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1数字特技创造电影视觉神话
(1)数字特技可以用来创造出人们闻所未闻、见所未见、想所未想的全新的电影镜头。那些敢于赴汤蹈火,不怕粉身碎骨,面对惊心动魄的挑战面不改色心不跳的英雄人物,过去只是存在于作家、艺术家及其忠实的读者或观众的想象中,数字特技却让这些意念中的英雄须眉毕现地展现在观众眼前。还有堪称经典的《烈火狂风》等影片中,那种让炽热的岩浆在人们的眼前怒火万丈地奔突咆哮,并让提心吊胆的观众目睹了肝胆俱裂的演员在龙卷风中随风抛掷的逼真场景,如果没有数字特技的支持,是根本不可能出现在银幕或荧屏之上的。还有美国生产的《玩具总动员》、《勇敢人的游戏》、《龙卷风》等大片之所以有不俗的票房,其根本原因就在于奇妙的数字特技设计所产生的逼真而神奇的画面效果,使观众领略到现实生活中无法实现更无法体会到的全新感觉。
(2)数字特技还可以用来完成巨大的、困难的甚至危险的摄制影像。比如影片《真实的谎言》中在飞机上打斗的场面和导弹拖着人飞行的镜头就是演员根本无法表演的,只能用计算机特技完成;在《泰坦尼克号》影片中,庞大的群众场面如果由演员组成,不仅要耗费大量的人力与财力,而且难以组织,同时海难的场面也不可能让演员冒着生命危险去完成,这就需要以计算机制作出数字人代替真人表演。
(3)数字特技使观众体验到身临其境的感觉。在《角斗士》中当罗马竞技场生动地出现在屏幕上,当血腥暴力的逼真场面非常真实地出现在我们的视线中,一个早已被烟尘覆盖的时代就出现在我们的面前。 《角斗士》中气势如虹的战争场景也让人叫绝,漫山遍野的铠甲,像丛林一样的刀剑,使观众同时感受到了大战将至,箭在弦上、 蓄势待发的紧迫感;呼啸而来的罗马骑兵,黑压压的装甲步兵,投射器发射的火球,弓箭射出的火箭,燃烧的森林,兵器击打在盾牌和肉体上的闷响,如此逼真的画面,加上声响的震撼等声光效果的配合,观众就像是跟在麦克希穆的身边亲历刀光剑影,和麦克希穆一起冲锋陷阵,一起挥刀搏杀,这一切都是电脑的杰作,那种足以以假乱真的三维特技,使得能容纳三万多人的斗兽场变成了疯狂的海洋,人与兽的惊险搏杀经过特技制作以后,看上去是那么地惊心动魄,带给我们的视觉体验也是如此的真实,我想此片因而获得第73届奥斯卡金像奖最佳视觉效果奖应该是当之无愧的。
2数字特技能让真实事件完美再现
(1)电影中的数字技术是以现实主义的手法描画现实,真实再现某些自然景象和动作奇观。美国历史巨片《珍珠港》中的轰炸场面中呼啸的飞机,冲天的浓烟,倾覆的战舰,落水的士兵,大多是数字技术合成而非实拍。其精妙逼真的数字处理画面和镜头的生动描述,带给观众强烈的视觉感受,引领观众进入电影主题。试想如果以实拍的手法再现这一巨大的历史性场面,将是一项非常困难而又无比巨大的工程。然而通过后期合成技术,只需实拍不到十分之一的场景和人物,就可营造出预想中无比宏大的历史画面,其中一些实拍无法实现的飞行,爆炸场景,甚至是完全用数字技术虚拟出来的,这证明运用数字技术的途径是非常成功的,因为看不出破绽的特技才是最有艺术魅力的。
(2)让静态的人物做出真实的动作,可以再造历史中根本不存在的人物形象。如《阿甘正传》中虚构的历史镜头——阿甘与肯尼迪总统握手,这就是利用蓝幕抠像将演员与肯尼迪总统的历史镜头合成,经过精心地修饰,达到以假乱真的效果。还有斯皮尔伯格给我们带来的恐龙及大白鲨的奇观,经过计算机三维动画技术建模、利用动作跟踪软件赋予生成物体的动作和运动轨迹,再与实景拍摄的镜头合成,最终成为一个令人震憾的镜头。
3数字特技打造奇观的叙事功能与象喻点题作用
(1)数字特技的奇观叙事既与故事叙事血脉相通,又富有特殊的震撼力。影片《泰坦尼克号》沉船灾难的奇观为叙事的重点,当船头翘起、船尾开始倾斜到90度,上千人绝望地惊叫着从高为230英尺的船舱跳入大海逃命时,其惨烈场景,撕心裂肺,数字特技真实地再现了海难的一幕,在惊心动魄中把故事推向了灾难的!在突如其来的巨大灾难面前,生死瞬间,芸芸众生何其渺小,然而,正是灾难的反衬高扬了人性的尊严和高贵,毕竟有很多很多的人在生死抉择时,把生的希望留给了别人,把死的危险留给了自己,因而,前面的不落俗套的爱情故事才释放出眩目的光彩。也正因为可以自如地运用数字特技合成各种图像,制造出各种超乎人们想象的灾难镜头,所以这无与伦比的奇异景观使《泰坦尼克号》的叙事如此与众不同,巨大的视觉冲击形成强大的叙事张力,当观众从爱情飞翔的美轮美奂跌到空前灾难的惨状时,真的不需要更多的语言,奇观叙事有着使人降服的感召力,前所未有的奇观影像和奇观叙事震撼了世界影坛。
(2)数字特技打造的奇观不仅可以叙事,而且能够画龙点睛,突出主题和有着象喻作用。“象喻”是中国古代诗学提出的一种诗性阐释方式。它最根本的特点是借助一些生动具体、含蓄隽永的自然美的意象或意境来喻示解释对象的内在风神和整体韵味。如《阿甘正传》片头片尾那片随风飘动的羽毛,是全片最长的合成镜头。一组羽毛飘动的镜头在演播室绿屏背景前,用风扇吹动系在细线上的羽毛,然后在电脑中把几十个羽毛的镜头连接在一起;另一摇臂长镜头含天空、城市建筑、大树冠、街道、轿车和路边长椅上坐着的阿甘;最后将羽毛的镜头去除绿色背景后与城市长镜头的背景合成。羽毛飞过汽车的挡风玻璃和车顶时,连羽毛的倒影都清晰可见,这种心细如发的数字特技堪称完美无缺。片尾——阿甘将儿子送上校车上小学,羽毛从笔记本里掉落在草地上,又被风缓缓地吹起到空中飘舞,一代又一代……这片羽毛的制作费据称50万美元!但是,值。不仅仅是吸引观众视线的奇观,激起情感的流动,而且片头片尾反复出现构成了象征意义。飘浮无定的羽毛,使人想起美国人所言的:人生像一盒巧克力,我们永远不会知道自己的将来到底是什么样子?我们必须勤奋努力地去争取。《阿甘正传》的羽毛绝非导演随手拈来,可见无论是东方西方,对生命的哲理思考是殊途同归的。这为影片增添了诗意,提升了哲学品格。
[关键词] 独立学院;电子阅览室;服务对策
doi : 10 . 3969 / j . issn . 1673 - 0194 . 2014 . 23. 063
[中图分类号] G251 [文献标识码] A [文章编号] 1673 - 0194(2014)23- 0111- 02
独立学院经过十余年的发展,办学规模不断扩大,办学模式趋于成熟。图书馆作为独立学院知识和信息的集散地、学生的第二课堂,在学院发展中起到十分重要的辅助和推动作用。独立学院的飞速发展,要求学院图书馆也要向更深层次的特色服务方向发展。因此,如何加强电子阅览室的建设和管理,发挥电子阅览室在素质教育中的作用,成为独立学院图书馆电子阅览室建设中必须重视的问题。
1 独立学院图书馆电子阅览室的特点
由于独立学院与公办院校性质不同、经费来源不同,独立学院图书馆电子阅览室的建设情况及服务对象也有其不同于公办院校图书馆电子阅览室的特点。
1.1 硬件条件
独立学院建院时间较短,其电子阅览室的硬件条件多数较好。电脑设备配置较高,上网速度较快,管理方法先进,环境舒适宜人。
1.2 服务对象
独立学院图书馆电子阅览室主要服务于在校师生,学生占较大比例。独立学院学生的录取分数普遍低于普通院校的录取分数,学生的基础往往较差,缺乏学习的主动性,对阅读学习的兴趣不高。他们对电脑的基本操作水平较早期读者的水平均有较大幅度提高,但对专业软件或与学习相关的软件使用方法不够了解,也缺乏研究的耐心。按其上机需求,可将服务对象分为4种类型:学习型、研究型、应用型、娱乐型,其中娱乐型读者超过前三者的总数。
1.3 服务现状
独立学院图书馆电子阅览室的工作人员较为精简,并且多数员工较为年轻,缺乏管理经验。他们大都身兼数职,在完成正常开馆的前提下,还要负责图书馆全馆的电脑维护、系统维护、服务器维护、网页维护等工作,因此在深入服务读者方面存在不足。也常常因为工作项目繁杂,导致个人缺乏钻研如何开展读者服务工作的热情。
2 独立学院图书馆电子阅览室的服务对策
我国的图书馆电子阅览室最早建立于1995年拥有20台电脑的北京图书馆,经历了20 世纪90年代末的探索阶段、21世纪初的成熟阶段。伴随网络的高度普及、电子产品的推陈出新,读者已经可以不受时间、空间的限制,更加方便、快捷地利用各类信息资源,电子阅览室的功能随之弱化,接待读者量也有所减少,独立学院图书馆电子阅览室尤其明显。因此独立学院图书馆的电子阅览室要在重视读者服务的前提下,开拓服务思路,创新服务方法,变被动服务为主动服务,吸引读者前来学习和利用信息资源。
2.1 加强环境建设,重视人性管理
独立学院图书馆电子阅览室的环境建设除做好室内卫生、设备除尘等工作外,还要重视创造方便读者的人性化舒适环境。可以通过为读者划分功能区域,如休闲区、研讨区、视听区、培训区等,方便读者学习、研讨及交流。同时,要变被动服务为主动服务,积极为申报课题或创业项目的教师与学生开辟绿色通道,创造良好条件,吸引读者充分利用电子阅览室的各项资源。
2.2 加强读者培训,提高员工素质
电子阅览室除提供Internet资源外,还拥有丰富的电子资源(购进的电子数据库、电子图书等),是一个很好的获取知识和信息的场所。独立学院图书馆电子阅览室的工作人员应加大对读者的培训力度,使读者通过各种渠道了解电子阅览室的学术资源。从通过微信、微博、QQ等公众网络平台宣传数据库的功能和使用方法,让读者认识、了解、掌握图书馆的资源信息,邀请数据库培训师为不同读者群体开展有针对性的专题培训讲座,让读者更加深入细致地了解资源信息的使用方法。
工作人员要不断学习与探索,掌握本馆读者集中咨询的问题,形成一套适用于本馆的培训方案。同时培养本馆的培训人员,在电子阅览室定期开展读者培训或现场答疑等活动,帮助学生熟练使用电子阅览室中的电子资源。
2.3 打造互动平台,拓展服务功能
独立学院图书馆电子阅览室要与学院各系、部门及学生社团建立沟通机制,积极组织、协调与师生读者间的互动活动,拓展服务的方向和功能。如得知学生选课、评优、各种考试报名信息后,工作人员要事先了解填写方法,并在电脑上设置好所需网址,方便读者填报。当得知教学单位组织开展各类比赛时,如外语系的英语口语大赛、中文系的征文比赛、建筑系的制图比赛等活动,工作人员可提前将所需软件下载安装在电脑内,并在桌面创建快捷方式,为赛前培训及比赛现场提供方便。电子阅览室还应具备为选修图书馆信息检索课的学生提供实操场地等其他功能。
独立学院图书馆电子阅览室因其建设背景、服务对象与公办院校有所不同,发展趋势也有其特有的方向。只有加强电子阅览室各方面的建设,拓展工作思路,提升员工素质,才能更好地为广大师生提供科研、教学方面的服务,使电子阅览室在图书馆服务读者,发挥育人作用的过程中起到更加重要的作用。
主要参考文献
[1]白榕.论高校图书馆电子阅览室的管理与创新服务对策[J].科技信息,2012(6).
关键词MATLAB;信号处理;实验系统
1MATLAB简介
MATLAB是MATrix和 LABoratory 两词的缩写,是美国Mathworks公司推出的用于科学计算和图形处理的可编程的软件系统,经历了基于DOS版和Windows版两个发展阶段。
二十世纪七十年代美国新墨西哥大学计算机科学系主任的Cleve Moler教授为了减轻学生编程负担,为学生设计了一组调用LINPACK和EISPACK库程序的接口,这就是用FORTRAN编写的萌芽状态的MATLAB。1984年Little,Moler和Steve Bangert合作成立了MathWorks公司,把基于DOS版的MATLAB 1.0版正式推向了市场,并继续MATLAB的开发,经历了以下几个重要的阶段:
1.1.1988年推出基于DOS 3.x的MATLAB。
1.2. 1992年推出了具有划时代意义的基于Windows 的MATLAB 4.0 版本,并于1993年推出了微机版, 可以配合Microsoft Windows一起使用,使之应用范围越来越广。1994 年推出的4.2版本扩充了4.0版本的功能,尤其在图形界面设计方面提供了新的方法。
1.3.1997 年推出的MATLAB 5.0版允许了更多的数据结构,1999年推出的 MATLAB 5.3 版在很多方面进一步改进了 MATLAB语言的功能,增加了试探性语句。
1.4.2000年10月推出的6.0版(Release 12),在核心数值算法、界面设计、外部接口、桌面等诸多方面有了极大的改进,包括矩阵运算、数值计算、图形生成和信号处理等功能,用户可以集成地进行程序设计、数值计算、图形绘制、输入输出、文件管理等各项操作。2002年推出的6.5版采用了JIT加速器,从而大大提高了MATLAB程序的运算速度。
1.5.2004年推出了全新的MATLAB 7.0版(Release 14)。加强了6.X版的功能,提供了使用更加灵活、功能更加强大的函数。新的版本仍包括基本部分和专业扩展部分两大部分,其中基本部分有28个函数库(6.5版的基本部分有25个函数库),常用的函数约1200多个;专业扩展部分也称为工具箱,是用MATLAB的基本语句编成的各种子程序集,用于解决某一方面的专门问题或实现某一类的新算法。工具箱分为功能性工具箱和学科性工具箱两大类,其中功能性工具箱主要用来扩充其符号计算功能、可视建模仿真功能以及文字处理功能等;学科性工具箱专业性比较强,如控制系统工具箱、信号处理工具箱、神经网络工具箱、最优化工具箱、金融工具箱等,用户可以直接利用这些工具箱进行相关领域的科学研究。
2MATLAB的主要特点
2.1 计算功能强
MATLAB的计算要素不是单个数据,而是数组,因此提高了运算效率。MATLAB的计算分为数值计算和符号计算两类,数值计算包括数组的运算和数组元素的运算,可以实现算术运算、关系运算和逻辑运算;符号计算是通过MATLAB的符号工具箱实现的精确计算,可以解决在数学和工程领域中常常遇到的符号计算问题。
2.2 人机界面好
MATLAB的桌面环境集成了命令窗口、历史命令窗口、工作空间浏览器、当前目录窗口和快速启动平台,较以前更加友好。MATLAB的Notebook为用户提供了强大的文字处理功能,允许用户从Word访问MATLAB的数值计算和可视化结果。
2.3 编程效率高
MATLAB的流程控制语句较C语言更加简单,运算表达式较C语言更加灵活,与标准的数学表达式非常相近,使用户不必把主要精力用于学习语法结构和编程技巧,增强了初学者的信心,提高了编程效率。MATLAB语句以解释方式执行无需编译,执行后在命令窗口立即得出结果,若有错误也立即给出反馈信息,便于编程者立即改正。
2.4 绘图功能强
MATLAB提供了高层和低层两个层次的绘图操作。利用MATLAB的高层绘图函数可以绘制二维和三维图形,真正实现了数据的可视化。低层绘图操作是基于图形句柄的操作,能够实现图形用户接口界面的设计。
2.5 可扩展性强
MATLAB系统包括基本部分和各种可选的工具箱部分两大部分,具有良好的可扩展性,MATLAB的可扩展性体现在基本函数库的扩充和工具箱的扩展两个方面,允许用户编写自己的函数扩充到基本部分相应的函数库中,也允许用户开发某一应用领域的第三方工具箱。
3 MATLAB在信号处理方面的应用
近年来,国内高校由于校园网络发展不平衡,目前在信息系统方面同时并存三种模式。第一种模式是单机管理模式,在一些学校里,计算机网络还没有建立起来,计算机之间不能进行数据交换和信息共享,这些学校仍然停留在面向部门的单项事务处理的水平上,这种状况决定他们的系统经常出现数据不一致,容易发生数据丢失、系统感染病毒等问题;第二种模式是局域网管理模式,可以开展网络上的工作。比如建立局域网上的管理信息系统,数据集中在部门服务器上,为本部门的管理人员提供数据共享,这种方式对于部门内部的管理工作起到了促进作用,解决了部门内部的数据冗余和不一致的问题,但是应用软件都在工作站上完成,工作站负担过重,服务器只是实现文件的存储、数据存储和打印共享,网络利用率较低。校内很多单位都有自己的局域网,各行其事,不能实现不同单位间的数据共享,更不能实现信息资源的合理流动; 第三种模式是校园网上的全校信息系统,这个信息系统以各部门管理系统为基础,各部门管理的数据除了满足部门内部人员的使用之外,还可以为其他部门甚至全校教职员工提供信息服务。高校教育管理信息系统面临着下列需求: 加强学校与国内外科技信息的往来; 为学校主要信息部门建立部门的事务处理系统,在疏通各部门之间的信息渠道的基础上,建立全校共享数据库; 取代传统的落后手工办公方式,现代化办公的支撑环境,提高办公效率。建立基于Web的在线网络教学系统,利用校园网作为教学媒体,传送教学内容,在校园网上实施教学、管理教学,并进行网上测试和网上交流。随着学校招生规模的不断扩大,各专业学生人数剧增,各种实验所需仪器设备也相应地增加。固然,搭建硬件电路进行实验(或用各种实验箱)能够培养学生的动手能力,但随之带来的是比较大的开资。在这种情况下,MATLAB通用的软件系统便应运而生。一方面用软件实验系统会使整个实验过程变得简单快捷,缩短单个实验时间,可使学生在有限的时间内进行多个实验或多组数据的测试。另一方面,用软件实验系统可节省大量开支,同时对一些硬件电路无法进行实验或实验效果不够理想的实验,软件系统可让实验的原理并可对其过程进行仿真。
4 结语
鉴于MATLAB 在信号处理方面的强大功能,我们可以设想用MATLAB 语言来进行用户界面的设计和实验程序的编写,这样便可为我们提供一个可视化的实验软件。另外,只要在熟悉相关理论知识的条件下,便可进行某一单独实验,而不必拘泥于电路的细节。在录入实验数据后便可通过友好的用户界面看到实验的结果,达到理论和实验齐头并进。
信号处理是一门理论与实践紧密结合的技术。有助于提高分析和解决实际问题的能力。过去用其他算法语言,实验程序复杂,在有限的时间内所做的内容太少。MATLAB强大的运算和图形显示功能,可使信号处理上机实验效率大大提高。特别是它的频谱分析和滤波器分析与设计功能很强,使信号处理工作变得十分简单、直观。
参考文献
[1] 陈怀琛,吴大正,高西全.MATLAB及在电子信息课程中的应用(第二版).北京:电子工业出版社,2003:219~221
关键词:等离子体激元波导;对称混合长程表面;激光传输介质;介质分析
计算机和微电子技术的发展对数据传输的速度也有着很大的要求,随着技术的改善,光纤损耗技术的降低也让光纤通信有了良好的发展空间,随着通信技术和网络信号的处理要求不断提高,新一代的光电系统在生活中的应用范围也越来越广,集成光学在生活和研究领域的重要性也在不断增加,逐渐成为研究领域的热点之一。
1 表面等离子体的理论基础
在很久以前,人们就已经对金属表面的等离子共振有着一定的了解和接触,在这一现象尚未上升到理论高度的时候,人们在无意之中采用金属的这个特性进行了一些简单物品的制作,比如利用金属纳米结构的选择性散射和透射的效应,把不同种类的金属颗粒掺杂进彩色的玻璃当中,从而生产出各种各样颜色的玻璃,用作不同的装饰品,如在制备玻璃杯的时候,在制作玻璃的时候掺入微量的金粉和银粉,这样就能让玻璃杯呈现出不同的颜色,如不透明的绿色和半透明的红色,这就是等离子体在人类尚不能理论化这个现象时候的初级应用。
一般情况下,贵金属才是表面离子体产生的重要介质,因为贵金属当中可以实现电子跃迁,可以使能量衰减少,这样在金属尺寸缩小到几十纳米量级的时候,要使用麦克斯韦的电磁方程来进行理论上的建模与分析。
在日常的生活当中,金属频率的可见光波段会因为反射光比较多而阻碍同属性的其他电磁波进入和穿过。在微波和远红外的波段中,波导的包层可以使用某些金属作为代替,而且随着频率的不断增大,电磁波对于金属的穿透能力也在不断增强,也会带来更大的损耗,在这个状态下,我们可以使用德鲁特模型进行性质的描述。
表面等离子体的激元波导传输是外界在电磁场的作用下对电子自由振动的传播以及入射光子的相互作用而产生的电磁波,电磁波沿着金属和介质的分界面进行传播。它的振幅在垂直于传播方向上有着和传播深度呈反比方向的关系。在两个相异的均匀媒质分界面处,介电常数是正实数的媒质就是介质,而介电常数呈现复数状态的就是金属,在金属和介质的分界面处,一定频率的光波照射会引起金属中自由电子的震荡从而引起共振。
2 混合长程表面等离子体激元波导传输的分析
(一)混合长程表面等离子体波的特点
最近引用较多的混合长程表面结构就是三层结构,分别是IMI结构与MIM结构,这两种结构当中间层比较厚的时候,两个分界面的表面等离子体波互不干扰,而随着中间层厚度的减少,两个分界面上的表面等离子体波开始进行交叠,从而产生耦合的现象。我们对这种现象进行分析,发现场限制能力较强的结构会有较大的传输损耗,而传播长度和场限制能力是互相制约的,在IMI结构中,电磁能量向两边集中,所以传播长度交缠,传播距离也会大大增大,所以这就是长程表面等离子体波。
混合长程表面等离子体波具有传输距离较长、平面集成较为便利的特点,所以随着金属厚度的减少,表面等离子体的传输常数的虚数部分会趋向于0.从而可以进行较长的传输。这种易于被光纤介质波导激发的方式以及得到了广泛的应用,而且有着可以实现模场放大的可能性。
(二)混合长程表面等离子体激元波导的简介
混合长程表面等离子体激元波导是长程表面等离子体波和高折射率下的对比效应的混合状态,这种状态下等离子体波到有额外的场限制能力,传播长度也有着提升,对三维的集成光学电路的发展铺平了道路,通过详尽的计算,有着新型结构的初步实行方案。新型的结构注重传播长度、模式宽度的统一。
在具体的制造过程中,对称混合长程表面的等离子体波到是所有层和介质材料以及过程中化学蒸汽的叠加,所以有着一定的制造误差,要注重理想尺寸的精确程度。而侧向模场限制也是需要很多关注的,而且传播的损耗会由于模场限制而有所降低,在这个过程中,横向模场限制在没有弯曲损耗计算的情况下可以基本确定最低弯曲半径的实现,从而使模式宽度成为一个关键的参数。在耦合长度方面,水平放置的平行波导要大于垂直放置状态,而包层波导的耦合长度要比非包层波导的耦合长度长,两个相邻波导的串扰减小也会导致耦合长度的增加。
3 结语
新型的对称混合长程表面等离子体激元波导有着优点和缺点,要注重分析介质加载的表面等离子体,和长程表面等离子体的优点与缺点,对对称混合长程表面等离子体波导结构进行一定的优化。
参考文献:
[1]孙海丽. 对称混合长程表面等离子体激元波导传输特性研究[D].兰州大学,2014.
随着我国经济水平的不断提高,各行各业都得以实现长足的发展。而在电力电子技术方面,也因为科技的进步而提高了技术水平,尤其是在电力系统中的应用发展越来越广泛。比如说电机的变频调速、工业的供电电源、配电和绿色照明等方面都凭借电力电子技术的应用而有了一个质的飞跃。在近几年的发展中,电力电子技术的应用系统又有了新阶段的发展,基于此,本文将深入分析电力电子技术应用系统的发展方向,以便于能让这项技术得到更多的应用。
【关键词】电力电子技术 应用系统 发展热点
就当前的形势分析,电力电子技术已经成为了我国国民经济中的重要基础性技术之一,它的发展也能够带动电力系统的质量提高。在最近几年中,随着我国经济的迅猛发展,为众多行业的开拓提供了充足的物质保障,尤其是电子电力技术的应用上也呈现出了快速发展的大好势头。面对目前全球的能源危机和环境污染问题,电力电子技术也凭借着自身的特点,在电气工程的领域中发挥了巨大的作用。
1 电力电子技术的发展历史
电力电子技术的前身是半导体技术,经过了半个多世纪的发展和进步,电力电子技术在半导体技术中逐渐发展和分离,越来越广泛地应用在了人类社会的日常生活中,为连接强弱电建起了一座稳定的桥梁。综合说来,电力电子技术的发展总共经历了3个阶段。
第一阶段:20世纪50年代,可控硅整流装置,应用于电力系统中大功率电子技术;
第二阶段:20世纪80年代,柔流输电技术
第三阶段:当前时间段,实现了用电设备的高效节能、设备的智能化、小型化和轻量化
从中我们可以看到我国的电力电子技术起步比较晚,但是随着时间的发展也得到了长足的进步。
2 电力电子技术的应用对电力系统的重要意义
电力电子技术的发展离不开计算机技术和自动化控制技术水平的提高,电力电子技术的应用能够最大化提高电力系统的用电效率,增强了电力系统的自我控制能力,同时也提高了整个电力系统的服务质量。电力电子技术在电力系统中的应用有很大的意义,主要体现在了:提高了电力系统的自动化智能程度,特别是电力电子技术中的模糊控制和智能化控制对电力系统起到一个推动性作用;二是提高了经济效益和社会效益,电力电子技术的广泛运用,能够提高设备的能源转化效率,降低了成本的开支,缩短了运行周期,为整个电力系统赢得了良好的社会效益;最后一点就是完善了产业结构和管理的形式,电力电子技术的提高,也让电力产业成为了新型的企业,有助于提高产业整体的完整性。
3 电力电子技术在电力系统中的具体应用
3.1 电气节能
电气的节能主要包括了变频调速、电能质量、有源滤波等内容,在这其中,变频调速是主要的工作内容。早在2006年,国家就启动了电气节能这项工程,工程中也包含了电机系统的节能。在这样的政策扶植之下,国家每年都会资助约为100多个节能项目,并且取得了巨大的成效。这个项目一个最典型的例子就是电机系统的“十一五”节能规划,总体节电为200亿千瓦时,庞大的数据表明了节能量取得了良好的效果。
3.2 新能源发电
全球的人口基数大,并且呈现着增多的趋势,加上工业水平的发展,对于能源的需求量不断增大,这个给全球的能源环境带来巨大的挑战。石油和煤炭的储量在不断减少买环境污染问题严重,生态平衡遭到了严重的破坏,如果不马上解决这些问题,能源的资源总会有枯竭的一天。在这样的环境下,新能源的开发和应用受到了全世界的广泛关注。利用新能源来发电主要包含了太阳能、风能、生物质能等清洁能源发电,世界上的发达国家,如美国、欧盟、日本等都相继采取了“绿色能源”的计划,一时间,新能源的发电技术已成为电力电子技术中的主要应用领域。
新能源发电在电力电子技术中的应用主要体现在一次能源供给的随机性大,由于太阳能、风能都会受自然环境的影响,并且对输入的电能波动小。
3.3 电力牵引
电力牵引目前已经成为世界各国的交通发展的新特点,电力牵引中主要包含了高铁、地铁、轻轨和电动汽车等,我国也投入了大量的资金来发展电力牵引技术。
电力牵引的主要特点是:蓄电池供电、四象限运行、恒力矩控制以及高温和强振动的工作环境。也正是由于这些特点,导致了对于电力电子设备的高要求,根据我国的事情来看,仍然以进口的牵引设备为主,而国产产品适应能力差、动态性能不够,未来国产产品的发展还有很长的路要走。
电力牵引在电力电子技术中的应用的发展方向为:提高电力电子的变换器装置效率和功率密度,发展集成技术和冷却技术;实施精确控制尤其是针对低速和高速下的平衡控制一直是重点研究的课题;最重要的还要保证电力牵引的可靠性运行,采用综合管理的手段。
3.4 智能电网
智能电网是我国新提出的一个概念,一般定义为电力电子技术、新能源发电技术、传感技术等的电网控制技术。智能电网中的电力电子技术最大的特点就是容量大、电压高、组合结构、分布广等内容。目前智能电网的发展正处于初级阶段,还存在着一定的问题,比如功率半导体的器件能力需要提高,需要向更大容量来直接变换,并保证电力质量的可靠性。
4 结论
电力电子技术的应用,在目前的电力系统中获得了广泛的应用,并取得了非常显著的进展,为电力企业获得了大量的经济效益。在未来的经济发展中,电力电子技术必须要发展成为现如今高新技术系统中一个必不可少的关键环节。当然,一项技术的发展必然存在着很多问题,但是只要通过国家的政策扶持和电力企业的技术创新,就一定能够想出具体的措施来解决问题。只要我国在电力电子技术的发展中抓住机遇,应对挑战,就一定能让电力系统取得更健康的发展。
参考文献
[1]赵争鸣.电力电子技术应用系统发展热点综述[J].变频器世界,2010(01):41-43.
[2]赵争鸣.电力电子技术应用系统的一些新发展[J].电力电子,2010(01):6-10.
[3]柳建峰.我国电力电子技术应用系统发展现状探究[J].数字技术与应用,2013(05):230-232.
[4]林雄金.电力电子技术发展及其在电力系统中的应用探讨[J].通讯世界,2013(01):124-125.
关键词:电力电子技术;实践教学;教案
作者简介:屈克庆(1970-),男,河南洛阳人,上海电力学院电气工程学院,副教授。(上海 200090)
中图分类号:G642.0 文献标识码:A 文章编号:1007-0079(2014)09-0077-02
“电力电子分析与设计”课程是上海电力学院(以下简称“我院”)本科生教育中为电力电子与风力发电专业方向开设的一门专业选修课,也是必选课程。这门课程着重教授现代电力电子技术内容,要求理论课程与实践紧密结合,以激发学生的学习兴趣,培养学生的理论知识和实践能力为目的,能为本科毕业设计和今后工作奠定良好的基础,以期满足当今社会急剧增长的对电力电子技术的知识和人才需求。
一、教学现状和分析
电力电子技术是一门关于电能变换与利用的学科,涉及到发电、输电、配用电、传动等各个环节。随着当今社会迅速发展,广泛应用于工业企业、交通运输、生活医疗、新能源发电等各个方面,这些都与实践内容密切相关。
电力电子技术是在时展要求下产生的节能与发电技术,是高校电气专业的一门重要课程,其理论性和工程实践性都很强,是学生既感兴趣,又普遍感觉较难的一门课程。结合多年的教学实践总结,探讨了这其中的主要原因,大概可分为以下三个方面:
1.电力电子技术内容繁多,并且知识点分布广泛
根据应用的场合和要求不同,电力电子电路形式和内容纷繁多样。
从应用场合上划分主要有基本四种变换形式:直流-直流、直流-交流、交流-直流、交流-交流;每种变换形式从电源种类上看包括有单相、三相、多重化、多电平电路,从负载方面上看包括有电阻负载、阻感负载、阻容负载;从电力电子元件上看主要包括有二极管、晶体管、晶闸管、门极可关断晶闸管GTO、场效应管MOSFET、绝缘栅型场晶体管IGBT;采用不同的元件、电路和负载都会产生不同的效果。
从应用目的上包括有幅值的变化(如电压的升高与降低)、频率的改变(如变频调速)、相位的移动(如无功补偿)、相数的改变(如三相到多相)、功率或转矩的变化(如电机传动)、谐波的治理(如电力滤波)。
从不同形式的电力电子电路和不同的负载特性上,都可以得到不同的工作波形,对于波形的把握与理解,也是电力电子技术区别于其他学科的显著特点之一。这需要在理解电力电子器件的特性上掌握电路的功能和结构特点,建立电路的数学模型,并进行多种电路的对比总结,才能具备分析主电路功能的基本能力。
2.电力电子技术涵盖涉及学科众多,并且理论内容广泛
既涵盖到电气基础的课程有:电路、电子技术、电机学、电磁场,又涉及到电气专业的课程有:控制理论、微机原理、电力系统分析、运动控制系统等。
电力电子技术是一门弱电控制强电的技术,也是所谓将“粗电”变换为“精电”过程,学科跨度和综合性非常广。实际的电力电子装置既包括由电力电子器件等构成的主电路,又包括由DSP等微处理器构成的控制电路。
首先在主电路设计中,根据以电路、电机和电力系统为主的应用对象,进行原理分析和推证,实施具体的功能要求和性能指标。
其次在控制电路设计中,要根据装置要求和特点,不仅要实现各种功能要求,而且考虑谐波及电磁干扰问题,很多装置也需要DSP等微处理器来进行算法实现。最后还要进行整体结构设计和测试EMI影响。
大学三年级本科生已具备了电路、电机的基础知识,讲授电力电子技术课程是以主电路作为内容。由于在初步学习各专业课阶段,尚未形成多学科知识交叉汇总的全面思维模式。虽然能掌握主电路基本原理,对于涉及控制电路和应用对象,常感到困惑并难以理解。如何培养学生形成对电学各学科的整体意识,而不能“只见树木,不见森林”,是这项教学课程所要探讨的主要内容和目的之一。
3.电力电子技术的理论内容发展迅速,并且实践应用范围广泛多样
电力电子技术自身的理论体系处于迅速发展阶段。其中:电力电子器件的发展起决定性作用,从二极管、三极管、晶闸管、MOSFET、IGBT、IGCT等的发展,推动了主电路结构的本质变化;根据本质不同的器件形成纷繁多样的主电路拓扑形式,又因不同的实际要求而形成众多独立不同的控制方式,其中形成了具有突破性的控制理论,比如PWM技术、软开关技术、空间矢量等。
如何将电力电子器件、主电路结构、控制方法和理论相结合,培养学生从电力电子技术的发展来全面理解和掌握知识,懂得从发展历史上进行思考和总结,也是需要探讨的内容之一。
电力电子技术的实践性非常强,这种实践性体现在对电力电子装置的设计、调试和操作等诸多方面。在实践中,需要对电路功能和各项指标进行综合验证,不仅要求懂得硬件设计和调试,涉及到主电路、元器件、印刷电路板、布线和布局;也要求懂得软件设计和配合,包括有汇编、C语言、DSP、FPGA等。电力电子器件对环境和用法要求较高,在使用之前需要对电路非常熟悉,即便是工作经验丰富的人员,也还有预料不到的情况发生,导致器件和电路损坏。
对于大三学生而言,仅仅具备了有限的初步认识,实践能力欠缺,体现在实验教学当中,电力电子器件的损坏现象最为普遍。这当中自然有主观的因素,但是如何降低损耗,增强学生实践意识,提高学生动手能力,也是教学改革面临的难点和重点之一。
二、教学目的和特点
从本科教学计划上看,大学本科生在第三学年学习了“电力电子技术”,这门课程内容丰富,但因2~3学分课时有限,主要是讲授以晶闸管为主的整流和逆变电路,让学生掌握传统的相控式电路及应用。此外,也着重讲授直流变换电路中的升压及降压基本工作原理,初步介绍MOSFET和IGBT为主的斩控式逆变和整流电路。通过对这门课程的教授,使学生掌握四种基本变换的主电路拓扑结构和特点,对电力电子技术有了基本认识,奠定了学生的基本电力电子知识体系。
结合前述情况的分析可知,现有的课程内容不完全适应我院新开辟的“电力电子与风力发电”专业方向的教学需要,除此之外,近十多年间电力电子技术在节能、传动、新能源、电力系统等行业迅猛发展,因此有必要在课程内容中增加这方面知识的比重,以及通过增设“电力电子分析与设计”专业选修课的方式拓展学生的知识面。
这门课程介绍由IGBT和MOSFET为主要电力电子器件所构成的现代电力电子电路,重点要求掌握直流-直流斩波器、直流-交流逆变器这两种应用最普遍系统的分析与设计方法。内容包括主电路的选择、功率器件的选择、控制电路的设计、驱动和保护电路的设计、变压器设计及元件参数的技术、仿真实践等。该课程注重将理论分析和实际应用相结合,使学生掌握新型电力电子电路的分析方法,具备初步的设计能力。
三、课程内容
现代电力电子技术主要是围绕PWM技术展开的,其中DC/DC和DC/AC变换是基本的两种电源变换方式,也是实践生产中最为普遍的应用方式,不仅涉及到基本的变换电路及参数,而且涵盖了基本的变换理论和技术。
课程内容结合了多年的实践和教学总结,是从电力电子装置的角度来传授相关理论、知识和经验,培养学生对电力电子的系统知识,树立整体观念。教学形式以理论教学和仿真实践相结合,各占一半课时。这两部分内容交叉进行,如单周进行理论教学,双周进行实践教学。其中:第一部分理论教学内容安排如下表1所示。在理论教学的同时,配合进行以MATLAB的实践教学,仿真实践内容安排如下列表2所示。
四、教学效果总结
经过2学期的教学工作,笔者总结了一下教学效果。同学们普遍认为在学习这门课程以后,能够全面理解和掌握以DC/DC斩波变换,以及DC/AC逆变的基本原理和基本控制方法,学会了应用Matlab仿真软件对电力电子电路进行分析方法,设计控制电路参数和调试控制参数。在后期的本科毕业设计中,学生能够轻松上手,对复杂的毕业设计如新能源发电,领悟和掌握较快,较多同学的毕业论文被评为优秀本科毕业设计论文。不足之处在于,由于受制于课时和实践条件有限,只是通过仿真实践来掌握学习。如果能进一步联系实验教学,更能提高学生的感性认识,提高动手实践能力。
在今后的教学实践中,仍然面临提高本科学习兴趣、全面提高学生理论知识水平和动手实践能力等问题,这些都是值得深入分析和探讨,不断改进完善的重要课题。
参考文献:
[1]钟炎平.电力电子电路设计[M].武汉:华中科技大学出版社,
2010.
[关键词]电力电子技术;教W模式;工程化教学
[中图分类号] G642 [文献标识码] A [文章编号] 2095-3437(2017)04-0037-03
为了更好地适应经济和科技飞速发展对应用型人才的迫切需求,国家教育部于2015年下半年提出了部分高校或高校的一些专业要向服务于经济和社会的生产和实践应用转型。在这种高等教育转型的形势下,电力电子技术是一门理论性和实践性都很强的课程,必须进行相应的应用教学的改革。这些年来,在高等学校的课程教学过程中,许多教师往往偏重理论的讲解,而轻实践和工程应用的教学,这就导致不少毕业生动手能力和实际应用能力不能满足用人单位的要求。为此,大学的课程教学要向工程应用的教学方向转变和改革。
电力电子技术课程是高等学校电类自动化、电气工程及自动化等专业的一门重要的专业技术基础课。我校的自动化与电气工程学院,在自动化、电气工程及自动化两个专业开设了电力电子技术课程。2014年,在教学团队的共同努力下,电力电子技术课程被选为辽宁省教育厅的本科教育的精品资源共享课。以电力电子技术的资源共享课为契机,依托本学院中央与地方共建高校特色优势学科实验室建设平台,为适应工程应用教学的趋势,本教学团队提出了工程化教学的创新教学模式,即“能力轴+教学圆”模式。通过教学模式创新,并按照创新模式实施教学,以提高学生的工程应用和创新能力。
一、教学模式创新
电力电子技术是一门综合性学科,该课程具有理论性强、内容多、与工程实际紧密联系等特点,涉及的基础知识比较广泛,同时该课是后续专业课的基础。电力电子技术在直流输电、风电领域、新能源转换技术等方面都起到了非常重要的作用。针对目前电力电子技术偏重理论而轻工程实践的教学方法,“学”与“用”脱离的教学过程,教学团队积极探索电力电子技术的教学模式,希望通过好的教学模式及模式的实施,把电力电子技术课程的“学”与“用”有机地结合起来。为此教学团队提出电力电子技术教学的工程化教学创新模式,该模式为“能力轴+教学圆”,该模式通过观测点信息反馈,组成闭环结构。见下图1。
图中的“能力轴”是指学生具备电力电子技术的知识点对应的工程应用能力,例如,整流电路的理论对应实际的电力电子整流装置的设计能力或者电力电子装置的应用能力。“教学圆”是不同的工程化教学手段及教学方法,例如,利用现有实验装置进行工程化教学是“教学圆”的其中一个环节。通过观测点反馈信息后,改进方法也是“教学圆”的其中一个环节。各种工程化教学手段包括课堂实例讲解、实验装置应用、课外实践和调查、课后作业、动画演示、在线网络资源、产品实物讲解、电力电子设备说明书等等。教学团队希望通过实施“能力轴+教学圆”的创新教学模式,提高学生的工程应用和创新能力。
二、创新教学模式的实施
目前,我校电力电子技术课程教材是最新的国家级规划教材,即由机械工业出版社出版,王兆安、刘进军主编的《电力电子技术》第5版,该教材是普通高等教育“十一五”国家级规划教材,也是普通高等教育电气工程和自动化类“十一五”规划教材。虽然电力电子技术的教材内容分为十个章节,但是电力电子技术的核心是四大类电力变换,也就是整流(AC/DC)、逆变(DC/AC)、直流-直流变换(DC/DC)、交流-交流变换(AC/AC)。依据教学团队的“能力轴+教学圆”创新教学模式,其中“教学圆”是不同的工程化教学手段及教学方法,例如,课堂实例讲解、实验装置应用、课外实践和调查、课后作业、动画演示、在线网络资源等。由于篇幅有限,本文只是以“教学圆”的一个环节实施为例说明创新教学模式的实施过程,即采用典型四大类电力电子装置,通过讲解典型的电力电子装置应用,让学生掌握典型系统的设计思路 、设计方法和调试技术等。为学生电力电子技术的应用打下良好的基础 。
关于整流电路的理论知识,按照自动化专业的学生培养目标,要求学生掌握单相、三相整流电路的结构、工作原理、波形分析和定量计算、整流电路的有源逆变等。整流电路的典型应用是晶闸管直流电动机系统,对学生而言,晶闸管直流电动机系统也是难点。为了做好整流电路的工程应用教学,结合目前主流的整流电路的电力电子产品,选用西门子公司直流调速装置作为工程应用实例讲解。西门子的直流调速装置应用非常广泛,尤其是冶金工业的轧机驱动控制,一般均采用西门子的直流调速装置。西门子6RA70系列直流调速装置是全数字直流调速装置,其驱动功率可以从6kW至2500kW。西门子6RA70直流调速装置功能全面,不仅具备整流电路的功能,而且针对直流电机的调速具备强大的控制功能。另外,多台6RA70直流调速装置可以并联使用,驱动一台直流电机,以驱动功率较大的直流电机。再者,西门子6RA70还有工业通信联网功能。在课堂上主要讲解6RA70直流调速装置的整流电路的应用,至于6RA70直流调速装置的强大调速功能,应该结合自动化专业的直流调速系统的课程来讲解。
按照创新教学模式,关于整流电路的理论知识对应的工程应用教学,前面做了详细介绍。至于逆变(DC/AC)、直流-直流变换(DC/DC)、交流-交流变换(AC/AC)的工程应用教学,由于篇幅有限,只能说明理论知识的工程应用采用何种电力电子装置作为工程应用讲解实例,创新教学模式的实施过程和整流电路的一样。对逆变电路(DC/AC)的理论知识,要求学生掌握逆变电路换流方式、电压型(单相、三相)逆变电路的结构和特点及工作原理、了解多重逆变电路和多电平逆变电路。针对逆变电路的理论知识,结合目前主流的逆变电路的电力电子产品,选用西门子公司交流调速装置作为工程应用实例讲解。关于交流-交流变换(AC/AC)电路的理论知识,要求学生掌握交流调压、交流调功、交流电子开关电路的结构和工作原理。交流电力变换电路对应的应用电力电子设备选用目前主流的应用产品,即ABB公司的低压软起动器。关于直流-直流变换(DC/DC)电路的理论知识,要求学生掌握基本降压或升压斩波电路的结构、定量分析;掌握典型带隔离的直流-直流变流电路;了解复合斩波电路和多相多重斩波电路。直流斩波电路的应用电力电子设备选用目前主流的应用产品,即GE公司的直流斩波控制器。
图2为6RA70直流调速装置的可逆系统主回路图。
三、结语
传统的授课模式, 往往偏重于理论的证明和公式的推导,而没有与实际应用相衔接,体现不了将复杂问题简单化、抽象问题具体化的启发式教学特点,不能反映“学以致用”的教育及学习目标。这导致了教师在课上的知识传授较为抽象、生涩,学生的学习积极性不高,且对该课程缺乏整体把握和深入理解。由于电力电子技术在实际工程应用中具有多样性和复杂性,所以做好电力电子技术的工程化教学并不容易。教学团队按照电力电子技术创新教学模式进行教学后,通过对学生的教学效果调查,从学生的反馈信息可以看到,通过实施创新模式的教学方法,工程化教学效果比较明显,真正提高了学生的电力电子技术的工程应用能力。通过不断地探索新的教学模式,电力电子技术的教学得到了改进,更适应经济和社会发展的需要。
[ 参 考 文 献 ]
[1] 王兆安,刘进军.电力电子技术(第5版)[M].北京:机械工业出版社,2009.
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【关键词】电力系统 开关电源 不间断电源
一、电力电子技术的发展
1957年美国通用电气公司研制出了第一个晶闸管,标志着电力电子技术的诞生。而1958年以集成电路的诞生为标志的微电子技术带动了一系列高新技术产业的发展,标志着第一次电子技术革命的开始。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。电力电子器件按照能被控制电路信号所控制的程度分为不可控器件、半控型器件和全控型器件。不可控器件主要指电力二极管、该二极管虽不可控,可因为结构简单,使用方便成本低,仍被广泛应用。半控型器件主要指晶闸管,由它所组成的电路灵活成熟、开关损耗小、开关时间短,在电源、通用逆变器、电机控制等电路中应用广泛。但驱动电流大、耐浪涌电流能力差、容易受二次击穿。以电子技术和微电子技术的发展为背景,全控型器件是在八十年代末期和九十年代初期发展起来了,主要有电力晶体管(GTR)、电力场效应晶体管(电力MOSFET)、绝缘栅双极晶体管(IGBT)。其特点是集高频、高压和大电流于一身,是大型的功率半导体复合器件,全控型器件的诞生表明传统电力电子技术已经进入现代电力电子时代。
二、现代电力电子的应用领域
(一)电力系统及节能方面
电力电子技术在电力系统领域中的应用着非常广泛和重要,在发电通过改变设备的运行特性为主要目的;而电子技术在高压输电领域的应用,极大的提高了电网运行的稳定性,被称为“硅片引起的第”;在配电领域,则通过电力电子装置来防止电网瞬间停电、瞬间电压跌落、闪变等,以进行电能质量控制,加强供电可靠性,改善供电质量。同时还通过减少无功损耗,提高功率指数,来达到节能的目的。在发达国家有60%以上的电能至少经过一次以上的电力电子变流装置进行处理。通过这种处理可以节约能源和提高用电设备的性能。直流输电在长距离、大容量输电中有很大的优势,其送电端的整流阀和受电端的逆变阀都使用晶闸管变流装置。
(二)交通运输
电子技术在铁路运输、船舶、航天、电动汽车等行业都有广泛的应用,称为新兴产业不可缺少的重要技术。新型环保绿色电动汽车与混合动力电动汽车都正在积极的发展中。汽车是靠汽油引擎的运行发展起来的一种机械,它排出大量的二氧化碳与其他废气,严重污染了环境。而绿色电动汽车的电机用蓄电池为能源,靠电力电子装置来进行电力变换与驱动控制,其蓄电池的充电也是离不开电力电子技术的。显然,未来电动汽车大有可能取代燃油汽车。。而在电气机车中的直流机车就是采用整流装置来供电的,而交流机车则采用变频装置来供电,都离不开电子技术的应用,直流折波器和铁道车辆、磁悬浮列车中的电力电子技术更是关键技术的应用实例。船舶、飞机也需要各种不同要求的电源,所以航海、航空都离不开电力电子技术。
(三)开关电源
首先高速发展的计算机技术在带领人类进入了信息社会的同时,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入了电子、电器设备领域。开关电源和线性电源相比,二者的成本都随着输出功率的增加而增长,但二者增长速率各异。线性电源成本在某一输出功率点上,反而高于开关电源。随着电力电子技术的发展和创新,使得开关电源技术在不断地创新,这一成本反转点日益向低输出电力端移动,这为开关电源提供了广泛的发展空间。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。开关电源的发展方向是高频、高可靠、低耗、低噪声、抗干扰和模块化,关键技术是高频化。由于开关电源轻、小、薄的特点,其应用日益广泛。现在开关电源产品广泛应用于工业自动化控制、军工设备、科研设备、LED照明、工控设备、通讯设备、电力设备、仪器仪表、医疗设备、半导体制冷制热、空气净化器,电子冰箱,液晶显示器,LED灯具,通讯设备,视听产品,安防监控,LED灯袋,电脑机箱,数码产品和仪器类等领域。
(四)不间断电源(UPS)
电子技术带给计算机领域的还有不间断电源技术。所谓不间断电源(UPS)是指计算机、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。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。
三、总结
90年代以后,电子技术朝着大功率化、模块化、变频化和智能化发展。电化学专业、铁道电气车、钢铁工业、电力工业的迅速发展给电力电子器件提供了用武之地。通过电子技术和微电子技术的结合,促成了功率集成电路的诞生,最终促使了大量新结构、新材料器件等电子器件的诞生和发展,给工业、航天等带来了极大的帮助和便利,对节约能源、改造传统产业、发展新型产业作出了巨大的贡献。总而言之,电力电子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。
参考文献:
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力电子技术是一门现代化的、新型的电子技术,主要应用于电力领域。电力电子技术主要是指使用晶闸管、GTO、IGBT等电力电子器件对电能进行变化和控制的技术,基于电力电子技术变化的“电力”功率处于1W至1GW之间。这与信息电子技术有所区别,已经成为自动化专业中至关重要的专业基础知识。因此,电力电子技术教学受到众多学校的重视。但是,随着信息技术、计算机技术与测控技术的融合,自动化技术获得了更快的发展,其专业知识也在不断更新,这使得传统电力电子技术课程的教学内容已经不适应时代的发展,也不能满足现代社会对于人才的需要。为了能够提高教师电力电子技术课程的教学效率,培养出工程应用型的电力电子技术人才已经迫在眉睫。
要想培养出工程应用型的电力电子技术人才,就必须不断提高学生的创新能力以及工程实践能力,这就需要教师从电力电子技术实验教学入手,改变以往的实验教学模式,创造出一种新型的实验教学模式,使学生能够将电力电子技术的理论知识有效的应用于实践以及日后的生活中,以此达到学以致用的目的。
一 电力电子技术实验改革的必要性
当下,我国电力电子技术实验教学还存在一些弊端,尚有一些不足之处,主要体现在以下几个方面:
首先,由于教师受到传统教学观念的影响,往往对电力电子技术实验教学不够重视,他们认为电力电子实验教学只是电力电子教学中的附属环节,学生日后会通过大量的工作经验逐渐提升电力电子的实践能力,为此他们并没有精心的设计电力电子技术实验教学的教学环节,所涉及的教学内容也与教材完全相符,这使学生学到的实验内容受到局限。其次,随着社会的不断发展,时代的不断进步,电力电子技术在电力系统中的应用已经非常广泛,同时受到科技的影响,该技术在不断地变换和更新,与电力电子相关的新技术也被不断开发出来,而电力电子实验教学内容却没有随着更新,实验内容相对陈旧,难免会造成学生所学专业知识与实际生活脱节的现象,实验教学也变得更加流于形式,缺少其应有的价值与作用。再次,电力电子技术实验课的实验平台过于标准化、统一化,这不利于学生创造性思维的培养,也在一定程度上限制了学生的动手能力。与此同时,学生对新型电路结构和控制技术的了解也会受到影响,学生的专业知识无法获得有效的延伸和拓展。最后,在传统的电力电子技术实验教学中,教师往往会以验证性实验为主,而设计性实验和应用性实验较为缺少,这样一来,学生仅仅通过所学专业知识进行实验论证,处于一个“被动实验、被动学习”的局面,不能充分发挥自身的主观能动性。
以上几个问题使学生无法符合社会对人才培养的需要,为此,必须不断加强学生对该专业理论知识掌握能力以及专业技术的实践应用能力,不断地提高学生的工程意识,这样才能使学生获得更好的发展,并在日后的生活与工作中体现出自身的价值,为社会做出应有的贡献。
二 工程应用型自动化专业电力电子技术实验的改革与实践
1.电力电子技术实验教学的改革计划
电力电子技术课程内容具有较强的实践性,其实验教学的主要目的是提高学生对该专业理论知识的掌握程度,并培养学生基本的实验技能以及分析和设计电能变化电路的能力。该专业课程有如下特点:第一,不但要对学生进行理论知识方面的教学,更要提供给学生大量的实验验证机会。第二,电力电子器件及其控制手段变化较快,新技术的出现使教学内容变得更加丰富,与此同时,受到课堂时间的限制,理论教学无法做到面面俱到。第三,电能变化电路和相应的控制技术类型繁多,如果想让学生在实验中都能接触到,就要为学生提供良好的实验环境,提供足够多的实验器材。第四,在制作电力电子装置的时候,电力电子装置的参数变化对实验设计是否成功有很大的影响,必须明确这些参数变化的规律对实验进行科学学合理的设定。
课题组根据以上特点,以工程应用为出发点,将提高学生的设计与创新能力作为重点培养目标,积极构建出新型的实验教学体系。与此同时,将实验教学延伸到课外,积极鼓励学生参与课外科技实践、电子设计竞赛等活动,进而不断提升学生动手实践与团队协作的能力。这样不仅可以让学生更好地掌握最基本的实验技巧,而且能够对电力电子器件与相关控制技术的发展状况进行实时跟踪与了解,为后期工程的设计与应用学习奠定坚实的基础,实现学以致用的教学目标。
2.电力电子技术实验教学改革的方法策略
第一,以验证性实验为主,增加设计性实验以及研究性实验。在传统的电力电子技术实验教学中,单纯地以验证性实验为主,虽然能在一定程度上培养学生的实验能力,但是长期的验证性实验会使学生产生一些负面情绪,会对验证性实验产生厌烦心理,为此,必须构建一套新型的实验教学系统,增加实验教学项目。教师可以将验证性实验作为基础,增加设计性实验以及研究性实验,这样就能有效地活跃课堂气氛,激发学生实验的热情,提高学生学习的积极性和主动性,让学生通过设计实验以及研究实验不断提高自身的综合能力,使学生获得更好的发展。
第二,以工程应用为出发点,不断提高学生的创新能力。电力电子技术教学的主要目的是为了培养该专业的实践型技术人才,为此,教师应该做到以工程应用为出发点,不断提高学生的创新能力,改变以往学生的思维方式,使学生能够在日后更好地将电力电子技术应用到实际的工程项目中。教师在进行实验教学时,可以利用多媒体课件向学生展示最新的电力电子技术成果,使实物演示、工程分析能够通过图表和视频方式更加直观地呈现给学生,例如,调光电路、开关电源电路、小型直流电动机可逆调速系统等,这样就能提高学生进行实验的热情。
第三,引入仿真技术,进行“仿真+实物”的实验教学。受到多种因素的影响,如实验教学的课时较少、实验设备不健全等,电力电子技术实验教学效率往往不尽如人意,为了使学生能够将理论与实践有机地结合起来,应该在实验教学中引入仿真技术,实现“仿真+实物”的实验教学模式。例如,在典型的升压斩波电路制作中,让学生通过互联网或其他方式找到实验原理,随后用MATLAB进行仿真实验,使学生了解到工程参数对实验设计的影响。
第四,建立多样化的实验考核机制。建立多样化的实验考核机制,进而科学地判定学生的实验成绩,加强学生对实验教学的重视。教师可以从基础性实验、自主设计性实验以及工程研究性实验三个方面入手,对学生开展不同实验层次的多样化考核模式。在基础性实验方面,检验学生是否能够对基本的实验设备进行规范的操作和使用,并培养学生的基本实验能力。在自主设计性实验方面,可以组织学生以小组合作探究的学习方式,共同交流探讨,自行设计实验、验证实验。与此同时,教师应该对学生的整个实验过程进行全程监督,对试验期间出现的问题给予适当的指导,最后再让学生对自身的实验进行评价。在工程研究性实验方面,由于工程研究性实验知识面广,实验操作较为复杂,教师可以将其作为学生的课后任务,并提供相应的实验材料。最后通过三种实验对学生进行综合评定,并尽量使用一些鼓励和赞美的语言,使学生能够树立良好的自信心。
三 结束语