电力电子基础全文(5篇)

随着计算机技术、仿真技术不断地发展，计算机仿真软件已经广泛地应用到各个领域，如电气工程、生物工程、机械工程等。本文将讨论在电气工程领域，计算机仿真软件在电力电子技术教学中的具体应用。电力电子技术是电气工程及其自动化、自动化等相关专业一门重要的专业基础课，涉及到电力学、电子学和控制方面的内容，广泛地应用于各个领域，如电力、交通、工业、航空航天、办公自动化等，是理论内容丰富、实践性较强和综合性高的技术。电力电子技术是利用电力电子器件对电能进行高效变换的技术。学生在学习这门课程时，往往感觉很吃力。一方面，这门课程涉及到电路理论、模拟电子技术、数字电子技术、控制理论等相关的知识，抽象不直观，学生缺乏兴趣，难以理解；另一方面，对于这门课中涉及的电路计算复杂，求解困难，需要较好的高等数学基础才可以解出。随着计算机技术、仿真技术不断地发展，以及计算机在各大高校的普及。各大高校已经把各种计算机仿真软件应用到电力电子技术课程实际的教学当中，以解决电力电子技术教学中遇到的问题。

概述

上海电机学院电气学院的龚建芳教授把Matlab/Simulink仿真软件应用到电力电子技术课程的理论教学和实验课程教学中（龚建芳.基于MATLAB的”电力电子技术”教学模式探讨[J].中国电力教育,2013(16):63-65）。河北石家庄军械工程学院车辆与电气工程系的张晨光、安树等人，利用Matlab的GUI工具设计用户图形界面，利用Simulink平台建立电力电子技术实验电路的仿真模型，再通过函数文件调用模型，完成电力电子电路参数的设置与仿真结果的输送，最终将电力电子电路中各观测点的波形显示到用户界面上，完成整个电力电子电路仿真实验过程，建立了仿真实验教学系统，并将该仿真实验系统应用到教学中（张晨光,安树,张素宁.基于Mat-lab的“电力电子技术”仿真实验教学系统设计[J].高校实验室工作研究,.2015(3):64-66）。陕西西安空军工程大学防空反导学院的牛天林、爽波等人分析Matlab/Simulink仿真技术在电力电子技术课程教学中动态比较、疑难解答、系统认识、实验拓展等环节的应用（牛天林,樊波,张强,赵广胜.Matlab/Simulink仿真在电力电子技术教学中的应用[J].实验室研究与探索,2015(2):84-87）。重庆科技学院电子信息工程学院的李鹏飞、叶文在探索教学创新过程中，提出了应用Matlab仿真技术与课堂理论教学相结合的教学模式。南京师范大学泰州学院机电系的孙红艳等人对Multisim仿真软件在电力电子技术教学的应用进行研究，并建立单相桥式可控整流电路模型进行仿真（王国强,孙红艳.Multisim在电力电子技术教学改革实践的应用[J].实验科学与技术,2011(5):50-52）。南京工程学院自动化学院赵涛、张丽华等人对计算机仿真软件PSpice在电力电子技术教学改革实践中的应用进行了研究，并以三相桥式整流电路及Buck电路为例，建立电路仿真模型，仿真模拟（赵涛,张丽华,徐开芸,等.PSpice在电力电子技术教学改革实践中的应用[J].电力系统及其自动化学报,2009(6):123-127）。江苏淮安淮阴工学院的陈万等人利用Saber仿真软件在电力电子技术课程教学改革中的应用进行研究，并以三相桥式全控整流电路为例，建立电路仿真模型，讨论了触发角和输出波形间的关系，并研究了整流器故障对波形的影响。

1总结

综上所述，上述所讨论的计算机仿真软件对学生学习电力电子技术促进作用。无论在理论知识学习，还是在实验实践学习方面。一方面，学生能够通过仿真软件搭建相应仿真电路进行仿真，就可以对电力电子器件的工作原理及其特性进行研究，如不可控型的电力二极管、半控型的晶闸管、全控型的绝缘栅双极性晶体管（IGBT）。这对学生掌握电力电子开关器件的工作原理、特性、导通条件、关断条件等相关知识有更为深刻的认识（王波.电力电子技术仿真项目化教程(第二版)[M].北京理工大学出版社,2016年3月）。其次，学生可通过仿真软件搭建相应的电力电子变换电路，如DC-DC，DC-AC，AC-DC，AC-AC，进行仿真，然后通过观察电力电子开关触发脉冲的波形，电力电子开关电流、电压的波形，变换电路输出电流、电压的波形以及学生想关注的各器件、各支路电流、电压的波形，从而掌握各种电力电子变换电路触发脉冲的特点及规律、电力电子开关导通的顺序规律、变换电路工作原理和特点（王晓毛,邓则名,冯垛生.在MATLAB中实现三相电压型逆变器仿真[J].广东工业大学报,2000(2):24-28）。还有，学生还可以通过搭建电力电子变换相应的控制电路模型进行仿真，以掌握电力电子控制电路的工作原理及特点。最后，学生还可以通过仿真软件控制搭建完整的电力电子系统，对电力电子技术应用有更为深入理解和掌握（苏海滨,王继东.基于Simulink/MATLAB电力电子系统仿真设计[J].华北水利水电学院学报,2007(1):49-51）。

2结束语

计算机仿真软件在电力电子技术教学中有重要的意义。无论是Saber仿真软件，还是Multisim仿真软件，还是Pspice仿真软件，还是Matlab/Simulink软件，在电力电子技术课程教学中，都能够提高学生学习积极性、主动性与兴趣，提高学生在电力电子电路设计能力，培养学生电力电子技术相关的实践能力，促进教学质量的提高。同时，这些计算机仿真软件也是学生在今后的电力电子技术学习深造中有利科学研究工具。

1.关于电力电子技术

所谓电力电子技术，即以电力作为作用对象的电子技术，是一门介于电力技术、电子技术以及控制技术之间的交叉性学科，涉及的知识领域范围较广，具有综合性特征。

1.1电力技术

此项技术的应用具有多样性，其主要利用电磁学原理来实现发电、输配电等多方面的功能，研究内容主要有发电机、电动机、输配电、变压器、电力线路等等，通过使用这些用电设备来解决电能的输送、生产以及调派问题等，因此对于电力技术而言，上述电力设备极为重要。

1.2电子技术

电子技术依赖电子学原理，是一门通过设计电子元件或设备以及创建一些具有特殊功能的电路，从而处理现实目的问题的学科，其处理对象为电子信号，常见处理方法包括：产生信号、放大信号、信号过滤、信号转译等等。此技术于上世纪初期左右问世，其后便迎来了飞速发展时期，是近现代科技进步的里程碑。

1.3控制技术

摘要：当今社会经济不断发展，我国的经济体系越来越完备，各行各业的发展升级都取得了显著的成绩，工程收入在中国的经济总额中也贡献了很大一部分力量。为了让电气行业紧跟时展的潮流，在我国的电气工程中加大应用电力电子技术的力度，有利于推动该行业可持续稳定发展。文章从电力电子技术的内容、发展情况、应用方面等进行了探究，力求寻找到适合电力电子技术应用的优质措施。

关键词：电子电力技术；电气工程；应用

这几年来，由于科学技术越来越发达，我国的电力电子技术也开始走向成熟和稳定，应用范围逐渐扩展，已经涉足的行业有工业、交通、国防等。电力电子技术主要的功能就是通过对电子设备的使用和转换，用弱电子来引导强电力，实现电力之间的最大化效用。电力电子技术的应用包括但不限于电气工程，现今在电动机和发电机领域也分得了自己的一杯羹，新领域的应用，还帮助了电能生产，提高了利用效果，节省了很大一部分能源，为中国的能源事业做出自己的贡献，另一方面也可以提高电力系统的稳定性和安全性。

1电力电子技术的概念

电力电子技术已经成长为一种逐渐兴起的技术，它主要是应用电子的零件来转换和控制电力，常见的电力电子零件主要有闸管、高斯型轨道以及大功率半导体的开关零件等。电力电子技术能够转换的电能功率从1W甚至更小，一直到兆瓦或者更大，都是它可以实现控制的范围，电力电子技术与信息电子技术有着很大的不同，信息电子技术是用来处理信息数据的，而电力电子技术则是用来转换电力的。电力电子技术从实用角度分为两种，分别是电力电子制造技术以及变流技术，变流技术包含的范围比较广泛，主要有整流、斩波、变频以及逆变等。现如今的电气工程专业以及自动化专业中，都有着电力电子技术的基础专业课程，这给中国的电力事业培养了大量的人才。随着电力电子技术的发展，已经将其分为电子学、电工原理、自动控制三门类目，并进行高效施行学习，由于电力电子技术有着强大的功率，因此日常主要给强电工业服务。电力电子技术主要分四大系统，即零件、电路、装置和对应系统。由于零件多为半导体材料，主要的材料是单晶硅，因此，电子零件将半导体物理学作为了理论基础，将半导体技术作为了主要技术[1]。

2电力电子技术的发展

随着晶体管的发明，大家都认为固态的电子时代将要到来，发明了晶闸管就意味着电子技术逐渐走向更高的发展。这些年来，高端技术出现的越来越多，电力电子技术不断发展，也开始得到了更多的应用机会。整体上来看，电力电子技术的发展主要分为以下3个时代阶段[2]。

1电力电子技术的发展史

总而言之，现代电力电子技术的发展是从低频技术到高频技术处理问题为主的，从传统电力电子技术向现代电力电子技术方向发展。当下，电力电子技术电力电子技术成为环保、节能、全自动化、智能化、机电一体化的基础，正向着应用技术高频化、产品性能绿色化、硬件结构模块化的方向发展。

2电力电子技术对电力系统的重要作用

电力系统由输配电路器、发电设备和伏在用电设备三大部分组成。电力系统是历史上逐步扩建，直到联网之后才发展起来的，是一个地域分布广、设备众多、运行参数相互影响且瞬变很快的大系统，其对于安全、经济、高效、优质的运行具有重大意义。随着电力电子技术的发展，电力电子设备已经着手进入电力系统，并为解决电能控制提供了技术手段。据不完全估计，发达国家在用户最终使用的电能中，有60%以上的电能不得不经过一次或者更多的电子变流装置的处理。电力系统在面向社会现代化的进程中，电力电子技术就是关键技术之一。可以不放厥词地说，如果脱离了电力电子技术，电力系统在如今的成就将不会如此。

3电力技术在电力系统中的应用

3.1电力系统的智能控制

电力系统的控制应用与研究在先前的40多年内，大体上可分为三个阶段：以传递函数的单输入、单输出基础的控制阶段；以线性最优控制、非线性控制及多台电脑机器系统协调的控制阶段；智能性的控制阶段。智能控制是当今控制理论发展的新阶段，基本上是用来解决和处理那些用传统方法难以解决和解释的复杂系统的控制问题；特别是用于具有强非线性、模型不确定性、需要很强适应性的复杂系统。所以说，智能控制在电力系统工程某些应用方面的前景与路线非常广阔，在对其进行应用时，要由某些人工设置好的神经网络加以协调和控制。

1“电力电子技术”教学内容改革

“电力电子技术”课程教学的基本框架还是以所选教材为基础，但在具体内容上应当以让学生认识该课程的用途与重要性为出发点进行设计，紧扣行业应用，提高学生的学习积极性与主动性。首先，注意开好头，要重视绪论课的教学，如在介绍“1.3电力电子技术的应用”时应将重点侧重到交通运输和电子这一领域中，重点介绍电力电子技术在汽车与轨道车辆上的应用。针对新能源汽车专业学生可举例介绍车辆能源系统的“骨架结构”，如油电混合动力汽车等新能源汽车的能量系统的基本结构图与基本工作原理；针对城市轨道车辆专业学生介绍地铁车辆的电源系统结构图等等，紧紧抓住行业应用为起始点引发学生的兴趣。另外针对电子装置用电源可从大家时刻不离身的手机充电器说起，让学生认识到电力电子技术无处不在，实用性很强，提高学生积极性。其次，随着课程内容教学的深入，应继续围绕专业行业应用，将原来的“骨架结构”补充上“血肉”，即实际具体电路，进行内容的丰富。如介绍DC/DC变换时，可以将原先介绍的地铁车辆电源系统中DC/DC的变流电路具体化，在知识认知的体系结构中进一步具体化，加深知识点的理解和印象。最后为提高学生对电力电子技术的关注度，提高学生资料收集与自学能力，一方面对部分内容调整为课后自学内容，要求学生利用网络、图书馆等资源条件完成学习，如器件中IGCT、功率集成电路、脉宽调节电路等的相关内容将由学生进行资料收集并选择部分主题由学生在课堂上给大家进行介绍，提高学习的相关性。另外一方面提供一些已经完成的电源板，让有兴趣的同学进行实际调试，在实践中体会电能的变换与控制，实现“自主行走”。这些同学能在今后相关的实践设计中有较好的基础，且能帮助并带动其他同学提高实践能力。

2“电力电子技术”课程设计改革

“电力电子技术”课程应用性强，因此要求学生有较强的动手实践能力。课程开设了6个学时的实验，对学生来说实践时间较少。因此率先在车辆工程专业新能源汽车专业方向开设了“汽车电力电子技术课程设计”课题，时间为一周，精选了“太阳能电动车SPWM控制逆变电路设计”、“车载逆变电源—推挽式直流变换电路设计”、“车载逆变电源—工频逆变电路设计”等设计课题，要求学生通过课程设计能充分了解电力电子技术在汽车上的应用以及应用设计，要求学生“脚踏实地”进行电路方案论证比较，完成电力电子电路的参数计算、器件的选型、绘制电路原理图等过程，掌握电力电子电路的设计，并能够掌握电力电子器件常用的驱动电路设计，合理设计保护电路。同时对于电路原理图要求采用EDA（电子设计自动化，ElectronicDesignAu-tomation）软件进行绘图，将学生所学的电力电子技术、自动控制技术、EDA技术等几门课程在汽车电力电子技术课程设计中进行融合，提高学生的实际设计能力。对multisim实践能力较强、学有余力的同学进一步指导其采用仿真手段（Matlab或者Multisim）进行仿真实习，论证设计结果。通过紧张而充实的课程设计，大部分的同学对电力电子技术在汽车上的应用有了进一步的认识，并对所学的相关课程进行贯通融合，充分了解所学专业课程之间的相互联系，增强了对自身所学专业知识架构的认识，能够熟练利用相关课程、相关技术手段进行电路设计，实现在专业知识架构中的“自由天地”。

3总结

课程教学内容和实践环节改革在近三届学生中的教学实践证明，教学效果较好，学生学习积极性高，对专业的理解较以往有所加深。这也说明，教师教好一门课，需结合行业实际，应结合科学技术的实际情况适时适当地进行教学改革，要注重教学内容理论与实践的结合，努力将学生培养成厚基础、实践强的应用型人才。

作者：顾新艳 单位：南京工程学院汽车与轨道交通学院