時間：2022-05-12 09:42:25
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通常情況下，電力電子得理論教學都是按照教科書的章節順序進行，難免枯燥乏味，高深難懂。電力電子學科涉及面比較廣，如果將電力電子學科理論劃分為多個部分會起到更好的效果。比如劃分為四大變換電路部分、器件與控制部分以及電力電子前沿技術等三部分進行教學，三部分既可以先后進行也可以同時穿行。
1.分析電路盡量使用多媒體。
電力電子技術的核心就是整流、逆變、斬波和交交變換四大基本電路，在電路工作過程的分析中，通常一個電路都有多個工作狀態，不同的工作狀態又分別對應著不同的電壓電流波形，也就是說電路的工作過程往往都是動態的過程，而傳統的書本上的文字和原理圖是無法很好地展現動態過程的。這時，如果采用幻燈片等多媒體形式，可以將電路工作的動態過程很好地展現給學生們觀看，把書本上靜態的電路以及波形圖動起來，這樣就能夠讓學生們更好地理解電力電子電路的工作過程。與此同時，結合書本上的理論，再將不同電路的特點進行總結，使同學們復習時結合著書中的理論，頭腦中聯想著多媒體演示動畫，便會在學習中事半功倍，容易記憶，提高學生的分析計算和實際解題的能力。
2.器件與控制部分應注重練習。
電力電子器件及控制部分具有覆蓋面大、定性與定量相結合的特點，學好這一部分，就必須將概念的理解與相關的計算進行練習，在習題式的教學中，不斷提高分析問題和解決問題的能力。研究生階段，各高校幾乎很少帶領學生做與課程相關的習題，多數學生也只有在考試的時候才有機會在試卷中解答一些問題，雖說現在不提倡傳統針對考試的題海戰術，但是平時適當做一些典型的練習還是有必要的，電力電子器件種類多、特點各不相同，而控制方法也有很多，甚至與自動控制原理等其他學科相關聯，在教學中適當找一些典型例題進行講解，可以讓同學們在繁雜的知識中抓住重點內容進行突破，最終掌握這部分知識要點。
3.學生自主參與新技術教學。
電力電子技術具有發展速度快的特點，新的技術和應用領域不斷出現，加強電力電子新技術的教學可以擴展學生知識面，掌握電力電子技術發展新方向。這一部分的特點是沒有定量計算、難度不大、但對于資料的收集工作量比較大，根據這些特點，在教學中，可以將這部分安排給每個學生進行講解，在講解前每個同學查找相關資料，然后對資料進行分類總結，加入自己的理解，在講解過程中既可以使用多媒體也可使用板書的形式，講解后學生之間可以相互提出問題，相互討論，形成良好的研究氛圍。在這種學生自主教學的過程中，既提高了學生查找資料的能力，也能提高學生的概括的創新能力，還為研究生畢業學術論文的撰寫提供了相關的經驗。
二、實驗教學應進行分類
電力電子技術是一個應用性很強的一門學科，在理論教學的同時一定要有相應的實驗來配合和補充，開設實驗課是對理論課的延伸和補充，更能夠突出應用型學科的特色。在實驗教學上，應分為驗證實驗、探究實驗、拓展實習三個部分進行教學。
1.驗證實驗應緊密結合課本。
驗證性實驗的特點是對已經有的理論進行實驗驗證，與學生的理論教學緊密銜接，通過書上的理論來指導實驗的操作，同時實驗的結果又可以加深學生對于書本理論的深度理解。在理論課程之后，應當有相應的實驗課程相跟進，在實驗開始前，老師帶領學生對課本知識點進行回顧，確定實驗目的和實驗步驟，同學們按照實驗要求完成相應的實驗操作，并能夠運用書本上的知識來解釋實驗中的現象，最后通過實驗報告的形式進行總結，得出驗證性的結論。
2.鼓勵開展探究性試驗。
電力電子技術是一門正在快速發展的學科，在實驗教學中，應當鼓勵學生進行自主探究，通過對已有知識的學習讓學生們充分發揮想象力，制作一些相關的小制作、小發明，在探究性試驗的過程中培養學生的創新能力。學生根據自己掌握的知識，結合當今電力電子發展的前沿技術，加上自己的想象力和創造力，獨立設計出屬于自己的電子作品，而在探究的過程中難免會遇到一些問題，這時老師應進行適當指導，給出一些方案，讓學生自主解決實際問題。平時盡可能地開放實驗室，使學生增加動手操作機會。此外還應當鼓勵學生參加“挑戰杯”等科技比賽，增加在創新方面的交流合作，從而學會更多解決問題的新方法。
3.拓展實習應突出實際應用。
在傳統的教學環節之外，對于電力電子技術這種應用型很強的學科，應適當組織學生到某個單位進行參觀學習。學習的目的是為了應用，當今電力電子技術已經應用在了許多領域之中，在實驗教學中可以聯系某個具體單位進行參觀，在實際的生產過程中，讓學生們更加具體地了解電力電子技術的應用。除了參觀之外，也可由老師或者學生找一些與電力電子技術應用相關的視頻資料，分享給大家進行觀看，也可以起到非常好的效果。實習結束之后，學生以報告的形式寫出自己學到了什么或者是心得體會。這樣，理論聯系實際，對于理工科的教學是有很大幫助的。
三、總結
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。
現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,是現代電力電子技術的具體應用。
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。
現代電力電子技術是開關電源技術發展的基礎。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,現代電源技術將在實際需要的推動下快速發展。在傳統的應用技術下,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,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展,新技術的出現又會使許多應用產品更新換代,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,將標志著這些技術的成熟,實現高效率用電和高品質用電相結合。這幾年,隨著通信行業的發展,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的國內市場正在啟動,并將很快發展起來。還有其它許多以開關電源技術為核心的專用電源、工業電源正在等待著人們去開發。
參考文獻
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(2)季幼章:迎接知識經濟時代,發展電源技術應用,電源技術應用,N0.2,l998
(3)葉治正,葉靖國:開關穩壓電源。高等教育出版社,1998
關鍵詞：動態電源管理靜態預知方法動態預知方法
引言
電子系統可視為是種類不同的元件集合，有些元件有著固定的性能指標和耗能，這些元件被稱為非電源管理元件；上反，有些元件可以在不同時間工作，并且有多種耗能狀態，相應地消耗著不同的系統電能，這些元件稱為可電源管理元件。可電源管理元件的有效使用成為節省系統耗能，使整個系統在有限電能下長時間工作的關鍵所在。
系統元件從一種耗能狀態到另一種耗能狀態往往需要一段時間，并且在這段時間內會消耗更多的額外能量。狀態的改變會影響系統的性能，所以設計者需要在系統節能和系統性能之間找到恰當的折衷切入點。本文介紹了動態電源管理中的一些方法。這些方法將決定元件是否改變耗能狀態和何時改變。
1動態電源管理技術
“動態電源管理”是動態地分配系統資源，以最少的元件或元件最小工作量的低耗能狀態，來完成系統任務的一種降低功耗的設計方法。對于電源管理實施時間的判斷，要用到多種預測方法，根據歷史的工作量預測即將到來的工作量，決定是否轉換工作狀態和何時轉換。這就是動態電源管理技術的核心所在——動態電源管理方法。
動態電源管理技術適用的基本前提是，系統元件在工作時間內有著不相同的工作量。大多數的系統都具有此種情況。另一個前提是，可以在一定程度上確信能夠預知系統、元件的工作量的波動性。這樣才有轉換耗能狀態的可能，并且在對工作量的觀察和預知的時間內，系統不可以消耗過多的能量。
2電源管理
各個系統設備當接到請求時，設備忙；而沒有請求時，就進入了空閑狀態。設置進入空閑時，可以關閉設備，進入低耗能的休眠狀態；當再次接到請求后，設備被喚起。這就是所謂的“電源管理”。然而，耗能狀態的改變是需要時間的，也就是關閉時延和喚起時延。喚起休眠狀態中的設備需要額外的能量開銷，如圖1所示。如果沒有這項開銷，也就用不著電源管理技術了，完全可以只要設備空閑就關閉設備、這種時延和能量開銷確定存在，所以必須考慮，只有當設備在休眠狀態所節省的能量至少可以抵得上狀態轉換耗能的情況時，才可以進入休眠狀態。
電源管理技術是一個預知性問題。應尋求預知空閑時間是否足夠長，以及于能否抵得上狀態轉換的耗能開銷。空閑時間過短時，采用電源管理的方案就得不償失了。所以事先估計出空閑時間的長短是電源管理技術中的首要問題。定義“恰當的停止時間段”（tBE）：能達到系統節能的最短空閑時間段。此時間與設備元件本身有關，與系統發出的請求無關。假設狀態轉換延時t0（包括關閉和喚起延時）耗能為E0；工作狀態功率Pw，休眠狀態功率Ps，可由以下式求出tBE。
Pw×tBE=E0+Ps×(tBE-T0)
等式左邊為“適合暫停時間段”內的耗能，也就是系統在這段用于節能的最短空閑時間內繼續工作所需能量；右邊是狀態轉換耗能和休眠時間內的系統耗能。tBE換和這段休眠時間內的系統耗能。電源管理技術就是要預知將要發生的休眠時間是否能夠大于tBE，只有大于它，設備才有休眠的必要。
3基于先驗預知的動態電源管理技術
對于大多數真實系統，即將輸入的信號是難以確定的。動態電源管理的決策是基于對未來的不確定預知的基礎之上的。所有的基于預知的動態電源管理技術的基本原理是探過去工作量的歷史和即將發生的工作量之間的相互關系，來對未來事件進行可靠的預知。對于動態電源管理，我們關心怎樣預知足夠長的空閑時間進入休眠狀態，表達如下：
p={tIDLE>tBE}
我們稱預知空閑時間比實際的空閑時間長（短）為“預知過度”（“預知不足”）。預知過度增加了對性能的影響；預知不足雖對性能無影響卻造成了能量的浪費。要是能既無預知過度又無預知不足，那就是一個理想的預知。預知的質量取決于對觀察樣本的選擇和對工作量的統計。
3.1靜態預知方法
固定超時法：最普遍的電源管理預知法，用過去的空閑時間作為觀察校本對象來預知當前空閑時段的總持續時間。此方法總結如下：空閑時鐘開始，計時器開始計時，超過固定超時時間tTO系統仍處于空閑，則電源管理使得系統休眠，直到接收到外界請求，標志著空閑狀態的結束。能夠合理地選擇tTO顯然是這種方法的關鍵。通常在要求不高的情況下取tTO=tBE。
固定超時法優點有二：①普遍適用（應用范圍僅限決于工作量）；②增加固定超時值可以減少“過度預知”（即預知時間比實際空閑時間長）的可能性。但是其缺點也明顯：固定超時過大則將引起預知不足，結果不能有效的節省能量，相當多的能量浪費在等待超時上。
預知關閉法：此方法可以解決固定超時法中等待固定超時而耗費過多能量的問題，即預知到系統的空閑可能性就立即關閉系統，無需等到空閑時間超過超時值。預知方法是對歷史工作量的統計上做的有肯定性估計。
Srivastave提出了兩種先驗關閉的方案。
①非線性衰減方程（φ）。此方程可由過去的歷史中得到。
t的上標表示過去空閑和工作時期的序號，n表示當前的空閑時期（其長度有待于預知估計）和最近的工作時段。此方程表明了要估計將發生的空閑時期，要考慮到過去的空閑和工作時期。
如果tpred>tBE，那么系統一空閑就立即關閉。觀察樣本是
此方法的局限：
*無法自主決定衰減方程的類型；
*要根據收集和分析的分散數據建立衰減模型，并且這些數據適合此衰減模型。
這些數據適合此衰減模型。
②極限方案。此方案基于一個極限。觀察樣本為緊挨著當前空閑時期之前的工作時期，如果便認為空閑時期比前一個工作時期長，則系統關閉。
注意：統計研究表明，短時間的工作時期后是長時間的空閑期；長時間的工作期后是短時間的空閑期。這樣的系統可以用極限法，如圖2所示。而短時期的工作期后是短時期的空閑期這種情況下就不能用些極限法。總之，對tthr的選擇尤為重要。
預知喚起法：可以解決固定超時方法中喚起時的性能損耗。當預知空閑時間超時后則系統喚起，即使此時沒有接收收到任何系統請求。使用此方法應注意的是，如果tidle被“預知不足”，則這種方法增加了能量的消耗，但同時也減少了等待接收第一個系統請求的時間，還是在一定程度上節省了能量，提高了系統性能。
3.2動態預知方法
由于動態電源管理方法的最優化取決于對工作量的統計，當工作量既未知又非靜態時，靜態預知方法就不是十分有效。因此，就有了動態預知方法。對非靜態工作量有幾種動態的預知方法。
①設定一套超時值，每個值與一個參數相關。此參數表明超時值選擇的準確性。此方法是在每一個空閑時間內，選擇這些超時值中最有效的一個值。
②此方法同樣有一些供選擇的超時值，分配給每個值一個“權”。此“權”是對過去相同要求下，采取此超時值帶來的滿意度為衡量對象抽象出的參數。實際采用的超時值是取所有被選超時值的權的平均。
③只采用一個超時值，當選擇此超時值后會引起許多不盡如人意的“系統關閉”后，再適當增加此值。當更多的“系統關閉”可以被接受了，則適當降低此值。
4總結
動態電源管理是降低電子系統耗能的有效設計方法。在電源管理系統中，不同元件的工作狀態要動態地適應不同程度的性能要求，只有這樣才能最小化空閑時間浪費的能量或者無用元件浪費的能量。
獨立學院，是指實施本科以上學歷教育的普通高等學校與國家其他機構、社會組織或個人合作，利用非國家財政性經費舉辦的，實施本科學歷教育的高等學校。獨立學院屬于民辦教育序列，但又完全不同于民辦教育和職業教育。培養定位，即培養方向，具體指培養目標與規格，是人才培養的規劃和預期。高等學校要有辦學定位，院系和專業要有人才培養定位。獨立學院作為高等教育的一部分，其發展時間很短，經驗不足，亟待解決的問題很多，首當其沖就是關于獨立學院培養定位的問題。獨立學院人才培養定位是根據高等院校的組織使命，依據獨立學院自身在社會及高等教育系統中所處位置，特別是區別于公辦院校而對人才培養層次與類型作出的匹配選擇。人才培養定位關系到獨立學院的發展方向、速度、模式及其特色，對獨立學院的發展規劃、發展決策具有基本導向功能，對于獨立學院的專業設置、課程計劃、教學方式、培養模式以及評價監督機制等具有目標指向作用。民辦學院在我國發展歷史僅20多年，獨立學院則更短，也就10余年。合理的人才培養定位對于獨立學院的生存與可持續發展更是具有重大意義。獨立學院必須從實際出發，充分依托母體（校本部）公辦院校的軟硬資源，量身定做符合社會客觀要求和學校自身狀況的培養目標和規格，并根據這個培養目標和規格設置不同的專業和課程，采取不同的培養模式和教學方法。
獨立學院的人才培養定位首先要著眼于國外和國內教育發展的宏觀形勢，借鑒國外私立大學發展模式和經驗，參照全國高等教育體系中公辦高校、高職院校和民辦院校的實際情況，分析其現狀，預測其發展趨勢，以掌握社會人才需求的變化，及時調整培養定位。在此過程中，要特別注重把握以下四方面內容：一是與國外私立大學密切接觸，學習他們的辦學經驗，結合我國特有的國情，為我所用；二是社會對高等教育、人才培養的需求，確定哪種人才是最為緊缺的；三是獨立學院本身的辦學條件和主要優勢，認清獨立學院能給學生提供什么樣的教育，為社會培養什么樣的人才；四是銳意求變，銳意求新，極力避免趨同，以獨立學院培養的特色人才去填補人才市場的空缺。社會對人才的需求是多種多樣的，隨時變化的，各校的辦學條件和優勢不盡相同，緊緊抓住社會人才需求和本學院優勢的交匯點，這是獨立學院的最佳定位。所以，根據高等教育的基本規律，獨立學院的人才培養定位要從內、外部基本規律去進行考察。從內部分析，既要根據獨立學院自身的資源狀況，又要根據獨立學院人才培養的特點；從外部分析，既要根據國家的教育方針政策，又要根據社會對于人才的需求。
（一）國家教育制度與政策層面中的獨立學院人才培養定位
現階段，獨立學院如何選擇人才培養定位固然取決于自身的實際情況，但更多受制于政府的教育制度與政策。我國民辦高等教育的發展與管理主要受政府部門出臺的教育制度與政策來規制，因此，獨立學院人才培養定位很大程度上也受制于國家制度與政策對于獨立學院本身發展定位的指導。獨立學院人才培養定位要基于國家與政府層面的需求，這種人才培養定位的指導主要是基于宏觀的獨立學院的人才培養類型、人才培養層次，而不是指具體的人才培養目標、規格等。進行三本教育，應由獨立學院根據自身實力和潛力來作出決定。
（二）社會經濟發展等市場因素對獨立學院人才培養定位的影響
獨立學院要生存和發展，其人才培養定位必須基于市場的需求。高等學校的定位不是高低層次的定位，而是依據人才培養的職能來定位的。獨立學院大多培養的是偏應用型的人才，它的發展與市場有著天然的緊密關系。在當今科學技術迅猛發展、產業結構不斷調整的時代，獨立學院的人才培養定位必須基于就業市場和生源市場的雙重需求，并反映到人才培養的類型、層次、科類、規格、素質、修養和特長等方面。民辦高等教育面向市場首先必須獲得生源市場，而學生、家長在當前的市場就業環境下必然會顧及今后的就業，所以這是獨立學院人才培養定位中必須著重考慮的一個面向市場的關系鏈。而合理的面向市場的人才培養定位能促進民辦高等教育的發展壯大與特色形成，過于探求不切實際的高層次或者市場已經趨于飽和的人才培養則可能導致學校本身發展的緩慢、停滯，甚至倒退。
（三）獨立學院人才培養定位選擇必須適應自身的發展特點
獨立學院自身的發展定位有著內部環境的制約，在人才培養的目標選擇上也同樣受制于獨立學院自身的實際條件，如自身的資源投入狀況、師資隊伍、教學設備資源、管理體制、圖書資料、科學研究、實踐教學基地建設以及可持續發展的能力等等，也即是人、財、物、時間、空間等資源因素的綜合狀況。這些不同于我國的公辦高校，有著獨立學院自身的特點。
1、民辦高等教育恢復發展才20多年，獨立學院本科教育發展時間也就10多年時間，其辦學經驗、辦學條件、辦學水平、辦學特色、教學質量等方面與公辦高校相比較差距仍然很大。獨立學院教育資源的投入與水平的提升是一個持續累積的過程，人才培養更是。俗話說，“十年樹木，百年樹人”，這不可能是一蹴而就的，獨立學院的發展與水平提升必然要經過一個漫長的積累過程，無論是教學、科研、設備儀器等“硬件”資源的建設，還是師資隊伍、專業課程等“軟件”資源的建設，獨立學院都處于發展的初級階段。
2、在師資隊伍建設方面，獨立學院有四個基本特征：一是聘請母校（校本部）在職教師來獨立學院進行管理與教學；二是聘請公辦高校的退休教師來授課；三是聘請業界人士前來兼職教學；四是自有師資隊伍，這里面大多數是高校剛剛畢業的研究生。從師資隊伍結構上分析：一是高學歷、高職稱的比例偏小，而低學歷、低職稱的比例偏高；二是師資年齡成兩極分化，一邊是60歲以上身體狀態不好的退休老教師，一邊是剛剛畢業沒有多少教學經驗的青年研究生；三是兼職隊伍往往帶來師資隊伍結構的不穩定性。獨立學院在教學與科研梯隊的形成上存在很多的困難，學科帶頭人、教學骨干等往往需要學校進一步引進和加快培養。
3、生源特征上分析，獨立學院的學生是本科第三批次生源，學生的綜合素質與公辦高校的生源相比偏低，這些學生很大程度上不適應從事“高、精、尖”的科學研究工作，而更適應于從事能夠發揮其特長的知識與技術相結合的應用方面工作。從學生的實際狀況出發，因材施教，這是人才培養定位的一個重要因素。
4、獨立學院的自身特點。由于獨立學院的管理體制和運行機制比公辦高校更適應市場變化，更能夠有效利用社會上各種優質教育資源并優化組合，揚長避短，走特色發展之路，有所為，有所不為。為此，獨立學院應充分發揮體制、機制優勢，貼近地方經濟和社會發展需要，緊跟市場需求，辦出特點，并在課程建設、學科建設、學校發展等方面真正形成人才培養特色，逐漸建立起自己的品牌和核心競爭優勢，拓展品牌和特色的社會效應。綜上所述，獨立學院的人才培養目標定位必須適應獨立學院的基本特點，適應獨立學院的實際情況，在定位過程中應認真分析自身的發展歷程、學校資源、師資隊伍結構特征、生源狀況以及自身的特點等情況，以便對人才培養目標做出科學、合理的定位。
二、獨立學院藝術設計專業的特點
教育部早在2003年頒布的《關于規范并加強普通高校以新的機制和模式創辦獨立學院管理的若干意見》明確指出：“獨立學院的專業設置，應主要面向地方和區域社會、經濟發展的需要，特別是要努力創造條件加快發展社會和人力資源市場急需的專業。”藝術設計是一門偏重于造型藝術，強調審美意識、創新能力、品味格調、素質涵養的應用型專業，其教學內容和社會實踐結合非常密切。
（一）、藝術設計專業特點
1、學生高考成績相對不高,文化素質相對較差。當前，受高考升學壓力的影響而使高中階段的教育帶有了明顯急功近利的性質，許多學生與家長都認為學習美術是升學的捷徑，高中老師也鼓動文化課成績不好的同學“半道出家”，紛紛報考藝術設計類專業；加之近些年高校急劇擴招，造成了高校藝術設計專業在校生文化基礎薄，美術基礎也不扎實。
2、實踐性強。視覺傳達設計、環境設計、服裝設計、產品設計等都是以實踐為主的，能迅速服務于市場經濟的專業門類。從課程看，書籍設計、海報設計、景觀設計、展示設計等均是講究實操性的課程門類。無論哪個層次的高等教育單位，都無法回避藝術設計專業的實踐特征。
3、培養過程相對復雜。藝術設計專業學習具有學習資料的具象性；其知識更新速度快、前瞻性強；專業活動具有創造性；專業創作與社會經濟聯系密切等特點。
4、廣闊的就業空間和良好的就業前景。藝術設計專業涵蓋平面廣告設計、包裝設計、展示設計、環境設計、服裝設計、產品造型設計等門類，它服務于人類衣食住行，美化衣食住行，提高人類生活品質。
（二）獨立學院藝術設計專業特點
獨立學院是由普通高等學校與社會組織或者個人合作，利用民間資本舉辦的實施本科學歷教育的高等學校，性質介于公辦院校與民辦院校之間。一方面，籌辦獨立學院的門檻比民辦院校高；另一方面，獨立學院辦學資源和經驗與公辦院校還有很大差距。在這樣的背景下，獨立學院藝術設計專業必然有其鮮明的特點。
1、專業的實踐性和獨立學院的應用人才培養定位很好地結合在一起。藝術設計是與生產實踐密切相關的藝術門類，設計的目的是服務于市場經濟，設計的過程離不開實踐環節，設計的效果由客戶和消費者檢驗。國家和教育部對于獨立學院的人才培養的基本要求是：按照社會、經濟發展的需要設置專業，主要為地方和區域社會的發展培養高素質的專業型、復合型、應用型高級人才。目前大多數獨立學院開了藝術設計專業，原因正是該專業內在的實踐性質可以很好地為地方經濟服務，有契合了國家和教育部的要求。
2、與其他院校相比：美術學院的藝術設計專業辦學目標定位以本校長期積聚的美術基礎為依托，強調個性化教育特色；師范院校的藝術設計專業辦學目標定位以其人文教育的優良環境為依托，強調素質教育特色；綜合性院校的藝術設計專業辦學目標定位以綜合性學科為依托，強調跨學科交叉型人才教育特色；而理工院校特別是地方工科院校的藝術設計專業辦學目標定位則以其強勢的理工背景為依托，強調復合型高級技術人才教育特色。獨立學院的藝術設計專業應強調其應用性的同時，也要注重其創新能力的培養。
（三）獨立學院學生特點
獨立學院學生的自身有其優缺點，其優點恰巧是藝術設計專業需要的素質基礎和能力基礎。我們應揚長避短，多鼓勵，加強引導。
1、重視專業創作，忽視文化學習。學生文化基礎較差，理論學習習慣不好，偏科現象嚴重，自我管理、自我服務意識較差，對公共課和理論課缺乏興趣；但對創作實踐有濃厚的熱情，創新能力較強。盡管學生繪畫基礎并不比其他層次高校差別太多，但其較差的文化素質和學習習慣給獨立學院的教學和管理帶來了一定的挑戰。
2、學生不適應灌輸式的教育，喜歡老師的鼓勵和積極引導。文化成績不高，導致學生缺乏自信心，這就要求老師在課內外采用講授、演示、調查與分析等各種綜合手段進行教學，以鼓勵為主要方式，減輕學生壓力，引導學生積極自主學習。
3、學生的思維比較活躍，有豐富的想象力。獨立學院學生家庭條件相對較好，從小所受的教育和影響相對良好，體現在學生身上是：思維活躍，見識廣，想法比較多，對社會各方面的認識也相對較深，人際交往和動手能力強。
三、獨立學院藝術設計專業人才培養定位——“基本要求+特色”
培養具有基礎知識和基本理論，掌握專業創作技能，能獨立完成設計調研、設計策劃、設計制作、設計管理，會熟練地運用計算機進行輔助設計，且有團隊合作精神的創新型、應用型、有特色的高級專門人才。這是獨立學院藝術設計專業人才培養應有的的基本定位，但具體內容因學院而異。
（一）、母體和資源優勢對人才培養特色的影響
南京大學金陵學院要求培養具有良好的道德、素養、品行、精神，掌握藝術設計理論知識、設計方法和專業技能的，強化動手實踐和實際操作能力的，能夠從事設計策劃、創意、實施、制作、工程、管理、經營等工作的，適應社會發展與經濟建設需要的應用型藝術設計人才。中國傳媒大學南廣學院培養要求面向電視臺、報社、設計公司、文化傳播機構等單位，培養具有寬廣的人文社科理論基礎，掌握藝術理論、設計原理、設計表達和實踐技能，精通設計軟件，能夠從事藝術設計的策劃、實施、制作與管理等工作的應用型、復合型、創新型的高級專門人才。鄭州輕工業學院伊斯頓美術學院通過多門主干課程的教學，與俄羅斯及西亞開展國際合作，采用交互式教學方法，使學生全面掌握藝術設計的專業知識，培養能夠從事相應設計門類的高級專門人才。從這幾個獨立學院的人才培養定位不難看出：藝術設計專業基礎知識、基本技能、創新與實踐能力都是各個學校的基本要求，但其特色各不相同。獨立學院依托母體和資源優勢，對藝術設計專業人才培養定位特色進行了強調：南京大學金陵學院注重藝術素養和道德品行的培養，中國傳媒大學南廣學院側重藝術設計專業與傳媒產業的構建，鄭州輕工業學院伊斯頓美術學院強調區位的國際合作辦學。藝術設計專業放在不同特色的獨立學院，其背景就有很大差異，這種差異帶來的直接影響就是形成藝術設計專業人才培養定位的鮮明特色。
（二）、課程體系與內容上的定位特色
獨立學院可以按照“基本要求+特色”模式，塑造課程特色，鞏固特定的辦學優勢，形成自身強項，樹立與眾不同的品牌形象。獨立學院需要對藝術設計專業培養計劃、課程體系進行整體規劃、精心設計。特色可從專業方向設置、課程結構與教學內容，特別是實踐教學環節動腦筋。專業培養計劃及課程結構體系的革新最終須落實到具有創新意識并符合設計發展規律的特色課程上。目前獨立學院藝術設計專業真正有技術含量的、應用性強的課程不多。如平面設計課程，在課堂上反復強調字體、版式、色彩、圖片的唯美表現，而對廣告理論、投放媒體、消費調查、受眾心理、廣告效果反饋等重要內容提及甚少，完全可以根據應用性人才市場對人才素質的需求增加“談判技巧”、“比稿技術”等對學生有直接幫助的課程和內容。傳統的素描、色彩、三大構成等課程也要進行重新設計整合。以中國傳媒大學南廣學院藝術設計專業課程為例做具體分析。該校該專業將課程分為A、B、C類。A類為公共基礎課程，包含政治、英語、計算機、體育等。B類為專業核心課程，包含設計原理、設計方法、設計過程、創新思維以及主要設計門類課程。C類再細分為C1、C2、C3三種，其中C1為專業系統課程，如素描、色彩、計算機輔助設計等支撐C1的專業基礎課程，有很強的系統性；C2為專業拓展課程，如中國書畫、雕塑、攝影等能起到拓展知識、能力和素質的相關課程；C3為公共選修課程，由學生在全校范圍內結合自己愛好和特別需求任選，如語言表達藝術、經典影視賞析、導演藝術基礎等。除此以外，該校還將寒暑假設置成小學期，由專業教師指導學生在假期完成專業考察、見習和實習，密切與業界的聯系，增強人才培養的適應性和應用性。
（三）、創新是永恒的追求
生物技術專業基本技能達標訓練，目的在于提高學生科研素養和解決實際問題的能力，使畢業生與就業單位的科研、生產研發和管理達到“無縫接軌”，從而能夠在社會生產、管理和服務的第一線解決生物技術方面的實際問題。在專業實驗課程的基礎上，分別在第一、二、三、四學期設置4個基礎技能訓練項目：（1）植物生物學基礎綜合實驗，訓練內容包括光學顯微鏡的結構、規范操作，臨時切片制作、觀察與輪廓圖的繪制等，對接第一學期的專業核心課程“植物生物學”。（2）動物生物學基礎綜合實驗，訓練內容包括光蛔蟲或蚯蚓的橫切片觀察；鯽魚外形、鯉魚骨骼系統的觀察，內部解剖與觀察；土壤動物的采集、保存及鑒定，等等，對接第二學期的專業核心課程“動物生物學”。（3）生物化學基礎技能訓練，訓練內容包括分光光度法測蛋白質含量、聚丙烯酰胺凝膠電泳電泳槽安裝、點樣及電泳及層析法分離鑒定氨基酸，等等，對接第三學期的專業核心課程“生物化學。（4）微生物學基礎技能訓練，訓練內容包括（革蘭氏）染色法和油鏡的使用；酵母菌大小測定；平板菌落計數法等，對接第四學期的專業核心課程“微生物學”。每個項目都設置有相應的考核要點，如項目Ⅰ的考核要點有：①光學顯微鏡的結構要點、規范化操作流程；②臨時切片的熟練制作、質量好壞與規范化觀察；③合適染料的挑選與染色效果；④植物輪廓圖的繪制和結構標注等，項目Ⅱ的考核要點有：①觀察蛔蟲或蚯蚓的橫切片裝片，并按照所給的裝片判斷出該裝片是蛔蟲還是蚯蚓并給出理由；②解剖鯽魚并繪內部解剖示意圖；③利用體式顯微鏡，根據所給檢索圖鑒定標本等，要求學生必須通過此4個專業基礎技能訓練項目的考核，否則不能取得本專業學士學位。
在此基礎上，大三大四年級設置相應的綜合實驗及實訓項目5項，進行相關實驗技能的綜合應用實訓，包括生物技術綜合實訓（內容包括生物樣品的制備、含量測定、層析技術、電泳技術等）、發酵工程綜合實訓（內容包括菌種選育、發酵原料準備、發酵工藝控制及產品分離技術等）、生物工藝實訓（內容包括抗生素生產工藝實訓和啤酒生產工藝實訓等）、酶工程實訓（內容包括淀粉酶發酵技術，生物制劑的生產工藝等）、職業技能培訓（內容包括<營養配餐員>、<食品檢驗工>國家級職業技能證書考核培訓等）。要求學生必須通過所要求的專業技能訓練項目才可以參加后續的專業（畢業）實習和畢業論文（設計）等工作。通過專業技能達標訓練，保證學生掌握本科生必須具備的現代生物技術基礎實踐技能，顯著增強學生在食品生物技術與生物制藥技術兩個專業方向的專業技能，并具有一定的行業綜合技能，具有一定的實驗設計、產品研發能力，具有歸納、整理、分析實驗結果的能力以及撰寫論文、參與學術交流的能力，同時強化職業技能資格證書作用，將擁有相關職業資格證書算入學分，進入學生的生物技術能力評價的標準，鼓勵學生多參加相關職業技能證書的培訓和考證活動，提高學生適應社會需要的能力。
二、轉變觀念，積極探索能力培養的新模式
1.改變教育觀念，在教與學中促進學生能力培養。
教學改革的首要任務是教學形式的改進。要改進過去單純傳授知識、演繹知識的教學方式，在課堂教學中努力實踐、探索師生積極互動、共同發展的教學方式與學習方式的變革；研究教師在教學中的角色轉變；提倡啟發式、討論式等生動活潑的教學方法，創設寬松、民主、高效的課堂氛圍。探討培養學生自主學習、合作學習、探究性學習的策略；培養學生在新的教學理念下搜集與處理信息的能力，獲取新知識的能力，發現、分析、探索、解決問題的能力；交流與合作的能力等。尋求適合于、滿足于不同學生學習需要的，使每個學生都能得到充分發展的教育教學途徑，開發學生智力、培養學生創造思維和實際操作能力。其實關于能力培養，我們還必須對生物教學中的存在的大量技能、技巧性的知識加以挖掘與開發。上世紀50年代英國哲學家邁克爾•波蘭尼（MichaelPolanyi）研究人類知識的形式，提出人類知識有兩種：一種類型的知識是通常以書面文字、圖表和數學公式加以表述的；另一種知識是我們知道但難以言述的知識，包括那些非正式的、難以表達的技能、技巧、經驗和訣竅等。前者稱為顯性知識，后者稱為隱性知識。顯性知識是能夠被人類以一定符碼系統（最典型的是語言，也包括數學公式、各類圖表、盲文、手勢語、旗語等諸種符號形式）加以完整表述的知識。隱性知識和顯性知識相對，是指那種不能通過語言、文字、圖表或符號明確表述，很難進行明確表述與邏輯說明，它是人類非語言智力活動的成果。這是隱性知識最本質的特性。隱性知識是存在于個人頭腦中的，它的主要載體是個人，它不能通過正規的形式（例如，學校教育、大眾媒體等形式）進行傳遞，因為隱性知識的擁有者和使用者都很難清晰表達。但是隱性知識并不是不能傳遞的，只不過它的傳遞方式特殊一些，例如通過“師傳徒授”的方式進行（波蘭尼《個人知識》，貴州人民出版社2000年11月出版）。生物教學中的能力培養，實際上確實存在著大量的隱形知識，生物技術是多門操作性很強的學科（生物技術領域包括發酵工程、細胞工程、蛋白質與酶工程、基因工程），它所涉及的多種技術（如熒光定量PCR、蛋白雙向電泳和分子雜交等）都有非常詳細的步驟，有的操作只需30秒、幾分鐘不等，幾十個步驟下來有的要耗時一周左右，而且整個過程的操作對象都不是肉眼所能分辨的，只有到了最后一步或者通過染色、或者借助儀器（凝膠成像儀、放射自顯影等）才能得出結果。即使是同樣的操作流程，不一樣的操作者完全有可能得到不一樣的試驗結果甚至大相徑庭。從此方面來看，除了依靠課堂教學的知識傳遞以外，還需要更多的重復性、個體性的操作演練，這是我們長期教學實踐所忽視的一面。
2.改革教學評價機制，多形式提高學生的專業學習能力。
在高考指揮棒下，高校的教學評價也沿襲了用分數評價學生一切學習狀況的慣性與惰性，目前高校最主要的人才評價機制是分數標注的學業成績，其他評價機制只能淪為輔助作用。如何改進教學評價機制，對專業學習能力的提高具有重大意義。為科學評價教學質量，需要確定科學的評價方法和建立科學的評價體系。為此，在專業素質能力等少數知識性較強的課程中采用百分制的積分方式，而其他的技能與創新能力的課程則盡量采用其他的計分方式，如用國家職業技能證書（如營養師考核證書、食品檢驗師考核證書等技能證書）代替課程成績，頂替學分，用研究成果（如、研究成果、科研項目等）取代實驗課成績，盡量不用量化的分數評價學生的生物技能。即使在普通生物學知識的學習評價，也盡量注重對學生學習及研究過程和方法的引導，采取通過查閱有關資料或進行實驗才能完成且無統一答案的作業等形式進行評價。考試方法多樣化，如采取開卷或半開卷、文獻綜述、專題論文、案例分析等形式，評分標準則側重學生研究、解決問題的思路和方法，是否有獨立見解和創新，從而培養學生自我學習和自我發展的能力。
3.重視科研，著力培養學生綜合運用知識的創新能力。
PLC，全稱ProgrammableLogicController，可編程邏輯控制器，是一種以微處理器為核心的數字運算操作的電力系統裝置。它是專門為工業現場應用而設計的。采用一類可編程的存儲器，相關人員可以在該存儲器內部執行相應的邏輯運算、順序控制等操作指令，并通過數字式或模擬式的輸入、輸出接口，實現對各種類型設備的識別或生產過程的控制。PLC技術屬于計算機控制技術范疇，其工作原理主要有三個不同的階段，即輸入采樣階段、用戶程序執行階段和輸出刷新階段。在輸出采樣階段，PLC可以依次掃描所有輸入狀態和數據，并將其存入I/O映像區中的相應單元內，然后轉而執行用戶程序，控制輸出操作；在用戶程序執行階段，PLC可以按照從上到下、自左向右的順序，依次掃描用戶程序，并對掃描到的數據信息進行運算，根據運算結果控制邏輯線圈的狀態，以確定程序是否處于正常運行狀態；在輸出刷新階段，CPU會發出相應的指令，然后依據I/O映像區數據和相關狀態，結合電路封鎖功能驅動外部設備的運行，從而實現電氣自動化控制。
2PLC技術的優點
作為微機技術和傳統繼電接觸控制技術相互結合的產物，PLC技術克服了繼電接觸控制系統中機械觸點接線復雜、可靠性低、功耗高、靈活性差等缺點，充分利用了微處理器的優勢，具體包括以下優點。
2.1功能完善
當前，PLC產品的規模和型號非常豐富，可以滿足各種工業控制的需要，而且具有非常完善的邏輯處理和數據運算功能，被廣泛應用于各種數字控制領域。
2.2可靠性高
在PLC的生產過程中，采取了先進的內部抗干擾技術，極大地提高了系統的可靠性。同時，PLC具備相應的自我檢測能力，一旦發現硬件故障，可以及時發出警報信號，提醒相關人員處理故障，因此，PLC控制系統具備很高的可靠性。
2.3編程語言簡單
作為一種工控計算機，PLC的接口相對簡單，編程容易，其使用的梯形圖語言編程對工作人員的專業技能要求較低，不需要面對復雜的匯編語言，即使那些不熟悉計算機的人員也可以輕松上手。
2.4維護方便
在PLC技術中，以存儲邏輯代替了接線邏輯，極大地降低了裝置外部的接線數量，減少了系統的建設周期，同時，也在一定程度上降低了設計難度，以便于系統的維護和管理。不僅如此，PLC可以實現在線編程，轉變生產過程，被廣泛應用于多品種、小批量的工業生產控制中。
3PLC技術在電力工程中的應用
在電力工程中，PLC技術的應用主要表現在以下幾個方面。
3.1開關量控制
開關量控制包括以下兩方面的內容。
3.1.1斷路器控制
在傳統的電力自動化控制系統中，對斷路器的控制多是采用繼電器控制的方式，需要使用大量的電磁繼電器，存在許多觸點和聯接點，進而降低了系統的可靠性。而PLC技術的應用和普及，使得軟繼電器逐漸代替了繼電元件，極大地提高了控制系統的可靠性。在PLC控制系統中，操作人員只需要執行一些非常簡單的工作，比如分閘、合閘等，系統就會自動根據實際運行狀況，給出正確的操作信號。同時，在系統出現故障時，會自動跳閘，并發出相應的報警信號。而且，PLC控制系統不需要進行復雜的二次接線，可以有效地降低接線失誤率，大大減少維護檢修的工作量。
3.1.2備用電源自動投入裝置
備用電源自動投入裝置的主要功能是提高供電系統的可靠性，被廣泛應用于大型企業的供電系統中。在原有的備用電源投入系統中，多采用手動或自動供回電線路的方式供電，在投切過程中，會出現幾秒鐘的斷電時間，影響供電的連續性和可靠性。而應用PLC，可以實現對備用電源自動投入裝置的控制，可以根據系統的實際情況進行抗干擾，具有可靠性高、操作簡單、接線方便等優點。
3.2順序控制
在原有的電力工程中，控制系統一般都是采用繼電器控制，而隨著PLC技術的發展，高性能的PLC控制系統逐漸取代了繼電器控制。在實際應用中，PLC不僅能夠全面調節整個電力工程，也可以控制部分電路。同時，PLC控制器屬于遠方終端單元，可以利用遠程控制的方式控制變電站現場的RTU裝置，實現對各種開關狀態量的采集和處理，并通過相應的反饋環節獲得故障信息，以便及時處理和解決其中存在的問題和故障，以保證電力系統的安全、穩定運行。
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關鍵詞園林大樹；移植；管護；黑龍江墾區
隨著墾區經濟的發展以及墾區小城鎮建設水平的提高，大樹被越來越多地應用于廣場、公園、道路等各類綠化工程中，特別是重點工程，往往要在較短的時間內體現綠化、美化效果，這就需要種植一定數量的園林大樹。大樹移植既費工又費時，同時大樹的再生能力比幼樹、幼苗明顯減弱。因此，新植大樹的養護管理尤其重要，下面將大樹移植和管護技術總結如下。
1大樹移植技術
（1）挖坑。根據移植大樹規格確定坑的寬度與深度。一般來說，樹坑寬度是移植大樹胸徑的5~10倍，深度達100cm以上。挖坑時將表土和生土分放，把石塊及建筑垃圾撿出。
（2）截冠。除了一些云杉、樟子松等松科植物在大樹移植時不能截冠外，大多數園林大樹如糖槭、銀中楊、柳樹等，在移植前都可以截冠。首先對所移植的大樹進行重修，再根據綠化需要進行截冠，截冠時在頂部20~40cm之內選擇好骨架枝，留3~4個主枝進行“三定”，即定枝、定位、定向。每個主枝從主干分枝部始留30~40cm進行重截，多余枝全部從基部疏除，以平衡根冠比，提高移植成活率。
（3）消毒處理。對截冠的鋸口進行涂抹或包扎工作，可以用調和漆加少量的汽油調勻，對所有鋸口進行涂抹；也可用塑料袋在枝頂部鋸口包扎3~5cm，以減少水分蒸發，提高成活率。
（4）挖樹。挖掘大樹時要盡量保護根系。土球直徑不小于冠徑的1／4~1／3，依樹形而定，圓柱形宜小，圓錐形宜大，土球要用草繩包扎，做到根部土球不松不散。
（5）包干。用草繩、蒲包等材料嚴密包裹樹干和比較粗壯的分枝。經包干處理后，一是避免強光直射和干風吹襲，減少樹干、樹枝的水分蒸發；二是貯存一定量的水分，使樹干經常保持濕潤；三是調節枝干溫度，減少高溫和低溫對枝干的傷害，效果較好；四是減少大樹在運輸時對樹干所造成的損傷。
（6）運輸。大樹挖掘后，根據大樹直徑大小選擇運輸方式，如果不能人工裝運的，應采用機械裝運。在起吊、運輸過程中要盡量保護枝葉和土球，爭取當天起運，當天栽植。
（7）栽植前處理。栽樹前要對劈裂、折傷的根系進行修剪，直徑2cm以上的鋸口要整齊，以利愈合，然后用多菌靈對土壤或根部進行消毒，比較難生根的名貴樹種可用生根粉溶液噴灑或浸根，以促進根系早愈合、快生根。
（8）栽植。在已挖好的樹坑回填20cm的表土，將處理好的大樹放到樹坑中央，再將表土回填樹坑內，坑土離地面一半時，用腳踏實后再填，填土時使根系與土壤密結，但注意不要把土球弄松，以免傷到根系。
（9）灌水。大樹栽植后應立即整修樹盤或留好樹池，當天灌水，灌足灌透，水滲透后及時封土。
2移植后的管護技術
（1）支撐。樹大招風，大樹種植后應立即支撐固定，慎防傾倒。正三角樁最利于樹體穩定，支撐點以樹體高2／3處左右為好，并加墊保護層，以防傷皮。
（2）控水。新移植大樹，根系吸水功能減弱，對土壤水分需求量較少。因此，只要保持土壤適當濕潤即可。土壤含水量過大，反而影響土壤的透氣性能，抑制根系的呼吸，對發根不利，嚴重時會導致爛根死亡。一般來說，第1次淋水后，待10d左右開穴澆1次水，以后10~15d澆1次，但要根據天氣情況、土壤質地情況而定。
（3）噴水。大樹地上部分（特別是葉面）因蒸騰作用易失水，必須及時噴水保濕。噴水要求細而均勻，并且能噴及地上各個部位和周圍空間，為樹體提供濕潤的氣候環境。可采用高壓水槍噴霧，或根據樹冠大小安裝1個或若干個細孔噴頭在樹冠上方，進行噴霧，也可用“吊鹽水”的方法，即在樹枝上掛若干個裝滿清水的鹽水瓶，運用醫藥上吊鹽水的原理，讓瓶內的水慢慢滴在樹體上，并定期加水，既省工又節省投資。一般在抽枝發5~10片葉后，可停止噴水。
（4）遮蔭。大樹移植初期或高溫季節，要搭棚遮蔭，以降低棚內溫度，減少樹體的水分蒸發。搭棚時，要求遮蔭度達70％左右，讓樹體接受一定的散射光，以保證樹體光合作用，以后視樹木生長情況和季節變化，逐步去掉遮蔭物。
技工院校的班主任在進行相關的班級管理時，應該多考慮利用現代化的信息技術平臺，其中即時或者非即時網絡軟件平臺就是非常好的選擇。當前，各種類型的網絡社交平臺方興未艾，從早期的網絡BBS論壇，到個人博客，發展到現在的QQ、微博及微信等，很多學生都會使用上述一種乃至多種平臺進行社交活動。因此，班主任在對學生進行教育管理時，應盡可能地加入到他們的群體之中，多使用一些社交軟件平臺，在平臺上觀察學生的動態。例如，微信具備的朋友圈功能，學生會將有趣或者難過的事情分享到平臺上，教師則可以通過平臺及時地發現學生可能存在的心理隱患，從而進行早期的介入干預。班主任也可以鼓勵班級學生干部通過平臺進行信息，促進班級管理的透明化。特別是在班級管理過程中的量化考核、成績公布、事項通知、班級班費收支項等內容，可以通過組建班級QQ群、微信群等形式進行公布，讓學生暢所欲言，發表自己的看法，而且在出現誤會的時候，在線的溝通平臺可以較為及時地進行回應，更好地化解師生溝通危機，達到班級管理的良性發展。在班級的宣傳教育方面，可由班主任牽頭，班級的學生干部編輯相關的電子材料，對同學進行德育宣傳。還可以運用一些多媒體的材料，配合非即時的網絡通信平臺（如微博），以班級的團支部或者班委會名義進行，同時結合與學生的日常生活與文化語境相互接近的內容，可以讓學生更好地接受和傳播，達到德育和宣傳兩利的局面。
二、通過電子化辦公技術解決學生管理問題
班主任還可以運用現代信息技術中的電子化辦公軟件來解決學生的管理問題。
1.學生日常成績的匯總問題
過去，對于學生的成績匯總往往是通過簡單的相加之后，以期末成績的形式進行張榜公布。而現在電子化辦公軟件可以對表格數據以餅狀圖、柱狀圖或者曲線圖等呈現，這樣的一種呈現方式可以很好地體現出各成績區間的學生所占比例。對于教師而言，學生的各科目成績及綜合成績情況，都能夠更加直觀地體現出來。此外，通過電子統計軟件分析學生成績的正態分布，可以讓學生從散點圖中了解自己的成績在班級中屬于什么層次，從而鞭策其更加努力地提升自身的成績，力爭上游。翔實的圖表比枯燥的說教要更加直觀，特別是技工院校的學生往往會重視實踐操作的成績，忽視卷面理論成績，通過這種匯總方式則可以收到相對較好的效果。
2.學生日常生活資料的匯總問題
班主任還可以將相關的學生資料編輯成為電子表格并保存，特別是家校聯絡的通訊錄，以及通訊簡要的筆記等，這種記錄可以讓班主任掌握每一次和家長溝通時的主要內容，挖掘學生的優點，對學生的弱點能夠客觀看待，幫助學生逐漸成長。在其他班主任接班時，電子表格式的學生資料也能夠非常便利地進行傳遞，從而讓新接手的班主任能夠較快地掌握班級學生的基本情況，特別是家庭狀況、個人興趣愛好以及性格脾性等。詳細的電子化學生資料能夠讓班主任的工作事半功倍。
三、結束語
