發(fā)布時間：2023-03-16 15:53:50
序言：寫作是分享個人見解和探索未知領域的橋梁，我們?yōu)槟x了8篇的通信電源發(fā)展論文樣本，期待這些樣本能夠為您提供豐富的參考和啟發(fā)，請盡情閱讀。
[論文摘要]:通信電源是向通信設備提供交直流電的電能源,是整個通信電信網的能量保證。通信電源系統(tǒng)由交流供電系統(tǒng)、直流供電系統(tǒng)和相應的保護系統(tǒng)構成。通信電源系統(tǒng)的設備多,分布廣,不僅單個電源設備的可靠性會影響系統(tǒng)的可靠性,電源系統(tǒng)的總體結構也會對自身的可靠性造成很大的影響。
一、通信電源的發(fā)展現(xiàn)狀
(一)供電系統(tǒng)的現(xiàn)狀
通信電源是通信系統(tǒng)必不可少的重要組成部分,其設計目標是安全、可靠、高效、穩(wěn)定、不間斷地向通信設備提供能源。通信電源必須具備智能監(jiān)控、無人值守和電池自動管理等功能,從而滿足網絡時代的需求。通信電源系統(tǒng)由交流配電、整流柜、直流配電和監(jiān)控模塊組成。
(二)通信電源設備的更新?lián)Q代
近年來,隨著技術的進步,特別是功率器的更新?lián)Q代,新型電磁材料的不斷使用,功率變換技術的不斷改進,控制方法的不斷進步,以及相關學科的技術不斷融合,通信電源在系統(tǒng)的可靠性、穩(wěn)定性,電磁兼容性,消除網側電流諧波、提高電能利用率、降低損耗、提高系統(tǒng)的動態(tài)性能等等方面都取得長足的進步。
(三)現(xiàn)行通信電源的電路模型和控制技術
目前通信電源的變換電路拓撲結構主要采用雙單端電路,半橋電路和全橋電路,各有優(yōu)缺點。一般認為,在中、小功率場合,采用雙單端電路或半橋電路是適宜的;在大功率場合則采用全橋變換電路。
二、通信電源發(fā)展趨勢
(一)開關器件的發(fā)展趨勢
電源技術的精髓是電能變換,即利用電能變化技術將市電或電池等一次電源變換成適用于各種用電對象的二次電源。其中,開關電源在電源技術中占有重要地位,從10kHz發(fā)展到高穩(wěn)定度、大容量、小體積、開關頻率達到兆赫茲級,開關電源的發(fā)展為高頻變化提供了硬件基礎,促進了現(xiàn)代電源技術的繁榮和發(fā)展。
(二)通信直流電源產品的技術發(fā)展市場需求發(fā)展
在需求與技術的共同推動下,通信直流電源產品體現(xiàn)了如下的發(fā)展態(tài)勢:
體系架構相當長的一段時間內維持穩(wěn)定。通信直流電源在相當長的時間內還是維持現(xiàn)有的交流配電、整流器模塊(并聯(lián))、直流配電、監(jiān)控單元、蓄電池等為主要組成部分的架構;功率變換模式也將維持現(xiàn)有的高頻開關模式,暫時不會出現(xiàn)類似從線性電源到開關電源的階躍性的變化。
功率密度不斷提高。通信一次電源的核心部件整流器的功率密度不斷提高,推動了通信直流電源整機的功率密度不斷提高,但配電器件、蓄電池等密度基本維持穩(wěn)定,一定程度制約了整機系統(tǒng)的功率密度的提高比率。
更高的可靠性。高可靠性是通信電源的最基本要求。隨著器件技術、通信電源技術的成熟,以及各通信直流電源設備廠家在可靠性研究上大力投入,通信直流電源產品可靠性呈不斷提高的趨勢。
按照TRIZ理論(“創(chuàng)造性解決問題的理論”的俄語縮略語)描述的技術系統(tǒng)發(fā)展進化規(guī)律,一般而言,技術的生命周期包含四個階段:嬰兒期、成長期、成熟期和衰退期,種種跡象表明,通信直流電源的核心技術,開關電源技術基本上開始步入成熟期:效率的提升變得緩慢和困難、而電源損耗不能大幅度降低限制了功率密度的進一步提高,未來幾年甚至十幾年內,通信直流電源產品將進入一個緩慢發(fā)展的階段,直至有一天,一種新的電源變換技術出現(xiàn),通信直流電源產品就會再出現(xiàn)一個階躍性的發(fā)展,就像開關穩(wěn)壓技術替代線性穩(wěn)壓技術,給電源帶來了革命性的變化。
(三)通信用蓄電池技術研究的新進展
通信用蓄電池作為通信系統(tǒng)后備的能源供應手段,其研制、生產和應用技術一直備受世界各國通信行業(yè)的重視。隨著科技的發(fā)展和技術的不斷進步,國外正在研制和試驗新一代的通信用蓄電池,有的已經進入商用化階段。這些新的蓄電池,由于其材料、結構和技術上的先進性,在性能上具有傳統(tǒng)的VRLA電池無可比擬的優(yōu)越性。
1.釩電池(Vanadium Redox Battery)。釩電池(VRB)是一種電解值可以流動的電池,目前正在逐步進入商用化階段。
2.燃料電池。燃料電池是一種化學電池,也是一種新型的發(fā)電裝置,它所需的化學原料由外部供給,如氫氧燃料電池,只要外部供給氫和氧,經過內部電極、催化劑和堿性電解液的作用,就能產生0.9V電壓的直流電能,同時產生大量的熱能.
3.電源監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展。隨著互聯(lián)網技術應用日益普及和信息處理技術的不斷發(fā)展,通信系統(tǒng)從以前的單機或小局域系統(tǒng)逐漸發(fā)展至大局域網系統(tǒng)或廣域網系統(tǒng),大量人力、物力被投入到網絡設備的管理和維護工作上。不過通信設施所處環(huán)境越來越復雜,人煙稀少、交通不便都會增大維護的難度,這對電源設備的監(jiān)控管理提出了新的需求,保護通信互聯(lián)網終端的電源設備必須具備數據處理和網絡通信能力。此時,數字化技術就表現(xiàn)出了傳統(tǒng)模擬技術無法實現(xiàn)的優(yōu)勢,數字化技術的發(fā)展逐步表現(xiàn)出傳統(tǒng)模擬技術無法實現(xiàn)的優(yōu)勢.
4.通信電源的環(huán)保要求。環(huán)保問題,一方面的指標是通信電源的電流諧波要符合要求,降低電源的輸入諧波,不但可以改善電源對電網的負載特性,減少給電網帶來嚴重污染的情況,還可減少對其他網絡設備的諧波干擾。另一個重要方面,是材料的可循環(huán)利用和環(huán)境的無污染,這方面需要產品滿足WEEE/ROHS指令。
在通信電源開發(fā)、生產早期,人們主要集中研究電源的輸出特性,較少考慮到電源的輸入特性。例如:傳統(tǒng)的在線式電源輸入AC/DC部分通常采用橋式整流濾波電路,其輸入電流呈脈沖狀,導通角約為π/3,波峰因數大于純電阻負載的1.4倍。這些諧波電流大的電源給電網帶來了嚴重的污染,使電網波形失真,實際負荷能力降低,對于三相四線制的電網來說,還很有可能因中性線電流過大而出現(xiàn)不安全隱患。
參考文獻:
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[10]《全球通信電源技術發(fā)展呈現(xiàn)五大趨勢》.
【關鍵詞】通信電源 功率因數 校正技術
1 引言
自改革開放以來，電力系統(tǒng)發(fā)展迅速，各級各類的用戶的數量也是呈直線上升，尤其是在計算機、電動機極易服務器等各種高科技先進產品得到推廣之后，導致了阻抗在整個電力系統(tǒng)中也隨之增大，增大的后果是使得電力系統(tǒng)中的無功功率消耗過快，超出額定的要求，同時也嚴重的降低了電力系統(tǒng)中的很多功率因素，降低了整個發(fā)電機的輸出功率，最終使得電力傳輸線上的線損明顯增多。與此同時，非線性的電子裝置在電力系統(tǒng)中廣泛使用，使得電網中的諧波越來越多，出現(xiàn)了諧波污染的現(xiàn)象，這也導致了正弦波形發(fā)生了畸變，供電的質量越來越得不到保障。所以，研究與分析為什么會產生諧波以及找到相應解決諧波問題的方法是現(xiàn)在的當務之急。
2 諧波分析
（1）諧波產生原因。在整個通信領域里，計算機等非線性設備以及如UPS、整流器、高頻開關電源的變流裝置中極易產生電源系統(tǒng)中的諧波，這些設備的主要原理是利用如IGBT和晶閘管的整流元器件并利用它們的導通特性跟開關特性來切換運行的電流，即將較高頻率的電流強行斷開或接通，這樣就會使得產生的正弦電流發(fā)生形變，跟常見的正弦波形會有一定程度上的差別，我們運用數學方法——傅里葉對這種畸變的波形進行分解，所得的結果是基波分量和它整數倍的諧波分量，前者是指理想的正弦交流電能，后者指的就是諧波。
（2）諧波的影響范圍。電壓的幅值在我國是有著十分明確的要求的，理想的情況下，電網中電源所提供的電壓大小為50赫茲，并且這種電壓是單一頻率跟穩(wěn)定的，但是現(xiàn)在的問題就是隨著諧波的加入，電網也受到了不小的影響，使得電壓的幅值遠遠超過了我國要求的大小，頻率也不再是單一的，使得負載的運行環(huán)境的穩(wěn)定性極差，嚴重影響了負載。
對電網也產生了一下的影響：第一，諧波會產生電流，這種電流會加劇變壓器的漏磁、銅損現(xiàn)象，諧波產生的電壓也會增加鐵損的程度，另外，諧波功率會產生非常大的噪聲，增大了整個線圈的電流，導致了變壓器的鐵芯在磁通量發(fā)生高頻交變時出現(xiàn)渦流現(xiàn)象。電源系統(tǒng)本身也會受到諧波極大的影響，它會嚴重降低電網的運行效率，使得輸出的電能得不到有效的利用，白白浪費了能源，同時儀表的精確度也大大降低了。
3 諧波的分析
（1）諧波治理的必要性。供電系統(tǒng)之所以出現(xiàn)如此多的諧波，主要原因是在通信樓中，尤其是在機房中安裝了大量的UPS、變頻空調等非線性設備。出現(xiàn)諧波的最嚴重的后果就是會對供電系統(tǒng)提供的電能質量造成很大的影響，為了使得通信設備受到諧波的危害降到最低甚至避免，治理諧波的重要性便充分體現(xiàn)出來了。另外通信系統(tǒng)中的負載主要分為保障負載和非保障負載，保障負載主要包括上述的UPS、開關電源以及機房專用空調，非保障負載就是指我們日常生活或者辦公所使用的照明、電梯等負載。
由于整流、濾波等非線性元器件的功率非常大，當它們運用到UPS、開關電源時會使整個供電系統(tǒng)產生很多的諧波電流，這些諧波電流又會使得電壓波形嚴重變形，降低了整個系統(tǒng)的功率因素。在UPS中，治理諧波之前，諧波電流的含量不超過50%，諧波電壓的含量僅在5%到11%之間，功率因素大于0.7小于0.85，在早些年，部分廠家的開關電源產品中含有大量的諧波電流，例如一個3000A的開關電源，如果接的負載率在50%左右是，其中包含的諧波電流就達到了40%，但是功率僅大約0.8。
一般通信樞紐樓內UPS開關和開關電源中大容量系統(tǒng)占大多數，具體的數據是UPS的容量一般是300KV到500KV之間為主，2000A到3000A的開關電容量也是經常用到的，它的輸入電流一般都比較大；另外，UPS、開關電源與低壓配電系統(tǒng)一般不會同時安裝在同一個樓層，這樣必然會使輸入電纜的長度增加，增大了線路壓降，導致嚴重發(fā)熱，因此我們治理像UPS跟開關電源這樣的諧波問題，最好的辦法就是采取就近的原則來解決。
（2）諧波的抑制方法。經過長期的研究發(fā)現(xiàn)，通常抑制諧波有如下幾種方法：第一、在整個供電系統(tǒng)中我們選擇合適的位置安置部分無源濾波器，L-C無源濾波器是經常被使用到諧波補償的一種無源濾波器，這種方法的好處就是裝置簡易、運行環(huán)境等也比較安全，但是這種方法需要大量的元器件，通常會造成資源上的不合理使用，不利于節(jié)能。第二、因此第二種方法就是在供電系統(tǒng)中帶有電力的有源濾波器，通常情況下，如果時間因素發(fā)生了變動，電源系統(tǒng)中的諧波也會隨著相應的出現(xiàn)波動，而電力有源濾波器很好的解決了這一問題，能夠消除系統(tǒng)中的諧波能力十分強勁。
4 結論
改革開放以來，由于越來越多的半導體元件和大功率非線性負荷被廣泛使用，整個電力系統(tǒng)遭受到了諧波的重度“污染”，這些諧波之間又可以相互疊加，使其自身具有一定的功率，降低了電網的有效利用，本文針對電網系統(tǒng)中出現(xiàn)的諧波問題進行了分析，參考目前國內外諧波的研究的發(fā)展方向，提出可以在以下幾個方面加強研究：首先，可以深入探究一下通信電源系統(tǒng)的諧波源，如果我們知道了諧波源的種類，諧波源的特性以及諧波產生的機理，才能對其進行針對性的根治，才能合理有效的采用各種消諧的技術來控制諧波；其次，在分析與測量技術上，應加強對不同工況下諧波測量問題的研究，提高諧波測量精度的方法，研制多通道實時諧波監(jiān)測分析儀和電質量分析儀。最后，進一步加強畸變波形的評估方法的研究，制定出合乎現(xiàn)場實際的、規(guī)范化的通信電源系統(tǒng)諧波標準。
參考文獻
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[3]孫鵬博.通信電源系統(tǒng)的諧波分析與治理[D].天津大學碩士論文，2012.
【關鍵詞】通信電源設備；故障；分析
一、引言
通信離不開電源，通信電源是通信的保障，所以保證通信電源系統(tǒng)的安全運行，對保證通信系統(tǒng)的暢通乃至通信的安全有著積極的意義。通信電源系統(tǒng)是對通信局站各種通信設備及建筑負荷等提供用電的設備和系統(tǒng)的總稱。主要由備用發(fā)電系統(tǒng)、高壓供電系統(tǒng)、變壓器系統(tǒng)、不間斷電源系統(tǒng)、后備電源系統(tǒng)、直流系統(tǒng)、接地防雷系統(tǒng)以及動力環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)等多個子系統(tǒng)組成。電源系統(tǒng)故障分為一般性故障和緊急故障。一般性故障指不會影響通信安全的故障，包括交流防雷器雷擊損壞、系統(tǒng)內部通信中斷、單個模塊無輸出、監(jiān)控單元損壞等；緊急故障指影響通信安全的故障，包括交流輸入與控制損壞而導致交流停電、直流采樣和控制電路損壞而導致直流負載掉電等。如果不能及時有效地對故障進行處理，將導致通信系統(tǒng)的癱瘓，帶來嚴重的損失，因此，必須對通信電源常見的故障與處理給予充分重視。
二、交流配電單元的故障
1、防雷器單元
防雷器是由四個片狀防雷單元組成，其中三個防雷單元具有狀態(tài)顯示功能，可以顯示防雷單元是否處于完好狀態(tài)。防雷單元窗口顏色為綠色時，表示防雷單元處于完好狀態(tài)；某個防雷單元窗口顏色為紅色時，則表示該防雷單元已損壞，應盡快更換防雷模塊。
如果防雷器沒有損壞，而監(jiān)控單元報防雷器告警，就需要檢查防雷器的接觸是否良好，可以將防雷模塊拔下來重插。如果是菲尼克斯的防雷模塊，則需要檢查底座是不是良好。
2、交流輸入缺相
當監(jiān)控單元或后臺報告交流輸入缺相時，確定真缺相則無需理會；如果交流實際沒有缺相，那么可能是交流變送器出現(xiàn)故障。可以用萬用表測量變送器的端子是否有3V左右的直流電壓，如果某一個沒有，則說明交流變送器損壞，應急解決辦法是將該端子的檢測線并到其他兩個端子的任意一個上；長久解決辦法則須更換交流變送器。
更換交流變送器的方法：首先必須斷開電源系統(tǒng)的交流電和關掉監(jiān)控單元的電源，否則可能對人身造成傷害或燒壞交流變送器。更換時如果連接線上沒有標識，那么在拆交流變送器之前需要要做好相應的標識，否則在安裝時會造成不便。
注意事項：安裝好交流變送器后，需要檢查連線無誤后，方可送上交流電，然后打開監(jiān)控單元的電源。核實交流顯示是否與實際測量電壓相符。
3、交流接觸器不吸合
對于采用交流接觸器自動切換的電源系統(tǒng)，如果交流接觸器不吸合，那么可能是下面幾個情況引起的：①交流輸入的A相缺相；②交流接觸器線圈供電保險絲燒壞(此故障出現(xiàn)在早期的電源柜)；③控制交流接觸的輔助交流接觸器損壞(早期電源上有輔助交流接觸器)；④交流接觸器控制板(CEPU板)出現(xiàn)故障；⑤交流接觸器線圈燒壞。
解決方法是用萬用表進行檢查，斷開交流輸入用萬用表測量交流接觸器的線圈，如果開路，那么說明交流接觸器損壞，更換交流接觸器即可。
交流接觸器更換方法：首先必須將電源柜的交流電斷開，更換前將各個連接線用標簽做好標識；由于這兩個交流接觸器是機械互鎖的，所以要注意安裝好交流接觸器之間的輔助觸點和控制線；將交流接觸器兩端的交流導線連接牢靠，不能有松動。
三、直流配電單元故障處理
1、監(jiān)控單元出現(xiàn)直流斷路器斷開報警
如果直流斷路器確實已經斷開，屬于正常報警，無需處理；若斷路器沒有斷開，而監(jiān)控單元報警，則是由于檢測線出現(xiàn)斷開所致。處理方法是檢查斷路器的檢測線，也可以用“替換法”來定位問題所在。
2、直流斷路器故障
蓄電池下電保護用的直流斷路器使用的是常閉觸點，在不控制的情況斷路器是閉合的。如果給了斷路器的斷開控制信號而斷路器不斷開，說明斷路器已經故障，更換即可。
3、直流輸出電流顯示不正確
直流電流顯示不正確分兩種情況：①顯示值與實測值比較偏大或偏小，原因是電流傳感器的斜率選擇不正確，在監(jiān)控中將調整斜率調整合適即可；②電流顯示出現(xiàn)異常情況，非常大或電流值顯示不穩(wěn)定。對于用分流器檢測電流的設備來說是檢測通道不通導致的：一種可能是分流器兩邊的檢測線接觸不良，可以關掉監(jiān)控單元的電源，取下檢測線用電烙鐵將其焊接好即可；另外一種可能就是檢測線接插件插針歪或接觸不好，可以用鑷子之類的工具將歪針校正或將接插件插好即可。
四、整流器故障處理
1、整流器無輸出
整流器不工作，面板指示燈均不亮
首先檢查整流器的交流輸入開關是否合上，其次檢查整流器的輸入熔絲是否熔斷；另一種情況是模塊可能發(fā)生故障，此時需要更換故障模塊。
整流器輸入燈亮，輸出燈不亮，故障燈亮
首先用萬用表測量交流輸入電壓是否在正常范圍內(160－280Vac)，如果交流電壓不正常，那么整流器處于保護狀態(tài)；另一種情況是整流器出現(xiàn)了故障。
2、過熱
整流器內部主散熱器上溫度超過85℃時，模塊停止輸出，此時監(jiān)控單元有告警信息顯示。模塊過熱可能是因為風扇受阻或嚴重老化、整流器內部電路工作不良引起，對前一種原因應更換風扇，后一種原因需對該電源模塊進行維修。
3、風扇故障
風扇故障的特征是風扇在該轉的時候不轉。這時應檢查風扇是否被堵塞，如果是，清除堵塞物；否則，則是風扇本身損壞或連接控制部分發(fā)生故障，需拆下模塊進行維修。
4、過流保護
整流器具有過流保護功能。若輸出短路，則模塊回縮保護，輸出電壓低于20V時整流器關機，此時面板上的限流指示燈亮。故障排除后，模塊自動恢復正常工作。
現(xiàn)代電力電子技術的發(fā)展方向,是從以低頻技術處理問題為主的傳統(tǒng)電力電子學,向以高頻技術處理問題為主的現(xiàn)代電力電子學方向轉變。電力電子技術起始于五十年代末六十年代初的硅整流器件,其發(fā)展先后經歷了整流器時代、逆變器時代和變頻器時代,并促進了電力電子技術在許多新領域的應用。八十年代末期和九十年代初期發(fā)展起來的、以功率MOSFET和IGBT為代表的、集高頻、高壓和大電流于一身的功率半導體復合器件,表明傳統(tǒng)電力電子技術已經進入現(xiàn)代電力電子時代。
1.1整流器時代
大功率的工業(yè)用電由工頻(50Hz)交流發(fā)電機提供,但是大約20%的電能是以直流形式消費的,其中最典型的是電解(有色金屬和化工原料需要直流電解)、牽引(電氣機車、電傳動的內燃機車、地鐵機車、城市無軌電車等)和直流傳動(軋鋼、造紙等)三大領域。大功率硅整流器能夠高效率地把工頻交流電轉變?yōu)橹绷麟?因此在六十年代和七十年代,大功率硅整流管和晶閘管的開發(fā)與應用得以很大發(fā)展。當時國內曾經掀起了-股各地大辦硅整流器廠的熱潮,目前全國大大小小的制造硅整流器的半導體廠家就是那時的產物。
1.2逆變器時代
七十年代出現(xiàn)了世界范圍的能源危機,交流電機變頻惆速因節(jié)能效果顯著而迅速發(fā)展。變頻調速的關鍵技術是將直流電逆變?yōu)?~100Hz的交流電。在七十年代到八十年代,隨著變頻調速裝置的普及,大功率逆變用的晶閘管、巨型功率晶體管(GTR)和門極可關斷晶閘管(GT0)成為當時電力電子器件的主角。類似的應用還包括高壓直流輸出,靜止式無功功率動態(tài)補償等。這時的電力電子技術已經能夠實現(xiàn)整流和逆變,但工作頻率較低,僅局限在中低頻范圍內。
1.3變頻器時代
進入八十年代,大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路技術的迅猛發(fā)展,為現(xiàn)代電力電子技術的發(fā)展奠定了基礎。將集成電路技術的精細加工技術和高壓大電流技術有機結合,出現(xiàn)了一批全新的全控型功率器件、首先是功率M0SFET的問世,導致了中小功率電源向高頻化發(fā)展,而后絕緣門極雙極晶體管(IGBT)的出現(xiàn),又為大中型功率電源向高頻發(fā)展帶來機遇。MOSFET和IGBT的相繼問世,是傳統(tǒng)的電力電子向現(xiàn)代電力電子轉化的標志。據統(tǒng)計,到1995年底,功率M0SFET和GTR在功率半導體器件市場上已達到平分秋色的地步,而用IGBT代替GTR在電力電子領域巳成定論。新型器件的發(fā)展不僅為交流電機變頻調速提供了較高的頻率,使其性能更加完善可靠,而且使現(xiàn)代電子技術不斷向高頻化發(fā)展,為用電設備的高效節(jié)材節(jié)能,實現(xiàn)小型輕量化,機電一體化和智能化提供了重要的技術基礎。
2.現(xiàn)代電力電子的應用領域
2.1計算機高效率綠色電源
高速發(fā)展的計算機技術帶領人類進入了信息社會,同時也促進了電源技術的迅速發(fā)展。八十年代,計算機全面采用了開關電源,率先完成計算機電源換代。接著開關電源技術相繼進人了電子、電器設備領域。
計算機技術的發(fā)展,提出綠色電腦和綠色電源。綠色電腦泛指對環(huán)境無害的個人電腦和相關產品，綠色電源系指與綠色電腦相關的高效省電電源,根據美國環(huán)境保護署l992年6月17日“能源之星"計劃規(guī)定,桌上型個人電腦或相關的設備,在睡眠狀態(tài)下的耗電量若小于30瓦,就符合綠色電腦的要求,提高電源效率是降低電源消耗的根本途徑。就目前效率為75%的200瓦開關電源而言,電源自身要消耗50瓦的能源。
2.2通信用高頻開關電源
通信業(yè)的迅速發(fā)展極大的推動了通信電源的發(fā)展。高頻小型化的開關電源及其技術已成為現(xiàn)代通信供電系統(tǒng)的主流。在通信領域中,通常將整流器稱為一次電源,而將直流-直流(DC/DC)變換器稱為二次電源。一次電源的作用是將單相或三相交流電網變換成標稱值為48V的直流電源。目前在程控交換機用的一次電源中,傳統(tǒng)的相控式穩(wěn)壓電源己被高頻開關電源取代,高頻開關電源(也稱為開關型整流器SMR)通過MOSFET或IGBT的高頻工作,開關頻率一般控制在50-100kHz范圍內,實現(xiàn)高效率和小型化。近幾年,開關整流器的功率容量不斷擴大,單機容量己從48V/12.5A、48V/20A擴大到48V/200A、48V/400A。
因通信設備中所用集成電路的種類繁多,其電源電壓也各不相同,在通信供電系統(tǒng)中采用高功率密度的高頻DC-DC隔離電源模塊,從中間母線電壓(一般為48V直流)變換成所需的各種直流電壓,這樣可大大減小損耗、方便維護,且安裝、增加非常方便。一般都可直接裝在標準控制板上,對二次電源的要求是高功率密度。因通信容量的不斷增加,通信電源容量也將不斷增加。
2.3直流-直流(DC/DC)變換器
DC/DC變換器將一個固定的直流電壓變換為可變的直流電壓,這種技術被廣泛應用于無軌電車、地鐵列車、電動車的無級變速和控制,同時使上述控制獲得加速平穩(wěn)、快速響應的性能,并同時收到節(jié)約電能的效果。用直流斬波器代替變阻器可節(jié)約電能(20~30)%。直流斬波器不僅能起調壓的作用(開關電源),同時還能起到有效地抑制電網側諧波電流噪聲的作用。
通信電源的二次電源DC/DC變換器已商品化,模塊采用高頻PWM技術,開關頻率在500kHz左右,功率密度為5W~20W/in3。隨著大規(guī)模集成電路的發(fā)展,要求電源模塊實現(xiàn)小型化,因此就要不斷提高開關頻率和采用新的電路拓撲結構,目前已有一些公司研制生產了采用零電流開關和零電壓開關技術的二次電源模塊,功率密度有較大幅度的提高。
2.4不間斷電源(UPS)
不間斷電源(UPS)是計算機、通信系統(tǒng)以及要求提供不能中斷場合所必須的一種高可靠、高性能的電源。交流市電輸入經整流器變成直流,一部分能量給蓄電池組充電,另一部分能量經逆變器變成交流,經轉換開關送到負載。為了在逆變器故障時仍能向負載提供能量,另一路備用電源通過電源轉換開關來實現(xiàn)。
現(xiàn)代UPS普遍了采用脈寬調制技術和功率M0SFET、IGBT等現(xiàn)代電力電子器件,電源的噪聲得以降低,而效率和可靠性得以提高。微處理器軟硬件技術的引入,可以實現(xiàn)對UPS的智能化管理,進行遠程維護和遠程診斷。
目前在線式UPS的最大容量已可作到600kVA。超小型UPS發(fā)展也很迅速,已經有0.5kVA、lkVA、2kVA、3kVA等多種規(guī)格的產品。
2.5變頻器電源
變頻器電源主要用于交流電機的變頻調速,其在電氣傳動系統(tǒng)中占據的地位日趨重要,已獲得巨大的節(jié)能效果。變頻器電源主電路均采用交流-直流-交流方案。工頻電源通過整流器變成固定的直流電壓,然后由大功率晶體管或IGBT組成的PWM高頻變換器,將直流電壓逆變成電壓、頻率可變的交流輸出,電源輸出波形近似于正弦波,用于驅動交流異步電動機實現(xiàn)無級調速。
國際上400kVA以下的變頻器電源系列產品已經問世。八十年代初期,日本東芝公司最先將交流變頻調速技術應用于空調器中。至1997年,其占有率已達到日本家用空調的70%以上。變頻空調具有舒適、節(jié)能等優(yōu)點。國內于90年代初期開始研究變頻空調,96年引進生產線生產變頻空調器,逐漸形成變頻空調開發(fā)生產熱點。預計到2000年左右將形成。變頻空調除了變頻電源外,還要求有適合于變頻調速的壓縮機電機。優(yōu)化控制策略,精選功能組件,是空調變頻電源研制的進一步發(fā)展方向。
2.6高頻逆變式整流焊機電源
高頻逆變式整流焊機電源是一種高性能、高效、省材的新型焊機電源,代表了當今焊機電源的發(fā)展方向。由于IGBT大容量模塊的商用化,這種電源更有著廣闊的應用前景。
逆變焊機電源大都采用交流-直流-交流-直流(AC-DC-AC-DC)變換的方法。50Hz交流電經全橋整流變成直流,IGBT組成的PWM高頻變換部分將直流電逆變成20kHz的高頻矩形波,經高頻變壓器耦合,整流濾波后成為穩(wěn)定的直流,供電弧使用。
由于焊機電源的工作條件惡劣,頻繁的處于短路、燃弧、開路交替變化之中,因此高頻逆變式整流焊機電源的工作可靠性問題成為最關鍵的問題,也是用戶最關心的問題。采用微處理器做為脈沖寬度調制(PWM)的相關控制器,通過對多參數、多信息的提取與分析,達到預知系統(tǒng)各種工作狀態(tài)的目的,進而提前對系統(tǒng)做出調整和處理,解決了目前大功率IGBT逆變電源可靠性。
國外逆變焊機已可做到額定焊接電流300A,負載持續(xù)率60%,全載電壓60~75V,電流調節(jié)范圍5~300A,重量29kg。
2.7大功率開關型高壓直流電源
大功率開關型高壓直流電源廣泛應用于靜電除塵、水質改良、醫(yī)用X光機和CT機等大型設備。電壓高達50~l59kV,電流達到0.5A以上,功率可達100kW。
自從70年代開始,日本的一些公司開始采用逆變技術,將市電整流后逆變?yōu)?kHz左右的中頻,然后升壓。進入80年代,高頻開關電源技術迅速發(fā)展。德國西門子公司采用功率晶體管做主開關元件,將電源的開關頻率提高到20kHz以上。并將干式變壓器技術成功的應用于高頻高壓電源,取消了高壓變壓器油箱,使變壓器系統(tǒng)的體積進一步減小。
國內對靜電除塵高壓直流電源進行了研制,市電經整流變?yōu)橹绷?采用全橋零電流開關串聯(lián)諧振逆變電路將直流電壓逆變?yōu)楦哳l電壓,然后由高頻變壓器升壓,最后整流為直流高壓。在電阻負載條件下,輸出直流電壓達到55kV,電流達到15mA,工作頻率為25.6kHz。
2.8電力有源濾波器
傳統(tǒng)的交流-直流(AC-DC)變換器在投運時,將向電網注入大量的諧波電流,引起諧波損耗和干擾,同時還出現(xiàn)裝置網側功率因數惡化的現(xiàn)象,即所謂“電力公害”,例如,不可控整流加電容濾波時,網側三次諧波含量可達(70~80)%,網側功率因數僅有0.5~0.6。
電力有源濾波器是一種能夠動態(tài)抑制諧波的新型電力電子裝置,能克服傳統(tǒng)LC濾波器的不足,是一種很有發(fā)展前途的諧波抑制手段。濾波器由橋式開關功率變換器和具體控制電路構成。與傳統(tǒng)開關電源的區(qū)別是:(l)不僅反饋輸出電壓,還反饋輸入平均電流;(2)電流環(huán)基準信號為電壓環(huán)誤差信號與全波整流電壓取樣信號之乘積。
2.9分布式開關電源供電系統(tǒng)
分布式電源供電系統(tǒng)采用小功率模塊和大規(guī)?？刂萍呻娐纷骰静考?利用最新理論和技術成果,組成積木式、智能化的大功率供電電源,從而使強電與弱電緊密結合,降低大功率元器件、大功率裝置(集中式)的研制壓力,提高生產效率。
八十年代初期,對分布式高頻開關電源系統(tǒng)的研究基本集中在變換器并聯(lián)技術的研究上。八十年代中后期,隨著高頻功率變換技術的迅述發(fā)展，各種變換器拓撲結構相繼出現(xiàn),結合大規(guī)模集成電路和功率元器件技術,使中小功率裝置的集成成為可能,從而迅速地推動了分布式高頻開關電源系統(tǒng)研究的展開。自八十年代后期開始,這一方向已成為國際電力電子學界的研究熱點,論文數量逐年增加，應用領域不斷擴大。
分布供電方式具有節(jié)能、可靠、高效、經濟和維護方便等優(yōu)點。已被大型計算機、通信設備、航空航天、工業(yè)控制等系統(tǒng)逐漸采納,也是超高速型集成電路的低電壓電源(3.3V)的最為理想的供電方式。在大功率場合,如電鍍、電解電源、電力機車牽引電源、中頻感應加熱電源、電動機驅動電源等領域也有廣闊的應用前景。
3.高頻開關電源的發(fā)展趨勢
在電力電子技術的應用及各種電源系統(tǒng)中，開關電源技術均處于核心地位。對于大型電解電鍍電源,傳統(tǒng)的電路非常龐大而笨重,如果采用高頓開關電源技術,其體積和重量都會大幅度下降,而且可極大提高電源利用效率、節(jié)省材料、降低成本。在電動汽車和變頻傳動中,更是離不開開關電源技術，通過開關電源改變用電頻率,從而達到近于理想的負載匹配和驅動控制。高頻開關電源技術,更是各種大功率開關電源(逆變焊機、通訊電源、高頻加熱電源、激光器電源、電力操作電源等)的核心技術。
3.1高頻化
理論分析和實踐經驗表明,電氣產品的變壓器、電感和電容的體積重量與供電頻率的平方根成反比。所以當我們把頻率從工頻50Hz提高到20kHz,提高400倍的話,用電設備的體積重量大體下降至工頻設計的5~l0%。無論是逆變式整流焊機,還是通訊電源用的開關式整流器,都是基于這一原理。同樣,傳統(tǒng)“整流行業(yè)”的電鍍、電解、電加工、充電、浮充電、電力合閘用等各種直流電源也可以根據這一原理進行改造,成為“開關變換類電源”,其主要材料可以節(jié)約90%或更高,還可節(jié)電30%或更多。由于功率電子器件工作頻率上限的逐步提高,促使許多原來采用電子管的傳統(tǒng)高頻設備固態(tài)化,帶來顯著節(jié)能、節(jié)水、節(jié)約材料的經濟效益,更可體現(xiàn)技術含量的價值。
3.2模塊化
模塊化有兩方面的含義,其一是指功率器件的模塊化,其二是指電源單元的模塊化。我們常見的器件模塊,含有一單元、兩單元、六單元直至七單元,包括開關器件和與之反并聯(lián)的續(xù)流二極管,實質上都屬于“標準”功率模塊(SPM)。近年,有些公司把開關器件的驅動保護電路也裝到功率模塊中去,構成了“智能化”功率模塊(IPM),不但縮小了整機的體積,更方便了整機的設計制造。實際上,由于頻率的不斷提高,致使引線寄生電感、寄生電容的影響愈加嚴重,對器件造成更大的電應力(表現(xiàn)為過電壓、過電流毛刺)。為了提高系統(tǒng)的可靠性,有些制造商開發(fā)了“用戶專用”功率模塊(ASPM),它把一臺整機的幾乎所有硬件都以芯片的形式安裝到一個模塊中,使元器件之間不再有傳統(tǒng)的引線連接,這樣的模塊經過嚴格、合理的熱、電、機械方面的設計,達到優(yōu)化完美的境地。它類似于微電子中的用戶專用集成電路(ASIC)。只要把控制軟件寫入該模塊中的微處理器芯片,再把整個模塊固定在相應的散熱器上,就構成一臺新型的開關電源裝置。由此可見,模塊化的目的不僅在于使用方便,縮小整機體積,更重要的是取消傳統(tǒng)連線,把寄生參數降到最小,從而把器件承受的電應力降至最低,提高系統(tǒng)的可靠性。另外,大功率的開關電源,由于器件容量的限制和增加冗余提高可靠性方面的考慮,一般采用多個獨立的模塊單元并聯(lián)工作,采用均流技術,所有模塊共同分擔負載電流,一旦其中某個模塊失效,其它模塊再平均分擔負載電流。這樣,不但提高了功率容量,在有限的器件容量的情況下滿足了大電流輸出的要求,而且通過增加相對整個系統(tǒng)來說功率很小的冗余電源模塊,極大的提高系統(tǒng)可靠性,即使萬一出現(xiàn)單模塊故障,也不會影響系統(tǒng)的正常工作,而且為修復提供充分的時間。
3.3數字化
在傳統(tǒng)功率電子技術中,控制部分是按模擬信號來設計和工作的。在六、七十年代,電力電子技術完全是建立在模擬電路基礎上的。但是,現(xiàn)在數字式信號、數字電路顯得越來越重要,數字信號處理技術日趨完善成熟,顯示出越來越多的優(yōu)點:便于計算機處理控制、避免模擬信號的畸變失真、減小雜散信號的干擾(提高抗干擾能力)、便于軟件包調試和遙感遙測遙調,也便于自診斷、容錯等技術的植入。所以,在八、九十年代,對于各類電路和系統(tǒng)的設計來說,模擬技術還是有用的,特別是:諸如印制版的布圖、電磁兼容(EMC)問題以及功率因數修正(PFC)等問題的解決,離不開模擬技術的知識,但是對于智能化的開關電源,需要用計算機控制時,數字化技術就離不開了。
3.4綠色化
電源系統(tǒng)的綠色化有兩層含義:首先是顯著節(jié)電,這意味著發(fā)電容量的節(jié)約,而發(fā)電是造成環(huán)境污染的重要原因,所以節(jié)電就可以減少對環(huán)境的污染;其次這些電源不能(或少)對電網產生污染,國際電工委員會(IEC)對此制定了一系列標準,如IEC555、IEC917、IECl000等。事實上,許多功率電子節(jié)電設備,往往會變成對電網的污染源:向電網注入嚴重的高次諧波電流,使總功率因數下降,使電網電壓耦合許多毛刺尖峰,甚至出現(xiàn)缺角和畸變。20世紀末,各種有源濾波器和有源補償器的方案誕生,有了多種修正功率因數的方法。這些為2l世紀批量生產各種綠色開關電源產品奠定了基礎。
現(xiàn)代電力電子技術是開關電源技術發(fā)展的基礎。隨著新型電力電子器件和適于更高開關頻率的電路拓撲的不斷出現(xiàn),現(xiàn)代電源技術將在實際需要的推動下快速發(fā)展。在傳統(tǒng)的應用技術下,由于功率器件性能的限制而使開關電源的性能受到影響。為了極大發(fā)揮各種功率器件的特性,使器件性能對開關電源性能的影響減至最小,新型的電源電路拓撲和新型的控制技術,可使功率開關工作在零電壓或零電流狀態(tài),從而可大大的提高工作頻率,提高開關電源工作效率,設計出性能優(yōu)良的開關電源。
總而言之,電力電子及開關電源技術因應用需求不斷向前發(fā)展,新技術的出現(xiàn)又會使許多應用產品更新?lián)Q代,還會開拓更多更新的應用領域。開關電源高頻化、模塊化、數字化、綠色化等的實現(xiàn),將標志著這些技術的成熟,實現(xiàn)高效率用電和高品質用電相結合。這幾年,隨著通信行業(yè)的發(fā)展,以開關電源技術為核心的通信用開關電源,僅國內有20多億人民幣的市場需求,吸引了國內外一大批科技人員對其進行開發(fā)研究。開關電源代替線性電源和相控電源是大勢所趨,因此,同樣具有幾十億產值需求的電力操作電源系統(tǒng)的國內市場正在啟動,并將很快發(fā)展起來。還有其它許多以開關電源技術為核心的專用電源、工業(yè)電源正在等待著人們去開發(fā)。
參考文獻
(l)林渭勛:淺談半導體高頻電力電子技術,電力電子技術選編,浙江大學,384-390,1992
(2)季幼章:迎接知識經濟時代,發(fā)展電源技術應用,電源技術應用,N0.2,l998
(3)葉治正,葉靖國:開關穩(wěn)壓電源。高等教育出版社,1998
張國君,男,1962年生,博士后,副總工程師,1997年5月于天津大學測控博士后流動站出站,現(xiàn)從事通信電源和電力直流操作電源系統(tǒng)的研究開發(fā)工作,并在清華大學電力電子研究中心進行第二站博士后研究工作。
關鍵詞：電力電子技術；開關電源
現(xiàn)代電源技術是應用電力電子半導體器件，綜合自動控制、計算機(微處理器)技術和電磁技術的多學科邊緣交又技術。在各種高質量、高效、高可靠性的電源中起關鍵作用，是現(xiàn)代電力電子技術的具 體應用。
當前，電力電子作為節(jié)能、節(jié)才、自動化、智能化、機電一體化的基礎，正朝著應用技術高頻化、硬件結構模塊化、產品性能綠色化的方向發(fā)展。在不遠的將來，電力電子技術將使電源技術更加成熟、經 濟、實用，實現(xiàn)高效率和高品質用電相結合。
1. 電力電子技術的發(fā)展
現(xiàn)代電力電子技術的發(fā)展方向，是從以低頻技術處理問題為主的傳統(tǒng)電力電子學，向以高頻技術處理問題為主的現(xiàn)代電力電子學方向轉變。電力電子技術起始于五十年代末六十年代初的硅整流器件，其發(fā)展先后經歷了整流器時代、逆變器時代和變頻器時代，并促進了電力電子技術在許多新領域的應用。八十年代末期和九十年代初期發(fā)展起來的、以功率MOSFET和IGBT為代表的、集高頻、高壓和大電流于一身的功率半導體復合器件，表明傳統(tǒng)電力電子技術已經進入現(xiàn)代電力電子時代。
1.1 整流器時代
大功率的工業(yè)用電由工頻(50Hz)交流發(fā)電機提供，但是大約20%的電能是以直流形式消費的，其中最典型的是電解(有色金屬和化工原料需要直流電解)、牽引(電氣機車、電傳動的內燃機車、地鐵機車、城市無軌電車等)和直流傳動(軋鋼、造紙等)三大領域。大功率硅整流器能夠高效率地把工頻交流電轉變?yōu)橹绷麟姡虼嗽诹甏推呤甏?，大功率硅整流管和晶閘管的開發(fā)與應用得以很大發(fā)展。當時國內曾經掀起了-股各地大辦硅整流器廠的熱潮，目前全國大大小小的制造硅整流器的半導體廠家就是那時的產物。
1.2 逆變器時代
七十年代出現(xiàn)了世界范圍的能源危機，交流電機變頻惆速因節(jié)能效果顯著而迅速發(fā)展。變頻調速的關鍵技術是將直流電逆變?yōu)?~100Hz的交流電。在七十年代到八十年代，隨著變頻調速裝置的普及，大功率逆變用的晶閘管、巨型功率晶體管(GTR)和門極可關斷晶閘管(GT0)成為當時電力電子器件的主角。類似的應用還包括高壓直流輸出，靜止式無功功率動態(tài)補償等。這時的電力電子技術已經能夠實現(xiàn)整流和逆變，但工作頻率較低，僅局限在中低頻范圍內。
1.3 變頻器時代
進入八十年代，大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路技術的迅猛發(fā)展，為現(xiàn)代電力電子技術的發(fā)展奠定了基礎。將集成電路技術的精細加工技術和高壓大電流技術有機結合，出現(xiàn)了一批全新的全控型功率器件、首先是功率M0SFET的問世，導致了中小功率電源向高頻化發(fā)展，而后絕緣門極雙極晶體管(IGBT)的出現(xiàn)，又為大中型功率電源向高頻發(fā)展帶來機遇。MOSFET和IGBT的相繼問世，是傳統(tǒng)的電力電子向現(xiàn)代電力電子轉化的標志。據統(tǒng)計，到1995年底，功率M0SFET和GTR在功率半導體器件市場上已達到平分秋色的地步，而用IGBT代替GTR在電力電子領域巳成定論。新型器件的發(fā)展不僅為交流電機變頻調速提供了較高的頻率，使其性能更加完善可靠，而且使現(xiàn)代電子技術不斷向高頻化發(fā)展，為用電設備的高效節(jié)材節(jié)能，實現(xiàn)小型輕量化，機電一體化和智能化提供了重要的技術基礎。
2. 現(xiàn)代電力電子的應用領域
2.1 計算機高效率綠色電源
高速發(fā)展的計算機技術帶領人類進入了信息社會，同時也促進了電源技術的迅速發(fā)展。八十年代，計算機全面采用了開關電源，率先完成計算機電源換代。接著開關電源技術相繼進人了電子、電器設備領域。
計算機技術的發(fā)展，提出綠色電腦和綠色電源。綠色電腦泛指對環(huán)境無害的個人電腦和相關產品，綠色電源系指與綠色電腦相關的高效省電電源，根據美國環(huán)境保護署l992年6月17日"能源之星"計劃規(guī)定，桌上型個人電腦或相關的外圍設備，在睡眠狀態(tài)下的耗電量若小于30瓦，就符合綠色電腦的要求，提高電源效率是降低電源消耗的根本途徑。就目前效率為75%的200瓦開關電源而言，電源自身要消耗50瓦的能源。
2.2 通信用高頻開關電源
通信業(yè)的迅速發(fā)展極大的推動了通信電源的發(fā)展。高頻小型化的開關電源及其技術已成為現(xiàn)代通信供電系統(tǒng)的主流。在通信領域中，通常將整流器稱為一次電源，而將直流-直流(DC/DC)變換器稱為二次電源。一次電源的作用是將單相或三相交流電網變換成標稱值為48V的直流電源。目前在程控交換機用的一次電源中，傳統(tǒng)的相控式穩(wěn)壓電源己被高頻開關電源取代，高頻開關電源(也稱為開關型整流器SMR)通過MOSFET或IGBT的高頻工作，開關頻率一般控制在50-100kHz范圍內，實現(xiàn)高效率和小型化。近幾年，開關整流器的功率容量不斷擴大，單機容量己從48V/12.5A、48V/20A擴大到48V/200A、48V/400A。
因通信設備中所用集成電路的種類繁多，其電源電壓也各不相同，在通信供電系統(tǒng)中采用高功率密度的高頻DC-DC隔離電源模塊，從中間母線電壓(一般為48V直流)變換成所需的各種直流電壓，這樣可大大減小損耗、方便維護，且安裝、增加非常方便。一般都可直接裝在標準控制板上，對二次電源的要求是高功率密度。因通信容量的不斷增加，通信電源容量也將不斷增加。
2.3 直流-直流(DC/DC)變換器
DC/DC變換器將一個固定的直流電壓變換為可變的直流電壓，這種技術被廣泛應用于無軌電車、地鐵列車、電動車的無級變速和控制，同時使上述控制獲得加速平穩(wěn)、快速響應的性能，并同時收到節(jié)約電能的效果。用直流斬波器代替變阻器可節(jié)約電能(20~30)%。直流斬波器不僅能起調壓的作用(開關電源)， 同時還能起到有效地抑制電網側諧波電流噪聲的作用。
通信電源的二次電源DC/DC變換器已商品化，模塊采用高頻PWM技術，開關頻率在500kHz左右，功率密度為5W~20W/in3。隨著大規(guī)模集成電路的發(fā)展，要求電源模塊實現(xiàn)小型化，因此就要不斷提高開關頻率和采用新的電路拓撲結構，目前已有一些公司研制生產了采用零電流開關和零電壓開關技術的二次電源模塊，功率密度有較大幅度的提高。
2.4 不間斷電源(UPS)
不間斷電源(UPS)是計算機、通信系統(tǒng)以及要求提供不能中斷場合所必須的一種高可靠、高性能的電源。交流市電輸入經整流器變成直流，一部分能量給蓄電池組充電，另一部分能量經逆變器變成交流，經轉換開關送到負載。為了在逆變器故障時仍能向負載提供能量，另一路備用電源通過電源轉換開關來實現(xiàn)。
現(xiàn)代UPS普遍了采用脈寬調制技術和功率M0SFET、IGBT等現(xiàn)代電力電子器件，電源的噪聲得以降低，而效率和可靠性得以提高。微處理器軟硬件技術的引入，可以實現(xiàn)對UPS的智能化管理，進行遠程維護和遠程診斷。
目前在線式UPS的最大容量已可作到600kVA。超小型UPS發(fā)展也很迅速，已經有0.5kVA、lkVA、2kVA、3kVA等多種規(guī)格的產品。
2.5 變頻器電源
變頻器電源主要用于交流電機的變頻調速，其在電氣傳動系統(tǒng)中占據的地位日趨重要，已獲得巨大的節(jié)能效果。變頻器電源主電路均采用交流-直流-交流方案。工頻電源通過整流器變成固定的直流電壓，然后由大功率晶體管或IGBT組成的PWM高頻變換器， 將直流電壓逆變成電壓、頻率可變的交流輸出，電源輸出波形近似于正弦波，用于驅動交流異步電動機實現(xiàn)無級調速。
國際上400kVA以下的變頻器電源系列產品已經問世。八十年代初期，日本東芝公司最先將交流變頻調速技術應用于空調器中。至1997年，其占有率已達到日本家用空調的70%以上。變頻空調具有舒適、節(jié)能等優(yōu)點。國內于90年代初期開始研究變頻空調，96年引進生產線生產變頻空調器，逐漸形成變頻空調開發(fā)生產熱點。預計到2000年左右將形成。變頻空調除了變頻電源外，還要求有適合于變頻調速的壓縮機電機。優(yōu)化控制策略，精選功能組件，是空調變頻電源研制的進一步發(fā)展方向。
2.6 高頻逆變式整流焊機電源
高頻逆變式整流焊機電源是一種高性能、高效、省材的新型焊機電源，代表了當今焊機電源的發(fā)展方向。由于IGBT大容量模塊的商用化，這種電源更有著廣闊的應用前景。
逆變焊機電源大都采用交流-直流-交流-直流(AC-DC-AC-DC)變換的方法。50Hz交流電經全橋整流變成直流，IGBT組成的PWM高頻變換部分將直流電逆變成20kHz的高頻矩形波，經高頻變壓器耦合， 整流濾波后成為穩(wěn)定的直流，供電弧使用。
由于焊機電源的工作條件惡劣，頻繁的處于短路、燃弧、開路交替變化之中，因此高頻逆變式整流焊機電源的工作可靠性問題成為最關鍵的問題，也是用戶最關心的問題。采用微處理器做為脈沖寬度調制(PWM)的相關控制器，通過對多參數、多信息的提取與分析，達到預知系統(tǒng)各種工作狀態(tài)的目的，進而提前對系統(tǒng)做出調整和處理，解決了目前大功率IGBT逆變電源可靠性。
國外逆變焊機已可做到額定焊接電流300A，負載持續(xù)率60%，全載電壓60~75V，電流調節(jié)范圍5~300A，重量29kg。
2.7 大功率開關型高壓直流電源
大功率開關型高壓直流電源廣泛應用于靜電除塵、水質改良、醫(yī)用X光機和CT機等大型設備。電壓高達50~l59kV，電流達到0.5A以上，功率可達100kW。
自從70年代開始，日本的一些公司開始采用逆變技術，將市電整流后逆變?yōu)?kHz左右的中頻，然后升壓。進入80年代，高頻開關電源技術迅速發(fā)展。德國西門子公司采用功率晶體管做主開關元件，將電源的開關頻率提高到20kHz以上。并將干式變壓器技術成功的應用于高頻高壓電源，取消了高壓變壓器油箱，使變壓器系統(tǒng)的體積進一步減小。
國內對靜電除塵高壓直流電源進行了研制，市電經整流變?yōu)橹绷?，采用全橋零電流開關串聯(lián)諧振逆變電路將直流電壓逆變?yōu)楦哳l電壓，然后由高頻變壓器升壓，最后整流為直流高壓。在電阻負載條件下，輸出直流電壓達到55kV，電流達到15mA，工作頻率為25.6kHz。
2.8 電力有源濾波器
傳統(tǒng)的交流-直流(AC-DC)變換器在投運時，將向電網注入大量的諧波電流，引起諧波損耗和干擾，同時還出現(xiàn)裝置網側功率因數惡化的現(xiàn)象，即所謂"電力公害"，例如，不可控整流加電容濾波時，網側三次諧波含量可達(70~80)%，網側功率因數僅有0.5~0.6。
電力有源濾波器是一種能夠動態(tài)抑制諧波的新型電力電子裝置，能克服傳統(tǒng)LC濾波器的不足，是一種很有發(fā)展前途的諧波抑制手段。濾波器由橋式開關功率變換器和具體控制電路構成。與傳統(tǒng)開關電源的區(qū)別是:(l)不僅反饋輸出電壓，還反饋輸入平均電流; (2)電流環(huán)基準信號為電壓環(huán)誤差信號與全波整流電壓取樣信號之乘積。
2.9 分布式開關電源供電系統(tǒng)
分布式電源供電系統(tǒng)采用小功率模塊和大規(guī)模控制集成電路作基本部件，利用最新理論和技術成果，組成積木式、智能化的大功率供電電源，從而使強電與弱電緊密結合，降低大功率元器件、大功率裝置(集中式)的研制壓力，提高生產效率。
八十年代初期，對分布式高頻開關電源系統(tǒng)的研究基本集中在變換器并聯(lián)技術的研究上。八十年代中后期，隨著高頻功率變換技術的迅述發(fā)展，各種變換器拓撲結構相繼出現(xiàn)，結合大規(guī)模集成電路和功率元器件技術，使中小功率裝置的集成成為可能，從而迅速地推動了分布式高頻開關電源系統(tǒng)研究的展開。自八十年代后期開始，這一方向已成為國際電力電子學界的研究熱點，論文數量逐年增加，應用領域不斷擴大。
分布供電方式具有節(jié)能、可靠、高效、經濟和維護方便等優(yōu)點。已被大型計算機、通信設備、航空航天、工業(yè)控制等系統(tǒng)逐漸采納，也是超高速型集成電路的低電壓電源(3.3V)的最為理想的供電方式。在大功率場合，如電鍍、電解電源、電力機車牽引電源、中頻感應加熱電源、電動機驅動電源等領域也有廣闊的應用前景。
3. 高頻開關電源的發(fā)展趨勢
在電力電子技術的應用及各種電源系統(tǒng)中，開關電源技術均處于核心地位。對于大型電解電鍍電源，傳統(tǒng)的電路非常龐大而笨重，如果采用高頓開關電源技術，其體積和重量都會大幅度下降，而且可極大提高電源利用效率、節(jié)省材料、降低成本。在電動汽車和變頻傳動中，更是離不開開關電源技術，通過開關電源改變用電頻率，從而達到近于理想的負載匹配和驅動控制。高頻開關電源技術，更是各種大功率開關電源(逆變焊機、通訊電源、高頻加熱電源、激光器電源、電力操作電源等)的核心技術。
3.1 高頻化
理論分析和實踐經驗表明，電氣產品的變壓器、電感和電容的體積重量與供電頻率的平方根成反比。所以當我們把頻率從工頻50Hz提高到20kHz，提高400倍的話，用電設備的體積重量大體下降至工頻設計的 5~l0%。無論是逆變式整流焊機，還是通訊電源用的開關式整流器，都是基于這一原理。同樣，傳統(tǒng)"整流行業(yè)"的電鍍、電解、電加工、充電、浮充電、電力合 閘用等各種直流電源也可以根據這一原理進行改造， 成為"開關變換類電源"，其主要材料可以節(jié)約90%或更高，還可節(jié)電30%或更多。由于功率電子器件工作頻率上限的逐步提高，促使許多原來采用電子管的傳統(tǒng)高頻設備固態(tài)化，帶來顯著節(jié)能、節(jié)水、節(jié)約材料的經濟效益，更可體現(xiàn)技術含量的價值。
3.2 模塊化
模塊化有兩方面的含義，其一是指功率器件的模塊化，其二是指電源單元的模塊化。我們常見的器件模塊，含有一單元、兩單元、六單元直至七單元，包括開關器件和與之反并聯(lián)的續(xù)流二極管，實質上都屬于"標準"功率模塊(SPM)。近年，有些公司把開關器件的驅動保護電路也裝到功率模塊中去，構成了"智能化"功率模塊(IPM)，不但縮小了整機的體積，更方便了整機的設計制造。實際上，由于頻率的不斷提高，致使引線寄生電感、寄生電容的影響愈加嚴重，對器件造成更大的電應力(表現(xiàn)為過電壓、過電流毛刺)。為了提高系統(tǒng)的可靠性，有些制造商開發(fā)了"用戶專用"功率模塊(ASPM)，它把一臺整機的幾乎所有硬件都以芯片的形式安裝到一個模塊中，使元器件之間不再有傳統(tǒng)的引線連接，這樣的模塊經過嚴格、合理的熱、電、 機械方面的設計，達到優(yōu)化完美的境地。它類似于微電子中的用戶專用集成電路(ASIC)。只要把控制軟件寫入該模塊中的微處理器芯片，再把整個模塊固定在相應的散熱器上，就構成一臺新型的開關電源裝置。由此可見，模塊化的目的不僅在于使用方便，縮小整機體積，更重要的是取消傳統(tǒng)連線，把寄生參數降到最小，從而把器件承受的電應力降至最低，提高系統(tǒng)的可靠性。這樣，不但提高了功率容量， 在有限的器件容量的情況下滿足了大電流輸出的要求， 而且通過增加相對整個系統(tǒng)來說功率很小的冗余電源模塊，極大的提高系統(tǒng)可靠性，即使萬一出現(xiàn)單模塊故障，也不會影響系統(tǒng)的正常工作，而且為修復提供充分的時間。
轉貼于 3.3 數字化
在傳統(tǒng)功率電子技術中，控制部分是按模擬信號來設計和工作的。在六、七十年代，電力電子技術 擬電路基礎上的。但是，現(xiàn)在數字式信號、數字電路顯得越來越重要，數字信號處理技術日趨完善成熟，顯示出越來越多的優(yōu)點:便于計算機處理控制、避免模擬信號的畸變失真、減小雜散信號的干擾(提高抗干擾能力)、便于軟件包調試和遙感遙測遙調，也便于自診斷、容錯等技術的植入。所以，在八、九十年代，對于各類電路和系統(tǒng)的設計來說，模擬技術還是有用的，特別是:諸如印制版的布圖、電磁兼容(EMC) 問題以及功率因數修正(PFC)等問題的解決，離不開模擬技術的知識，但是對于智能化的開關電源，需要用計算機控制時，數字化技術就離不開了。
3.4 綠色化
電源系統(tǒng)的綠色化有兩層含義:首先是顯著節(jié)電， 這意味著發(fā)電容量的節(jié)約，而發(fā)電是造成環(huán)境污染的重要原因，所以節(jié)電就可以減少對環(huán)境的污染;其次這些電源不能(或少)對電網產生污染，國際電工委員會(IEC)對此制定了一系列標準，如IEC555、IEC917、IECl000等。事實上，許多功率電子節(jié)電設備，往往會變成對電網的污染源:向電網注入嚴重的高次諧波電流，使總功率因數下降，使電網電壓耦合許多毛刺尖峰，甚至出現(xiàn)缺角和畸變。20世紀末，各種有源濾波器和有源補償器的方案誕生，有了多種修正功率因數的方法。
總而言之，電力電子及開關電源技術因應用需求不斷向前發(fā)展，新技術的出現(xiàn)又會使許多應用產品更新?lián)Q代，還會開拓更多更新的應用領域。開關電源高頻化、模塊化、數字化、綠色化等的實現(xiàn)，將標志著這些技術的成熟，實現(xiàn)高效率用電和高品質用電相結合。這幾年，隨著通信行業(yè)的發(fā)展，以開關電源技術為核心的通信用開關電源，僅國內有20多億人民幣的市場需求，吸引了國內外一大批科技人員對其進行開發(fā)研究。開關電源代替線性電源和相控電源是大勢所趨，因此，同樣具有幾十億產值需求的電力操作電源系統(tǒng)的國內市場正在啟動，并將很快發(fā)展起來。還有其它許多以開關電源技術為核心的專用電源、工業(yè)電源正在等待著人們去開發(fā)。
參考文獻：
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[2]季幼章:迎接知識經濟時代，發(fā)展電源技術應用， 電源技術應用，N0.2，l998。
【論文摘要】遠動監(jiān)控作為電力系統(tǒng)安全運行的支柱之一，其最重要的任務是保障遙測、遙信、遙控等信號準備可靠傳輸。本文對電力遠動監(jiān)控網絡中常見的故障情況進行分析和討論，在此基礎上提出處理方法和建議。
電力遠動是電力自動化系統(tǒng)的重要組成部分，對提高電力生產效率起著關鍵的作用。然而長期以來，電力遠動通道和遠動設備的維護和管理，一直由電力調度和通信部門，通過人工方式進行。這樣不僅需要很多的工作人員進行維護，而且，有時為了確定某地遠動設備或信道的故障，工作人員要到現(xiàn)場進行檢查測試，使遠動通信不得不中斷數小時，嚴重影響了電力調度的正常進行。
1、遠動屏電源模塊
通信電源系統(tǒng)是整個通信網絡中最基礎的部分，是保障所有電力設備可靠運行的前提。因此在排除故障隱患時，首先要考慮的是電源系統(tǒng)。采用雙交流、雙整流配電供電情況下，整個電源系統(tǒng)供電失效的幾率非常小。遠動通道不會再因某套電源系統(tǒng)的失效而同時中斷。
2、通信信道傳輸
目前運行中的安全控制裝置信號一般采用的是光纖復用方式，即經由MUX(64k/2M)復接設備電信號轉為光信號再傳輸。光傳輸方式分為光纖專用和光纖復用兩種。遠動信號不論是經由PCM設備或數據網絡設備接入，最終仍是通過光纖復用進行傳輸。因此，絕大多數的實時控制業(yè)務終將經由光裝置傳輸，由此可看出，光裝置的故障對實時控制業(yè)務的影響最大。變電站之間一段只有光纖路由。隨著重要電力線路雙回路的改造，通信也逐步搭建起了站與站之間雙光纖不同路由的傳輸通道，但是由于原來的一些業(yè)務仍然經由原有的路徑進行傳輸。雖然在光設備部分已經分開，但是在光纜部分卻沒有分開成獨立路由。比較常見的情況是，站與站間的光纜傳輸路由雖然已經獨立分開，但是從通信室至控制室的室內光纖往往忽略考慮了獨立性。多鋪設一根室內光纜連接通信室與主控室。這樣當任意一條室內光纖中斷時，還有一條備用通道。
對于遠動通道故障處理，在通訊出現(xiàn)故障時應根據如下原則進行判斷、處理:先主站、后被控站;先自己、后他人;先觀察、后測量;先分段做環(huán)、再具體檢查;先重啟、再更換。而對于那些用一般手段和工具難以排查的故障，還可以進一步用標準串口測試程序或廠家提供的其他測試程序分別對各通訊口進行數據檢測，通過查閱相應的數據報文可以看出通訊線路上傳輸的具體數據，從而判斷出故障的類型和位置。對一些比較陌生的器件檢查時，可以通過與正常工作的設備進行比對測試，從而判斷該類器件的好壞。
3、遠動裝置內部參數配置
3.1波特率要一致。據我國電力部門現(xiàn)行使用較多的遠動制式，有300波特、600波特、1200波特三種。波特率不一致，數據肯定不能傳輸。不光要把主站上位機及分站下位機的通信波特率設置一致，還要把modem里面的相應開關設置一致。
3.2音頻頻率要一致。電力部規(guī)定經過modem后的調頻音頻頻率為:300波特3000±150Hz;600波特2880±200Hz。貫例規(guī)定1200波特1700±500(400)Hz。在電力部規(guī)定中，600波特的中心頻率可據用戶要求設為2880±60N(N為正整數)Hz。但頻偏必須是±200Hz。遠動廠家生產或配置的modem應遵循以上設置并可調。頻率不但要對，重要的是準確度要高?？捎妙l率計、選頻表等進行核校。還要注意音頻信號是否良好的正弦波，可用示波器觀察。在現(xiàn)場經常遇到modem輸出音頻頻率不準，有的最大偏差達50Hz。還遇到過信號波形是三角波的實例。測量頻率或觀察波形時應想法送單一頻率。頻率不準確不通，頻率不準或波形不良將造成嚴重誤碼。
3.3正負邏輯要一致。所謂正邏輯，就是發(fā)“1”時為高頻頻率，發(fā)“0”時為低頻頻率;負邏輯則相反，發(fā)“1”時為低頻頻率，發(fā)“0”時為高頻頻率。有時遠動電平正常，波形良好，但收到的全是錯碼，應考慮雙方邏輯是否一致。
3.4地址碼要一致。雙方報文的源地址和目的地址應一致，如一方不按約定設置或雙方事先沒有約定，將造成不通。
3.5同步字要一致。同步字相當于偵察兵，每幀報文前如果均收到完全正確的同步字，證明通道基本正常?，F(xiàn)多用三組EB90或D709作為同步字。如雙方同步字不一致，收不到要求的同步字頭，就無法接收后續(xù)報文。
3.6報文規(guī)約要一致。如果雙方的同步字對方收到后能解調出來，其它數據一個也解釋不出來，就是雙方遠動報文規(guī)約不一樣。這就需要遠動通信雙方的調試人員一致規(guī)約，并認真核對，做到上傳從采集、傳送到顯示，下送從操作、傳送到執(zhí)行均準確無誤。
4、結束語
隨著國民經濟的發(fā)展，人們對電網的可靠性要求甚高。電網自動化程度也越來越高。因此，對遠動通信設備穩(wěn)定性和專業(yè)技術人員業(yè)務素質提出更高要求，這既是一種挑戰(zhàn)又是一種機遇，應抓住機遇不失時機創(chuàng)造良好的經濟效益和社會效益。遠動設備維護人員，必須在實際工作中不斷地學習理論知識和設備原理，結合現(xiàn)場多動手、多動腦。
參考文獻
[1]王健，王倩，楊俊，隨新鮮. 電力遠動終端通用智能測試終端的設計[J]. 電力學報， 2009， (04) .
【關鍵詞】不間斷電源 UPS 工作原理 維護
在電視臺有很多用電設備，其中使用頻率最高的設備則是：控制桌設備、網絡設備、音頻調度等，此類設備在運行過程中對供電質量提出了較高需求，確保不停電的情況下，還要保證頻率及電壓處于穩(wěn)定狀態(tài)，且其波形也不能出現(xiàn)任何差錯。所以UPS電源成為我們電視臺最重視的一項設備，作為使用者，既要對此設備有全面的認知與了解，還要做好維護管理工作。
1 UPS類型分析
1.1 后備式UPS
在外電處于正常運作狀態(tài)時，外電通過專業(yè)設備 濾波及抗浪涌無源濾波器處理后傳送至負載，且蓄電池也處于充電狀態(tài)。當市電因故無法繼續(xù)運作時，逆變器就會被開啟，使蓄電池中的直流電壓轉變?yōu)榻涣麟妷海ㄒ簿褪?轉換），然后被傳送至負載。不同類型電壓在轉變期間所耗費的時間長短主要取決于逆變器的開啟時間及繼電器的跳動時間，通常不會高于。盡管UPS電源實現(xiàn)容易、價格低，不過因存有轉換時間，外電波會對輸出造成一定影響，且供電質量不理想，不適用于用電重要設備。
1.2 在線式UPS
1.2.1 三端口 UPS
此類型的UPS其實現(xiàn)原理與鐵磁諧振穩(wěn)壓變壓器基本相同。鐵心有3個繞組，具體為：輸出繞組、雙向變換器繞組及外電繞組。其核心構成部分則是雙向逆變器，也就是常說的整流逆變器。在外電沒有出現(xiàn)任何故障時，該逆變器重要發(fā)揮整流功能，確保負載正常、蓄電池能正常充電。而當外電因故障中斷時，該設備則發(fā)揮逆變功能，確保直流電壓能在短時間內轉變?yōu)?交流電。
1.2.2 串聯(lián)型在線式 UPS
此型號的UPS在外電正常運作時，輸入形式的交流電就會通過 濾波設備將對外電造成干擾的因素進行優(yōu)化與處理，隨后經整流濾波處理，確保電池組和逆變器處于正常充電狀態(tài)。逆變器則通過交通電將比較穩(wěn)定的電壓及電頻提供給負載。在外電出現(xiàn)故障無法正常運作時，逆變器就會對蓄電池的電壓類型進行處理，確保負載獲取到交流電，不會出現(xiàn)斷電現(xiàn)象。
2 UPS基本工作原理
2.1 在線式 UPS 工作原理
在線式UPS由多個元器件構成，最為核心的元器件依次為：靜態(tài)開關、逆變器、充電電路、蓄電池組、保護電路等。此UPS一般輸出正玄波。
在外電處于正常工作狀態(tài)時，輸入電壓通過整流器濾波電路為逆變器提供電能，逆變器輸出則通過與之相匹配的處理設備實現(xiàn)SPWM波與正玄波之間的有效轉換。此外，整流電壓通過充電設備來為蓄電池提供電能?；诖诉\作模式下，外電主要是通過逆變器、整流濾波器、靜態(tài)開關為負載補充電能，且選用逆變器來對其頻率、電壓進行實時性監(jiān)控。
2.2 后備式UPS工作原理
與在線式UPS相比，兩者之間的不同點在于：無輸入整流濾波器，逆變器無法基于多渠道獲取到電能，只能通過蓄電池來滿足自身電能需求，外電正常運行時，逆變器就不會被啟動。輸出不包括濾波器，其電壓輸出形態(tài)以方波為主。在外電運行時，輸出變壓器的主要功能則是穩(wěn)定交流電壓。
（1）在外電正常運行期間，UPS則保持旁路運行狀態(tài)，轉換開關則被變換為外電輸入端，輸入外電通過轉換開關與輸出變壓器保持正常連接，并將電能補充給負載。外電出現(xiàn)變動時，基于繼電器實現(xiàn)變壓器接點的有效轉變，確保輸出電壓更穩(wěn)定、更可靠。
（2）在外電的電壓不穩(wěn)定且發(fā)生中斷時，UPS就會保持后備運行態(tài)。檢測控制電路在發(fā)現(xiàn)外電出現(xiàn)問題之后，就會立即運行逆變器并把開關調換到逆變器端，通過蓄電池為負載補充電能，并輸出形態(tài)為方形的電波。當負載出現(xiàn)變動時，逆變器為穩(wěn)定電壓則對輸出方波的寬度進行適當調整。對于后備式UPS來說，外電正常運行時，逆變器就不會被啟動。當外電因出現(xiàn)問題無法正常運行時才會運行逆變器。繼電器在啟動后需動作過程，所以需要花費一定的時間來實現(xiàn)轉換，通常為3ms-10ms。
3 UPS電源系統(tǒng)應用注意要點
隨著信息技術不斷更新與發(fā)展，很多信息設備在實踐過程中呈現(xiàn)出強大的智能化，UPS電源系統(tǒng)也不例外，電池選用的是不需要維護的蓄電池，盡管提高了其通用性，不過在使用時還需多加注意，基于此才能提高使用的安全性。
（1）UPS電源主機在運行時并未對環(huán)境提出過高需求，+5℃～40℃都可正常運行，不過需保證環(huán)境的清潔，不能有過多灰塵，在濕度較高的環(huán)境下，灰塵會使主機不能正常運作。而儲能電池則對環(huán)境溫度有較高需求，適宜溫度為25℃，最好不要高于 +15℃～+30℃。
（2）主機在運行時其內置參數不可更改。尤其是電池組參數，會縮短主機使用周期，不過在環(huán)境溫度發(fā)生變化時，也要適當調整一下浮充電壓。一般最適宜的環(huán)境溫度為25℃，溫度每提高或下降1℃，都需添加18mV浮充電壓（也就是 12V蓄電池）。
（3）處于斷電狀態(tài)時，不要在負載工作的情況下運行UPS電源，需要將負載徹底關掉，在UPS被成功啟動后再運行負載。因負載自身具有供電流和沖擊電流，若沒有關掉負載就啟動UPS，會導致UPS電源突然過載，進而使變換器受損，無法使UPS正常運作。
4 UPS電源系統(tǒng)的維護
（1）UPS電源系統(tǒng)在運行期間，無需對主機進行過多的維護，關鍵在于防灰塵，經常做除塵處理。尤其是氣候條件過于干燥的環(huán)境下，空氣中含有大量灰塵，系統(tǒng)的風機會將灰塵吹到主機內部，在滿足一定的濕度條件后就會使主機控制系統(tǒng)陷入紊亂，進而導致主機無法正常運作，同時還會發(fā)出有誤預警，灰塵也會導致器件不能正常散熱。通常每四個月就要對主機進行全面的清潔。在清除灰塵時，也要檢查各大連接元器件是否出現(xiàn)松動或不牢固現(xiàn)象。
（2）對于UPS系統(tǒng)來說，蓄電池確保此系統(tǒng)正常運作的核心部件，如果沒有電池，UPS就喪失了某些功能特性。雖然在實際應用過程中基本上都使用了不用維護的電池，減少了工作量，不過工作期間所呈現(xiàn)的各種狀態(tài)對電池造成的影響并沒有發(fā)生改變，由此可以看出，定期檢查與測試及維護電池仍是一項非常重要的工作。
5 結語
本篇論文不僅詳細介紹了UPS電源系統(tǒng)的運作理念，還針對其常見問題、如何維護以及如何保養(yǎng)蓄電池作了明確闡述。使我們了解與掌握了更多的維護方法，為后期更好的維護及保養(yǎng)UPS電源提供了依據，不僅為我臺播音設備安全供電提供了保障，也為我臺播音工作的順利開展提供了安全保障。
參考文獻
[1]牛鶯雪.不間斷電源（UPS）及其維護[J]. 科技創(chuàng)新與應用，2013（31）.
【關鍵詞】中高職銜接 二三分段 一體化人才培養(yǎng)方案
【中圖分類號】G 【文獻標識碼】A
【文章編號】0450-9889（2015）12C-0111-03
職業(yè)教育是終身教育的重要組成部分，使中等職業(yè)教育與高等職業(yè)教育相互銜接溝通，是當前世界職業(yè)教育發(fā)展的一個趨勢。根據《廣西壯族自治區(qū)人民政府關于貫徹<國務院關于加快發(fā)展現(xiàn)代職業(yè)教育的決定>的實施意見》（桂政發(fā)[2014]43號）和《廣西壯族自治區(qū)人民政府辦公廳關于印發(fā)縣級中等職業(yè)學校綜合改革計劃的通知》（桂政發(fā)[2014]64號）文件精神，為了創(chuàng)新辦學體制機制，搭建中高職教育相互銜接的“立交橋”，提升縣級職業(yè)技術學校的人才培養(yǎng)質量，為我區(qū)經濟建設和社會發(fā)展培養(yǎng)更多動手能力強、技藝精湛操作嫻熟的高素質技術技能型專門人才，廣西職業(yè)技術學院與蒙山縣職業(yè)技術學校在2015年2月份簽訂協(xié)議，開展電子信息工程技術專業(yè)“二三分段”中高職銜接合作辦學模式。協(xié)議規(guī)定雙方共同制定和實施一體化的人才培養(yǎng)方案，雙方共同開展校企合作、課程改革、師資培訓、實訓基地建設以及招生就業(yè)等方面的工作。下面以廣西職業(yè)技術學院電子信息工程技術專業(yè)為例，介紹中高職銜接“二三分段”一體化人才培養(yǎng)的思路和方法。
一、“二三分段”中高職銜接一體化人才培養(yǎng)方案目標的銜接
中職教育和高職教育在培養(yǎng)目標上是有差異的。中職教育目標是培養(yǎng)在生產、服務、技術和管理第一線工作需要的初、中級人才;而高職教育培養(yǎng)的是生產、經營、管理等方面的高級實用型、應用型人才。目前的中職教育仍然是以基礎教育為主，而高職教育是在高中教育基礎上進行的專業(yè)教育，注重培養(yǎng)學生把科學技術轉換為產品的能力。經過市場調研，并且根據廣西職業(yè)技術學院和蒙山縣職業(yè)技術學校情況，我們確定了電子信息工程技術專業(yè)“二三分段”中高職銜接一體化人才培養(yǎng)方案的目標為：中職階段（前兩年）的培養(yǎng)目標是培養(yǎng)掌握電子電路基本原理，具有電子產品的裝配、調試、維修和銷售等技能，能熟練使用電路基本測試儀器的技能型人才;高職階段（后三年）的培養(yǎng)目標是培養(yǎng)掌握信息網絡的網絡結構和電路的基本知識，具有電路設計和調試能力，具有通信網施工、監(jiān)理及通信網維護、優(yōu)化網絡的高素質技術技能型專門人才。培養(yǎng)目標既要保證沒有意愿升到高職繼續(xù)教育的學生具備就業(yè)的能力，也要保證有意愿升入到高職繼續(xù)進修的學生掌握必須的文化基礎知識、專業(yè)基礎知識和比較熟練的職業(yè)技能，具備繼續(xù)學習的能力、創(chuàng)新精神和實踐能力。
二、“二三分段”中高職銜接一體化人才培養(yǎng)方案課程體系的銜接
要實施中高職教育的相互銜接，如果沒有一體化的課程體系，必將會嚴重影響中高職教育的有效銜接，難以保證各層次的職業(yè)教育質量。因此，由廣西職業(yè)技術學院和蒙山縣職業(yè)技術學校組成的團隊進行市場調研，走訪行業(yè)專家，根據企業(yè)相關典型工作崗位的調研材料，進行典型工作任務的分析，轉換為相對應的學習領域，多次召開研討會，制定中高職層次相應的職業(yè)能力標準，設置課程，選擇課程內容和制定課程標準，進而制定出了一套能指導電子信息工程技術專業(yè)“二三分段”中高職銜接一體化人才培養(yǎng)的課程體系。
圖1 “二三分段”中高職銜接一體化人才培養(yǎng)方案課程體系設置
在課程體系設置上，團隊老師充分把握中、高職教育不同層次對人才培養(yǎng)方案的不同階段的要求，注意理論深度的前后遞進和有效銜接，擴展專業(yè)知識內容的同時又要保證避免交叉重疊。把中職電信類專業(yè)的課程和高職電信類專業(yè)的課程內容進行充分整合，從而形成了中、高職銜接電子信息工程技術專業(yè)的課程設置體系。我們把體系中的課程分為：專業(yè)基礎及素質拓展、專業(yè)核心能力培養(yǎng)、專業(yè)拓展能力培養(yǎng)以及綜合能力培養(yǎng)四個模塊，如圖1所示。把一體化人才培養(yǎng)方案中開設的課程分為中職開設課程、中職高職銜接課程和高職開設課程3類，如表1所示。
表1 “二三分段”一體化人才培養(yǎng)方案課程結構表
基本素質課 德育課 防艾、愛國、環(huán)境教育（2）、學生心理健康教育（2）、禮儀規(guī)范課程（1）、法律常識（2）、演講與口才（1）、職業(yè)健康與道德（2）、職業(yè)生涯規(guī)劃（2）、就業(yè)與創(chuàng)業(yè)指導（2）、軍事訓練及入學教育（2）、思想和中國特色社會主義理論體系概論（3）、思想道德修養(yǎng)與法律基礎（2）、安全教育（2）
文化課 語文（1）、數學（2）、英語（2）、計算機應用基礎（2）
專業(yè)學習領域課程 專業(yè)必修課程 實用電子技術工藝（1）、電子線路（1）、電子技能實訓（2）、電工作業(yè)（2）、電類專業(yè)應用數學（3）、電子電路測量技術（3）、電路分析基礎（2）、專業(yè)綜合輔導課（3）、數字電子技術（3）、模擬電子技術（3）、電子技術計算機輔助設計技術（2）、電子電路綜合技能（3）、C語言程序設計（3）、單片機原理與接口技術（3）、無線傳感器網絡技術（3）、物聯(lián)網應用技術（3）
綜合實訓項目 專業(yè)綜合設計（2）、暑期專業(yè)頂崗實踐（2）、畢業(yè)頂崗實習（2）、職業(yè)資格培訓及考試（2）
頂崗實習 頂崗實習（含畢業(yè)教育）（3）
畢業(yè)設計（論文） 畢業(yè)設計（論文）（3）
專業(yè)拓展領域課程 電子領域方向 辦公設備（1）、動畫設計（1）、家用電器（1）、電工技能實訓（2）高頻電子技術（3）、VB程序設計（3）、單片機綜合項目開發(fā)與實訓（3）
通信領域方向 計算機組網與維護（2）、辦公鞏固與網絡（1）、高頻電子技術（3）、通信電源技術（3）、數字通信技術（3）、計算機網絡技術（3）、光通信技術（3）、三網融合技術（3）、通信基站維護與管理（3）、通信工程制圖（3）、通信工程設計與概預算（3）、網絡規(guī)劃與優(yōu)化（3）、LTE組網與維護（3）
其他類教育活動 技能比賽 國家級（2）、省部級（2）、院級技能比賽（2）等
備注：括號內阿拉伯數字1為中職開設課程，2為中職高職銜接課程，3為高職開設課程
三、“二三分段”中高職銜接一體化人才培養(yǎng)職業(yè)資格證的銜接
電子信息工程技術專業(yè)“二三分段”中高職銜接一體化人才培養(yǎng)實行雙（多）證書教育，將實踐性教學安排與職業(yè)資格證書考核有機結合，鼓勵學生在取得中、高職畢業(yè)證書的同時，取得與專業(yè)相關的職業(yè)資格證書，鼓勵學生經培訓并通過社會化考核取得與提升職業(yè)能力相關的其他技術等級證書。
一體化人才培養(yǎng)方案規(guī)定畢業(yè)生必須在中職畢業(yè)或者高職畢業(yè)時取得計算機操作員、電工操作證、通信設備維護中級證、單片機設計員中級證、AutoCAD操作中級證、通信工程監(jiān)理工程師、華為工程師認證的一種。中職階段考取相關中級職業(yè)資格證書（如計算機操作員、電工上崗證），在高職階段考取高級以上職業(yè)資格證書（如計算機輔助設計中級證、通信工程監(jiān)理師等），并鼓勵多考取不同的職業(yè)資格證書。電子信息工程技術專業(yè)“二三分段”一體化人才培養(yǎng)學生可以考取的職業(yè)資格證如表2所示。
表2 電子信息工程技術專業(yè)“二三分段”培養(yǎng)
可選考的職業(yè)資格證書一覽表
序號 職業(yè)資格（職業(yè)技能）證書名稱 頒證單位
1 計算機操作員 人力資源與社會保障部
2 電工操作證 南寧市安監(jiān)局
3 通信設備維護初、中級證 南寧市職業(yè)技能鑒定中心
4 程序設計員初、中級證 南寧市職業(yè)技能鑒定中心
5 AutoCAD制圖員（1-4級） 南寧市職業(yè)技能鑒定中心
6 通信工程監(jiān)理工程師 工信部
7 華為工程師認證 華為技術有限公司
四、“二三分段”中高職銜接一體化人才培養(yǎng)學生管理的銜接
“二三分段”中高職銜接一體化人才培養(yǎng)方案需要從中職教育階段就開始實施。大部分剛剛進入中職學校的學生在初中以前的基礎教育中學習能力都比較薄弱，沒有養(yǎng)成良好的學習習慣，而且往往都比較難以管理。為了在學生管理方面做到無縫對接，我們成立“二三分段”中高職銜接一體化人才培養(yǎng)的學生管理團隊（以下簡稱團隊老師）。團隊老師由廣西職業(yè)技術學院電子信息工程技術專業(yè)的老師和蒙山縣職業(yè)技術學校電子專業(yè)的老師組成，主要成員由專任教師、班主任以及學生輔導員組成。團隊老師主要任務除了共同制定一體化人才培養(yǎng)方案之外，仍需承擔共同管理學生的任務。具體管理措施為：
（一）團隊老師共同做好中職新生入學教育。中職新生入學教育由團隊老師共同完成，充分讓學生理解“二三分段”中高職銜接的一體化人才培養(yǎng)的目的和意義，認識個人要進行中高職銜接培養(yǎng)的必須性。從今年的實施情況開看，中職學生的入學教育我們做得比較好，大部分學生表示會在兩年之后選擇升入高職繼續(xù)進修。
（二）團隊老師組織學生參觀高職院校校區(qū)。在2015級中職新生入學之際，團隊老師已經組織學生到廣西職業(yè)技術學院進行了參觀，主要是校園環(huán)境、教學環(huán)境和校內實訓環(huán)境的參觀。大部分學生對廣西職業(yè)技術學院的教學環(huán)境和生活環(huán)境表示認可。
（三）團隊老師每年組織學生進行技能比賽。團隊老師計劃每年在中職舉行技能比賽。比賽期間，評委由團隊老師以及企業(yè)代表組成。在高職技能比賽期間，團隊老師組織中職的學生進行觀摩，以樹立對自己專業(yè)的興趣。
（四）團隊老師每年召開一次表彰大會。在一年一度的學生表彰大會上，組織廣西職業(yè)技術學院電子信息工程專業(yè)優(yōu)秀學生和優(yōu)秀畢業(yè)生到中職學校進行成功典型案例教育，與中職學生分享學習經驗及工作經驗，幫助中職學生制定職業(yè)規(guī)劃，明確學習目標。
五、“二三分段”中高職銜接一體化人才培養(yǎng)實訓基地建設的銜接
（一）校內實訓基地建設。由于中高職的人才培養(yǎng)目標不同，所以中高職的實訓基地建設應該根據中高職培養(yǎng)目標和作用出發(fā)，建設不同層次的實訓室。我們主張蒙山縣職業(yè)技術學校建設的實訓基地應該是具有實用性、基礎性、操作性和技能性的，廣西職業(yè)技術學院建設的實訓基地建設要體現(xiàn)高技能性、應用性以及管理性。校內實訓基地分為中職校內實訓基地、中高職共用校內實訓基地以及高職校內實訓基地。其中中高職共用基地設在廣西職業(yè)技術學院，主要承擔中職階段和高職階段綜合類實訓項目，中職教學階段需要進行的綜合實訓項目以實訓專周的形式在廣西職業(yè)技術學院開設。具體校內實訓室如表3所示。
表3 “ 二三分段”中高職銜接一體化人才培養(yǎng)
校內實訓基地一覽表
層次 實訓室名稱 實訓室作用及主要承擔課程實訓
中職 電路基礎實訓室 開設電子元器件的識讀、選用及檢測，電子產品裝配工藝知識、焊接技術，安裝與連接工藝，整機安裝技術和裝配實例。主要承擔電子技能實訓、實用電子工藝、電子線路等課程教學。
電腦設計實訓室 開設計算機系統(tǒng)結構認識、常用辦公軟件的實訓，主要承擔課程辦公設備、動畫設計等課程教學。
網絡綜合布線實訓室 開設計算機網絡網絡安裝、布線與測試等基礎技能型的實訓項目，主要承擔計算機組網與維護等課程教學。
電子設備維修實訓室 開設常用電子設備的維修與維護工作，主要承擔家用電器課程教學。
高職 電路設計實訓室 主要承擔電路設計以及制作電路板的實訓，只要承擔電子技術計算機輔助設計技術、單片機綜合項目開發(fā)與實訓等課程教學。
電氣控制實訓室 承擔常用電工儀表的使用，觸電急救模擬等實訓項目，主要承擔電工作業(yè)等課程教學以及電工操作證、電工上崗證等職業(yè)證的考試培訓。
計算機網絡實訓室 開設計算機組網、網絡開通和網絡安全維護的實訓項目，主要承擔計算機網絡技術、數據通信技術等課程教學。
移動通信實訓室 主要開設3G系統(tǒng)結構組成、3G無線側的BSC和基站的建設與日常維護項目，主要承擔通信基站維護與管理、無線網絡規(guī)劃與優(yōu)化、通信電源技術、數字通信技術等課程教學。
網絡優(yōu)化仿真實訓室 開設無線網絡優(yōu)化軟件的安裝與使用;無線網絡數據采集與測試、通信工程設計與概預算等實訓項目，主要承擔無線網絡規(guī)劃與優(yōu)化、通信工程設計與概預算等課程教學。
物聯(lián)網應用技術實訓室 開設智能家居、智能交通和智慧城市等實訓項目，主要承擔無線傳感器網絡技術、物聯(lián)網應用技術等課程教學。
中高職共用 專業(yè)綜合實訓室 主要承擔中職、高職中專業(yè)綜合實訓項目。主要承擔專業(yè)綜合設計、電子技能等課程教學。
電子電路綜合技能實訓 主要承擔綜合電路的實訓項目，如基于TTL電路數字鐘的設計與制作 ;數字音量控制電路設計與制作等項目，主要承擔電子技能實訓、單片機原理與接口技術、單片機綜合項目開發(fā)與實訓等課程教學。
（二）校外實訓基地建設。校外實訓基地主要承擔暑假頂崗實習及畢業(yè)頂崗實習。目前廣西職業(yè)技術學院已經有15家以上校外實訓基地?？梢园凑杖瞬排囵B(yǎng)方案在第二學年和第四學年以及第五學年進行集中的暑假頂崗實習以及畢業(yè)頂崗實習。
廣西職業(yè)技術學院和蒙山縣職業(yè)技術學校的電子信息工程技術專業(yè)“二三分段”中高職銜接一體化人才培養(yǎng)已經得到了合作雙方院校的通過。2015年8月已經開始招收第一批學生共102人，3個教學班，按一體化人才培養(yǎng)方案正在實施培養(yǎng)。合作雙方將會在實施過程中不斷完善和修訂人才培養(yǎng)方案。
【參考文獻】
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【項目基金】2014年廣西高等教育教學改革工程立項項目，2015年度廣西職業(yè)教育教學改革立項項目
