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在电子技术应用专业的传统模式教学中,知识传授与技能训练之间存在着一定的间隔,没有能够将其紧密结合起来,导致学生知识与技能素质未能得到协调发展。为了培养高素质的实用型技术人才,在电子技术应用专业教学中,开展一体化技能训练是突破上述困境的有效途径,其立足于教学大纲,着眼于提升学生实践技能,紧扣行业岗位技能标准与技能鉴定标准,对教学内容进行分层分块整合,引导学生在学中做、做中学,提升综合能力。这一教学模式不仅体现了学生知识与能力的综合发展,而且与行业发展、人才需求结合更为紧密,有助于中职教育与社会发展的“无缝对接”。
2.一体化技能训练模式的设计理念
开展电子应用专业技能训练一体化模式的研究,首先要对本专业未来就业行业、领域的人才需求进行充分调研,了解电子技术应用专业岗位的任务、技能要求以及所需掌握的知识等方面状况,将其细分为电子整机装配、维修电工以及家电维修等不同的培养方向。其次要对教学内容进行整合,设置为基础知识和基本技能、专项技能以及综合技能等三个方面,每一个方面都设置相应的教学目标要求,编写教学计划与方案,组织开展教学训练活动。另外,还要对学生的知识点掌握以及技能训练要求等方面进行评估,对教学成效开展检验。
3.一体化技能训练模式的实施要点
在电子技术应用专业一体化技能训练模式的运用中,教师要注重理念创新与过程优化,紧扣实施要点开展教学工作,重点要抓住“四个三”。首先,教师在教学中要对电子技术应用专业的培养方向进行三个方面的细化,依据实际情况调整为电子整机装配、维修电工以及家电维修等三个不同侧重点的方向。其次,要对不同方向培养内容进行三个版块的划分,即:基础知识与基本技能版块、专项技能版块、综合技能版块。第三,要将一体化训练内容划分为三个不同的要求与层级,最基础的要求为掌握基本知识与基本技能,获得毕业的资格,第二个层面的要求为专业技能获得认可,取得专业技能证书,第三个层面的要求为培养专业岗位职业能力,获得职业资格证书。另外,教师在这一模式的运用中,要紧扣住“项目引导、任务驱动、互动反馈”这三个基本环节,这也是整个教学训练过程中最为重要的环节。项目引导是将技能训练的项目贯穿于整个教学活动的全过程,以项目训练为载体开展教学训练。任务驱动是指教学中依据项目要求,将知识点掌握以及技能训练的目标要求细化为一个个具体的任务,将这样的学习任务交给学生自己去完成,依靠自己的努力以及相互的合作去突破学习难点。互动反馈是指在整个教学训练过程中,教师指导学生自主完成学习目标任务,同时给予必要的指导与辅导,尤其是思维方式方面的点拨显得较为重要,并及时搜集学生在自主学习训练中的各类信息进行分析评估,从而增强教学活动的针对性与实效性。以“直流稳压电源的制作与调试”教学为例,笔者将教学训练项目设置为8个方面的学习任务:识读直流稳压电源电路的工作原理、选择元器件并对其性能进行测试、依照电路图装配电路、分析直流稳压电路的工作过程与原理、电路的测试、装配制作直流稳压电路板、测试调试电路板、制作电路板的实际应用。整个教学训练的难点要点也在这一组学习任务中有效体现出来,笔者在课堂上向学生揭示出来,要求学生进行独立思考与相互协作,以全面完成目标任务。学生在不同学习任务的项目训练中,依据自己的独立思考、想和合作,能够得到全方位的提高。在“识读直流稳压电源电路的工作原理”任务中,学生对电路图原理的分析能力能够得到培养;在“选择元器件并对其性能进行测试”任务中,学生对电子元器件的识别与检测能力得到了有效训练;在“依照电路图装配电路”任务中,学生的焊接技术及其电路安装工艺等方面得到了训练与培养;在“分析直流稳压电路的工作过程与原理”任务中,学生对电子电路图识读能力有了明显提高;在“电路的测试”任务中,学生能够提高电路检测与分析的能力,熟练掌握各类电子仪表的运用;在“测试调试电路板”的任务中,学生调试与排除电路故障能力以及综合处理能力得到了有效培养;在“制作电路板的实际应用”任务中,学生学以致用和改革创新的能力能够得到有效培养。
4.一体化技能训练模式的显著优势
1.1电力电子器件
电力电子器件主要是由一些半导体半控器件和全控器件组,主要有IGBT、BJT、MOSMOSFET、GTR等组成。成为了满足广大需求、适应复杂多变的恶劣自然天气、自然灾害,生产出质量高、性能好的电压和电流,要求电力电子器件具有可靠性高,抗干扰能力强,温度稳定性高并且有一定的电气隔离能力,能承受短暂的高电压强电流。电子器件所控制得智能电网应该有自愈性、安全性、交互性、经济性、优质高效、清洁环保市场化程度高。
1.2在风力发电与太阳能发电中的应用
太阳能发电系统由太阳能电池阵列、控制器、蓄电池、逆变器、用户即照明负载等组成。其中,太阳能电池组件和蓄电池为电源系统,控制器和逆变器为控制保护系统,负载为系统终端,在太阳能的利用上同样面临这类似的问题,光伏发电系统主要以电源方式并入电网,其输出系统的电力跟踪电网电压电流相位变化,同时调整输出电流幅值的大小,使光伏系统注入电网中的功率最大,为了弥补光伏发电系统在功率上的波动,还需要通过控制器对蓄电池的双向充放电,以保证向电网输送平稳的电压电流,和规定的相位,使电网得到纯净的高质量电力。
1.3超高压直流输电技术在智能电网的应用
超高压直流输电技术在远距离大容量输电、异步联网、海底电缆送电等方面具有优势,因而得到了广泛应用。而特高压直流输电更可以有效节省输电走廊,降低系统损耗,提高送电经济性,它为我国解决能源分布不均、优化资源配置提供了有效途径。截至2009年,我国已建成7个超高压直流输电工程和2个直流背靠背工程,直流输电线路总长度达7085km,输送容量近20GW,线路总长度和输送容量均居世界第一。预计到2020年,我国将建成“强交强直”的特高压混合电网和坚强的送、受端电网,预计直流工程达50项,其中规划建设30多个特高压工程,包括5个±1000kV的直流工程。
1.4SVC在智能电网的应用
SVC是一种比较典型的电力电子控制技术,在电网应用中发挥着重要作用,它具有许多作用,可以调节电力系统的电压从而保证其稳定,并通过控制无功潮流来增加系统输送点的能力,提供无功功率给直流换流器,提高电力系统的暂态稳定性和静态稳定性,还可以加强对电力系统低频振荡的阻尼。SVC技术是提高我国电力系统稳定性,解决电网输配电存在的不足之处的一个非常重要的技术,它具有优化潮流和无功补偿的功能,可以有效改善电网的电能质量,提高电网的稳定性、安全性和输电的能力、效率。
1.5在电力分配上的作用
电网应该能满足所有用户的要求,特别是国家电网应该不允许出现这样的缺陷,电网所面临的用户多种多样,包括了普通家庭,医院,工厂,城市照明等,当电力通过电网输送到用户的面前时,还需要电网根据不同客户的要求输出合适的频率、幅值、相位,在面临雷击、短路、及自然灾害的情况下应该任然能维持电网的平衡稳定,积极满足用户的需求。如今。城市用电迅速增长,原来的架空电网的供应已经不能满足用户的需求,在交流的长距离出送中,需要添加电力电子设备,对电网缺失进行补充,增加电力电子设备环节对供电系统起着越来越重要的的作用。
2.小结
钢铁冶炼系统中,节能技术的问题,主要表现在方法单一上。我国钢铁冶炼行业运营中,节能一直是社会关注的问题,虽然钢铁冶炼行业积极提倡节能,但是其在实际节能中,仍旧采用的是单一的节能技术,无法在根本上降低钢铁冶炼的能源消耗,很难提高钢铁冶炼生产的效率。钢铁冶炼系统中,如果要引入先进的节能途径,就要以冶炼系统的整体为主,需要消耗大量的资金,如果缺乏资金支持,钢铁冶炼系统的节能技术,就无法落实到位。钢铁冶炼行业,综合考虑到钢铁利用率、节能减排指标等,已经注意到成本投入在冶炼系统节能中的重要性,关键问题是,社会对钢铁的利用率,不能为钢铁冶炼行业带去足够的资金效益,进而阻碍了节能新技术的发展,增加了钢铁冶炼系统的节能压力。
2电气工程及其自动化中存在的问题
2.1能耗大。虽然电气工程自动化技术的出现为人类的发展进步做出了巨大贡献,但是我们不能因此就看不到其本身存在的弊端,其中,摆在当前最为棘手的问题就是对于能源的消耗过大。在电气工程自动的发展系统本身带有复杂性,被应用的范围逐步扩大,对于能源的需求量也与日俱增。电气自动化是以消耗电能为主,作为当下最为先进的技术之一,对其本身最为基础的要求就是要做到在运作过程中保证误差小,并且准确有效,所以,就需要大批量的电气设备共同运作,如此,对于电能的消耗可谓是不计其数,与我们国家提出的走绿色节能的可持续发展道路存在差距。2.2质量水平较低。就现阶段的发展而言,电气工程自动化技术已经得到的飞速的提升,但纵观整体发展情况而言,其质量水平还处在发展低端。尤其是最近几年,人们对于生活追求的品质不断攀升,相应地也加大了对电气自动化水平的要求,但是我国对这一领域研究的时间还不是很长,对于相应的管理流程和先进的发展模式还不能很好的予以把控,特别是在自动化工厂的生产环节,相关人员只关心结果而忽略过程中的质量问题。但是,众所周知的是,如果电气的生产质量得不到有效的保证,就会发生一系列的用电事故,严重的会造成爆炸、火灾等重大安全事故出现,需要引起人们的深思。2.3集成化程度低。 顾名思义,集成化的主要运作原理就是把所有需要的东西做还集合工作,上文已经提到过,虽然电气工程自动化近年来的发展势头迅猛,但由于起步过晚, 虽然在努力的向集成化方面靠拢,确切的来说,现在还处于自动化阶段,技术水平发展有限,集成化技术还不成熟,各个体系和功能之间还无法做到有效的集成连接。所以,还达不到及时实现资源的有效共享,在一定程度上影响了电气自动化功能的发挥,使电气自动化工程技术滞后。
3对电气自动化工程中节能设计技术
3.1减少线路传输产生的耗损。由于无法对线路上的电流做出改变,所以也只能通过减少电阻来有效降低电能在传输中产生的耗损。所以,可以从这几方面做起,减少导线电阻:(1)使用功率较小导线;(2)使用相对较短的导线。这样做可以避免在布线过程中少走弯路,减少人员的工作量,有效减少电能耗损,同时在安装变压器时候与负荷中心保持较短的距离,也是减少供电的距离;(3)使用截面积大较大的导线,如果条件允许,可以选用较大截面积的导线,有效减少电阻产生的耗损。3.2无功补偿。电力系统在运行的过程中,配电设备中的无功功率占有较大的容量,所以存在较为严重的电能耗损的情况,不仅影响到电压,还对整个电能的质量造成不良的影响。对使用者来说,无功功率主要表现在功率低,尤其是当功率过低的时候,用户需要向相关部门缴纳一定的罚款,因此如果说能够使用合适的无功补偿设备,就可以保证功率的平衡,有效提高供电质量。工作人员在操作中要尽量减少对电能不必要的耗损,从而确保电气工程的安全运行。如果导线受到电阻的影响,那么由电机产生的电能就不能被变压器更好的吸收,同时没被吸收的那些电能在电流传输的过程中会被释放出来。同时由于无功功率产生了一定的作用,因此可以让电容器和无功功率进行抵消。利用电气相关设备在进行无功补偿时候,有几处要格外注意:(1)利用电容器在进行无功补偿的时候,一定要根据电压容量,电压负荷,自然功率,目标功率等参数来确定电容器的容量,同时如果在无功补偿的环节中发现产生了谐波,需要通过串联定量电抗器来消除谐波;(2)以参数的物理量来确定无功的电流,功率的参数,从而有效避免投切振荡现象。
4结束语
综上所述,电气自动化对于节能设计的要求是为了响应绿色生产的理念,也是为了响应可持续发展的需求,同时也是时展的必然趋势。虽然我国现阶段在电气自动化的节能设计中取得了显著的进步,但是随着社会的发展,电气自动化节能技术仍然需要进行不断完善和发展,不断优化配电设计,在科学利用电力资源的同时,还需要不断提高电力系统的运行效率,并最终达到节能的目的。
作者:吴尚坤 单位:山东钢铁集团日照有限公司
参考文献
[1]陆伟.电气自动化的节能设计技术研究[J].中国高新技术企业,2015(07).
资源能源危机已成为当今人类面临的主要问题之一,加之我国是发展中国家,粗放型的经济增长模式一定程度上加重了我国的资源能源危机,进而出现了环境公害事件和温室效应等,形成了对资源的浪费和对环境的污染,想要有效减轻资源等的短缺对我国社会发展造成的严重影响,应当不断改善粗放型的经济增长方式,在生产生活活动中实施有效的节能减排对策,通过一系列的措施减少对资源的浪费,并通过对有限资源的合理高效利用来实现经济的发展与繁荣。我国工业用电占全国用电量的65%~70%,但是运行效率低,比先进国家低20%~30%,如何在其生产发展中推广和引用电气自动化节能设计,实现工业生产与自然资源的和谐发展,已成为了新时期人们关注的焦点,电气自动化节能设计已成为节能降耗的主力军。
2企业设备自动化节能设计
2.1电机运行中的节能设计
电机拖拽系统是电气系统一个较大的电能消耗单元,运行方案的不合理及综合维护不到位等,都会致使其运行低效,造成大量的电能浪费。大量的发热降低电机系统综合使用寿命,基于此,在进行电机运行的节能设计时应当采用高效可靠、节能经济的电气控制方案。
(1)对于运行工况偏离高效区的功率大、运行时间较长的用电系统利用变频调速控制方式改变传统的继电器控制方式,进而进行动态调节电源输入端电源频率,利用对电机转速的调控让整个电机拖拽系统的输出与输入达到平衡状态,实现节能降耗。
(2)交流电机串级调速实现电机无级平滑调速,低速时机械特性比较硬,特别是晶闸管低同步串级调速系统。以上调速系统一方面使系统参数便于调整,另一方面接近于理想过渡,调整性能好,动态响应快,起动时间短,系统抗干扰能力强,节能效果也很理想,应当推广应用。
(3)为达到电机的最佳运转工况,可改变电机的动容量,通过构筑合理群控呼梯节能控制系统,对电机进行合理的调度分配管理,降低其系统能耗,达到节能降耗的目的。
2.2水泵、风机的节能设计
(1)在满足工艺情况下,尽量降低扬程和流量。
(2)使用高效调速装置,如变频器、串级调速、液力耦合器、内反馈调速器、电磁滑差调速器。
(3)降低电机的富裕容量,提高电机运行效率,减少无功损耗。
(4)改造管路,减少阻力扬程损失,减少水泵、风机的总扬程和压力。
(5)根据用户的实际使用情况,对原有风机进行改造,改变风机的气动性能,使风机在高效区工作。
2.3配电线路的节能设计
在工业厂区的建设方面,配电线路承载着为设备输送电力重担,用电系统不仅存在因集肤效应而产生的线损,还存在功率因素低下、谐波干扰电能质量等问题。根据电力系统构架和其他特点,充分考虑对现场实际情况实施谐波治理改造,安装节电器、省电霸,对电源优化处理,同时优化用电系统。为了降低线路传输中的电能损耗,减小导线的电阻值极为重要,应当从以下几个方面来进行:
(1)导线材质的选用方面,应当选电阻率非常小的材料,这样有利于线路传输中的电能损耗的降低。
(2)缩短导线的长度,特别是在布线的时候尽量减少弯路。
(3)减小负荷中心与变压器的距离,进而缩短供电距离。
(4)选用一些横截面积比较大的导线,增加导线的横截面积,使得线路传输过程中的电能损耗通过降低导线的电阻值而得到有效减少,完成节约电能的目标。
2.4空调节能设计
空气湿度是造成被控参数变化的主要原因,加之风的大小会改变空气湿度,在进行空调节能设计方面,可设计为变风控制系统,这样可改变风量的大小,却不会改变风的温度。运用时,根据室内人数的变化而变化逆风的转速,使得送入房间的风量不会出现太大的波动,始终控制在参数之内。另外,在变风量的末端采用风机代替风阀的形式,使得风量的需求可及时反馈给风机,实现风转速的调节控制,在不同需求下,根据传感器监控的得出的参数指标,进行风转速的改变,这样就不会出现系统的过载现象,也在一定程度上减少了维护的费用。
2.5照明设施的节能设计
厂区照明设施的设计方面,应重点考虑到工业生产对光照的需求,如进行光源强度的合理设置,避免工业厂区因太追求照明条件而造成的能源浪费情况。在设计时的灯具选择方面,首先应保证灯具的配光曲线在深、广照方面趋于平衡,使其发挥最佳的照明效果,促进节能;此外,应采用LED灯替代老式的照明装置,LED灯是依靠半导体发光器件将电能直接转化为光能的,剔除了一些中间转化环节,减少了电能损耗,还具有发光的亮度高这一特点,且克服了传统的老式灯具频繁闪烁的问题,达到了节能减排的目的。
2.6弱电系统的节能设计
1.1亮度稳定的调光台灯电路
本调光台灯电路不仅可使亮度可调,而且调整后的亮度不会因电网电压的波动而变化。电路如图1所示。
电路原理如下。
(1)调光由R2、KP1和C1组成的阻容移相网络决定晶闸管VT的导通角,当C1两端电压经R2、KP1充电上升到双向触发管的导通电压时,双向晶闸管VT被触发导通;当交流电流过零时,VT自行关断。调节KP1可改变C1的充电时间,从而改变VT在交流电正、负半周的导通角,以便得到需要的亮度。(2)稳定调光。R3、KP2及光敏电阻RG串联后和C1并联,在R3、KP2固定的情形下,分流的大小由光敏电阻RG的阻值决定。当电网电压上升时,灯光亮度增加,RG受到的照度增大,阻值减小,分流增大,C1两端电压上升变慢,VT导通角变小,灯光亮度下降;反之亦然。这样就自动地将输出电压稳定在需要数值,保证了灯光亮度不变。
1.2键控调光台灯电路
本键控调光台灯电路利用两个轻触式按键来调光,当轻触其中一个按键时,光线将由强变弱,轻触另一个按键时,光线又会由弱变强,从而满足用户对光线的要求。电路如图2所示。
电路原理如下
VD1、VD2、C3、C2组成电容降压式直流电源,MOS场效应管V、电容C1等组成双向晶闸管VT的触发电路。VW1、VW2为保护二极管,防止场效应管栅极被击穿。当按下AN1时,C1经R2放电,V的栅极电位下降,漏极电流减小,VT的导通角变小,HL光线变暗;当AN1、AN2都松开时,由于场效应管的栅源电阻很大,C1两端的电压将基本不变,所以VT的导通角也将不变,光线稳定下来。
1.3光照控制自动调光台灯电路
本自动调光台灯能根据周围环境照度强弱自动调整台灯发光量。环境照度弱,发光亮度大,环境照度强,发光亮度就暗。电路如图3所示。
电路原理如下。
当开关S拨向“2”位时,它是一个普通调光台灯。KP、C和氖泡Ne组成张弛振荡器,用来产生移相脉冲触发晶闸管VT。一般氖泡辉光导通电压为60-80V,当C充电到辉光电压时,Ne导通,VT被触发导通,达到调光的目的。调节KP能改变C的充电速度、从而改变VT的导通角,达到调光目的、R2、R3构成分压器通过VD5也向C充电,改变R2、R3分压比也能改变VT的导通角,使灯泡HL的亮度发生变化。当S拨向“1”位时,光敏电阻RG取代R3,当周围光线较弱时,RG呈现高电阻,电阻分压器在RG上的分压值变高,电容C充电速率加快,振荡频率变高,VT导通角变大,HL两端电压升高,亮度增大;当周围光线增强时,RG电阻变小,与上述相反,HL两端电压变低,亮度减小,从而实现自动调光的目的。2、调光、充电、应急台灯电路的整体设计本电路具有调光、充电和应急照明三种功能。平时电网供电时,可进行调光并对电池充电;电网停电时会自动点亮应急灯。电路如图4所示。
电路原理如下:
(1)调光。
接通开关S,电网供电时,交流电压经电容C1降压限流,再经VD1-VD4全桥整流后提供直流电压使继电器J1励磁吸合,其常开触点J1-1断开切断灯炮HL1的电流,HL1不会点亮;常闭触点J1-3断开,常开触点J1-2闭合,灯泡HL2点亮。同时,电网电压经VD7-VD10全桥整流、R1降压限流后给调光控制电路供电,调光控制电路中,三极管V1、V2和R4、KP,C等构成张弛震荡器,其输出信号从V2的发射极取出作为晶闸管VT的移相触发脉冲。调整KP即可改变张弛震荡器的震荡频率,从而改变VT的导通角,也就改变了HL2的亮度,实现了调光功能。
(2)充电。
在HL2点亮的同时,电路对电池E充电、在电网电压正半周时,VD5导通,VD6截止,E获得充电电流;在电网电压负半周时,VD5截止,VD6导通,电路停止对E充电。即E以脉动电流充电,且充电电流通过HL2,故调整HL2的亮度就可以改变充电电流的大小。
(3)应急。
在电网突然停止供电时,继电器J1因失电而释放,其常开触点J1-2断开,切断调光及HL2电路,常闭触点J1-1、J1-3闭合,电池E给HL1供电,实现应急照明。
3结束语
本文设计出了调光、充电、应急台灯,从而解决了停电情况下光的危机,同时,本设计的思想可以应用到空调、洗衣机、电视机、电脑等其它产品的电子电路设计中去,具有重要的意义和广阔的前景。
参考文献
[1]深精虎.电路设计与制版——Protel99入门与提高[M].北京:人民邮电出版社,1991.
[2]童诗白.模拟电子技术基础[M].北京:高等教育出版社,1988.