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一、中職《電工電子技術及應用》教學現狀
1、中職生機電專業學生的現狀及特點:
該專業學生中90%以上為男生,文化基礎薄弱、自控能力差、注意力易分散、難以長時間專心聽課;但他們精力旺盛,偏好動手探作,有尋求刺激、冒險的心理因素,喜歡表現。
2、電子專業“五步問題教學法”是切合中職學生學情的有效教學法。
中職《電工電子技術及應用》傳統教學為:教師多教少問,學生多“接受”少思考,單一的“滿堂灌”和“注入式”的教學法,將學生視作知識的容器,忽視學生的主觀能動性,課堂教學必然缺乏交流、共鳴。
二、中職《電工電子技術及應用》“五步問題教學法”的實踐操作
(一)中職《電工電子技術及應用》“五步問題教學法”含義解讀
中職《電工電子技術及應用》問題教學法,通過創設一種活動情景,優化課堂教學,把學生引導到提出問題、分析問題及解決問題的活動中來,讓學生在解決問題的過程中,感知知識、領會知識、掌握知識,最終達到獲取知識,培養操作技能,發展他們實際動手能力的目的。
(二)中職《電工電子技術及應用》“五步問題教學法”實施策略
第一步:營造 “易起反應”的問題“場”,激發學趣。
托蘭斯認為:教學的核心目的就在于創造一種“易起反應的環境”。改變沉悶課堂教學環境,喚起學生學習興趣的最好方法是營造一種氛圍,一個能促使中職學生思維從沉睡中喚醒的刺激,那么,如何營造呢?
1、接軌現實,創設情境,引發問題。
(1)創設“日常生活用電”問題情境,刺激學生解決問題的需求。
問題情景的設置,應是學生的知識基礎思維水平可以達到的,而學生不作努力不能解決的。在教學活動中,教師根據學生實際的知識水平、思維的進程精心設計提問,提問要有啟發性,避免“是什么”,多用“怎么辦”、“為什么”等形式的發散性提問。
(2)例舉電工電子裝接失敗案例,鼓勵分析與探究。
在電工電子裝接實習中經常出現裝接失敗案例,例安裝串聯型穩壓直流電源線路板時,出現三極管發熱甚至燒毀。與他們一起討論問題,鼓勵學生對問題進行分析與探究。
2、鼓勵學生質疑求證
質疑是學習活動中思維的動力,也是學生學會創新的開端。因此,作為教師,一要鼓勵學生質疑,使學生敢于質疑;二要正確引導,使學生善于質疑;三要因勢利導,使學生積極求證。
第二步:個體應急性行動學習,設計個人問題解決方案。
1、 討論設計解決方案
在學習《基爾霍夫第一定律》時,可在復習混聯電路的知識后引入復雜電路的概念,隨后提出下列問題:什么是節點和廣義的節點?回路和網孔有什么區別?用自己的話表述基爾霍夫第一定律并舉例說明。
2、 提出質疑
鼓勵學生質疑問題,養成多層面思考、多角度思考,培養學生的問題意識。例如電磁感應這一節里,有很多是學生剛剛接觸到的電磁事物和現象,要敢于讓學生大膽地提出問題,并且鼓勵他們去探索和解決問題,比如有很多學生提出如果在電感線圈與燈泡并聯的電路中切斷電源的瞬間,那結果會怎樣?這樣學生在看待新問題時就不會盲目、簡單地去解決。
第三步:交流合作,最優方案或方案集群。
1、 交流個人解決方案
學生經過個體應急性行動學習,逐漸形成了個人對于思考項目的解決方案,此時,教師可以指導學生組成4人小組,在小組內描述自己的方案,小組成員給予評價;其次,將自己在個體學習中遇到的困惑與問題在小組內進行探討。另一方面,教師可以對小組的方案進行評價與指導,再留下一定的時間讓學生討論評價。
2、形成小組最優方案或方案集群。
當問題基本解決時,教師要結合學生回答問題的情況,及時歸納或小結,指出正確的答案。談話中要把分散的個別的知識加以歸納,使學生的知識系統化、科學化。要注意糾正學生一些不正確或易錯的認識,以加深對問題的認識和了解。教師要幫助梳理,使學生不僅要總結知識,還要總結學習方法,從而形成小組最優方案或方案集群。
第四步:評價點拔,拓展問題時空。
1、精講點拔 啟發探究
中職學生的自主學習能力相對較弱,教師在教學過程中,主要著眼于引,教師要根據學習目標適時適度地引導點撥,做到引導得法,點撥有方,抓住實質和關鍵,重點講實、難點講透、疑點講清。
2、評價激勵,體驗成功。
思維能力的培養始于問題意識,教師根據知識的內在聯系,提出一系列的問題,在探究問題的過程中獲得思維的訓練。經常與學生就一些問題進行爭辯,引發學生對問題認真細致的思考,培養其思維的敏捷性,還可以通過學生之間的爭論,加之教師的點撥,以引起學生的自我反省,發展學生的批判性思維。
第五步:實踐操作,形成職業技能。
1、 運用電工知識,開展實驗。
在《電工電子技術及應用》課的學習中,往往會有一些實際問題需要學生去解決,如要求設計提高功率因數的電路,學生已通過了“安裝日光燈電路”等控制線路的學習,對解決本課題中的實際問題有一定的基礎,引導他們通過自已所學的知識去發揮想象,去解決實際問題,同時他們所設計的線路可以通過模擬實習來裝接,來檢測所設計線路是否正確,是否具有實用價值等。
2、 興趣活動,強化職業技能。
在電工課外興趣小組的活動中,一是要進行理性的輔導。二是要進行實際操作。
教學案列:
利用伏安法測電阻。請大家畫出電路圖,選擇需要的儀器。
(學生兩人一組開始畫圖,選擇儀器。教師巡視指導。)
學生1:老師,測量值與電阻的實際值有誤差(很多同學附和)(發現問題)。
教師:會不會是測量方法不當(老師回避問題,但同時指給學生一條路。)
學生1:我用另一種方法測量還是有誤差,但這一次更接近電阻的實際值。
教師:你是用內接法測量更接近電阻的實際值,還是用外接法測量更接近電阻的實際值?
學生1:內接法。
學生2:我們是用外接法測量更接近電阻的實際值。
學生3:我們用內接法和外接法測量與實際值的誤差差不多。
教師:哪你們的被測電阻的實際值各是多少呢?
學生1:我們的被測電阻是2kΩ。
學生2:我們的被測電阻是10Ω。
學生3:我們的被測電阻是150Ω。
教師:很好,大家的測量結果都是正確的。但是,為什么不同的電阻用不同的接法會減小誤差?請大家先用學過的知識分析原因,然后用實驗驗證。
(學生分組討論、實驗,氣氛熱烈。)
三、中職《電工電子技術及應用》“五步問題教學法”實施的效果
1、激發了學生的學習興趣
中職《電工電子技術及應用》問題教學法的實施,注重從學生的專業實際出發,貼近生活,與豐富多彩的現實生活結合起來,喚起了學生的主體意識,培養了學生的問題意識,使學生在學習過程中由無疑而生疑,由有疑而思疑,由思疑而釋疑,由釋疑而心怡,從而逐漸養成思考問題的習慣和形成解決問題的方法。
關鍵詞:電子電工技術;電力系統;應用
中圖分類號:G712 文獻標識碼:B 文章編號:1002-7661(2015)16-029-01
電子電工技術是在傳統電工技術基礎上更新發展的一個新興門類,它是以計算機技術的發展和普及為前提的。電子電工技術可以說是電工技術與電子技術多維度結合,其在電力系統中的建設發展當中起著非常重要的作用。本文就此對電子電工技術在電力系統中的應用進行探討闡述。
一、電子電工技術的特點
隨著電子科技的快速發展,電子器件的研發、創新和使用有效提升了傳統的電工技術,使其從傳統技術階段步入電子電工技術階段。目前的電子電工技術主要具有如下幾個特點:
1、電子電工技術的集成化特點
電子電工技術的集成化,指的是全控型器件依靠多種單元器件的并聯,全部集成到一個基片上,這與傳統器件有著完全不同的分立方式。
2、電子電工技術的高頻化特點
高頻化,指的是電子器件在實現集成化的同時提升工作效率。就以電力晶體管(GTR)來說其可以在十千赫茲頻率以下工作,而絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)則可以在數十千赫茲以上工作,金氧半場效晶體管(MOSFET)則比這兩種的工作速度更快,其頻率最高可達幾百千赫茲。
3、電子電工技術的全控化特點
電子電工技術的全控化特點表現在電力系統的應中當中為各種有自關斷功能的器件用來取代半控型的普通晶閘管,這可以說是電子器件功能上的重大改革提升。電子器件的全控化特點,使電力系統應中的自關斷器件取代了有著復雜換相電路的普通元件,其有效簡化了電路的設計。
4、電子電工技術的高效率特點
電子電工技術的高效率化,主要表在變換技術以及器件兩個方面。通過持續減少器件的導通壓降,從而使導通損耗得以降低;提升器件開關的升降過程,與此同時還能減少開關損耗;而且軟開關技術的應用,大力促進了其運行效率的提升。
二、電子電工技術的作用
電子電工技術較之傳統電工技術,其既具有傳統電工技術的模式優點,同時又在傳統技術的基礎上做了一些技術調整和革新。因此,其在電力系統的應用當中,起著舉足輕重的作用,具體表現如下:
1、電子電工技術的應用可以優化電能.在保障電力系統安全平穩運行的同時,其可以有效整合和優化配置電能資源,在力提升電能,并可以日益應用于電力系統的各個環節部位。
2、電子電工技術的應用可有效實現機電一體化.隨著高端電子科技的發展和新型產業對電子技術的研發應用,通過對傳統產業進行全面的電子電工技術的處理和改造加工,在保障電力系統在計算機互聯網絡下的穩定和運行安全的同時,實現了其在新型機電一體化產業上的發展。
3、電子電工技術的應用可以促進電子技術智能化.電子電工技術的應用可以促進電子電工技術更趨自動化、智能化,其可以有效促進信息和功率的協調運行,由此更加促進電子電工技術和微電子技術的一體化,有效推動電力系統的再次改革更新。
4、電子電工技術的應用可以指出系統工頻的發展方向
在電子電工技術的背景下,要想使機電設備既向精巧化又想提升系統的響應效率,則需要改變傳統模式,并在其基礎之上加強系統變頻化與高頻化的技術提升,以有效保障提高電力系統的正常有序運行。
三、電子電工技術在電力系統中的應用
電子電工技術目前已經普遍應用于電力系統當,主要表現在如下幾個方面:
1、電子電工技術應用于發電環節當中
電子電工技術應用于在發電環節,可以有效推動和改善發電系統的發電機組功效。
第一,靜止勵磁。靜止勵磁目前已經普遍運用在大型電力系統的發電機組當中。這種技術的應用有效替代并促進提升了電力系統發電機組的運行能效。第二,變速恒頻勵磁。水力發電系統當中,水有流量和水壓的大小可以制約并影響發電的效率,而在風力發電當中,風的速度同樣可以影響發電量的多寡。因此,在電子電工技術應用于電力系統之后,可以使機組的自轉速度與電流的頻率達到協調一致,從而可以達到最大功效。第三,機泵的變頻調速。在電力系統中的高壓電和低壓電相互轉換時,應用變頻機來取代風機水泵變頻器,從而使效率最大最優,所以電子電工技術還有待于強化這方面的應用。第四,太陽能系統。太陽能是當下具為清潔環保的能源,共應用意義非凡。而在太陽能發電的應用當中,大功率電流轉換器則是其運行的技術核心。
2、電子電工技術應用于輸電環節當中
當下時期,電子電工技術已經應用在輸電環節的高壓直流電、柔流電輸電技術和靜止無功補償器的應用當中。從而可以節約電力系統運行成本,使電流在輸送過程中更加穩定安全,更加快速精準的控制電器。
3電子電工技術應用于配電環節和節能環節
電子電工技術應用于配電和節能環節,可以有效控制電能質量,可以在電壓、頻率、諧波及非對稱條件上都達到更高的標準。另外,其可以提升電動機運轉速度,以調速控制代替傳統擋風設備,提高效率,節約能源,達到節能的效果。
四、結語
總而言之,電子電工技術在電力系統的應用發展當中有著至關重要的作用,是電力系統改革發展的方向。因此,我們要積極推行其在電力系統的應用,加大研究和實踐應用,推進提升電子電了技術水平,保障電力系統的穩定高效發展。
參考文獻:
[1] 邱 俊.電子電工技術在電力系統的應用與探究[J]科技傳播,2013(12).
關鍵詞:電子技術;電氣工程;應用淺析;優勢;技術應用;變電站;發電廠;配電系統
一、前言
近幾年來,科學技術的應用使我國的經濟水平得到了快速的發展,其中最為廣泛應用的就是電子技術,電子技術的應用在各行各業中得到了高度的認可,電子技術在電氣工程被廣泛的應用。為了更好的滿足社會快速發展的需求,電氣工程必須不斷的進行完善和進行電子技術的創新,只有這樣才能運用更加先進的科學電子技術來發展電氣工程,為社會和人們提供更大的便利,同時促進電氣工程的不斷發展。
二、電子技術的含義和發展
社會不斷的發展使電子技術不斷的創新和完善,同時也更加的科學先進。科學先進的技術可以解決實際生活中遇到的難題,可以分為信息電子技術和電力電子技術兩大類。電子技術在電氣工程的應用可以讓電氣工程可以正常的運行,即帶動了我國電氣工程的快速發展,又擴大了電子技術的應用,提高了電氣工程的工作效率及最大化的利益。同時,因為電子技術的使用性比較強,都得到了很好的運用。例如,醫療、教育、航天、軍事等領域都有電子技術的運用。電子技術因為其科學、高效、易操作的特點給工作人員帶來了很大的方便。而且,電子技術是電氣工程中一個重要的組成分支,隨著電子技術廣泛的應用,就需要更加不斷的創新電子技術,才可以為社會提供更大的服務。此外,隨著我國經濟的發展逐步的走向了國際化,更要適應發展的需求,更要把電子技術與企業的發展相結合,不斷的完善和創新企業的技術,通過科學的、先進的電子技術來提高企業的社會競爭力及利益,把電子技術的優勢發揮最大化,幫助企業完成經濟化、國際化的快速發展。
三、電子技術的優勢
1.操作簡單,給工作人員提供便利
近幾年來,電力在人們日常生活應用及社會需求越來越大,而在以前,電力系統的應用存在著許多的不足之處,為了保證電力系統能更好的運行,就需要提高技術應用的管理,用科學先進的電子技術來推動電力企業的快速發展。電子技術的應用在電氣工程中起到了非常重要的地位,電子技術不但可以提高電力系統的工作效率,而且因為電子技術的操作比較簡單易懂,所以在提高工作效率的同時給工作人員帶來了很大的便利,推動了電氣工程持續的發展。
2.構造更科學,性能更好
和傳統的電氣工程技術相比較,電子技術更加多完善、結構更加的科學、性能更加好,得到了更多領域應用的認可。電子技術在電氣工程中也被更廣泛的應用。要想加快我國電氣事業的快速發展,就需要不斷適應時代變化的步伐,根據社會發展的需求對電氣工程進行不斷的創新及完善電子技術的應用。只有這樣才可以做到適應社會的需求,跟上發展的步伐,完善和創新電子技術,帶動電力事業的快速發展。傳統的電氣技術因為結構不科學,性能不太好,所以無法滿足電氣工程發展的需求,故應該重視技術的創新和完善,以幫助電氣工程夠順利的運行,從而促進電氣工程的快速和持續的發展。
3.增強了電子技術適應能力
現在的電子計數系統比傳統的電氣技術適用能力更強,操作起來也更加簡單。傳統的電氣技術不但操作比較復雜,而且適用性也比較低,所以給工作人員帶來了多大的困擾。而電子技術的系統適用性很高,所以不但減輕了工作人員的工作困擾,而且還大大提高了工作效率,推動了近期的發展。故電子技術更好滿足電氣工程發展的需求。電氣工程總體水平的提升,保證了電氣工程系統的正常運行。
四、電子技術在電氣工程中的實際應用
1.變電站的電子技術應用
電子技術在變電站得到了更好的運用,電子技術幫助變電站有效地提高了工作效率,大量代替人員的操作,減少工作人員的工作量及失誤,有效的提高工作質量。變電站的工作人員利用電子技術可以更好對變電站進行監管,及時發現工作中存在的隱患,并進行解決,降低了事故的發生,確保了變電站安全運行。
2.發電廠的電子技術應用
電子技術可以對發電廠進行更加全面的系統監控,幫助發電廠的工作可以順利進行。因為電子技術可以形成更加完善的網絡系統,對電子廠進行系統的監測,幫助工作人員減少了操作,提供了更大的便利,從而有效的提升了電氣工程的工作效率。工作人員可以通過監控系統及時的發現存在的隱患,并進行排除,避免事故的發生。電子技術的運用既保證了發電廠能夠正常運行,又給供電工作提供了安全保障。
3.配電系統的電子技術應用
雖然電子技術的應用還沒有普及到配電系統中去,但是隨著電子技術的不斷發展,將來必定會廣泛的應用到配電系統中去。配電系統中應用最多的電子技術就是,電子技術對配電系統進行全面的監控和管理。這一應用不但可以減少工作人員操作帶來的失誤,還可以讓配電系統的工作更加穩定,從而提高配電工作的質量和效率。電子技術越智能、越先進就可以更穩定的使配電系統正常運行,隨著社會不斷的發展及人們生活水平不斷的提高,配電工作的安穩運行給社會的發展和人們的生活水平發下良好的基礎。所以,配電系統要運用更加先進和智能的電子技術,來實配電系統的高效化、智能化、人性化的工作需求。
五、結語
電氣工程的發展離不開電子技術,電子技術的應用為電氣系統的正常的運行打下良好的基礎,能夠幫助電氣工程有效地提高工作質量和效率,促進電氣工程可以更好的發展。電氣系統可以利用電子技術的優勢,不斷的進行創新和完善電子技術,實現最大的智能化和人性化的電氣系統。
參考文獻:
[1]武芳軍,工業電氣自動化的重要性和發展趨勢[J].中小企業管理與科技(上旬刊),2011(.04).
[2]徐景龍,分析電氣的自動化在電氣工作上的融合運用[J].黑龍江科技信息,2012(33).
關鍵詞:電工電子技術;無功補償;自動化控制
1無功補償裝置、原理及作用概述
1.1無功補償裝置
眾所周知,我國很多電網運行都需電力系統供應充足的電力負荷,在整個供應過程中,會給電力設備造成較大的感性負荷,進而影響整個電力系統的穩定性。為了確保整個電力系統的安全性、穩定性及有效性,這就需要安裝無功補償裝置,用來吸收多余的無功功率,降低設備的能源消耗和磨損率,維持電力系統的穩定性。因此,無功補償裝置在電力系統中的應用越來越廣泛。
1.2無功補償裝置的原理及作用
首先,無功補償裝置的原理。電力設備在使用過程中,由于型號、用電方式等不同,其功率也會存在差異。如白熾燈、熱水器等常用的電力設備,由于它們在使用過程中電壓和電流相同相位,有功功率的獲得便是電壓與電流二者的乘積。在電力系統運行過程中,這些設備往往需要電力系統建立一個與之對應的磁場,致使能量消耗無法轉化成有功功率,而成為無功功率。一般情況下,電力系統變配電設備的選擇依據是由視在功率決定的。視在功率分為有功功率和無功功率,其中,無功功率在電力傳輸過程中產生的負荷會直接影響電網的正常的運行,其不僅會增加運行負荷,也會使電網的整體損耗更嚴重,影響整個電力系統的穩定性。而解決這一問題的有效措施就是對輸電系統進行補償,進而從整體上維持電力系統的穩定性和有效性。通常情況下,在高壓設備的電網系統中都會安裝無功補償裝置。其次,無功補償裝置的作用。
2電工電子技術的應用現狀分析
一般而言,針對超遠距離和超大容量的電能傳輸都會選擇高壓直流輸電技術,高壓直流輸電技術相較于交流傳輸電能而言是一種非常經濟的輸電方式,具有造價低、損耗少的優勢。而電子電工技術是眾多超高壓電能傳輸技術中優勢較明顯的一種技術,它是一種高效、可靠的開關技術,能有效提升電網傳輸的調節能力。因此,電工電子技術在電力系統中的應用越來越廣泛,發展前景是十分可觀的。
3電工電子技術的優勢
電工電子技術在電氣控制中的作用是非常巨大的。它不僅能提升電子技術系統的適應性,還能提升工作人員的工作效率。隨著我國社會經濟的迅猛發展,增加了對電能的需求量,無論任何行業的發展,都離不開電能的支撐,這就對電力系統的穩定性、安全性及有效性提出了更高的要求,而電工電子技術在電力設備中的應用,能有效控制各種電器設備的安全運行,降低安全隱患發生率。同時,電工電子技術能有效替代人工操作,降低因人工失誤造成的損失,工作效率明顯得到提高,對推動電力企業的可持續發展意義重大。
4電工電子技術在電力系統中的應用分析
4.1電工電子技術在自動控制中的應用
一般情況下,電力系統具有自動發電、自動電壓、自動穩定三大功能。在電工電子技術中,也會應用到功率管、功率開關管等。尤其是在科學技術的推動下,研發出的無功補償技術,無功補償技術包括補償控制器及并聯電容的投切開關等,其作為一種新技術在電力系統中的應用意義重大,它的應用使電力系統的自動控制系統更加全面、穩健和高效。另外,由于電工電子器件具有體積小、功率小、反映速度快等優勢,這就提高了電力系統無功補償的時效性和電力系統的自動控制效果。
4.2電工電子技術在發電環節中的應用
在電力系統中,發電環節與其中的許多電力設備密切相關。因此,電力系統的發電效率和質量與這些設備的運行狀態有著直接聯系。而在無功補償裝置中,靜止可控硅勵磁系統發揮著不可替代的作用,它通過借助微機控制技術,能夠實現每個環節的全數字化,進而提升工作人員的工作效率和供電的穩定,其在電力系統中的應用具有顯著的優勢。
5電工電子技術在無功補償自動控制中的應用
5.1機械式接觸設備在無功補償自動控制中的應用
無功補償開關的自動化控制,其決定方式有兩種,即并聯電容器的開發接觸形式和開關方式,在此種情況下,輸入補償的最初電壓值很低,與零很接近,但在合閘后,容易出現激增的情況,電容器發生涌流,進而產生負面影響。如當電壓發生大幅下降或短路故障時,就會造成大面積停電,給工業企業造成嚴重的經濟損失。為了預防此種情況的發生,需要建立電容設備接觸方式,用接觸器開關控制電容器組的涌流,強化限流電阻,達到控制涌流的目的。
5.2無觸點晶閘管在無功補償自動控制中的應用
電容器在實際工作的過程中,涌流現象雖然能夠被控制但涌流現象發生的后果是非常嚴重的,它會損壞接觸器觸頭的粘結盒,影響電容器運行。隨著科技的進步,電工電子技術的發展,研發出了一種無觸點晶閘管,無觸點晶閘管由于其優勢明顯被廣泛使用,具體表現在當電壓處于零狀態下時,電流會被可控硅自動斷開,進而杜絕拉弧現象的產生,自然也不會出現接觸器觸頭粘結和燒毀的情況,保障電容器安全。除了優勢外,無觸點晶閘管也存在一些缺陷,它會在電容器運行的過程中產生結壓降,然后形成諧波電流,影響電容器的正常運行。此外,還會釋放大量的熱量,使周圍的電力設備溫度升高,引發設備因受高溫影響而出現故障。
5.3復合開關在無功補償自動控制中的應用
可控硅開關與交流接觸上的并聯實現方式便是復合開關,即當電流為零時,復合開關會自動切斷電壓,保護設備安全。一般情況下,開關的方式有兩種:接通和斷開,但不管是接通還是斷開,復合開關都可控制涌流現象。復合開關分為單相分補復合開關和三相共補復合開關兩種,兩種方式的復合開關使用場合各不相同,一般在低壓無功補償或是功率因素相似的電網中會使用三相共補復合開關;在功率因素相差較大或負荷相差明顯的場合中會使用單相分補復合開關,但為了節約經濟成本,共同應用兩種接線方式,才是供電企業最佳的選擇。
5.4電路仿真在無功補償自動控制中的應用
計算機技術在快速發展的同時也帶動了電工電子技術的發展。尤其是在設計電工電子電路時,可借助計算機的模擬功能,對電路進行仿真模擬。通過電路仿真模擬達到控制分電路與主電路的目的。通常情況下,交流接觸器和晶閘管是主電路的主要構成要素,需注意的是,交流接觸器的接觸位置易發生起弧現象,一旦出現此種狀況,要用交流接觸器投切起弧現象。另外,在此過程中,涌流也會發生改變,但不易被發現,這時可根據無功補償電容器在使用后產生的波形峰值的變化情況來判斷。由此可見,用計算機技術構建的仿真電路能真實反映無功補償電容器的實際應用情況及效果。
【關鍵詞】高等數學;電工電子技術;函數;導數;微積分
高等數學作為高校大一學生的基礎學科,對高校學生后續專業課程的學習有重要的幫助,但有很多專業的學生由于沒有體會到高等數學的重要性,而忽視了對其的學習。
電工電子技術是高等學校以及高職院校工科非電類專業的一門重要課程,它為非電類專業學生學習后續專業課程打下重要的基礎。高等數學是一個理論性非常強,應用性非常廣的學科。高等數學在電工電子技術中有重要而廣泛的應用,因篇幅有限,僅例舉如下幾個較為典型的實例加以介紹。
1. 函數在電工電子技術中的應用
例1:單三角脈沖的電壓
脈沖發生器產生一個單三角脈沖,其波形如圖1所示,寫出電壓U與時間t(≥0)的函數關系式。
圖1 單三角脈沖信號的電壓
解:當時,;當,,即。當時,U=0。
歸納上面討論的結果,知函數U=U(t)是一個分段函數,其表達式為:
2.導數在電工電子技術中的應用
例2:電池的最佳組合
有n個電動勢為E的電池,每個的內阻為r,將它們以下述方式與已知的外電阻R連接:分成s個并聯分支,m是每個分支中串聯的數目(圖2)。問m、s的個數分別為多少時才能使R中的有效功率最大?
圖2 電池組合示意圖
解:顯然,總的電動勢等于每個單一分支的電動勢,即mE,每個分支的電阻是mr,總的內阻是。
為了使R中的電功率最大,電流I必須最大(因為電功率P=I2R),由基爾霍夫定律,
然而,ms=n,由此得,其中m是唯一的變量。
當分母最小時,電流I最大。我們把這個分母記作y,令它的導數為0,即,,由此得,及。
因為當時,時,所以是極小值點。顯然,m和s必須是正整數,但由它們的表達式知這種可能性很小。在滿足的條件下,我們取與計算的值最接近的整數。
注意,若將求得的m、s的值代入總內阻,可得
,即,為使電功率最大,電池的總電阻應等于外電阻。這個結論具有普遍性,它適用于直流、交流、低頻及高頻等情況。
3.微積分在電工電子技術中的應用
當代著名數學家、沃爾夫獎獲得者P.D.拉克指出:“目前數學在非常廣泛的領域里的研究蓬勃勃,而且成就輝煌。但還沒有充分發揮人們的數學才華以加深數學與其它科學的相互關系。這種不平衡對于數學以及對于它的使用者都是有害的,糾正這種不平衡是一種教育工作,這必須從大學一開始就做起,微積分是最適合從事這項工作的一門課程。”“在微積分里,學生可以直接體會到數學是確切表達科學思想的語言,可以直接學到科學是深遠影響著數學發展的數學思想的源泉。最后,很重要的一點在于數學可以提供許多重要科學問題的光輝答案。”
例3:RC電路的暫態分析
電容器是一能儲存電場能量的元件,同樣存在充放電過程, 若設在無限短時間dt內,電容器極板上所增長的電荷為dq(q表示可變化的電荷, 而Q表示不變化的電荷), 則,得到 ,式中,iC為電容中的電流,uC為電容上的電壓。
如圖所示電路為電容器C與電阻R的串聯電路。
圖3 電容器C與電阻R的串聯電路
開關S在1位置上時電路穩定;在時間t=0時,開關S從1位置打到2位置,電容器充電。根據圖中電壓和電流的參考方向,在t≥0時電路的電壓方程為
上式是一個一階常系數線性微分方程。 結合其t=0時的初始條件:
,解出該微分方程結果為,充電電流為。
交流電壓、電流表測量數據為有效值;交流設備名牌標注的電壓、電流均為有效值。
數學教育要教給學生的不僅僅是數學知識,還要培養學生應用數學的意識、興趣和能力,讓學生學會用數學的思維方式觀察周圍的事物,用數學的思維方法分析、解決實際問題。當代著名數學家、教育家、沃爾夫獎獲得者H.惠特尼指出:“學數學意味著什么?當然是希望能用它,……,最好的學習就是用,并且古今皆知僅在你有自己的想法時才有真正的學習。”著名數學教育家H.弗洛登塔爾指出:“數學源于現實,并且用于現實。”
參考文獻: