电气精品教材丛书“十三五”江苏省高等学校重点教材工业和信息化部“十四五”规划教材 阮新波教授主编经典教材《电力电子技术》讲课课件PPT,内容新颖，贴近实践，富有启发性。

"单级AC/DC变换器带PFC和混合全桥整流器的设计与实验评估" 本文提出了一种单级AC/DC变换器与PFC和混合全桥整流器的设计和实验评估，为LED路灯供电。该变换器由一个LLC谐振回路、两个升压电路和一个共用电感组成。通过在电路的次级侧结合继电器开关，输出级可以作为两种不同类型的整流器操作：第一种是作为全桥整流器，第二种是作为全桥倍压整流器。 本文的主要贡献在于： 1. 设计了一种单级AC/DC变换器与PFC和混合全桥整流器，以提高LED路灯的供电效率。 2. 该变换器可以在240 V，50 Hz的单相交流电源作为其输入，输出电压比继电器开关打开时高两倍。 3. 混合全桥整流和全桥倍压整流的变换器的最大效率分别为92.6%和93.3%。 4. 该变换器的功率开关管和输出二极管分别工作在零电压开关和零电流开关条件下，可以实现软开关特性。 LED照明技术： 1. LED照明技术由于其节能、寿命长、发光效率好和维护成本低等良好特性而成为最知名的灯类型。 2. LED照明技术适用于各种场所和领域，如家庭、商业或办公楼、工厂、户外场所和汽车。 PFC技术： 1. 有源功率因数校正（PFC）采用开关电源（SMPS）方式，可以使功率因数达到1。 2. PFC技术有多种工作模式，如连续传导模式（CCM）、边界传导模式（BCM）和不连续导通模式（DCM）。 3. PFC技术广泛应用于升压转换器和降压转换器中，以提高功率因数和效率。 LLC谐振回路： 1. LLC谐振回路是一种常用的谐振回路，可以实现高效率和高功率因数。 2. LLC谐振回路广泛应用于换流器和逆变器中，以提高效率和降低损耗。 整流器技术： 1. 整流器技术是指将交流电转换为直流电的技术。 2. 整流器技术有多种类型，如全桥整流器、全桥倍压整流器和混合全桥整流器。 3. 整流器技术广泛应用于电力电子领域，以提高效率和降低损耗。

"电子/电气工程师的成长历程" 以下是从给定的文件中生成的相关知识点： 一、电子/电气工程师的成长历程 * 电子/电气工程师的成长历程是因人而异的，每个人都有其自己的道路和挫折。 * 成长历程中需要耐得住寂寞和挫折，需要百炼成钢，电子/电气工程师就是一步步被「炼」出来的。 二、初级阶段的成长 * 对电的好奇和初步的学习是电子/电气工程师的初级阶段的成长。 * 这个阶段的学习主要是基础知识的学习，例如电路理论、控制理论、电子学等。 * 这个阶段的实践主要是拆装和组装电子设备，例如无线电收音机等。 三、本科阶段的成长 * 本科阶段的学习是电子/电气工程师的成长的重要阶段。 * 这个阶段的学习主要是专业知识的学习，例如电力电子、电机学、材料学等。 * 这个阶段的实践主要是实验实习和小组项目，例如DC-DC开关电源设计等。 四、硕士阶段的成长 * 硕士阶段的学习是电子/电气工程师的深入学习和实践的阶段。 * 这个阶段的学习主要是知识深度上的钻研和知识广度的拓展。 * 这个阶段的实践主要是独立设计和实现电源系统，例如DC-DC开关电源设计等。 五、博士阶段的成长 * 博士阶段的学习是电子/电气工程师的系统学习和实践的阶段。 * 这个阶段的学习主要是对专业知识的系统认识和拓展，例如电力电子技术等。 * 这个阶段的实践主要是独立解决问题和项目实践，例如航天电源的设计等。 六、工程师之「见」 * 工程师之「见」是电子/电气工程师的总体知识和实践的认识。 * 这个阶段的学习主要是对专业知识的广度和深度的认识，例如电力电子技术等。 * 这个阶段的实践主要是独立解决问题和项目实践，例如电源电路设计等。 七、实践是最快捷的学习途径 * 实践是电子/电气工程师最快捷的学习途径。 * 在实践中发现问题，理论联系实际地去解决问题，最后再深入对理论的认识与理解。 * 实践中要多问为什么，日积月累，这一个个为什么就会提高自己分析问题解决问题的能量。

利用Matlab Simulink平台进行虚拟同步发电机（VSG）控制的仿真方法，旨在解决电网电压不平衡条件下的电流平衡、有功恒定和无功恒定控制问题。文中首先解释了三种不同控制模式的选择方式及其核心算法，强调了电流平衡模式下的负序电流补偿器的设计以及关键参数的设置。接着讨论了如何通过调节电压不平衡度来模拟不同的电网状况，并提供了具体的MATLAB代码示例用于调整跌落系数矩阵。此外，针对有功恒定模式，提出了加入低通滤波以减少功率振荡的方法。最后提到了一些高级特性，如批处理仿真和波形录制功能，帮助用户更好地理解和优化仿真结果。 适用人群：对电力系统稳定性分析感兴趣的科研工作者和技术人员，特别是那些希望深入了解VSG控制机制及其应用的人群。 使用场景及目标：适用于需要评估或测试VSG控制系统性能的研究项目；也可作为教学材料辅助学生掌握相关理论知识和技术技能。 其他说明：文中提供的参考资料进一步补充和完善了所介绍的技术细节，为实际操作提供了指导。

电气工程是现代工程技术的重要组成部分，它主要涉及电力系统的设计、运行、分析和控制。在一所综合性大学的教学楼中设计一个变电所，需要考虑到电力系统的安全性、可靠性、灵活性和经济性。变电所作为电力系统的关键节点，承担着电能的接收、转换和分配等重要任务。在进行变电所的设计时，通常需要综合考虑多个方面的内容。 变电所主变压器的选择至关重要，因为变压器是变电所的心脏设备，负责将电网的高电压转换为教学楼所需的低电压。变压器的选择需要综合考虑负载特性、运行效率、容量需求和经济因素。在本设计中，变压器的额定电压为10/0.4kV。 电气主接线设计是确保电能顺利传输的基础。在本设计中，高压侧采用了单母线接线方式，而低压侧则采用了单母线分段的方式，这样的设计既满足了电气主线可靠性、灵活性和经济性的要求，又能够保证在部分设备发生故障时，其他部分仍能继续运行，提高了系统的整体可靠性。 负荷计算是为了准确评估变电所的负载需求，通常采用需要系数法来进行统计计算。准确的负荷计算能够帮助设计者合理选择变压器和电气设备的容量，避免资源的浪费和设备的过载运行。 无功功率补偿是提高电能质量的重要措施之一。无功功率的存在会导致电力系统效率降低和设备发热，因此在本设计中进行了无功功率补偿设计，使得功率因数从0.69提高到0.9，大幅降低了无功损耗，提高了电能的利用率。 电气设备的选择包括母线、高压断路器、隔离开关、电流互感器、电压互感器、避雷器和补偿电容器等。在选择这些设备时，除了要考虑其额定参数是否满足负荷需求外，还要进行短路电流计算来校验设备的耐受能力。 配电装置设计和继电保护规划设计是确保变电所安全稳定运行的重要环节。配电装置通常采用成套配电装置，以便于管理和维护。继电保护设计主要是为了在变压器出现故障时能够迅速切断故障部分，防止事故蔓延，保障设备和人身安全。 防雷保护设计是变电所设计中不可忽视的环节。直击雷和感应雷都会对变电所的正常运行构成威胁，因此，本设计采用了避雷针和避雷器等防雷保护装置。 总体来看，这份毕业设计论文详细阐述了变电所扩大初步设计的全过程，从主变压器的选择到配电装置的配置，再到继电保护和防雷保护的设计，无一不体现了电气工程设计的复杂性和科学性。设计过程中融入了我国电气设计的新技术和新设备，强调了实用性和操作的便捷性，同时也展现了设计者对电气工程理论和实践的深刻理解。

**基于单片机的光电计数器电气工程课程设计报告** **一、设计目的及意义** 光电计数器是现代工业自动化中常见的检测设备，它能够精确地统计物体的运动次数，广泛应用于生产线上产品的数量统计、速度测量、位置检测等领域。基于单片机的光电计数器设计旨在让学生掌握单片机控制系统的开发流程，理解光电传感器的工作原理，并通过实践提高电子电路设计和编程能力。同时，本设计还涵盖了数字显示和自动报警功能，进一步增强了系统的实用性和智能化程度。 **二、设计内容** 1. **系统整体设计** - **实验方案**：设计一个基于MCS-51系列单片机的光电计数系统，包括光电传感器、数据处理单元（单片机）、数字显示模块以及报警电路。系统应能实时显示被检测物体的通过次数，并在达到预设数值时触发报警。 - **光电计数器结构框图**：主要包括光电检测部分、信号处理部分、显示部分和报警部分。其中，光电检测部分由发射器和接收器组成，信号处理部分由单片机完成，显示部分采用数码管显示计数结果，报警部分则用于提醒操作人员。 2. **系统硬件设计** - **稳压直流电源电路**：为整个系统提供稳定的工作电压，确保各个模块正常运行。 - **发射接收电路**：发射器通常采用红外LED发出光线，接收器如光敏二极管或光敏电阻接收到光线变化，当物体通过时，光线被遮挡，产生电信号变化。 - **显示电路**：一般采用七段数码管，通过单片机控制驱动芯片来动态显示计数结果。 - **报警电路**：当计数值达到预设阈值时，通过蜂鸣器或LED灯进行声光报警，提醒操作人员。 - **硬件系统集成**：将上述各部分整合在一个硬件平台上，通过单片机的I/O口控制各组件，实现完整的光电计数器功能。 **三、系统软件设计** 1. **单片机程序设计**：使用汇编语言或C语言编写程序，主要包括初始化设置、中断处理、计数逻辑、数码管显示驱动和报警控制等部分。中断服务程序响应光电检测到的信号变化，更新计数值；主程序负责显示更新和定时检查是否需要触发报警。 2. **调试与优化**：通过仿真工具进行初步调试，然后在实际硬件上进行功能验证和性能优化，确保系统稳定可靠。 **四、系统性能评估** 1. **精度评估**：测试光电计数器在不同光照条件下的计数准确性，分析误差来源并进行优化。 2. **稳定性测试**：长时间运行系统，观察计数结果是否保持一致，是否有误报或漏报现象。 3. **抗干扰能力**：模拟现场环境，评估系统对电磁干扰、温度变化等环境因素的抵抗能力。 4. **用户友好性**：考虑显示清晰度、操作简便性以及报警提示的明显性等因素。 综上，基于单片机的光电计数器设计不仅是一次技术实践，也是理论知识与工程应用相结合的体现，有助于培养学生的创新思维和动手能力，为未来的工程实践打下坚实基础。

欢迎大家来学习我们的大学物理《电力系统稳态分析》课程！电力系统是现代社会不可或缺的基础设施，而稳态分析是电力系统工程中非常重要的一部分。因此，本课程旨在介绍电力系统稳态分析的基本理论和应用，并帮助学生掌握相关技能和知识。 本课程的主要内容包括： 1. 电力系统基础知识：介绍电力系统的基本结构和组成部分，以及电力系统的分类和运行方式。 2. 电力系统稳态分析：介绍电力系统的稳态分析方法和理论，包括节点分析法、潮流分析法、电压稳定性分析等。 3. 电力系统故障分析：介绍电力系统故障的类型和原因，以及如何进行故障分析和处理。 4. 电力系统保护：介绍电力系统保护的基本原理和方法，包括保护装置的选择和应用。 5. 电力系统运行管理：介绍电力系统的运行管理和优化方法，包括负荷管理、电网优化等。 通过本课程的学习，学生将了解电力系统的基本理论和应用，掌握电力系统稳态分析的方法和技能，提高自己的专业能力和竞争力。本课程将采用多种教学方法，包括课堂讲授、案例分析、实验模拟等，帮助学生更好地理解和应用课程内容。 欢迎大家加入我们的大学物理《电力系统稳态分析》课程！ 电力系统稳态分析是电气工程及其自动化领域中的核心课程，主要关注电力系统在正常运行状态下的分析和控制。本课程涵盖了电力系统的基础知识、稳态分析、故障分析、保护机制以及运行管理等多个方面，旨在帮助学生全面理解电力系统的运作原理，并提升专业技能。 在电力系统稳态分析中，有功功率平衡与频率调整是一项关键任务。有功负荷的最优分配旨在确保满足所有负荷需求的同时，以最低的能源消耗和成本进行发电。这一过程中，要考虑不同类型的发电机组（如火电厂和水电厂）的耗量特性，如耗量曲线、比耗量和耗量微增率，这些都是衡量发电效率和调整负荷分配的重要指标。例如，火电厂和水电厂的耗量特性曲线不同，前者通常随着出力增加而增加，后者则相对平坦。 为了实现有功负荷的最优分配，需要建立目标函数，通常以最小化总能源消耗为目标，并设立一系列约束条件，如功率平衡约束和机组出力上下限。通过拉格朗日乘数法可以求解这一优化问题，遵循等耗量微增率准则，即在满足约束条件下，使得所有发电机组的单位出力增加导致的能源消耗增量相等。在实际应用中，还需要考虑网损和节点电压约束，以及不等约束下的负荷分配策略，如分阶段调整和迭代计算。 当系统中同时包含火电厂和水电厂时，有功负荷的最优分配需要综合考虑两者的特点。目标是使总燃料消耗量最小，同时满足规定的水量消耗。这涉及到水煤换算系数的计算，即每吨标准煤相对于多少立方米水的转换关系。通过迭代法，可以不断调整水火电厂的负荷分配，直至找到满足总燃料消耗和水量消耗条件的最优解。 在多发电厂环境下，负荷分配的复杂性增加。需要考虑多个火电厂和水电厂的特性，以及它们之间的相互作用。分配策略可能需要更复杂的优化算法和更精细的调整，以确保在各种约束下达到全局最优。 电力系统稳态分析不仅要求理解电力系统的基本结构和组件，还要求掌握复杂优化问题的解决方法，以及在实际操作中如何应对各种运行状况。通过本课程的学习，学生将能够运用这些知识和技能解决实际工程问题，提升电力系统的运行效率和稳定性。

本文将详细介绍一个基于电气工程及其自动化专业的计算机控制技术课程设计项目——温度控制系统设计。该设计旨在让学生掌握计算机控制系统的理论知识，实践技能，以及对PID控制算法的理解和应用。 课程设计的目标是通过设计一个温度控制系统，使学生能够全面理解计算机控制系统的组成，包括硬件电路设计、控制算法实现和软件编程。这门课程对于强化理论知识、提升实践能力、增强综合素质具有重要意义。设计内容主要涉及89C51单片机，ADC（模数转换器）, PWM（脉宽调制）电路，以及温度检测模块的集成。 硬件电路设计部分，学生需要构建89C51最小系统，并添加模入电路，如ADC0809，用于接收热敏电阻的电压输入，热敏电阻作为温度传感器。此外，还需要设计测温电路、PWM驱动电路等。控制算法采用增量型PID，通过模数转换器将温度信号转换为数字信号，然后通过PID算法计算出相应的PWM控制信号，以调整加热或冷却设备的功率，从而控制温度。 软件设计方面，主要包含主程序、中断程序、A/D转换程序、滤波程序、PID控制程序和PWM程序。其中，中断程序用于处理采样中断，滤波程序用于平滑温度数据，减少噪声，PID程序根据设定的参数进行控制决策，PWM程序则根据PID输出生成对应的PWM波形。 课程设计要求明确，例如，模入电路的通道0接热敏电阻，通过查表法处理非线性温度-电压关系，PWM信号由DOUT0（P1.4）输出。PID参数的整定采用凑试法，定时中断间隔和采样周期需合理选择。滤波方法可以选用平均值法或中值法，温度设定值由程序设定并通过实验箱的DAC输出。 在实验结果部分，控制系统应能稳定运行，对于不同采样周期，PID参数整定后，系统阶跃响应的超调应小于10%，调节时间尽量短。此外，可自定义温度设定曲线，记录系统的温度响应。 课程设计报告应涵盖设计目标、要求、系统框图、硬件电路、控制算法、软件设计流程、遇到的问题及解决方案、实验结果分析和个人体会等内容，以全面展示设计过程和成果。 总结，这个温度控制系统设计项目不仅锻炼了学生的硬件设计能力，也提升了他们的软件编程和控制算法设计技能，为将来从事计算机控制系统的设计和调试工作奠定了坚实的基础。通过实际操作，学生将深入理解计算机控制技术在解决实际问题中的应用，从而更好地将理论知识转化为实践能力。

非线性控制策略应用于与永磁同步电机，PMSM作为最广泛的交流电机被生产生活广泛应用，传统的PI控制策略存在着输出转矩过大的缺点，本设计通过非线性控制策略——滑模控制，极大地减小了输出转矩，使该电机具有抵抗负载扰动的特性，同时兼顾快速性和稳定性。 该设计适用于电气工程专业和自动化专业的毕业设计，资料提供Word可编辑文档和MATLAB仿真源码，为毕业设计的研究和学习提供了有效的范本和参考。 在电气工程自动化专业领域，永磁同步电机（Permanent Magnet Synchronous Motor，简称PMSM）作为交流电机的重要类型，因其高效率、高功率密度和高性能运行能力，在工业生产中得到了广泛的应用。然而，在传统控制策略中，如比例-积分（PI）控制，存在着对外部负载扰动敏感，以及输出转矩波动较大的问题，这些问题限制了PMSM在要求高动态性能和稳定运行场景下的应用。 为了解决这些难题，研究者们探索了多种非线性控制策略，其中滑模控制（Sliding Mode Control，简称SMC）因其独特的优点而备受关注。滑模控制是一种变结构控制方法，它通过改变控制器的结构来适应系统的动态变化。在PMSM控制系统中，滑模控制策略能够提供一种有效的手段来减小输出转矩的波动，增强电机对负载扰动的抵抗能力，同时保持系统的快速响应特性和稳定运行。 滑模控制策略在PMSM控制中的应用研究，涉及对电机数学模型的精确建立，以及控制器参数的设计和优化。通过对电机模型的研究，可以更好地理解电机在不同工况下的动态行为，并据此设计出能够精确控制电机转速和转矩的滑模控制器。此外，滑模控制策略还需要考虑实际应用中的执行器限制、参数不确定性以及外部干扰等因素，以确保控制器的鲁棒性和实用性。 在本设计中，滑模控制策略被应用于PMSM的仿真设计，旨在展示其在电机控制中的有效性。设计成果包括可编辑的Word文档和MATLAB仿真源码。Word文档详细描述了滑模控制策略的设计流程、仿真模型的搭建步骤以及参数设置，为相关专业的学生和研究人员提供了研究和学习的参考。而MATLAB仿真源码则提供了一个可以直接运行的平台，通过仿真实验来验证滑模控制策略的性能，包括在不同负载和扰动条件下的电机运行特性。 整体而言，基于滑模控制策略的永磁同步电机仿真设计不仅为电气工程自动化专业的毕业设计提供了一个富有启发性的案例，也为工业电机控制技术的进步和优化做出了贡献。通过这种方法，可以进一步提升PMSM的性能，拓宽其在高精度控制需求领域的应用范围。

### 电气工程课程设计知识点详解 #### 一、电气工程设计概述 电气工程设计是针对特定场所或设施进行电力系统规划、设计与实施的过程。在本案例中，针对某铸造厂总降压变电所及厂区配电系统的设计，主要包括以下几个方面的内容： 1. **原始资料分析**：首先需要收集并分析工厂的基本信息，包括厂区平面布置图、负荷需求、外部电源条件等。 2. **设计方案制定**：基于原始资料，确定设计方案，包括变电所的主接线形式、设备选型等。 3. **短路电流计算**：用于选择合适的电气设备，并确保系统的安全性。 4. **电气设备选择与校验**：包括导线、断路器、继电器等的选择与校验。 5. **主变压器保护设计**：包括瓦斯保护、过电流保护、电流速断保护、过负荷保护等。 #### 二、原始资料分析与方案制定 1. **厂区平面布置图分析**：通过分析厂区平面布置图，可以了解到各个车间的位置、大小及其相互之间的关系，这对于后续的配电系统设计至关重要。 - **车间负荷分类**：如1~6车间被定义为Ⅰ级负荷，要求不间断供电，这对于选择合适的电气设备和保护措施非常重要。 - **负荷分布**：了解负荷分布有助于确定主变压器的位置和容量，以及输电线路的走向。 2. **负荷要求**：明确了不同车间的负荷特点和供电要求，这对于设计可靠的配电系统至关重要。 - **长期连续负荷**：这类负荷要求供电稳定性极高，任何中断都可能造成重大损失。 - **最大负荷利用小时数**：对于确定变压器容量、导线截面积等关键参数非常有用。 3. **外部电源情况**：外部电源的情况直接影响到变电所的设计，尤其是电源的稳定性和可靠性。 - **主变容量**：2×31.5MVA的变压器为供电提供了基础保障。 - **短路容量**：1918MVA的短路容量反映了系统的稳定性。 - **供电电压等级**：用户可以选择35kV或10kV电压供电，这需要在设计时加以考虑。 #### 三、短路电流计算 短路电流计算是电气工程设计中的一个重要环节，主要用于选择和校验电气设备，如断路器、电缆等。短路电流的大小直接影响到系统的安全性和可靠性。 1. **短路电流的影响因素**： - **系统电源的短路容量**：决定了短路电流的最大值。 - **设备参数**：如变压器的阻抗等，也会影响短路电流的大小。 - **系统配置**：如母线配置等。 2. **计算方法**： - **欧姆法**：适用于简单系统。 - **标幺制法**：更适用于复杂系统。 #### 四、电气设备选择与校验 1. **导线选择**：导线的选择需考虑负荷电流、电压损失等因素。 2. **断路器选择**：断路器的选择要考虑额定电流、短路分断能力等参数。 3. **继电保护选择**：继电保护的选择需要考虑到故障类型、保护范围等。 #### 五、主变压器保护设计 1. **瓦斯保护**：用于检测变压器内部的气体变化，及时发现潜在故障。 2. **过电流保护**：防止因过载或短路引起的过电流对变压器造成损害。 3. **电流速断保护**：在短路发生时快速切断电源，避免事故扩大。 4. **过负荷保护**：监控变压器的负荷状态，防止长时间过负荷运行。 通过以上知识点的详细介绍，我们可以看出电气工程设计是一项复杂而细致的工作，需要综合考虑多种因素来确保电气系统的安全、可靠和经济性。