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[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。通信電源系統由交流供電系統、直流供電系統和相應的保護系統構成。通信電源系統的設備多,分布廣,不僅單個電源設備的可靠性會影響系統的可靠性,電源系統的總體結構也會對自身的可靠性造成很大的影響。
一、通信電源的發展現狀
(一)供電系統的現狀
通信電源是通信系統必不可少的重要組成部分,其設計目標是安全、可靠、高效、穩定、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。通信電源系統由交流配電、整流柜、直流配電和監控模塊組成。
(二)通信電源設備的更新換代
近年來,隨著技術的進步,特別是功率器的更新換代,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,通信電源在系統的可靠性、穩定性,電磁兼容性,消除網側電流諧波、提高電能利用率、降低損耗、提高系統的動態性能等等方面都取得長足的進步。
(三)現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、通信電源發展趨勢
(一)開關器件的發展趨勢
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發展到高穩定度、大容量、小體積、開關頻率達到兆赫茲級,開關電源的發展為高頻變化提供了硬件基礎,促進了現代電源技術的繁榮和發展。
(二)通信直流電源產品的技術發展市場需求發展
在需求與技術的共同推動下,通信直流電源產品體現了如下的發展態勢:
體系架構相當長的一段時間內維持穩定。通信直流電源在相當長的時間內還是維持現有的交流配電、整流器模塊(并聯)、直流配電、監控單元、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有的高頻開關模式,暫時不會出現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定,一定程度制約了整機系統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(“創造性解決問題的理論”的俄語縮略語)描述的技術系統發展進化規律,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展的階段,直至有一天,一種新的電源變換技術出現,通信直流電源產品就會再出現一個階躍性的發展,就像開關穩壓技術替代線性穩壓技術,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的重視。隨著科技的發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,在性能上具有傳統的VRLA電池無可比擬的優越性。
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.電源監控系統的發展。隨著互聯網技術應用日益普及和信息處理技術的不斷發展,通信系統從以前的單機或小局域系統逐漸發展至大局域網系統或廣域網系統,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,這對電源設備的監控管理提出了新的需求,保護通信互聯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,數字化技術就表現出了傳統模擬技術無法實現的優勢,數字化技術的發展逐步表現出傳統模擬技術無法實現的優勢.
4.通信電源的環保要求。環保問題,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,是材料的可循環利用和環境的無污染,這方面需要產品滿足WEEE/ROHS指令。
在通信電源開發、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不安全隱患。
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關鍵詞：自動熱控 水泥路面 發熱電纜
本論文經過了大量的理論與實際分析，得出如下結論：陜西地區路面融雪溫度控制在2-3℃時，鋪筑功率控制在300W/m2上下，可以達到最佳效果。
1 研究意義
我國公路事業正在蓬勃發展，而我國大部分地區冬季氣溫會降到0°以下，這樣就會使路面上容易產生積雪結冰現象。據研究表明，路面在干燥時附著系數為0.6左右，而路面有積雪時附著系數只有0.2左右，結冰時則更低。汽車在路面上行駛必須保證路面有著足夠的附著系數，否則很容易發生危險。
2 發熱電纜的性能介紹
發熱電纜，顧名思義就是通過連通電源能夠產生熱量的一種設備。將這種設備鋪設在路面結構內部，當路面有積雪或者結冰的時候接通電源，便可以發熱來融雪除冰。本實驗采用的發熱電纜規格介紹如下：
①功率為37瓦/米。
②外表面包裹物為pvc護套。
③中間層為鐵皮。
④最里層的線分別是：零線與火線各1根（有白色絕緣層保護），發熱絲若干（白色金屬絲），具體見圖1。
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圖1 實驗中所用發熱電纜
3 水泥混凝土路面板塊設計
3.1 結構設計
結構如表1：
表1 本實驗水泥混凝土板塊結構數據
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3.2 鋪筑功率設計
通過變壓器對功率進行調節，實現多種方案的對比
3.3 施工圖（圖2）
3.4 溫度測定
采用ZDR-41型溫度傳感器測量，將探頭埋在上面層與下面層之間，具體如下圖：
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圖3 溫度傳感器埋設方案
4 實驗及計算
4.1 實驗測得的數據
表2 水泥混凝土板在不同功率不同氣溫條件下達到
穩定溫度場需要的時間（小時）
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表3 水泥路面不同功率不同氣溫完全融化10mm的
冰所需要的時間（小時）
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4.2 假設模型
可以把發熱電纜融雪除冰系統簡化成圖4的計算模型。
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表4給出了不同溫度，不同下雪等級條件下，下雪過程中將雪及時升溫并融化所需的功率。在實際計算中，可將該功率與氣象條件及道路上表面溫度等進行耦合，折算在表面綜合換熱系數中，具體的方法通過有限元分析得出。
表4 不同氣溫下雪升溫及融化所需的功率P（W/m2）
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5 結論
5.1 通過相關具體的實驗，可以得出融雪效果在路面溫度達到2-3℃時為最佳。
5.2 與傳統的融雪除冰方法相比較，采用發熱電纜來融雪除冰，具有如下的優點：方便操作，對溫度的控制比較容易，在低溫情況下也可以使用，可以有效的解決融雪劑帶來的負面效應。
5.3 該實驗采用的融雪除冰的發熱功率為277.1 W/m2，在我國北方地區進行了相關的實驗，結果顯示，可以達到預期的融雪除冰效果。
5.4 本方法在一些特殊段，如橋梁，隧道進出口處使用，可以有效減少交通事故，保證冬季行車的安全。
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【關鍵詞】電力線通信 混合組網
中圖分類號：G4 文獻標識碼：A DOI：10.3969/j.issn.1672-0407.2014.12.204
隨著社會信息化程度的提高，網絡已成為人們生產和生活中必不可少的信息載體，尤其是隨著移動互聯網技術的飛速發展，需要快速實現寬帶網絡組網，以滿足高速的視頻、語音、數據等信息傳輸與服務要求。目前人們常見的寬帶接入方式有ADSL、光纖、有線電視線路等，隨著科技的迅速發展，電力線通信已經成為一種新型寬帶接入技術，具有良好的發展前景。
1.電力線通信技術發展現狀。
電力線通信技術（Power Line Communication）簡稱PLC技術。這種技術可以利用現有的電力網，高速傳輸視頻、語音和數據等多媒體業務信息，并傳送到計算機等通信設備。
根據PLC技術的應用領域劃分，可應用于高壓輸電網（35kV以上）、中壓輸電網（10kV-35kV）和低壓配電網（10kV以下），甚至適用于家庭低壓配電網的應用。
在不同的應用領域，PLC有不同的技術標準，規范和設計要求。目前關于電力線通信的標準主要有三家，分別是家庭插電聯盟（HomePlug Association，HPA），代表性廠家是Intellon；通用電力線聯盟（Universal Powerline Association，UPA），代表性廠家是DS2，以及消費電子電力線通信聯盟（CE-Powerline Communication Alliance，CEPCA），代表性廠家是panasonic。這三家標準已廣泛應用于歐洲，北美以及亞洲的部分發達國家。
PLC技術的發展已經經歷了較長的時間，通過對電力線環境通信技術的不斷實踐和優化，使得數據傳輸速率不斷提高，經歷了由14Mbps，85Mbps、200Mbps，以及后續更高的700Mbps和1Gbps。抗干擾能力不斷增強，穩定性得到了很大的提高。IEEE/P1901以及HomePlug等新標準的制定以及廣泛的實地試驗，打消了人們對電力線組網可行性的顧慮。使得PLC網絡具有強大的市場競爭力和廣泛的發展前景。
2.電力線通信組網方式。
電力線通信組網由接入設備、傳輸線路和終端適配器組成，在發送時利用GMSK（高斯濾波最小頻移鍵控）或OFDM（正交頻分多路復用）調制技術將用戶數據進行調制，把載有高頻信息的高頻加載于電流，然后再電力線上傳輸，在接收端先經過濾波器將調制信號取出，再經過解調，就可得到原通信信號，并傳送到計算機或電話，實現信息傳遞。
PLC接入設備分局段設備和用戶端PLC調制解調器。局段負責與內部PLC調制解調器的通信和與外部網絡連接。在通信時來自用戶的數據進入調制解調器后，通過用戶配電線路傳輸到局端設備，局端設備將信號解調出來，再轉到外部的Internet。
PLC傳輸線路利用現有的電線網絡，不需重新布線，是一種“NoNewWires”技術，在現有低壓配電線路上實現數據、語音、和視頻業務的承載。
PLC適配器可以將電源插座變成網絡連接口，具有良好的可移動性及擴展性，有插座的地方就可以接入網絡。 PLC適配器接入插座后，會與用戶端調制解調器實現連接，一般能夠提供85M-500M的傳輸速度，提供200-300米的傳輸距離。
采用電力線通信組網方式具有如下優點：
（1）建設成本低：利用已有的配電網絡作為傳輸線路，不需要進行額外布線，大大減少了工程投資，降低了成本。
（2）覆蓋范圍廣：電力線是覆蓋范圍最廣的網絡，其規模是任何其它網絡所無法比擬的。從城市到鄉村，從辦公場所到家庭，PLC都可以輕松到達，為互聯網創造了極大的發展空間。
（3）高速率：PLC能夠提供高速的傳輸。目前，其傳輸速率依設備廠家的不同而在4.5M～45Mbps之間，并隨著技術發展在不斷提高。足以支持現有網絡上的各種應用。
（4）永遠在線：PLC屬于“即插即用”，接入電源就等于接入網絡。
（5）方便快捷：不管在哪個角落，只要連接到用戶端調制解調器范圍內的任何電源插座上，就可立即擁有高速網絡。
3 電力通信網絡的應用場景
電力線通技術信早已有所應用，電力系統在中高壓輸電網（35千伏以上）上通過電力載波機利用較低的頻率以較低速率傳送遠動數據或話音，就是電力線通信技術應用的主要形式之一，已經有幾十年歷史。目前電力通信技術應用于越來越多的相關領域之中。
目前電力系統抄表，主要依靠人工抄表方式完成，準確性和同步性難以保證，同時由于抄表地點分散，表記數量眾多，所以抄表的工作量巨大，而采用基于PLC通信方式的自動抄表裝置，不需要重鋪設通信信道，可以快速替代人工方式，準確率和及時率能夠得以保障；對于政府、企業等單位重要場所的監控和保護，現在只需利用電源線，用極低的代價更新原有監控設備即可實現實時遠程監控；對于居民小區及商務樓宇的信息化建設方面，由于這些信息化系統需要不同的網絡支持，給網絡建設和維護帶來了巨大的壓力，利用電力線通信技術，無論是監控、消防、樓宇還是辦公或者通信自動化都可以利用電力線路進行網絡傳輸，便于管理和擴展；對于家庭用戶來說，只需插上電源插座即可實現上網、娛樂、電視接收、打電話等。
3.結語。
對于中國市場來說，電力通信組網方式依然是一個新興技術。但是由于其具有低成本、高速率、覆蓋范圍廣等特點，隨著通信技術的進一步完善，以及相應設備及應用的研究和開發，電力通信必將有更加廣泛的發展。
參考文獻
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論文摘要：本文分析了電力系統配電網自動化的實施目的、實施原則及自動化模式方案，以加快配電網自動化的發展，提高配電網供電的可靠性。
我國電力系統自動化在發電廠、變電站、高壓網絡、電力調度等方面都有較好的發展和應用，但是在配電網絡方面還較為滯后，這是由于我國電力建設資金短缺，長期以來側重電源和大電網建設的緣故，使配電網絡技術發展受到嚴重的影響。設備落后、不安全的因素較多等狀況，造成了配電網用電質量及供電可靠性方面較難滿足要求。近幾年來，隨著電力事業的發展，各種新電器廣泛應用于生活、生產，給人類帶來了巨大的便利，但同時，也使人類社會對電的依賴日益加深。電力作為一種商品進入市場，配電網供電可靠性已是電力經營者必須考慮的主要問題。國家電力公司為規范電力公司的運作，真正體現服務人民的企業宗旨，對電能質量提出了較高的要求，尤其對供電可靠性制定了明文規定：一般城市地區為99.96%，使每戶年平均停電時間不大于3.5h；重要城市中心區應達99.99%，每戶年平均停電時間不大于53min。對照這一標準，我們還有很大差距。因此加快配電網自動化的建設與應用，是提高配電網供電可靠性的一個關鍵環節，也是實現上述目標的重要內容。
城市配電自動化的內容是對城域所轄的全部柱上開關、開閉所、配電變壓器進行監控和協調，既要有實現FTU的三遙功能，又要具備對故障的識別和控制功能，從而配合配電自動化主站實現城區配電網運行中的工況監測、網絡重構、優化運行。由此，配電自動化的系統結構應當是一個分層、分級、分布式的監控管理系統，應遵循開放系統的原則，按全分布式概念設計。按照一個城區全部實施設計，系統必須將變電站級作為一個完整的通信、控制分層；系統整體設計可分為配調中心層、變電站層、中壓網層、低壓網層。
一、配電自動化實施目的
配電自動化在我國的興起主要是緣于城網改造工程。長期以來配電網建設不受重視，結構薄弱，供配電能力低。國家出臺的城網改造政策，提出要積極穩步推進配電自動化。配電自動化實現的目標可以歸結為：提高電網供電可靠性，切實提高電能質量，確保向用戶不間斷優質供電；提高城鄉電力網整體供電能力；實現配電管理自動化，對多項管理過程提供信息支持，改善服務；提高管理水平和勞動生產率；減少運行維護費用和各種損耗，實現配電網經濟運行；提高勞動生產率及服務質量，為電力市場改革打下良好的技術基礎。
二、配電自動化的實施原則
配電自動化是整個電力系統與分散的用戶直接相連的部分，電力作為商品的屬性也集中體現在配電網這一層上，配點網自動化應面向用戶并適應經濟發展水平。日本在20世紀80年代，已完成了計算機系統與配電設備結合的配電自動化系統，主要城市的配電網絡上投入運行，使得電網供電可靠性得到顯著的提高，日本1996～1997年度平均每戶停電0.1次，每次平均8 min，可靠性居全球之首。
1998年我國投巨資進行城鄉電網改造。由于我國對電力是國家壟斷經營，尚未真正實現電力市場化，各地發展很不平衡，因此配電自動化系統實施的目的必須適應終端用戶的需求，而這種需求會因不同用戶、因地、因行業而異隨時變化。如果全面的實施配電自動化，應綜合考慮，對于提高供電可靠性，應將它看作一個長期的市場行為。供電可靠性的提高是一個受多種因素制約、用多種手段有效協作后的結果，尤其依賴于系統管理水平的提高。故應將改造的重點轉為采用各種綜合手段提高供電質量，如采用不停電施工減少計劃停電；開發應用配電自動化設備，實現遠方監視、控制、協調，消除操作中人為因素可能導致的錯誤。供電企業在實施配電自動化時，也應首先研究客戶長期的、變化的、潛在的需求，按現代的營銷模式做市場調查、顧客群細分等，將配電自動化的實施同時作為整個電力營銷策略中的環節之一；其次，量力而行，綜合企業內已有的線路網絡水平、調度自動化和變電站（開閉所）自動化水平、人員素質，制定實施的進度和規模。 轉貼于
三、配電網自動化模式方案
（一）變電站主斷路器與饋線斷路器配合方案
由變電站出線保護開關和饋線開關相配合，并由兩個電源形成環網供電方案。也就是說優化配網結構，推行配電網“手拉手”，變電站出線保護開關具有多次重合功能，重合命令由微機控制，線路開關具有自動操作和遙控操作功能，通信及開關具有自動操作和遙控操作功能，通信及遠動裝置，事故信息、監控系統由微機一次完成。設備與線路故障由主站系統判斷，確認故障范圍后，發令使故障段開關斷開。
（二）自動重合器方案
此方案是將兩電源連接的環網分成有限段數，每段線路由相鄰的兩側重合器作保護。故障時，由上一級重合器開斷故障，盡可能避免由變電站斷路器行分合。當任一段故障時，應使故障段兩端重合器分斷，對故障進行隔離，線路分支線故障由重合器與分斷器動作次數相配合來切除。
（三）自動重合分段器方案
每段事故由自動重合分段器根據關合故障時間來判斷。此方案在時間設置上，應保證變電站內斷路器跳開后，線路斷路器再延時斷開。然后站內斷路器進行重合，保證從電源側向負荷側送電，當再次合上故障點時，站內斷路器再次跳開，同時故障點兩側線路斷路器將故障段鎖定斷開，確保再次送電成功。
（四）饋線自動化模式
1、就地控制模式，即利用重合器加分斷器的方式實現。
2、計算機集中監控模式，即設立控制中心，饋線上各個自動終端采集的信息通過一定的通信通道遠傳回主站。在有故障的情況下，由主站根據采集的故障信息進行分析判斷，切除故障段并實施恢復供電的方案。
3、就地與遠方監控混合模式，采用斷路器（重合器），智能型負荷開關，并且各自動化開關具有遠方通信能力。這種方案可以及時、準確地切除故障，恢復非故障段供電，同時還可以接受遠方監控，配電網高度可以積極參與網絡優化調整和非正常方式下的集中控制。
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關鍵詞：鉆井鉆機 變頻器應用 節能
一、變頻器的簡介及其作用
變頻器（Variable-frequencyDrive，VFD）是應用變頻技術與微電子技術，通過改變電機工作電源頻率方式來控制交流電動機的電力控制設備。變頻器主要由整流（交流變直流）、濾波、逆變（直流變交流）、制動單元、驅動單元、檢測單元微處理單元等組成。變頻器靠內部IGBT的開斷來調整輸出電源的電壓和頻率，根據電機的實際需要來提供其所需要的電源電壓，進而達到節能、調速的目的，另外，變頻器還有很多的保護功能，如過流、過壓、過載保護等等
變頻器集成了高壓大功率晶體管技術和電子控制技術，得到廣泛應用。它的作用是改變交流電機供電的頻率和幅值，因而改變其運動磁場的周期，達到平滑控制電動機轉速的目的。它的出現，使得復雜的調速控制簡單化，用變頻器+交流鼠籠式電動機組合替代了大部分原先只能用直流電機完成的工作，縮小了體積，降低了維修率，使傳動技術發展到新階段。
二、變頻器及被控制電機的匹配
為了更好的將變頻器應用到電機，我們介紹以下幾點相關知識。
1、基本信息。（1）電機的極數。一般電機極數以不多于4極為宜，否則變頻器容量就要適當加大。（2）轉矩特性、臨界轉矩、加速轉矩。在同等電機功率情況下，相對于高過載轉矩模式，變頻器規格可以降格選齲。（3）電磁兼容性。為減少主電源|穩壓器干擾，在中間電路或變頻器輸入電路中增加電抗器，或安裝前置隔離變壓器。
2、一般當電機與變頻器距離超過50m時，應在它們中間串入電抗器、濾波器或采用屏蔽防護電纜，變頻器箱體結構的選用，變頻器的箱體結構要與條件相適應，必須考慮溫度、濕度、粉塵、酸堿度、腐蝕性氣體等因素。有下列幾種常見結構：（1）敞開型IP00型。本身無機箱，可裝在電控箱內或電氣室內的屏、盤、架上，尤其適于多臺變頻器集中使用時選用，但環境條件要求較高。（2）封閉型IP20型。適于一般用途，可有少量粉塵或少許溫度、濕度的場合。（3）密封型IP45型。適于工業現場條件較差的環境。（4）密閉型IP65型。適于環境條件差，有水、灰塵及一定腐蝕性氣體的場合。
3.變頻器功率的選用。變頻器負載率β與效率η的關系曲線可見：當β=50%時，η=94%；當β=100%時，η=96%。雖然β增一倍，η變化僅2%，但對中大功率（幾百千瓦至幾千千瓦）電動機而言亦是可觀的。系統效率等于變頻器效率與電動機效率的乘積。從效率角度出發，在選用變頻器功率時，要注意以下幾點。（1）變頻器功率與電動機功率相當時為最合適，以利于變頻器在高效率狀態下運轉。（2）在變頻器的功率分級與電動機功率分級不相同時，則變頻器的功率要盡可能接近電動機的功率，并且應略大于電動機的功率。（3）當電動機屬頻繁啟動、制動工作或處于重載啟動且較頻繁時，可選取大一級的變頻器，以利于變頻器長期、安全地運行。（4）經測試，電動機實際功率確實有富余，可以考慮選用功率小于電動機功率的變頻器，但要注意瞬時峰值電流是否會造成過電流保護動作。（5）當變頻器與電動機功率不相同時，則必須相應調整節能程序的設置，以利于達到較高的節能效果。希望通過本論文的介紹，可以促進變頻器在電動鉆機中的正確應用，從而促進鉆井業的快速穩固發展。
三、變頻器在鉆井機上的應用
1、鉆井工藝簡介
鉆井過程分為起落井架，鉆進，泥漿循環，鉆具更換，下套管，測井等幾大工序。主要分為絞車，轉盤和泥漿泵等。絞車由滾筒、齒輪箱、離合器、制動器、電機和控制設備組成，用來起落井架，提升和下方鉆桿、套管。隨著井深的增加，鉆具越來越長，重量迅速加大，絞車的負載也越來越大。我國目前已有7000m深的油井，其鉆具近600t重。由于每轉進約9m就要提升下放鉆桿1次，因此絞車作業時間也隨著井深的增加而占整個作業時間的比例越來越大。為降低本錢，希看在野外或海上的作業時間越短越好，這不僅要求絞車寧高速運行，平穩起停，以保證不損壞鉆井設備并進步井的質量，還要求驅動設備具有良好的動態特性。假如在內線井區作業，電源可與井區電網相連，下放鉆桿時電機工作在發電狀態，能量可回饋電網，節能效果明顯。
轉盤和絞車可共用同一套驅動系統和電機，鉆桿加長后，驅動部分切換到轉盤，由轉盤帶動鉆具旋轉，實施鉆進作業，司鉆工通過調節轉盤轉速和壓力來改變鉆進速度。轉盤正常工作時為正轉，處理卡鉆時需反轉以收回鉆頭，為防止鉆桿正轉時折斷或反轉時脫扣，要求電機輸出轉矩平穩，調節靈活且設定限幅值，同時電機的剎車部件也是必不可少的。
2、借助變頻器輕松工作的鉆井機。
鉆井泥漿泵的工作方式是泵吸反循環式。它的工作原理是：在大氣壓力的作用下，循環液由沉淀池經回水溝沿著井孔的環狀間隙流到井底，因為此時的轉盤驅動鉆桿，帶動鉆頭旋轉進行鉆進，由泥漿泵抽吸建立的負壓把碎屑泥漿吸入鉆桿內腔，隨后上升至水龍頭，經泥漿泵排入沉淀池，沉淀后的循環液繼續流入井孔，這樣如此周而復始，形成了反循環的鉆進工作。變頻器集成了高壓大功率晶體管技術和電子控制技術，將其在鉆井機上應用，將會使鉆井機在憑借壓力的條件下最小負擔的工作。
泥漿或水從鉆桿進入，從井口流出，為正循環鉆井機。泥漿或水從鉆桿吸出，從井口流入，為反循環鉆井機。正反循環是指鉆井液（泥漿或水）在鉆井機中的循環方式說的，鉆井機鉆頭在鉆進的時候會產生渣土，渣石等，通過正反循環可以由泥漿這些渣子帶到地面，再經過沉淀池沉淀以后泥漿再回到鉆孔。這樣不停的循環，最后成孔。反循環可以帶出直徑較大的渣。變頻器可以優化電機運行，所以也能夠起到增效節能的作用。在鉆井機運行這些反復的工作時，由變頻器來轉換功率，并且將電力的耗費降到最低，從而為國家、公司做到了優化資源、降低碳排放的效果。
3、配裝變頻器，降低維修率。
我們都知道變頻器的最大作用就是改變交流電機供電的頻率和它的幅值，因次改變其運動周圍磁場的周期，達到平滑控制電動機轉速的目的。而上面已經給大家介紹了，變頻器的出現，使得復雜的調速控制簡單化，用變頻器+交流鼠籠式感應電動機組合替代了大部分原先只能用直流電機完成的工作，縮小了體積，從而降低了維修率，我們都知道，鉆井機一般普通類型的都在10萬左右，鉆桿，鉆頭等配件至少5萬上下，而現在的維修費用更是讓持有者頭疼，所以，使用變頻器不僅能夠達到節能減排的效果，而且可以增加鉆井機的使用壽命，降低維修費用，使傳動技術發展到新階段。
參考文獻
【關鍵詞】 諧振耦合 無線充電 RFID 智能家居
一、引言
所謂無線充電技術通常指的是電能的無線傳輸技術，通俗的說，就是不借助實物連線實現電能的無線傳達。這樣做的好處是方便、快捷，減少在苛刻條件下使用電纜帶來的危險性等。關于無線充電技術的研究開始較早，早在1900年，尼古拉?特拉斯就開始無線電能傳輸的實驗，經過一百多年的發展，關于無線傳電的方法多種多樣，但是基本原理大概可以分為以下三種：電磁感應式、無線電波式、諧振耦合式，通過非輻射磁場內兩線圈的共振效應實現中距離的無線供電。
從表1對比可知， 諧振耦合式無線充電技術的非輻射性、高效率等優點是其它無線充電技術無法相比的。所謂諧振耦合式就是利用接收線圈的電感和并聯的電容形成共振回路，在接收端也組成同樣共振頻率的接收回路，利用諧振形成的強磁耦合來實現高效率的無線電能傳輸。該技術的出現引起了國內外學術界與工業界的巨大興趣，被公認為目前最具發展前景的一種無線能量傳輸技術方案。
但是目前基于諧振耦合式的無線充電技術的研究偏向理論化，缺乏對實際應用有定量指導意義的研究成果，同時此技術傳輸功率較小遠遠不能完成大功率能量傳輸，也存在著能量損失較高等缺陷。但毋庸置疑，諧振耦合式無線充電技術對充電設備位置的靈活性以及充電設備的高效匹配性具有重要的實用價值。
二、國內外研究現狀
無線能量傳輸的構想最早可以追溯到19世紀80年代，由著名電氣工程師（物理學家）尼古拉?特斯拉（Nikola Tesla）提出。為證實這一構想，特斯拉建造了巨大的線圈用于實驗使用。由于實驗耗資巨大，最終因財力不足沒有得到實現，隨后也一直被技術發展水平所限制。
國外對無線充電技術的研究開展的比較早。1968 年，美國著名電氣工程師P. E. Glaser在W. C. Brown提出的微波無線能量傳輸（WPT）概念的基礎上提出了衛星太陽能電站（SSPS）的概念。隨后美國，日本和歐洲等國都試圖把這項技術作為獲取新能源的手段，但由于該方案在技術上要求很高，故在實際使用上存在一定的局限性。隨后，一家名為 Powercast 的公司推出了一款利用無線電波充電的充電裝置，實現了距離為1米左右的低功率無線充電。
另一方面，在20世紀70年代，美國出現了電磁感應能量傳輸原理的無線電動牙刷。這項應用的傳輸功率和傳輸距離都不是很理想，但其無線的特征卻恰好滿足了其特殊條件下的應用要求。近年來，美國、日本、新西蘭、德國等國家相繼在這項技術上繼續深入研究，目前已經研發了很多實用的產品：美國通用汽車公司研制出的 EV1 型電車；日本大阪幅庫公司研制出的單軌型車和無電瓶自動貨車；2013年10月，瑞典汽車制造商沃爾沃聲稱成功地研制出電磁感應式無線充電汽車。
國內對無線充電技術的研究相對較晚。目前在無線電波和電磁感應無線能量傳輸方面取得的主要成果有：2005年8月，香港城市大學電子工程學系教授許樹源教授宣布成功研制出“無線電池充電平臺”；中科院嚴陸光院士帶領的研究小組從高速軌道交通的角度對運動型應用進行了性能分析；2007年2月，重慶大學自動化學院非接觸電能傳輸技術研發課題組突破技術難點，設計的無線電能傳輸裝置實現了600至1000W的電能輸出，傳輸效率達到 70%。
諧振耦合式方案是2006年由美國麻省理工學院物理系助理教授 Marin Soljacic 所帶領的研究團隊提出來的。并于 2007 年 7 月 6 日在科學雜志《Science》上發表成果文獻。團隊利用該方案，成功的點亮了距離為2米外的一個60 瓦的燈泡，傳輸效率為40%左右。此項稱為“Witricity”技術，該技術樹立了無線充電技術發展史的里程碑。一年后，Marin Soljacic團隊聲稱已將傳輸效率提高至90%。
由于該技術極具前景和市場，世界各國的相關機構和公司也不約而同的進行深入研究。2010 年 1 月，海爾在美國拉斯維加斯舉行的國際消費電子展（CES）上展出了最新概念產品無尾電視。一方面，產品運用無線通信技術傳輸視頻信號；另一方面，又使用諧振耦合式充電技術供電，真正實現了無線化。
三、發展疑難點及解決方案
3.1 如何克服干擾源的影響
無線能量傳輸系統工作在包含各種用電設備的電磁環境中，易受到外界電磁源的干擾。一方面，磁耦合諧振無線能量傳輸系統以磁場為能量傳輸介質，任何能感應到磁場的元件都可能成為負載，這種情況為無源干擾源，稱為負載類干擾，干擾源稱為負載類干擾體；另一方面，外磁場也會影響能量傳輸系統的磁場，這種情況為有源干擾，其干擾源為干擾場源。這些干擾都會降低系統的傳輸效率。根據無線輸電原理，本文提出以下兩個解決方案：（1）選擇隔磁的充電空間。為了避免干擾源對能量傳輸系統的影響，可以把能力傳輸系統與干擾源隔離，故可以利用電磁屏蔽技術，使系統不受外界干擾源影響。電磁屏蔽的工作原理是利用反射和衰減來隔離電磁場的耦合，所以可以制作屏蔽體，來保護系統免受外界電磁波干擾。如屏蔽導電漆就是能用于噴涂的一種油漆，干燥形成漆膜后能起到導電的作用，從而屏蔽電磁波干擾。（2）控制能量傳輸系統的諧振頻率。由磁耦合諧振式無線能量傳輸機理的研究知，能量傳輸系統對干擾源的頻率十分敏感。在實際應用中，0.5～25MHz 尚屬于空白應用頻率段，因此可以在設計能量傳輸系統的時候，使系統的諧振頻率滿足電磁耦合的同時盡量處于0.5～25MHz之間，這樣有可能降低實際應用中的電子設備對無線能量傳輸系統的影響。
3.2 如何提高傳輸距離
美國麻省理工學院物理系助理教授 Marin Soljacic 所帶領的研究團隊成功地點亮了距離為 2 米外的一個 60 瓦的燈泡。但目前這種技術的最遠充電距離只能達到2.7m，傳輸距離較近嚴重限制了它的應用。由于傳輸距離的遠近與能量傳輸系統的電路結構密切相關，現提出如下解決思路：改變電路參數角度來提高傳輸距離。研究表明，傳輸距離受到頻率、線圈參數等的影響。線圈的諧振頻率越高，傳輸的距離越遠；線圈的線徑越大，傳輸的距離越遠；線圈的直徑越大，傳輸的距離越遠；線圈的匝數越多，近距離傳輸效果強于遠距離傳輸效果。因而可以綜合頻率、線圈參數等因素，選定合適的電路器件，使系統傳輸距離較遠。
3.3 是否存在有害電磁輻射
磁耦合諧振式無線充電技術的原理告訴我們，由于電感線圈的存在，必然會產生磁力線輻射，那么這樣的磁場會不會造成電磁輻射危害人們的身心健康呢？在電流的輻射方面，目前無線充電器基本上將交流電整流后轉換為直流電，且功率極小，業內人士也一直在強調理論上對人的健康不構成威脅。但是輻射的問題，現在也只是停留在理論分析上，到底會不會，依舊是需要更進一步的理論分析和實驗研究，只能讓時間來證明。
四、發展前景及創新
4.1 RFID與無線充電技術的融合
射頻識別技術是利用射頻信號通過空間耦合（交變磁場或電磁場）傳播來實現無接觸式信息傳遞并通過所傳遞信息達到自動識別自標的一種技術，將RFID技術與無線充電技術相結合，對每個無線充電設備嵌入RFID電子標簽，讀寫器通過射頻信號同電子標簽進行通信，保證被充電設備與充電系統的完全分離，實現能量的高效率無線傳輸。
4.2 智能家居與無線充電技術融合
智能家居是物聯化的一個體現，最終發展方向之一是終端無線化。應用無線充電技術，可以使各家電系統自動獲取電能，進一步實現智能家居的自動控制化。但在無線輸電過程中產生的磁場是否會影響到各級系統裝置的正常工作有待進一步考證。如果相互影響問題得到有效的解決，無線充電設備與常規家電設備能有效共存，則是智能家居與無線充電兩大領域的完美結合，勢必進一步改變人類生活。
4.3 電動汽車與無線充電技術融合
無線充電技術對手機等小型電子產品而言，是個錦上添花的新功能，對電動車產業而言，則可能是啟動整個市場的關鍵。對電動汽車進行無線充電，沒有外露的連接器，可以徹底避免漏電、跑電等安全隱患。同時采用電磁共振式無線充電技術，可以將電源和變壓器等設備隱蔽在地下，讓汽車在停車處或街邊特殊的充電點充電。若能將無線充電技術應用于電動車產業，將是電動車行業的一大改革。
五、結束語
諧振耦合式無線充電技術是目前最被看好的無線充電技術之一，從長遠來看具有廣泛發展空間及應用前景。但是每一種無線輸電方式都有一系列的關鍵問題需要解決，如何實現電磁共振式無線充電技術應用的大型化、高效化與距離化，是各國科學家探索研究的重點。隨著技術水平的提升，無線充電技術發展迅速，應用逐漸成熟，技術普及逐步實現，在未來的各種場合，無線充電技術無疑將扮演重要角色，服務全人類。
參 考 文 獻
[1] 曲立楠，磁耦合諧振式無線能量傳輸機理的研究，哈爾濱工業大學碩士論文，2010
[2] 范明，諧振耦合式電能無線傳輸系統研究，太原理工大學碩士論文，2012
當前,電力電子作為節能、節才、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,實現高效率和高品質用電相結合。
1.電力電子技術的發展
現代電力電子技術的發展方向,是從以低頻技術處理問題為主的傳統電力電子學,向以高頻技術處理問題為主的現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,表明傳統電力電子技術已經進入現代電力電子時代。
1.1整流器時代
大功率的工業用電由工頻(50Hz)交流發電機提供,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為直流電,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與應用得以很大發展。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
七十年代出現了世界范圍的能源危機,交流電機變頻惆速因節能效果顯著而迅速發展。變頻調速的關鍵技術是將直流電逆變為0~100Hz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補償等。這時的電力電子技術已經能夠實現整流和逆變,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,大規模和超大規模集成電路技術的迅猛發展,為現代電力電子技術的發展奠定了基礎。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展,而后絕緣門極雙極晶體管(IGBT)的出現,又為大中型功率電源向高頻發展帶來機遇。MOSFET和IGBT的相繼問世,是傳統的電力電子向現代電力電子轉化的標志。據統計,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,而且使現代電子技術不斷向高頻化發展,為用電設備的高效節材節能,實現小型輕量化,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。
計算機技術的發展,提出綠色電腦和綠色電源。綠色電腦泛指對環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,根據美國環境保護署l992年6月17日“能源之星"計劃規定,桌上型個人電腦或相關的設備,在睡眠狀態下的耗電量若小于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
通信業的迅速發展極大的推動了通信電源的發展。高頻小型化的開關電源及其技術已成為現代通信供電系統的主流。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,傳統的相控式穩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、快速響應的性能,并同時收到節約電能的效果。用直流斬波器代替變阻器可節約電能(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。隨著大規模集成電路的發展,要求電源模塊實現小型化,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。
現代UPS普遍了采用脈寬調制技術和功率M0SFET、IGBT等現代電力電子器件,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發展也很迅速,已經有0.5kVA、lkVA、2kVA、3kVA等多種規格的產品。
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,其在電氣傳動系統中占據的地位日趨重要,已獲得巨大的節能效果。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、節能等優點。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,達到預知系統各種工作狀態的目的,進而提前對系統做出調整和處理,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,負載持續率60%,全載電壓60~75V,電流調節范圍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,將市電整流后逆變為3kHz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,市電經整流變為直流,采用全橋零電流開關串聯諧振逆變電路將直流電壓逆變為高頻電壓,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,同時還出現裝置網側功率因數惡化的現象,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抑制諧波的新型電力電子裝置,能克服傳統LC濾波器的不足,是一種很有發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。與傳統開關電源的區別是:(l)不僅反饋輸出電壓,還反饋輸入平均電流;(2)電流環基準信號為電壓環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
分布式電源供電系統采用小功率模塊和大規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的研究基本集中在變換器并聯技術的研究上。八十年代中后期,隨著高頻功率變換技術的迅述發展，各種變換器拓撲結構相繼出現,結合大規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能、可靠、高效、經濟和維護方便等優點。已被大型計算機、通信設備、航空航天、工業控制等系統逐漸采納,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.高頻開關電源的發展趨勢
在電力電子技術的應用及各種電源系統中，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“整流行業”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”,其主要材料可以節約90%或更高,還可節電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高頻設備固態化,帶來顯著節能、節水、節約材料的經濟效益,更可體現技術含量的價值。
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的續流二極管,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(表現為過電壓、過電流毛刺)。為了提高系統的可靠性,有些制造商開發了“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來說功率很小的冗余電源模塊,極大的提高系統可靠性,即使萬一出現單模塊故障,也不會影響系統的正常工作,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
電源系統的綠色化有兩層含義:首先是顯著節電,這意味著發電容量的節約,而發電是造成環境污染的重要原因,所以節電就可以減少對環境的污染;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。
【關鍵詞】模擬電子技術；教學內容；教學方法；改革
模擬電子技術是一門理論性、實踐性很強的課程，其任務不僅要傳授學生扎實的專業知識，為后續的專業課學習打下堅實的基礎，同時還要注重學生運用所學知識解決實際問題能力的培養。
1.改革課程內容，構建模塊化教學內容體系
根據培養目標，將課程分成半導體器件、電壓放大器、反饋放大器、運算放大器、功率放大器、信號發生器、穩壓電源七大模塊。在教學過程中把重點放在基本放大電路分析、負反饋分析、集成電路及其應用等方面，對基本概念與方法精講，重點介紹典型電路的基本概念、基本原理和基本分析方法，對電子器件及各種集成電路內部的工作原理分析則進行壓縮，注重電子電路的組成及結構設計方法，重點講解器件的外特性和應用，盡量減少繁雜的數學推導，以定性分析為主，定量計算為輔。
2.改革教學方法，增強教學效果
模擬電子技術課程內容繁雜，電路種類多，分析方法多，容易使學生感到沒有頭緒，在教學過程中采取比較與總結的方法，使一些彼此分散的知識點能夠有機地聯系起來，加深了學生對基本概念與基本原理的理解，達到增強教學效果的目的。
例如，對于半導體器件：各種二極管、三極管、場效應管、集成運放等器件在特性分析方面進行比較，使學生更好地把握不同器件的外部特性，為進一步進行電路分析打好基礎。同樣，也可以在不相同的電路之間進行適當的比較，如放大電路、反饋電路、振蕩電路、運放電路、整流電路、濾波電路、穩壓電路等。對電路結構、工作原理和電路功能進行適當的比較，可使學生更好地區分、理解與掌握不同電路的結構特征與工作原理。微變等效電路法是三極管放大電路動態分析的最常用方法，正確畫出微變等效電路是對學生掌握該方法的基本要求，畫微變等效電路的方法可以總結如下：電容看成交流短路，直流電源也看成交流短路，對三極管則進行線性代換，通過以上的總結，學生就很容易掌握微變等效電路的畫法。
3.采用多媒體與板書相結合的教學手段
上課時每位授課老師都準備兩種授課文本，一個是電子教案，另一個是多媒體教學課件，采用多媒體與板書兩種教學手段。通過多媒體課件的動態演示，既節約了上課的板書畫圖時間，又形象生動地展示了元器件的工作特性以及電路的工作原理，使學生更容易理解課程的內容，能取得較好的教學效果。根據經驗，一堂課不能完全依靠多媒體而摒棄板書，多媒體教學雖然節約了教學時間，提高了教學效率，但不利于學生作課堂筆記，不利于學生及時消化吸收內容，對基礎差一點的學生來說，可能會因為跟不上老師的教學節奏而導致整堂課的聽課效果不好，因此建議采用多媒體課件教學與傳統的板書教學相結合的形式，充分發揮兩種教學手段各自的優勢。
4.改進考核辦法，探索以能力為核心的評價方法
新的教學模式和新的教學手段需要改革對學生學習結果所進行傳統的閉卷考試的評價機制。以業績評估標準設計考核內容，在考核上，應更多的以過程為背景，主要測試學生對每一知識點的掌握情況。考試不僅僅是對學習結果的評價，還要包括學習能力，學習過程的評價，是一種全面的綜合的動態評價過程。考試分為平時、期中和期末三部分，平時以讀書報告、小論文、學術報告等多種形式對學生進行評價考核，期末采用多種形式相結合的考核方法，如閉卷與開卷相結合，筆試與口試相結合，這套方法能客觀、公正、全面地測評學生的成績和能力。
5.結束語
幾年來，經過不斷改革積累了一些寶貴的經驗，課程的教學質量得到了穩步提高，但模擬電子技術課程改革是一個長期的過程，在今后的實踐中我們還將做出不懈的努力。
參考文獻
[1]余輝晴.模擬電子技術教程[M].電子工業出版社,2010.
[2]曹燦云.模擬電子技術基礎教學改革的探索[J].科技信息,2011(8).
關鍵詞：CBM；車輛；維修
中圖分類號：U472文獻標識碼：A
CBM是隨著狀態監控和故障診斷技術的不斷發展而逐步出現的，通過內置傳感器或便攜式外部檢測設備進行測試，獲取裝備運行的特征量信息，借助各種智能推理算法（如物理模型、神經網絡、數據融合、模糊邏輯、專家系統等）實時評估裝備的技術狀態，在裝備故障發生前對其剩余壽命進行預測，并根據各種可利用的資源信息結合不同的決策目標實施決策的維修過程。
在CBM理論研究方面，主要是以狀態監測和故障診斷為主，對維修決策研究不夠。特別是對狀態模型、維修決策模型的建立、求解以及應用都缺乏深入系統的研究。但仍然取得了一些成績，如唐紅芳對汽輪機轉子和汽缸的二維模型進行了分析，建立了有限元模型，并采用C++語言編制了汽輪機以及缸體的溫度場實時在線監測程序[1]；張秀斌、王廣偉等應用比例風險模型（PHM）建立系統運行狀態與故障率之間的關系，并給出了維修狀態閾值[2]；袁志堅提出了一種電力變壓器狀態維修策略的模糊多屬性群決策方法，并通過某一變壓器狀態維修方案的決策過程，采用折衷型群決策方法具體探討了模糊多屬性群決策方法在變壓器狀態維修決策中的應用[3]；董玉亮提出了多狀態特征參數變權模糊綜合狀態評價方法，利用設備的監測診斷、維修歷史數據等信息，使狀態評價的結果更貼近設備的實際運行狀態，并利用這些結果建立了維修任務決策及優化模型[4]；呂文元、楊遠濤等利用濾波理論建立設備預測維修的優化模型[5]；北京航空航天大學曾聲奎結合故障預測與健康管理（PHM）的技術發展過程，闡述了PHM的應用價值[6]；邱立鵬在其碩士論文中闡述了基于各種指標的預測分析技術，并使用C++開發了一套完整的基于Microsoft Window9x對設備剩余壽命進行分析和預測的軟件[7]。
1先進傳感器技術
精確、及時、高效的數據是應用CBM的基礎，而傳感器作為獲取裝備狀態數據的一種有效工具，在CBM系統中具有重要的作用。傳感器技術作為一門專項技術，是以傳感器為核心，涉及測量技術、功能材料、微電子技術、精密與微細加工技術、信息處理技術和計算機技術等相互融合的技術密集型綜合技術，其發展趨勢主要體現在：發現新效應，開發新材料、新功能；向多功能集成化和微型化發展；傳感器的數字化、智能化和網絡化發展趨勢日益明顯。
目前有很多先進的傳感器技術被應用于CBM系統中，如光纖傳感器、壓電傳感器、碳納米管、微電子機械系統等，這些新型的傳感器具有精度高、使用范圍廣、工作溫度范圍大、智能化程度高等特點。在CBM系統中應用傳感器主要涉及兩個問題：
1.1傳感器的選擇
傳感器的選擇是獲取裝備狀態數據的首要環節，這是因為傳感器一旦確定，與之相匹配的數據處理、故障診斷及其相關儀器設備也就確定。因此測試結果的好壞，在很大程度上取決于傳感器的選取是否恰當。傳感器選擇的一般步驟如圖1所示。
1.2傳感器的安裝與使用
傳感器作為一種精密器件，只有正確的安裝與使用才能發揮其應有的工作性能，因而在其安裝與使用過程中，除了要遵循精密器件一般安裝使用規定外，還需要特別遵守如下注意事項：1）選擇合適的測試點并正確安裝傳感器；2）為確保被測信號的有效、準確傳輸，傳感器的電源電纜、數據傳輸線要符合規定，正確安裝；3）傳感器的定期標定與校準是保證數據采集系統正常功能的必要步驟。
2數據傳輸與預處理技術
2.1數據傳輸技術
目前主要有兩種數據傳輸方式，即有線傳輸和無線傳輸。有線傳輸是較為成熟的一種傳輸方式，主要是通過各種有線數據總線和各種網絡如Internet、Ethernet LAN（local area network）等進行數據的傳輸，并且大多都有各種通信標準、網絡協議如TCP/IP、UDP/IP等可以遵循。其數據傳輸的一般過程是，首先通過各種線纜將傳感器的數據采集并存儲在部件級的監測系統中，然后通過特定的有線網絡將部件級的監測數據傳輸到中央級存儲和監測處理系統。圖2為兩種數據傳輸方式的簡單系統構成。
2.2數據預處理技術
由于不同的狀態監測、健康評估和故障預測方法要求不同的數據類型，需要對采集的原始數據信息進行各種預處理，以使數據格式滿足后續處理的要求，同時也將便于傳輸和存儲。預處理包括數據的模數轉換、去噪聲、高通濾波、壓縮、信號自相關等。數據處理方式和技術要根據不同的目的進行選擇，如特征提取技術是為了進行故障識別和故障隔離；數據簡化是為了剔除不必要冗余的原始數據便于進一步處理；循環計數方法則是為了便于將連續的數據信息轉化為離散的數據信息等。
3信息融合技術
傳統的信息/數據融合是指多傳感器的信息/數據在一定準則下加以自動分析、綜合以完成所需的決策和評估而進行的信息處理過程。
信息融合系統的結構目前尚無形成統一的分類形式，從信息融合的功能角度，可將信息融合過程分為5層，即：檢測級（判決）融合、狀態級（跟蹤）融合、屬性級（目標識別）融合、態勢評估和威脅估計，如圖3所示，其中狀態評估和威脅估計主要用于軍事領域。
檢測級融合的功能主要是判斷目標的有無；狀態級融合的功能是估計目標的狀態（距離、運動速度等）；屬性級融合的目的是確定目標的身份。這3個層次的融合各有特點。在具體的應用中應根據融合的目的和條件選用。
4結論
本文貫穿車輛CBM應用流程的整個環節，利用RCM分析方法確定CBM的實施對象，明確了CBM在車輛維修中的關鍵技術，分析了關鍵技術的具體內容，為車輛開展狀態維修提供了技術支持。
參考文獻：
[1] 唐紅芳. 汽輪機壽命在線監測與管理技術研究[D]. 保定：華北電力大學（碩士論文），2004.
[2] 張秀斌，王廣偉. 應用比例故障率模型進行基于狀態的視情維修決策[J]. 電子產品可靠性與環境試驗，2002(4):19-22.
[3] 袁志堅，孫才新，袁張渝,等. 變壓器健康狀態評估的灰色聚類決策方法[J]. 重慶大學學報，2005,28(3):22-25.
[4] 董玉亮. 發電設備運行與維修決策支持系統研究[D]. 北京：華北電力大學（博士論文），2005.
[5] 呂文元，楊遠濤，方淑芬. 利用濾波理論建立設備預測維修的優化模型[J]. 東北電力學院學報，2000,20(1):22-24.