的速度做往复运动，完成人员和物料的升降运输任务“为确保提升机能够安全、高效、可靠地连续作业，整个装备应具备良好的机械操控性能，优良的电气控制设备和可靠的安全保护装置”。鉴于提升机在煤矿安全生产中所处的重要地位，要求其电力传动系统具备运行可靠、节能高效、灵活操控和准确定位的性能特征，以满足煤矿安全生产的需要。

（3）采用变频技术不仅缩小了驱动装置的布置空间，而且可以实现软启动。在带式输送机中装入皮带秤动态称重反馈控制，还可以实现带式输送机随物料多少进行的变速运输、重载加速、轻载减速、空载时停机。这样不仅提高了运输效率而且还节省了宝贵的电能资源，且使带式输送机横向尺寸大大减小，结构紧凑、轻巧，方便与现场设备配置，适用于机头位置狭小的场合，因而不需要许多齿轮降速，也节省了许多成本。

（4）用变频调速装置配合鼠笼电机驱动粘弹塑性体的带式输送机，延迟特性严重，并且随输送距离、输送量的增大变得更为明显。带式输送机的旋转部件（托辊、滚筒）较多，由于加工、安装、维修等的差别以及输送量的随机变化，都会产生大量的随机干扰。因此，带式输送机的带速与变频器的输入频率之间的关系就具有很大的模

糊性。

4 结语

交流调压电源在当今的国民生活生产中发挥着至关重要的作用，比如：电动机软启动、风机和水泵的速度控制等领域。随着工业的发展，人们要求交流调压电源必须安全可靠、节能环保等特点，与此同时电力电子技术和微控制器的发展为设备小型化、轻量化提供了可靠的保证。以传统的SPWM逆变器为基础，全面探讨新型的逆变调压电路，并在煤矿中得到应用。通过改进算法实现新型的交流调压电源，系统输出电压可调范围宽，安全稳定。

参考文献

[1]张燕宾.SPWM变频调速应用技术[M].北京：机械工

业出版社，2005.

[2]王兆安，刘进军.电力电子技术[M].北京：机械工业

出版社，2009.

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关键词：传感器，电调制，非分光红外技术，朗伯-比尔定律

 

1、引言

众所周知二氧化碳（CO2）是大气重要组成成分之一,与人们的生产生活密不可分。其含量过高不但会危害人类的健康,还会产生温室效应等不良影响；同时它在动植物的生长环境中也扮演着极其重要的角色。论文格式。目前国内生产和使用的CO2气体传感器主要是固体电解质式、钛酸钡复合氧化物电容式、电导变化型厚膜式等,这些传感器存在许多不足之处:对气体的选择性差、易出现误报,系统需要频繁校准,使用寿命也较短。红外二氧化碳气体传感器新技术国内尚处于起步阶段，于2005年才取得一定进展实现了电调制，但关键元件仍需要进口。而现行红外二氧化碳分析仪多半存在着不仅价格昂贵，而且体积大、质量大等缺点。随着科学技术的不断发展和人民生活水平的日益提高以及人们对环境保护的日益重视，在空调、农业、医疗、汽车及环保等方面,对CO2气体的浓度进行定量监测与控制成为日益增长的需求,开发出灵敏度高、选择性和稳定性好、小型化、便携式的CO2 气体传感器必是大势所趋。基于这一理念作为一种尝试，提出一种红外吸收型便携式CO2气体传感器并给出其软硬件设计方案。

2、非分光红外吸收型气体传感器工作原理

任何物质都有其特征明线光谱，相应的也会有吸收光谱，二氧化碳气体分子亦然。二氧化碳在红外区有三个比较明显的吸收谱线，一个吸收中心波长位于近红外1.573μm处（适用于光纤二氧化碳传感器）、一个位于中红外4.26μm处，还有一个位于14～20μm波段[1]。我们选择中心波长4.26μm处的吸收谱线作为检测依据，因为此波段的吸收最为强烈，衰减最剧烈。根据气体选择性吸收理论可知，当光源的发射波长与气体的吸收波长相吻合时，就会发生共振吸收，其吸收强度与该气体的浓度有关，通过测量光的吸收强度就可测量气体的浓度。具体是，当一束光强为I0 的输入平行光通过待测气体时，如果光源光谱覆盖一个或多个气体的吸收谱线，则光通过气体时发生衰减。根据Beer－Lambert定律，出射光强I 与入射光强I0和气体的浓度之间的关系为

I = I0exp（－αCL）（1）

式中α为气体吸收系数； L 为吸收路径的长度；C 为气体的浓度。

对式（1） 进行变换得到，

C = ln( I0/ I) / (αL)（2）

从式（2）可知，如果L、α 已知，那么，通过检测 I 和 I0 就可以得到气体的浓度C。这就是利用光谱吸收检测气体浓度的原理。

事实上，上述理论没有考虑到光路干扰系数，这是一个随机变量，采用非分光技术可有效地消除光路干扰这一因素。其原理框图如下图1所示。

图1 非分光红外测量光路系统原理图

3、系统硬件设计方案及其实现

3.1核心技术及低功耗系统方案

电调制非分光红外（NDIR）技术是当前应用的前沿技术，也是系统的核心技术所在。论文格式。采用非分光红外测量技术，在实际操作中可以采用单光束双波长实现，即通过选用两种窄带滤光片，它们的中心波长相近但一个允许待测气体对应的吸收波长通过，而另一片则完全阻止其通过，如图1所示，以此实现调制和提取浓度信号。同时，为了系统的稳定和测量的精度以及真正实现手持型便携式，我们采用了电调制、低功耗设计方案，利用脉冲控制光源。而且在实现低功耗的同时也增强了光源的辐射特性和延长了光源的寿命。电调制与非分光技术的实现，从根本上克服了机械调制所带来的种种缺陷：有可动部件，需要专门的马达驱动，调制盘容易损坏，体积大不易于集成化等等。为了实现设计目标，选用专用的电源驱动芯片和微功耗光源，再利用微控制器实现脉冲调制，整个系统由＋5V单电源供电即可很好地实现手持型便携式。

国外NDIR 仪器占有率在70 %左右,国内NDIR 气体分析仪的主要厂家大都采用国际上20 世纪80 年代初的红外气体分析方法,如采用镍锘丝作为红外光源、电机机械调制红外光、采用薄膜电容微音器或InSb 等作为传感器等。因此，在国内非分光红外（NDIR）二氧化碳检测技术研究可以说才刚刚起步。发光光源以及滤光片镀膜工艺是必须攻克的难关，本文不作详细介绍，而将重点放在如何选择和应用上。

非分光红外二氧化碳气体传感器系统的设计构成主要包括：光源及探测接收模块(传感头)、信号放大模块、低通滤波模块、A/D转换以及由微控制器控制的人机控制和信号显示输出等模块。其具体的系统结构图如图2所示。选择恰当的光源和滤光片以及相应的探测器是非常关键的一步。从传感器出来的信号是极其微弱的，必须对其进行放大和滤波，在获得较强的信号的同时保证尽可能地消除噪声，达到较高的信噪比，为后续的信号处理提供真实有效的数据。微控制器负责信号的运算和浓度的换算、自动标定、实时的显示跟踪以及实现与计算机的数据通信等等。

图2 二氧化碳气体测量系统原理图

3.1.1 光源及其调制技术

设计中选用了PerkinElmer® 红外光源IRL715，可以实现低频电调制。由于其低压低功耗，体积小巧，而且经济实用符合我们的设计要求。

1）该光源具有的性能指标

n工作电压为5V，

n电流为115mA±10％，

n功率为0.575±10％W，时间常数为290ms，

n辐射强度为0.15±10％MSCP；

n时间常数为290ms。

n工作寿命长，可达40，000hs。论文格式。

2）光源的调制深度特性与工作模式的选择

光源IRL715的在5V可调方波信号驱动条件下，4um红外波长处的调制深度特性曲线表明，调制频率越高，调制深度越低。图3[2]是光源在连续工作模式和间歇性工作模式下的辐射强度特性曲线，即老化特性。在连续工作模式，1500小时后，其辐射强度降到初始值的95％左右，之后基本保持并略有回升。而在间歇性工作模式（工作1秒，停5秒），其辐射强度则呈上升趋势。因此，利用脉冲控制有利于增强光源的辐射特性，减缓其老化速度，同时也可提高测量的精度。对光源进行电调制脉冲驱动时，充分考虑了该因素。此外，驱动电压的大小一方面会影响到辐射强度，一方面也会影响到光源的功耗和寿命。恒流驱动是设计的最佳选择，选用恰当的电源芯片至关重要。

3）气室设计要求

传感器的光路系统因为采用了非分光红外（NDIR）电调制而变得简单，只要设置一个标准的气室即可。原理图如图4所示。此外，如果需要进一步减小传感头的体积，可以采用专用的光学镜面系统，利用多次反射以加长光程，并且可以同时加强辐射到探测器上的光强强度。光源的稳定对测量的精度具有非常重要的影响，因此选用高精度稳定性好的调整管对光源供电，再结合脉冲控制驱动或者选用可PWM驱动IC设计驱动电路。这样做的目的有二：一是实现电调制；二是为了充分发挥光源的功效和提高发光强度，使光源的性能达到最佳。

图4 光源电路及光路系统原理图

3.1.2 检测放大

红外探测器也是该系统的核心元件，它在很大程度上决定了系统的测量精度与性能。选用PerkinElmer®配套的TPS2534作为探测元件。该热电堆传感器为双元传感，配备了两片不同的滤光片，一片中心波长为4.0um，半波带宽为90nm，作为参考滤光片，一片中心波长为4.26um，半波带宽为180nm，作为气体选择滤光片，提取参考信号和气体信号。结合光源设计光路实现了非分光红外（NDIR）电调制。由探测器出来的电信号极其微弱，前置放大电路的作用举足轻重，因此选用了低噪声、高精度、低温度飘移的运放作为电路的主要部件。有效提高电路的信噪比，提高测量灵敏度。

3.1.3 滤波电路

滤波电路，选择了专用高阶开关电容低通滤波IC电路分别对参考信号和气体信号进行放大滤波，采用8阶BUTTERWORTH低通滤波实现，以有效的提高系统的信噪比。

3.1.4 前向通道、微控制器和后向通道

经信号调理得到的模拟信号，再由A/D转换器转换成数字信号，输入微控制器，完成前向通道的设计。因为本系统对采样的速度要求不是很高，再考虑到测量精度的需要和为了节省单片机的口线以及跟上技术发展的步伐，选用了串行16位ADC。

微控制器则选用了常用的AT89C52作为核心处理器，负责信号的处理和后向通道的显示以及数据通信。由于智能化和网络化将是传感器发展的趋势，可增加与上位机的通信口。

3.2系统的软件实现

系统的软件实现，主要需要完成数据采集、显示、通信、探测器温度监控以及光源调制和驱动等几大模块的功能。

基于上述有关电源的特性的论述和要求，软件流程如图5：

图5 软件设计流程图

4、结束语

该系统采用单＋5V电源供电，可大大减轻系统的质量和减小系统的体积，实现真正意义上的便携式，也可以作为分布式传感系统和传感器网络化的传感器，用于实时、远程监控。同时可大大降低成本。系统的缺点由于光源特性的限制，而不能实现高频调制,可以通过选用可高频调制的光源实现。

参考文献

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[2] PerkinElmerOptoelectronics product DATA sheet

[3] 熊友辉，蒋泰毅. 电调制非分光红外气体传感器.仪表技术与传感器[J]，2003，(4-5)

[4] 琚雪梅, 张巍等 红外吸收型CO2 气体传感器的设计. 传感器技术[J]. 2005，Vol（24）：8

[5] 王幸之. AT89系列单片机原理与接口技术[M].北京：北京航空航天大学出版社. 2004，

篇7

1修改人才培养方案人才培养方案制定得是否合理，关系到本专业的生存和发展。随着现代科学技术的迅猛发展，电类的各专业的界线越来越模糊，各学科相互交叉、相互渗透，电气专业传统的“发电、输电、用电”知识结构已经不能满足当今人才培养要求。因此，对人才培养方案和教学计划要进行适当的修改和调整。由于电气工程及其自动化专业是一个强电和弱电相结合的宽口径专业，而电力电子技术是诸多学科相互交集的学科，是由基础课到专业课过渡的桥梁和纽带，是强电和弱电的有机结合。因此，在修改和调整人才培养方案和教学计划时，要体现出电气专业的“以强电为主、弱电为辅、强弱协调”的主导思想，加大教学力度，要意识到“电力电子技术”课程在电气工程及其自动化专业教学中重要性和必要性，以拓宽学生的知识面，提高学生的工程实践能力和创新能力以及扩大学生毕业后的就业面。

2教材内容的合理取舍任课教师要选择一本合适的电力电子技术课程教材作为主教材，再参考其他的辅助教材，取长补短，主讲教师应具有宽阔的知识面及丰富的电力电子工程实践经验，注重应用型人才培养目标。教材的内容既有丰富的理论知识，还要注重工程实际的应用，要体现电力电子技术发展的新技术，也要体现出“电力电子技术”课程是基础课到专业课平稳过渡的桥梁，使教材内容更符合二本院校电气工程及其自动化专业的人才培养的要求。主教材中除重点讲授交流变直流、直流变交流、直流变直流、交流变交流四大类基本变流电路及它们的组合之外，还要联系当今电力电子技术的发展趋势及应用情况，注重电力电子技术在电力系统及其他工程领域中的应用，注重主电路设计、驱动电路设计、保护电路设计、参数计算及元器件选择，还应该适当介绍SVC、SVG、高压直流输电、开关电源、UPS电源、感应加热电源、光伏逆变器等装置的工作原理和实际应用情况，以适应电气工程及其自动化专业宽口径就业要求。

3课堂教学方式改革教学过程中应以学生为主，教师为辅，避免一人堂和填鸭式教学方法，针对教学内容和学生的具体情况组织安排教学内容。由于“电力电子技术”课程的教学内容繁多，课堂教学中需要绘制大量的电路图和波形图，以及诸多公式推导及各种参数计算等。由于课程学时少而教学内容又多,仅仅依靠传统的黑板加粉笔的教学方式显然是达不到教学效果的，所以多媒体技术逐渐走进了“电力电子技术”的课堂教学，大大地提高了课堂教学效果。这里需要强调的是，多媒体教学的引进并非完全取消黑板加粉笔的课堂教学方式，二者应该相互协调、相辅相成，各有各的长处。对于复杂的电路及波形的绘制和分析，可以充分利用多媒体的音容并茂的特点，使学生更容易理解和掌握电路的基本原理和工作过程，如以flas的方式显示电力电子器件的开通和关断过程、过电流和过电压的产生过程、电路的输入输出电压和电流波形等，使学生感到生动而有趣，使学生的课堂学习不再枯燥无味；而对于简单电路的分析以及例题习题的讲解，还是黑板加粉笔的方式显得更简单便捷，更具亲和力，加强了教师与学生间的互动和情感交流。总之，课堂教学十分重要，教师要根据自身的特点、教学内容、学生的素质，充分利用现代化教学手段及互联网资源，在有限的课堂教学时间内，最大程度地使学生理解和吸收所学的知识。

4改革实验教学环节为了提高学生的工程实践能力，对原有的电力电子实验室设备进行了更新和改造，引进近几年内较为先进的电力电子实验设备，对原有的验内容和实验计划进行了修改和调整，尽量减少简单的验证性实验，增大设计性和综合性实验的比例，根据专业的特点和理论教学情况组织实验教学。我院现有的电力电子综合实验室可开出多种实验，囊括了AC/DC、DC/AC/、AC/AC、DC/DC四大电力变换所需的实验，如整流及有源逆变实验、交流调压及交流调功实验、直流斩波实验、无源逆变变实验等。为了培养学生的科技创新意识，还增设了开放性实验和创新性实验，加强了教师与学生间的知识交流，也使电力电子课程的实验教学延伸到课外，对教学时间的不足起了一定程度的弥补作用；同时，在我院的大学生电子挑战杯大赛中，部分学生的竞赛题目与电力电子技术有关，提高了学生的电力电子技能。另外，我院每个学期举行教师实践技能大赛，有相当一部分竞赛题目与电力电子技术有关，大大提高了教师的电力电子技术实践能力和实验教学水平。

5将Matlab仿真软件引进课堂教学和实验教学Matlab仿真软件是各院校普遍开出的课程，将Matlab仿真软件与电力电子技术课程相结合，在课堂上，利用Matlab仿真软丰富友好的图形界面，使学生更直观地掌握所学的知识，也避免了教师画电路图、波形图的繁琐及时间的浪费；将Matlab仿真软件与电力电子技术课程实验相结合，是原有的实验操作的有益补充，同时又具备原有实验装置不具备的优点，如解决设备费用高、实验所花时间长、危险性大的缺点。而利用仿真教学工具代替实际元件在计算机上进行仿真，既不担心元器件损坏，也没有任何危险，学生完全可以在无人指导的情况下，在任何地点的计算机上自行完成电力电子电路的仿真实验，在此基础上再进行适当的真实性实验，这样不仅激发了学生的学习兴趣，更重要的是提高了学生发现问题、解决问题和实际动手的能力，会收到事半功倍的实训效果。

6课程设计环节的改革“电力电子技术”课程教学改革后，在课程教学的后期,增加了课程设计环节，由主讲教师布置该课程的设计任务,为避免雷同，每人一题，主要以电力电子技术的四大电力变换为核心，结合工程实际，根据给出的技术参数和技术指标，要求学生综合运用所学的相关知识,设计出总体方案、主电路图、驱动电路、保护电路等，并进行相关参数计算及元器件选择。较简单的题目，要求制作电路板和元器件焊接，并使用实验室的仪器和工具进行调试；较复杂的题目要求用实验室的实验设备验证或进行matlab仿真，最终以论文的形式完成课程设计，并进行课程设计答辩。课程设计环节的增加，拓宽了学生的知识面，提高了学生独立分析问题、解决问题的能力，是理论与实践相结合的有益补充，同时为后期的毕业设计、就业及将来打下基础。

7毕业设计环节的改革为了提高电气专业学生的电力电子技术理论知识和工程实践能力，近几年来，在电气工程及其自动化专业毕业实习过程中，除了到发电厂、变电所参观实习外，有相当一部分学生到电力电子装置的厂家实习；有时也请电力电子产品的专家学者做专题报告。在毕业设计选题方面，除了发电厂、变电所、继电保护、电气照明等传统设计题目外，许多教师在本科毕业设计中也增加了许多有关电力电子技术方面的设计课目，如感应加热电源、大功率开关电源、UPS电源、光伏逆变并网系统、SVC、SVG、高压直流输电等方面的题目。有些设计题目还获得了省级或校级优秀学士学位论文。

二、结束语

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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着而迅速发展。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,带来显着节能、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,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。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:首先是显着节电, 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。

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[论文摘要]汽车是当前重要的交通工具，汽车的发明和汽车相关技术的发展极大地改变了人们的出行方式，加快了商品和人员的流通。

随着汽车工业与电子工业的不断发展，在现代汽车上，电子技术的应用越来越广泛，汽车电子化的程度也越来越高。汽车技术与电子技术相结合催生出汽车电子技术概念。电子技术在现代汽车工业中的广泛应用加快了电子汽车的发展趋势，推动了汽车功能的多元化和便捷化。

一、汽车电子技术

现代电子技术与汽车工业的结合促成了电子汽车概念的诞生和实现，概括地来说当前的汽车电子技术主要包括：智能化集成传感器：提供用于模拟和处理的信号，而且还能对信号作坊大处理。同时，他还能自动进行时漂、温漂和非线性的自动校正，具有较强的抵抗外部电磁干扰的能力，保证传感器信号的质量不受影响；嵌入式微处理机已广泛地应用与安全、环保、发动机、传动系、速度控制和故障诊断中。软件技术：随着汽车电子技术应用的增加，对有关控制软件的需求也相应增加，并可能要求进一步计算机联网。因此，要求使用多种语言，并开发出通用的高水平软件，以满足多种硬件的要求。轿车上多通道传输网络将大大地依赖于软件；多通道传输技术，多通道传输技术的采用，对电子控制集成化的实现是十分必要和有效的。采用这种技术后，使各个数据线成为一个网络，以便分享汽车中心计算机的信息。汽车车载电子网络：汽车电子设备发展的一个重要趋势是大量使用微处理机来改善汽车的性能。随着电控器件在汽车上越来越多的应用，车载电子设备间的数据通信变得越来越重要。为了进一步提高行使的经济性，温度及车速等信息必须在不同控制单元间交换。由此，以分布式控制系统为基础构造汽车车载电子网络系统是很有必要的。集成化技术：汽车电子技术的一个发展趋向是功能集成化，从而实现更经济、更有效以及可诊断的数据中心。光导纤维：汽车电子技术的进步，已使各系统控制走向集中，形成整车控制系统。这一系统除了中心电脑外，甚至包括多达23个微处理器及大量传感器和执行部件，组成一个庞大而复杂的信息交换与控制系统等。

二、国内汽车电子技术发展

电子技术在汽车工业中的应用加快了汽车技术的升级和突破，自20世纪80年代以来，汽车工业的长足发展，也是以电子技术（特别是计算机、集成电路技术）为动力而实现的。采用电子技术是解决汽车所面临的诸多技术问题的最佳方案。因此一国电子产业的发展水平及其在汽车工业领域的应用情况决定了其在未来轨迹汽车行业竞争中的地位和影响力。目前，国产汽车的电子技术应用多数还处于初级阶段。只有少数厂家，主要集中在一些中外合资和国内较为先进的汽车生产厂家，开始将电子控制装置应用在汽车工业中。国内现在采用的电子装置主要包括发动机的燃油喷射、电子点火控制、汽车安全性方面的安全气囊，ABS等领域，而且多数为直接引进国外产品组装，国内科研院所目前有关汽车电子技术应用的研究也主要集中在发动机控制、电控悬架、ABS系统等几个方面，在汽车的电子网络化技术、GPRS导航及智能交通系统的研究等方面与国外还有一定差距。

三、现代电子技术促进汽车智能管理的发展

随着经济的快速发展和人民群众对汽车工业要求的逐步提高，当前的电子技术在汽车工业领域里得到了很好较快较好的应用。汽车智能管理系统就是这一应用的重要体现。车辆智能管理仪（以下简称管理仪）硬件构成主要由CPU，数据存储器扩展电路、IC卡接口电路、GPS接收电路、光电隔离的输入、输出电路、数码相机控制电路、指示灯、蜂鸣器及电源部分组成。采用GPS接收机接收卫星的信号，经过计算后可得出车辆所处的经纬度、行驶速度、行驶方向等参数。管理仪还能够采集与司机操作有关的数据，如刹车、远光灯、近光灯、左右转向灯、喇叭、雾灯、制动气压、车门开关等参数。管理仪根据预先设定的时间间隔和特殊事件的触发，将有关数据保存入IC（Intelligent Card）卡中。根据这些数据，车辆管理部门就可以对车辆的历史运行状况进行检查、管理，以确定车辆是否按照规定的要求运行。管理仪还能够对最近15次停车前，每次停车前50秒的所有信息进行详细记录，GPS数据的采集速度受GPS系统的限制，每秒钟记录1次，其他参数每隔0.2秒记录一次。管理仪还具有数码照相机的控制接口，可以根据外部触发信号，对车内的情景拍照。 转贴于

汽车工业是高科技工业，汽车性能的每一步提升都伴随着新技术、新工艺的运用。电子技术是21世纪推动经济发展和社会变革的重要技术之一，电子技术的发展及其在汽车工业领域的广泛应用将有效提升汽车工业的发展水平。

参考文献

[1]高艳青：《现代电力电子及电源技术的发展趋势》，载《电脑与电信》2007，1.

[2]张庆湘：《浅析电子技术在现代汽车工业中的发展与应用》，载《企业技术开发》2007，6.

[3]李卫东：《浅谈电子技术在现代汽车工业领域中的应用》，载《中国职工教育》2005，9.

[4]陈长军、张敏、马红岩、林希峰、闫文清，《激光技术在汽车工业上的应用》，载《机械工程师》2007，9.

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关键词：GSM；室内覆盖；高层楼宇；优化；解决方案

中图分类号：TU97文献标识码： A

一、高层楼宇GSM网络室内覆盖现状

全球移动通信系统Global System for Mobile Communication就是众所周知的GSM，是当前应用最为广泛的移动电话标准。全球超过200个国家和地区超过10亿人正在使用GSM电话。GSM标准的无处不在使得在移动电话运营商之间签署"漫游协定"后用户的国际漫游变得很平常。 GSM 较之它以前的标准最大的不同是它的信令和语音信道都是数字式的，因此GSM被看作是第二代 (2G)移动电话系统。 这说明数字通讯从很早就已经构建到系统中。GSM是一个当前由3GPP开发的开放标准。

随着社会的日益发展，城市对土地的需求越来越大，高层建筑作为满足人们对生存空间扩展的手段，越来越多地出现。随之而来，人们对通信网络的需求也越来越高，据统计，目前已有超过10亿的用户使用GSM电话，因此GSM网络的稳定至关重要。而在高层建筑中，室内GSM网络信号却极为杂乱，存在较为严重的干扰，最终导致通话质量差，根本不能满足人们对通信网络的需求。主要的原因是高层建筑物的低层，基站信号通常较弱，加之楼房结构的复杂性导致信号的屏蔽甚为严重，致使一些区域覆盖较弱甚至没有覆盖到。而在许多城市的中心区域 ，基站密度通常都比较大，平均站距小于 400m，致使高层建筑的中、高部分的室内的信号非常杂乱，尤其是临窗的位置，基站的信号通过直射、折射、反射等方式进入室内，信号极不稳定，同频、邻频干扰严重。在这种环境下使用手机，使得信号极不稳定，手机的通话质量受到极大的影响，使得通话效果差甚至是通话中断的现象。

二、GSM网络高层楼宇室内覆盖解决方案

针对GSM网络在高层楼宇室内覆盖中存在的问题，本文从两方面进行解答。

（一）GSM网络的优化

1.信号源的提取

高层建筑的GSM网络覆盖存在信号不稳定的现象，对此，建议以独立小区作为室分信源小区，这样有利于频率的规划、室分信号强度调整和参数的优化，同时有利于室分系统的“减负”，因此，将室分系统改造成独立信源小区意义十分重大。而对于高层建筑（高于20层），尽可能地采用多个独立信号源，每个独立信源只负责几层楼，这样临窗区域的电平值和载干比就能进一步提高。

2.分布方式的选取

信号的分布方式有4种，分别为：

第一，无源天馈分布：其优点很多，主要是造价低，易安装，宽频带，故障率低，产生噪声小且无源器件、无需供电。可以说效率高且环保。但是其明显的缺点是系统上设计复杂且当信号的损耗较大时需要加上干放。

第二，有源分布：与无源天馈分布相反，其明显的优点即是系统易于设计，场强均匀，在布线上较为灵活。其缺点也很明显，成本交高，易产生噪声积累，需要供电，易发生故障，频段较窄。

第三，光线分布：光纤分布方式具有布线灵活、传输效果好和传输距离远的优点，但是造价较高。

第四：泄漏电缆分布：泄漏电缆分布方式具有频段宽可兼容多个系统、场强分布均匀可控性高的优点，其缺点是成本高且传输距离近。

通过以上论述克制，不同的信号分布方式有不同的优缺点，要想获得最佳的GSM网络信号，就必须做到了解各种分布方式的特点，在不同的情况下选取合适的信号分布方式。

3.减少室外信号的干扰

高层楼宇临窗位置易受室外杂乱信号的干扰，从而致使高层楼宇的信号不稳定，因而需要减弱室外信号的干扰才能保障高宇信号得到优化。解决的办法是抑制越区信号的覆盖，使之难以向越区基站切换。

（二）建立室分覆盖体系

除了以上措施，保障高层楼宇室内覆盖的解决方案还需要建立室分覆盖体系，建立室分覆盖体系，首先要明确其基本流程，包括

准备市场协商设计安装验收运行维护

1.准备工作是整个工程的起点，总而言之便是技术人员通过对建筑内的无线信号进行测试并依据信号强弱和人流量进行选点，一般选点的对象为室内信号不好但是人流量又多的地方。如高层写字楼或城市内知名高层建筑，或者是商场、酒楼 、宾馆等。

2. 市场工作则是指促成与业主的合作，最终达到覆盖网络的目的。

3.协商工作是指与业主签订相关协议书，明确相关责任，如物业管理等。

4.当双方协定完成，则开始进行设计工作，设计工作是指室内覆盖系统的设计， 包括微蜂窝系统 、 传输系统 、室内分布系统 、 电源系统四大模块。设计中需要重点考虑的是信号源、场强分布、成本、传输及损耗等因素。

5.安装工作指根据设计的室内覆盖系统进行施工和安装。安装过后即可进行工程的验收和运行维护。

室分覆盖体系的建立，对GSM网络的发展具有深远的意义，一个完善的体系使得GSM网络的推广和覆盖过程中得到许多便利。

三、结语

从用户观点出发，GSM的主要优势在于用户可以从更高的数字语音质量和低费用的短信之间作出选择。网络运营商的优势是他们可以根据不同的客户定制他们的设备配置，因为GSM作为开放标准提供了更容易的互操作性。这样，标准就允许网络运营商提供漫游服务，用户就可以在全球使用他们的移动电话了。正如文中所分析，目前在高层建筑中，室内GSM 网络受到较为严重的干扰，为了使GSM网络得到优化，本文也提出了一些解决方案，包括两方面，其一是从GSM网络本身来考虑，着重从设计和技术方面对其进行优化改良，另一方面是从室分覆盖系统进行考虑，着重加强对GSM 网络的覆盖率。希望两者在日后GSM网络的发展中能够得到并使之得到更好的发展。

参考文献

[1]张阳.GSM系统高层覆盖优化方案[J].GSM网络技术发展专题,2011(6).

[2]刘波.浅析高层楼宇室内覆盖解决方案[J].电源技术应用（理论与探讨）,2013(3).