时间:2022-10-19 23:22:23
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电力电子技术的核心就是整流、逆变、斩波和交交变换四大基本电路,在电路工作过程的分析中,通常一个电路都有多个工作状态,不同的工作状态又分别对应着不同的电压电流波形,也就是说电路的工作过程往往都是动态的过程,而传统的书本上的文字和原理图是无法很好地展现动态过程的。这时,如果采用幻灯片等多媒体形式,可以将电路工作的动态过程很好地展现给学生们观看,把书本上静态的电路以及波形图动起来,这样就能够让学生们更好地理解电力电子电路的工作过程。与此同时,结合书本上的理论,再将不同电路的特点进行总结,使同学们复习时结合着书中的理论,头脑中联想着多媒体演示动画,便会在学习中事半功倍,容易记忆,提高学生的分析计算和实际解题的能力。
2.器件与控制部分应注重练习。
电力电子器件及控制部分具有覆盖面大、定性与定量相结合的特点,学好这一部分,就必须将概念的理解与相关的计算进行练习,在习题式的教学中,不断提高分析问题和解决问题的能力。研究生阶段,各高校几乎很少带领学生做与课程相关的习题,多数学生也只有在考试的时候才有机会在试卷中解答一些问题,虽说现在不提倡传统针对考试的题海战术,但是平时适当做一些典型的练习还是有必要的,电力电子器件种类多、特点各不相同,而控制方法也有很多,甚至与自动控制原理等其他学科相关联,在教学中适当找一些典型例题进行讲解,可以让同学们在繁杂的知识中抓住重点内容进行突破,最终掌握这部分知识要点。
3.学生自主参与新技术教学。
电力电子技术具有发展速度快的特点,新的技术和应用领域不断出现,加强电力电子新技术的教学可以扩展学生知识面,掌握电力电子技术发展新方向。这一部分的特点是没有定量计算、难度不大、但对于资料的收集工作量比较大,根据这些特点,在教学中,可以将这部分安排给每个学生进行讲解,在讲解前每个同学查找相关资料,然后对资料进行分类总结,加入自己的理解,在讲解过程中既可以使用多媒体也可使用板书的形式,讲解后学生之间可以相互提出问题,相互讨论,形成良好的研究氛围。在这种学生自主教学的过程中,既提高了学生查找资料的能力,也能提高学生的概括的创新能力,还为研究生毕业学术论文的撰写提供了相关的经验。
二、实验教学应进行分类
电力电子技术是一个应用性很强的一门学科,在理论教学的同时一定要有相应的实验来配合和补充,开设实验课是对理论课的延伸和补充,更能够突出应用型学科的特色。在实验教学上,应分为验证实验、探究实验、拓展实习三个部分进行教学。
1.验证实验应紧密结合课本。
验证性实验的特点是对已经有的理论进行实验验证,与学生的理论教学紧密衔接,通过书上的理论来指导实验的操作,同时实验的结果又可以加深学生对于书本理论的深度理解。在理论课程之后,应当有相应的实验课程相跟进,在实验开始前,老师带领学生对课本知识点进行回顾,确定实验目的和实验步骤,同学们按照实验要求完成相应的实验操作,并能够运用书本上的知识来解释实验中的现象,最后通过实验报告的形式进行总结,得出验证性的结论。
2.鼓励开展探究性试验。
电力电子技术是一门正在快速发展的学科,在实验教学中,应当鼓励学生进行自主探究,通过对已有知识的学习让学生们充分发挥想象力,制作一些相关的小制作、小发明,在探究性试验的过程中培养学生的创新能力。学生根据自己掌握的知识,结合当今电力电子发展的前沿技术,加上自己的想象力和创造力,独立设计出属于自己的电子作品,而在探究的过程中难免会遇到一些问题,这时老师应进行适当指导,给出一些方案,让学生自主解决实际问题。平时尽可能地开放实验室,使学生增加动手操作机会。此外还应当鼓励学生参加“挑战杯”等科技比赛,增加在创新方面的交流合作,从而学会更多解决问题的新方法。
3.拓展实习应突出实际应用。
在传统的教学环节之外,对于电力电子技术这种应用型很强的学科,应适当组织学生到某个单位进行参观学习。学习的目的是为了应用,当今电力电子技术已经应用在了许多领域之中,在实验教学中可以联系某个具体单位进行参观,在实际的生产过程中,让学生们更加具体地了解电力电子技术的应用。除了参观之外,也可由老师或者学生找一些与电力电子技术应用相关的视频资料,分享给大家进行观看,也可以起到非常好的效果。实习结束之后,学生以报告的形式写出自己学到了什么或者是心得体会。这样,理论联系实际,对于理工科的教学是有很大帮助的。
1.电力电子技术的发展
现代电力电子技术的发展方向,是从以低频技术处理问题为主的传统电力电子学,向以高频技术处理问题为主的现代电力电子学方向转变。电力电子技术起始于五十年代末六十年代初的硅整流器件,其发展先后经历了整流器时代、逆变器时代和变频器时代,并促进了电力电子技术在许多新领域的应用。八十年代末期和九十年代初期发展起来的、以功率MOSFET和IGBT为代表的、集高频、高压和大电流于一身的功率半导体复合器件,表明传统电力电子技术已经进入现代电力电子时代。
1.1整流器时代
大功率的工业用电由工频(50Hz)交流发电机提供,但是大约20%的电能是以直流形式消费的,其中最典型的是电解(有色金属和化工原料需要直流电解)、牵引(电气机车、电传动的内燃机车、地铁机车、城市无轨电车等)和直流传动(轧钢、造纸等)三大领域。大功率硅整流器能够高效率地把工频交流电转变为直流电,因此在六十年代和七十年代,大功率硅整流管和晶闸管的开发与应用得以很大发展。当时国内曾经掀起了-股各地大办硅整流器厂的热潮,目前全国大大小小的制造硅整流器的半导体厂家就是那时的产物。
1.2逆变器时代
七十年代出现了世界范围的能源危机,交流电机变频惆速因节能效果显著而迅速发展。变频调速的关键技术是将直流电逆变为0~100Hz的交流电。在七十年代到八十年代,随着变频调速装置的普及,大功率逆变用的晶闸管、巨型功率晶体管(GTR)和门极可关断晶闸管(GT0)成为当时电力电子器件的主角。类似的应用还包括高压直流输出,静止式无功功率动态补偿等。这时的电力电子技术已经能够实现整流和逆变,但工作频率较低,仅局限在中低频范围内。
1.3变频器时代
进入八十年代,大规模和超大规模集成电路技术的迅猛发展,为现代电力电子技术的发展奠定了基础。将集成电路技术的精细加工技术和高压大电流技术有机结合,出现了一批全新的全控型功率器件、首先是功率M0SFET的问世,导致了中小功率电源向高频化发展,而后绝缘门极双极晶体管(IGBT)的出现,又为大中型功率电源向高频发展带来机遇。MOSFET和IGBT的相继问世,是传统的电力电子向现代电力电子转化的标志。据统计,到1995年底,功率M0SFET和GTR在功率半导体器件市场上已达到平分秋色的地步,而用IGBT代替GTR在电力电子领域巳成定论。新型器件的发展不仅为交流电机变频调速提供了较高的频率,使其性能更加完善可靠,而且使现代电子技术不断向高频化发展,为用电设备的高效节材节能,实现小型轻量化,机电一体化和智能化提供了重要的技术基础。
2.现代电力电子的应用领域
2.1计算机高效率绿色电源
高速发展的计算机技术带领人类进入了信息社会,同时也促进了电源技术的迅速发展。八十年代,计算机全面采用了开关电源,率先完成计算机电源换代。接着开关电源技术相继进人了电子、电器设备领域。
计算机技术的发展,提出绿色电脑和绿色电源。绿色电脑泛指对环境无害的个人电脑和相关产品,绿色电源系指与绿色电脑相关的高效省电电源,根据美国环境保护署l992年6月17日“能源之星"计划规定,桌上型个人电脑或相关的设备,在睡眠状态下的耗电量若小于30瓦,就符合绿色电脑的要求,提高电源效率是降低电源消耗的根本途径。就目前效率为75%的200瓦开关电源而言,电源自身要消耗50瓦的能源。
2.2通信用高频开关电源
通信业的迅速发展极大的推动了通信电源的发展。高频小型化的开关电源及其技术已成为现代通信供电系统的主流。在通信领域中,通常将整流器称为一次电源,而将直流-直流(DC/DC)变换器称为二次电源。一次电源的作用是将单相或三相交流电网变换成标称值为48V的直流电源。目前在程控交换机用的一次电源中,传统的相控式稳压电源己被高频开关电源取代,高频开关电源(也称为开关型整流器SMR)通过MOSFET或IGBT的高频工作,开关频率一般控制在50-100kHz范围内,实现高效率和小型化。近几年,开关整流器的功率容量不断扩大,单机容量己从48V/12.5A、48V/20A扩大到48V/200A、48V/400A。
因通信设备中所用集成电路的种类繁多,其电源电压也各不相同,在通信供电系统中采用高功率密度的高频DC-DC隔离电源模块,从中间母线电压(一般为48V直流)变换成所需的各种直流电压,这样可大大减小损耗、方便维护,且安装、增加非常方便。一般都可直接装在标准控制板上,对二次电源的要求是高功率密度。因通信容量的不断增加,通信电源容量也将不断增加。
2.3直流-直流(DC/DC)变换器
DC/DC变换器将一个固定的直流电压变换为可变的直流电压,这种技术被广泛应用于无轨电车、地铁列车、电动车的无级变速和控制,同时使上述控制获得加速平稳、快速响应的性能,并同时收到节约电能的效果。用直流斩波器代替变阻器可节约电能(20~30)%。直流斩波器不仅能起调压的作用(开关电源),同时还能起到有效地抑制电网侧谐波电流噪声的作用。
通信电源的二次电源DC/DC变换器已商品化,模块采用高频PWM技术,开关频率在500kHz左右,功率密度为5W~20W/in3。随着大规模集成电路的发展,要求电源模块实现小型化,因此就要不断提高开关频率和采用新的电路拓扑结构,目前已有一些公司研制生产了采用零电流开关和零电压开关技术的二次电源模块,功率密度有较大幅度的提高。
2.4不间断电源(UPS)
不间断电源(UPS)是计算机、通信系统以及要求提供不能中断场合所必须的一种高可靠、高性能的电源。交流市电输入经整流器变成直流,一部分能量给蓄电池组充电,另一部分能量经逆变器变成交流,经转换开关送到负载。为了在逆变器故障时仍能向负载提供能量,另一路备用电源通过电源转换开关来实现。
现代UPS普遍了采用脉宽调制技术和功率M0SFET、IGBT等现代电力电子器件,电源的噪声得以降低,而效率和可靠性得以提高。微处理器软硬件技术的引入,可以实现对UPS的智能化管理,进行远程维护和远程诊断。
目前在线式UPS的最大容量已可作到600kVA。超小型UPS发展也很迅速,已经有0.5kVA、lkVA、2kVA、3kVA等多种规格的产品。
2.5变频器电源
变频器电源主要用于交流电机的变频调速,其在电气传动系统中占据的地位日趋重要,已获得巨大的节能效果。变频器电源主电路均采用交流-直流-交流方案。工频电源通过整流器变成固定的直流电压,然后由大功率晶体管或IGBT组成的PWM高频变换器,将直流电压逆变成电压、频率可变的交流输出,电源输出波形近似于正弦波,用于驱动交流异步电动机实现无级调速。
国际上400kVA以下的变频器电源系列产品已经问世。八十年代初期,日本东芝公司最先将交流变频调速技术应用于空调器中。至1997年,其占有率已达到日本家用空调的70%以上。变频空调具有舒适、节能等优点。国内于90年代初期开始研究变频空调,96年引进生产线生产变频空调器,逐渐形成变频空调开发生产热点。预计到2000年左右将形成。变频空调除了变频电源外,还要求有适合于变频调速的压缩机电机。优化控制策略,精选功能组件,是空调变频电源研制的进一步发展方向。
2.6高频逆变式整流焊机电源
高频逆变式整流焊机电源是一种高性能、高效、省材的新型焊机电源,代表了当今焊机电源的发展方向。由于IGBT大容量模块的商用化,这种电源更有着广阔的应用前景。
逆变焊机电源大都采用交流-直流-交流-直流(AC-DC-AC-DC)变换的方法。50Hz交流电经全桥整流变成直流,IGBT组成的PWM高频变换部分将直流电逆变成20kHz的高频矩形波,经高频变压器耦合,整流滤波后成为稳定的直流,供电弧使用。
由于焊机电源的工作条件恶劣,频繁的处于短路、燃弧、开路交替变化之中,因此高频逆变式整流焊机电源的工作可靠性问题成为最关键的问题,也是用户最关心的问题。采用微处理器做为脉冲宽度调制(PWM)的相关控制器,通过对多参数、多信息的提取与分析,达到预知系统各种工作状态的目的,进而提前对系统做出调整和处理,解决了目前大功率IGBT逆变电源可靠性。
国外逆变焊机已可做到额定焊接电流300A,负载持续率60%,全载电压60~75V,电流调节范围5~300A,重量29kg。
2.7大功率开关型高压直流电源
大功率开关型高压直流电源广泛应用于静电除尘、水质改良、医用X光机和CT机等大型设备。电压高达50~l59kV,电流达到0.5A以上,功率可达100kW。
自从70年代开始,日本的一些公司开始采用逆变技术,将市电整流后逆变为3kHz左右的中频,然后升压。进入80年代,高频开关电源技术迅速发展。德国西门子公司采用功率晶体管做主开关元件,将电源的开关频率提高到20kHz以上。并将干式变压器技术成功的应用于高频高压电源,取消了高压变压器油箱,使变压器系统的体积进一步减小。
国内对静电除尘高压直流电源进行了研制,市电经整流变为直流,采用全桥零电流开关串联谐振逆变电路将直流电压逆变为高频电压,然后由高频变压器升压,最后整流为直流高压。在电阻负载条件下,输出直流电压达到55kV,电流达到15mA,工作频率为25.6kHz。
2.8电力有源滤波器
传统的交流-直流(AC-DC)变换器在投运时,将向电网注入大量的谐波电流,引起谐波损耗和干扰,同时还出现装置网侧功率因数恶化的现象,即所谓“电力公害”,例如,不可控整流加电容滤波时,网侧三次谐波含量可达(70~80)%,网侧功率因数仅有0.5~0.6。
电力有源滤波器是一种能够动态抑制谐波的新型电力电子装置,能克服传统LC滤波器的不足,是一种很有发展前途的谐波抑制手段。滤波器由桥式开关功率变换器和具体控制电路构成。与传统开关电源的区别是:(l)不仅反馈输出电压,还反馈输入平均电流;(2)电流环基准信号为电压环误差信号与全波整流电压取样信号之乘积。
2.9分布式开关电源供电系统
分布式电源供电系统采用小功率模块和大规模控制集成电路作基本部件,利用最新理论和技术成果,组成积木式、智能化的大功率供电电源,从而使强电与弱电紧密结合,降低大功率元器件、大功率装置(集中式)的研制压力,提高生产效率。
八十年代初期,对分布式高频开关电源系统的研究基本集中在变换器并联技术的研究上。八十年代中后期,随着高频功率变换技术的迅述发展,各种变换器拓扑结构相继出现,结合大规模集成电路和功率元器件技术,使中小功率装置的集成成为可能,从而迅速地推动了分布式高频开关电源系统研究的展开。自八十年代后期开始,这一方向已成为国际电力电子学界的研究热点,论文数量逐年增加,应用领域不断扩大。
分布供电方式具有节能、可靠、高效、经济和维护方便等优点。已被大型计算机、通信设备、航空航天、工业控制等系统逐渐采纳,也是超高速型集成电路的低电压电源(3.3V)的最为理想的供电方式。在大功率场合,如电镀、电解电源、电力机车牵引电源、中频感应加热电源、电动机驱动电源等领域也有广阔的应用前景。
3.高频开关电源的发展趋势
在电力电子技术的应用及各种电源系统中,开关电源技术均处于核心地位。对于大型电解电镀电源,传统的电路非常庞大而笨重,如果采用高顿开关电源技术,其体积和重量都会大幅度下降,而且可极大提高电源利用效率、节省材料、降低成本。在电动汽车和变频传动中,更是离不开开关电源技术,通过开关电源改变用电频率,从而达到近于理想的负载匹配和驱动控制。高频开关电源技术,更是各种大功率开关电源(逆变焊机、通讯电源、高频加热电源、激光器电源、电力操作电源等)的核心技术。
3.1高频化
理论分析和实践经验表明,电气产品的变压器、电感和电容的体积重量与供电频率的平方根成反比。所以当我们把频率从工频50Hz提高到20kHz,提高400倍的话,用电设备的体积重量大体下降至工频设计的5~l0%。无论是逆变式整流焊机,还是通讯电源用的开关式整流器,都是基于这一原理。同样,传统“整流行业”的电镀、电解、电加工、充电、浮充电、电力合闸用等各种直流电源也可以根据这一原理进行改造,成为“开关变换类电源”,其主要材料可以节约90%或更高,还可节电30%或更多。由于功率电子器件工作频率上限的逐步提高,促使许多原来采用电子管的传统高频设备固态化,带来显著节能、节水、节约材料的经济效益,更可体现技术含量的价值。
3.2模块化
模块化有两方面的含义,其一是指功率器件的模块化,其二是指电源单元的模块化。我们常见的器件模块,含有一单元、两单元、六单元直至七单元,包括开关器件和与之反并联的续流二极管,实质上都属于“标准”功率模块(SPM)。近年,有些公司把开关器件的驱动保护电路也装到功率模块中去,构成了“智能化”功率模块(IPM),不但缩小了整机的体积,更方便了整机的设计制造。实际上,由于频率的不断提高,致使引线寄生电感、寄生电容的影响愈加严重,对器件造成更大的电应力(表现为过电压、过电流毛刺)。为了提高系统的可靠性,有些制造商开发了“用户专用”功率模块(ASPM),它把一台整机的几乎所有硬件都以芯片的形式安装到一个模块中,使元器件之间不再有传统的引线连接,这样的模块经过严格、合理的热、电、机械方面的设计,达到优化完美的境地。它类似于微电子中的用户专用集成电路(ASIC)。只要把控制软件写入该模块中的微处理器芯片,再把整个模块固定在相应的散热器上,就构成一台新型的开关电源装置。由此可见,模块化的目的不仅在于使用方便,缩小整机体积,更重要的是取消传统连线,把寄生参数降到最小,从而把器件承受的电应力降至最低,提高系统的可靠性。另外,大功率的开关电源,由于器件容量的限制和增加冗余提高可靠性方面的考虑,一般采用多个独立的模块单元并联工作,采用均流技术,所有模块共同分担负载电流,一旦其中某个模块失效,其它模块再平均分担负载电流。这样,不但提高了功率容量,在有限的器件容量的情况下满足了大电流输出的要求,而且通过增加相对整个系统来说功率很小的冗余电源模块,极大的提高系统可靠性,即使万一出现单模块故障,也不会影响系统的正常工作,而且为修复提供充分的时间。
3.3数字化
在传统功率电子技术中,控制部分是按模拟信号来设计和工作的。在六、七十年代,电力电子技术完全是建立在模拟电路基础上的。但是,现在数字式信号、数字电路显得越来越重要,数字信号处理技术日趋完善成熟,显示出越来越多的优点:便于计算机处理控制、避免模拟信号的畸变失真、减小杂散信号的干扰(提高抗干扰能力)、便于软件包调试和遥感遥测遥调,也便于自诊断、容错等技术的植入。所以,在八、九十年代,对于各类电路和系统的设计来说,模拟技术还是有用的,特别是:诸如印制版的布图、电磁兼容(EMC)问题以及功率因数修正(PFC)等问题的解决,离不开模拟技术的知识,但是对于智能化的开关电源,需要用计算机控制时,数字化技术就离不开了。
3.4绿色化
1.1整流器时代
大功率的工业用电由工频(50Hz)交流发电机提供,但是大约20%的电能是以直流形式消费的,其中最典型的是电解(有色金属和化工原料需要直流电解)、牵引(电气机车、电传动的内燃机车、地铁机车、城市无轨电车等)和直流传动(轧钢、造纸等)三大领域。大功率硅整流器能够高效率地把工频交流电转变为直流电,因此在六十年代和七十年代,大功率硅整流管和晶闸管的开发与应用得以很大发展。当时国内曾经掀起了-股各地大办硅整流器厂的热潮,目前全国大大小小的制造硅整流器的半导体厂家就是那时的产物。
1.2逆变器时代
七十年代出现了世界范围的能源危机,交流电机变频惆速因节能效果显著而迅速发展。变频调速的关键技术是将直流电逆变为0~100Hz的交流电。在七十年代到八十年代,随着变频调速装置的普及,大功率逆变用的晶闸管、巨型功率晶体管(GTR)和门极可关断晶闸管(GT0)成为当时电力电子器件的主角。类似的应用还包括高压直流输出,静止式无功功率动态补偿等。这时的电力电子技术已经能够实现整流和逆变,但工作频率较低,仅局限在中低频范围内。
1.3变频器时代
进入八十年代,大规模和超大规模集成电路技术的迅猛发展,为现代电力电子技术的发展奠定了基础。将集成电路技术的精细加工技术和高压大电流技术有机结合,出现了一批全新的全控型功率器件、首先是功率M0SFET的问世,导致了中小功率电源向高频化发展,而后绝缘门极双极晶体管(IGBT)的出现,又为大中型功率电源向高频发展带来机遇。MOSFET和IGBT的相继问世,是传统的电力电子向现代电力电子转化的标志。据统计,到1995年底,功率M0SFET和GTR在功率半导体器件市场上已达到平分秋色的地步,而用IGBT代替GTR在电力电子领域巳成定论。新型器件的发展不仅为交流电机变频调速提供了较高的频率,使其性能更加完善可靠,而且使现代电子技术不断向高频化发展,为用电设备的高效节材节能,实现小型轻量化,机电一体化和智能化提供了重要的技术基础。
2.现代电力电子的应用领域
2.1计算机高效率绿色电源
高速发展的计算机技术带领人类进入了信息社会,同时也促进了电源技术的迅速发展。八十年代,计算机全面采用了开关电源,率先完成计算机电源换代。接着开关电源技术相继进人了电子、电器设备领域。
计算机技术的发展,提出绿色电脑和绿色电源。绿色电脑泛指对环境无害的个人电脑和相关产品,绿色电源系指与绿色电脑相关的高效省电电源,根据美国环境保护署l992年6月17日“能源之星"计划规定,桌上型个人电脑或相关的设备,在睡眠状态下的耗电量若小于30瓦,就符合绿色电脑的要求,提高电源效率是降低电源消耗的根本途径。就目前效率为75%的200瓦开关电源而言,电源自身要消耗50瓦的能源。
2.2通信用高频开关电源
通信业的迅速发展极大的推动了通信电源的发展。高频小型化的开关电源及其技术已成为现代通信供电系统的主流。在通信领域中,通常将整流器称为一次电源,而将直流-直流(DC/DC)变换器称为二次电源。一次电源的作用是将单相或三相交流电网变换成标称值为48V的直流电源。目前在程控交换机用的一次电源中,传统的相控式稳压电源己被高频开关电源取代,高频开关电源(也称为开关型整流器SMR)通过MOSFET或IGBT的高频工作,开关频率一般控制在50-100kHz范围内,实现高效率和小型化。近几年,开关整流器的功率容量不断扩大,单机容量己从48V/12.5A、48V/20A扩大到48V/200A、48V/400A。
因通信设备中所用集成电路的种类繁多,其电源电压也各不相同,在通信供电系统中采用高功率密度的高频DC-DC隔离电源模块,从中间母线电压(一般为48V直流)变换成所需的各种直流电压,这样可大大减小损耗、方便维护,且安装、增加非常方便。一般都可直接装在标准控制板上,对二次电源的要求是高功率密度。因通信容量的不断增加,通信电源容量也将不断增加。
2.3直流-直流(DC/DC)变换器
DC/DC变换器将一个固定的直流电压变换为可变的直流电压,这种技术被广泛应用于无轨电车、地铁列车、电动车的无级变速和控制,同时使上述控制获得加速平稳、快速响应的性能,并同时收到节约电能的效果。用直流斩波器代替变阻器可节约电能(20~30)%。直流斩波器不仅能起调压的作用(开关电源),同时还能起到有效地抑制电网侧谐波电流噪声的作用。
通信电源的二次电源DC/DC变换器已商品化,模块采用高频PWM技术,开关频率在500kHz左右,功率密度为5W~20W/in3。随着大规模集成电路的发展,要求电源模块实现小型化,因此就要不断提高开关频率和采用新的电路拓扑结构,目前已有一些公司研制生产了采用零电流开关和零电压开关技术的二次电源模块,功率密度有较大幅度的提高。
2.4不间断电源(UPS)
不间断电源(UPS)是计算机、通信系统以及要求提供不能中断场合所必须的一种高可靠、高性能的电源。交流市电输入经整流器变成直流,一部分能量给蓄电池组充电,另一部分能量经逆变器变成交流,经转换开关送到负载。为了在逆变器故障时仍能向负载提供能量,另一路备用电源通过电源转换开关来实现。
现代UPS普遍了采用脉宽调制技术和功率M0SFET、IGBT等现代电力电子器件,电源的噪声得以降低,而效率和可靠性得以提高。微处理器软硬件技术的引入,可以实现对UPS的智能化管理,进行远程维护和远程诊断。
目前在线式UPS的最大容量已可作到600kVA。超小型UPS发展也很迅速,已经有0.5kVA、lkVA、2kVA、3kVA等多种规格的产品。
2.5变频器电源
变频器电源主要用于交流电机的变频调速,其在电气传动系统中占据的地位日趋重要,已获得巨大的节能效果。变频器电源主电路均采用交流-直流-交流方案。工频电源通过整流器变成固定的直流电压,然后由大功率晶体管或IGBT组成的PWM高频变换器,将直流电压逆变成电压、频率可变的交流输出,电源输出波形近似于正弦波,用于驱动交流异步电动机实现无级调速。
国际上400kVA以下的变频器电源系列产品已经问世。八十年代初期,日本东芝公司最先将交流变频调速技术应用于空调器中。至1997年,其占有率已达到日本家用空调的70%以上。变频空调具有舒适、节能等优点。国内于90年代初期开始研究变频空调,96年引进生产线生产变频空调器,逐渐形成变频空调开发生产热点。预计到2000年左右将形成。变频空调除了变频电源外,还要求有适合于变频调速的压缩机电机。优化控制策略,精选功能组件,是空调变频电源研制的进一步发展方向。
2.6高频逆变式整流焊机电源
高频逆变式整流焊机电源是一种高性能、高效、省材的新型焊机电源,代表了当今焊机电源的发展方向。由于IGBT大容量模块的商用化,这种电源更有着广阔的应用前景。
逆变焊机电源大都采用交流-直流-交流-直流(AC-DC-AC-DC)变换的方法。50Hz交流电经全桥整流变成直流,IGBT组成的PWM高频变换部分将直流电逆变成20kHz的高频矩形波,经高频变压器耦合,整流滤波后成为稳定的直流,供电弧使用。
由于焊机电源的工作条件恶劣,频繁的处于短路、燃弧、开路交替变化之中,因此高频逆变式整流焊机电源的工作可靠性问题成为最关键的问题,也是用户最关心的问题。采用微处理器做为脉冲宽度调制(PWM)的相关控制器,通过对多参数、多信息的提取与分析,达到预知系统各种工作状态的目的,进而提前对系统做出调整和处理,解决了目前大功率IGBT逆变电源可靠性。
国外逆变焊机已可做到额定焊接电流300A,负载持续率60%,全载电压60~75V,电流调节范围5~300A,重量29kg。
2.7大功率开关型高压直流电源
大功率开关型高压直流电源广泛应用于静电除尘、水质改良、医用X光机和CT机等大型设备。电压高达50~l59kV,电流达到0.5A以上,功率可达100kW。
自从70年代开始,日本的一些公司开始采用逆变技术,将市电整流后逆变为3kHz左右的中频,然后升压。进入80年代,高频开关电源技术迅速发展。德国西门子公司采用功率晶体管做主开关元件,将电源的开关频率提高到20kHz以上。并将干式变压器技术成功的应用于高频高压电源,取消了高压变压器油箱,使变压器系统的体积进一步减小。
国内对静电除尘高压直流电源进行了研制,市电经整流变为直流,采用全桥零电流开关串联谐振逆变电路将直流电压逆变为高频电压,然后由高频变压器升压,最后整流为直流高压。在电阻负载条件下,输出直流电压达到55kV,电流达到15mA,工作频率为25.6kHz。
2.8电力有源滤波器
传统的交流-直流(AC-DC)变换器在投运时,将向电网注入大量的谐波电流,引起谐波损耗和干扰,同时还出现装置网侧功率因数恶化的现象,即所谓“电力公害”,例如,不可控整流加电容滤波时,网侧三次谐波含量可达(70~80)%,网侧功率因数仅有0.5~0.6。
电力有源滤波器是一种能够动态抑制谐波的新型电力电子装置,能克服传统LC滤波器的不足,是一种很有发展前途的谐波抑制手段。滤波器由桥式开关功率变换器和具体控制电路构成。与传统开关电源的区别是:(l)不仅反馈输出电压,还反馈输入平均电流;(2)电流环基准信号为电压环误差信号与全波整流电压取样信号之乘积。
2.9分布式开关电源供电系统
分布式电源供电系统采用小功率模块和大规模控制集成电路作基本部件,利用最新理论和技术成果,组成积木式、智能化的大功率供电电源,从而使强电与弱电紧密结合,降低大功率元器件、大功率装置(集中式)的研制压力,提高生产效率。
八十年代初期,对分布式高频开关电源系统的研究基本集中在变换器并联技术的研究上。八十年代中后期,随着高频功率变换技术的迅述发展,各种变换器拓扑结构相继出现,结合大规模集成电路和功率元器件技术,使中小功率装置的集成成为可能,从而迅速地推动了分布式高频开关电源系统研究的展开。自八十年代后期开始,这一方向已成为国际电力电子学界的研究热点,论文数量逐年增加,应用领域不断扩大。
分布供电方式具有节能、可靠、高效、经济和维护方便等优点。已被大型计算机、通信设备、航空航天、工业控制等系统逐渐采纳,也是超高速型集成电路的低电压电源(3.3V)的最为理想的供电方式。在大功率场合,如电镀、电解电源、电力机车牵引电源、中频感应加热电源、电动机驱动电源等领域也有广阔的应用前景。
3.高频开关电源的发展趋势
在电力电子技术的应用及各种电源系统中,开关电源技术均处于核心地位。对于大型电解电镀电源,传统的电路非常庞大而笨重,如果采用高顿开关电源技术,其体积和重量都会大幅度下降,而且可极大提高电源利用效率、节省材料、降低成本。在电动汽车和变频传动中,更是离不开开关电源技术,通过开关电源改变用电频率,从而达到近于理想的负载匹配和驱动控制。高频开关电源技术,更是各种大功率开关电源(逆变焊机、通讯电源、高频加热电源、激光器电源、电力操作电源等)的核心技术。
3.1高频化
理论分析和实践经验表明,电气产品的变压器、电感和电容的体积重量与供电频率的平方根成反比。所以当我们把频率从工频50Hz提高到20kHz,提高400倍的话,用电设备的体积重量大体下降至工频设计的5~l0%。无论是逆变式整流焊机,还是通讯电源用的开关式整流器,都是基于这一原理。同样,传统“整流行业”的电镀、电解、电加工、充电、浮充电、电力合闸用等各种直流电源也可以根据这一原理进行改造,成为“开关变换类电源”,其主要材料可以节约90%或更高,还可节电30%或更多。由于功率电子器件工作频率上限的逐步提高,促使许多原来采用电子管的传统高频设备固态化,带来显著节能、节水、节约材料的经济效益,更可体现技术含量的价值。
3.2模块化
模块化有两方面的含义,其一是指功率器件的模块化,其二是指电源单元的模块化。我们常见的器件模块,含有一单元、两单元、六单元直至七单元,包括开关器件和与之反并联的续流二极管,实质上都属于“标准”功率模块(SPM)。近年,有些公司把开关器件的驱动保护电路也装到功率模块中去,构成了“智能化”功率模块(IPM),不但缩小了整机的体积,更方便了整机的设计制造。实际上,由于频率的不断提高,致使引线寄生电感、寄生电容的影响愈加严重,对器件造成更大的电应力(表现为过电压、过电流毛刺)。为了提高系统的可靠性,有些制造商开发了“用户专用”功率模块(ASPM),它把一台整机的几乎所有硬件都以芯片的形式安装到一个模块中,使元器件之间不再有传统的引线连接,这样的模块经过严格、合理的热、电、机械方面的设计,达到优化完美的境地。它类似于微电子中的用户专用集成电路(ASIC)。只要把控制软件写入该模块中的微处理器芯片,再把整个模块固定在相应的散热器上,就构成一台新型的开关电源装置。由此可见,模块化的目的不仅在于使用方便,缩小整机体积,更重要的是取消传统连线,把寄生参数降到最小,从而把器件承受的电应力降至最低,提高系统的可靠性。另外,大功率的开关电源,由于器件容量的限制和增加冗余提高可靠性方面的考虑,一般采用多个独立的模块单元并联工作,采用均流技术,所有模块共同分担负载电流,一旦其中某个模块失效,其它模块再平均分担负载电流。这样,不但提高了功率容量,在有限的器件容量的情况下满足了大电流输出的要求,而且通过增加相对整个系统来说功率很小的冗余电源模块,极大的提高系统可靠性,即使万一出现单模块故障,也不会影响系统的正常工作,而且为修复提供充分的时间。
3.3数字化
在传统功率电子技术中,控制部分是按模拟信号来设计和工作的。在六、七十年代,电力电子技术完全是建立在模拟电路基础上的。但是,现在数字式信号、数字电路显得越来越重要,数字信号处理技术日趋完善成熟,显示出越来越多的优点:便于计算机处理控制、避免模拟信号的畸变失真、减小杂散信号的干扰(提高抗干扰能力)、便于软件包调试和遥感遥测遥调,也便于自诊断、容错等技术的植入。所以,在八、九十年代,对于各类电路和系统的设计来说,模拟技术还是有用的,特别是:诸如印制版的布图、电磁兼容(EMC)问题以及功率因数修正(PFC)等问题的解决,离不开模拟技术的知识,但是对于智能化的开关电源,需要用计算机控制时,数字化技术就离不开了。
3.4绿色化
电源系统的绿色化有两层含义:首先是显著节电,这意味着发电容量的节约,而发电是造成环境污染的重要原因,所以节电就可以减少对环境的污染;其次这些电源不能(或少)对电网产生污染,国际电工委员会(IEC)对此制定了一系列标准,如IEC555、IEC917、IECl000等。事实上,许多功率电子节电设备,往往会变成对电网的污染源:向电网注入严重的高次谐波电流,使总功率因数下降,使电网电压耦合许多毛刺尖峰,甚至出现缺角和畸变。20世纪末,各种有源滤波器和有源补偿器的方案诞生,有了多种修正功率因数的方法。这些为2l世纪批量生产各种绿色开关电源产品奠定了基础。
现代电力电子技术是开关电源技术发展的基础。随着新型电力电子器件和适于更高开关频率的电路拓扑的不断出现,现代电源技术将在实际需要的推动下快速发展。在传统的应用技术下,由于功率器件性能的限制而使开关电源的性能受到影响。为了极大发挥各种功率器件的特性,使器件性能对开关电源性能的影响减至最小,新型的电源电路拓扑和新型的控制技术,可使功率开关工作在零电压或零电流状态,从而可大大的提高工作频率,提高开关电源工作效率,设计出性能优良的开关电源。
总而言之,电力电子及开关电源技术因应用需求不断向前发展,新技术的出现又会使许多应用产品更新换代,还会开拓更多更新的应用领域。开关电源高频化、模块化、数字化、绿色化等的实现,将标志着这些技术的成熟,实现高效率用电和高品质用电相结合。这几年,随着通信行业的发展,以开关电源技术为核心的通信用开关电源,仅国内有20多亿人民币的市场需求,吸引了国内外一大批科技人员对其进行开发研究。开关电源代替线性电源和相控电源是大势所趋,因此,同样具有几十亿产值需求的电力操作电源系统的国内市场正在启动,并将很快发展起来。还有其它许多以开关电源技术为核心的专用电源、工业电源正在等待着人们去开发。
参考文献
(l)林渭勋:浅谈半导体高频电力电子技术,电力电子技术选编,浙江大学,384-390,1992
1.电力电子技术的发展
现代电力电子技术的发展方向,是从以低频技术处理问题为主的传统电力电子学,向以高频技术处理问题为主的现代电力电子学方向转变。电力电子技术起始于五十年代末六十年代初的硅整流器件,其发展先后经历了整流器时代、逆变器时代和变频器时代,并促进了电力电子技术在许多新领域的应用。八十年代末期和九十年代初期发展起来的、以功率MOSFET和IGBT为代表的、集高频、高压和大电流于一身的功率半导体复合器件,表明传统电力电子技术已经进入现代电力电子时代。
1.1整流器时代
大功率的工业用电由工频(50Hz)交流发电机提供,但是大约20%的电能是以直流形式消费的,其中最典型的是电解(有色金属和化工原料需要直流电解)、牵引(电气机车、电传动的内燃机车、地铁机车、城市无轨电车等)和直流传动(轧钢、造纸等)三大领域。大功率硅整流器能够高效率地把工频交流电转变为直流电,因此在六十年代和七十年代,大功率硅整流管和晶闸管的开发与应用得以很大发展。当时国内曾经掀起了-股各地大办硅整流器厂的热潮,目前全国大大小小的制造硅整流器的半导体厂家就是那时的产物。
1.2逆变器时代
七十年代出现了世界范围的能源危机,交流电机变频惆速因节能效果显著而迅速发展。变频调速的关键技术是将直流电逆变为0~100Hz的交流电。在七十年代到八十年代,随着变频调速装置的普及,大功率逆变用的晶闸管、巨型功率晶体管(GTR)和门极可关断晶闸管(GT0)成为当时电力电子器件的主角。类似的应用还包括高压直流输出,静止式无功功率动态补偿等。这时的电力电子技术已经能够实现整流和逆变,但工作频率较低,仅局限在中低频范围内。
1.3变频器时代
进入八十年代,大规模和超大规模集成电路技术的迅猛发展,为现代电力电子技术的发展奠定了基础。将集成电路技术的精细加工技术和高压大电流技术有机结合,出现了一批全新的全控型功率器件、首先是功率M0SFET的问世,导致了中小功率电源向高频化发展,而后绝缘门极双极晶体管(IGBT)的出现,又为大中型功率电源向高频发展带来机遇。MOSFET和IGBT的相继问世,是传统的电力电子向现代电力电子转化的标志。据统计,到1995年底,功率M0SFET和GTR在功率半导体器件市场上已达到平分秋色的地步,而用IGBT代替GTR在电力电子领域巳成定论。新型器件的发展不仅为交流电机变频调速提供了较高的频率,使其性能更加完善可靠,而且使现代电子技术不断向高频化发展,为用电设备的高效节材节能,实现小型轻量化,机电一体化和智能化提供了重要的技术基础。
2.现代电力电子的应用领域
独立学院的人才培养定位首先要着眼于国外和国内教育发展的宏观形势,借鉴国外私立大学发展模式和经验,参照全国高等教育体系中公办高校、高职院校和民办院校的实际情况,分析其现状,预测其发展趋势,以掌握社会人才需求的变化,及时调整培养定位。在此过程中,要特别注重把握以下四方面内容:一是与国外私立大学密切接触,学习他们的办学经验,结合我国特有的国情,为我所用;二是社会对高等教育、人才培养的需求,确定哪种人才是最为紧缺的;三是独立学院本身的办学条件和主要优势,认清独立学院能给学生提供什么样的教育,为社会培养什么样的人才;四是锐意求变,锐意求新,极力避免趋同,以独立学院培养的特色人才去填补人才市场的空缺。社会对人才的需求是多种多样的,随时变化的,各校的办学条件和优势不尽相同,紧紧抓住社会人才需求和本学院优势的交汇点,这是独立学院的最佳定位。所以,根据高等教育的基本规律,独立学院的人才培养定位要从内、外部基本规律去进行考察。从内部分析,既要根据独立学院自身的资源状况,又要根据独立学院人才培养的特点;从外部分析,既要根据国家的教育方针政策,又要根据社会对于人才的需求。
(一)国家教育制度与政策层面中的独立学院人才培养定位
现阶段,独立学院如何选择人才培养定位固然取决于自身的实际情况,但更多受制于政府的教育制度与政策。我国民办高等教育的发展与管理主要受政府部门出台的教育制度与政策来规制,因此,独立学院人才培养定位很大程度上也受制于国家制度与政策对于独立学院本身发展定位的指导。独立学院人才培养定位要基于国家与政府层面的需求,这种人才培养定位的指导主要是基于宏观的独立学院的人才培养类型、人才培养层次,而不是指具体的人才培养目标、规格等。进行三本教育,应由独立学院根据自身实力和潜力来作出决定。
(二)社会经济发展等市场因素对独立学院人才培养定位的影响
独立学院要生存和发展,其人才培养定位必须基于市场的需求。高等学校的定位不是高低层次的定位,而是依据人才培养的职能来定位的。独立学院大多培养的是偏应用型的人才,它的发展与市场有着天然的紧密关系。在当今科学技术迅猛发展、产业结构不断调整的时代,独立学院的人才培养定位必须基于就业市场和生源市场的双重需求,并反映到人才培养的类型、层次、科类、规格、素质、修养和特长等方面。民办高等教育面向市场首先必须获得生源市场,而学生、家长在当前的市场就业环境下必然会顾及今后的就业,所以这是独立学院人才培养定位中必须着重考虑的一个面向市场的关系链。而合理的面向市场的人才培养定位能促进民办高等教育的发展壮大与特色形成,过于探求不切实际的高层次或者市场已经趋于饱和的人才培养则可能导致学校本身发展的缓慢、停滞,甚至倒退。
(三)独立学院人才培养定位选择必须适应自身的发展特点
独立学院自身的发展定位有着内部环境的制约,在人才培养的目标选择上也同样受制于独立学院自身的实际条件,如自身的资源投入状况、师资队伍、教学设备资源、管理体制、图书资料、科学研究、实践教学基地建设以及可持续发展的能力等等,也即是人、财、物、时间、空间等资源因素的综合状况。这些不同于我国的公办高校,有着独立学院自身的特点。
1、民办高等教育恢复发展才20多年,独立学院本科教育发展时间也就10多年时间,其办学经验、办学条件、办学水平、办学特色、教学质量等方面与公办高校相比较差距仍然很大。独立学院教育资源的投入与水平的提升是一个持续累积的过程,人才培养更是。俗话说,“十年树木,百年树人”,这不可能是一蹴而就的,独立学院的发展与水平提升必然要经过一个漫长的积累过程,无论是教学、科研、设备仪器等“硬件”资源的建设,还是师资队伍、专业课程等“软件”资源的建设,独立学院都处于发展的初级阶段。
2、在师资队伍建设方面,独立学院有四个基本特征:一是聘请母校(校本部)在职教师来独立学院进行管理与教学;二是聘请公办高校的退休教师来授课;三是聘请业界人士前来兼职教学;四是自有师资队伍,这里面大多数是高校刚刚毕业的研究生。从师资队伍结构上分析:一是高学历、高职称的比例偏小,而低学历、低职称的比例偏高;二是师资年龄成两极分化,一边是60岁以上身体状态不好的退休老教师,一边是刚刚毕业没有多少教学经验的青年研究生;三是兼职队伍往往带来师资队伍结构的不稳定性。独立学院在教学与科研梯队的形成上存在很多的困难,学科带头人、教学骨干等往往需要学校进一步引进和加快培养。
3、生源特征上分析,独立学院的学生是本科第三批次生源,学生的综合素质与公办高校的生源相比偏低,这些学生很大程度上不适应从事“高、精、尖”的科学研究工作,而更适应于从事能够发挥其特长的知识与技术相结合的应用方面工作。从学生的实际状况出发,因材施教,这是人才培养定位的一个重要因素。
4、独立学院的自身特点。由于独立学院的管理体制和运行机制比公办高校更适应市场变化,更能够有效利用社会上各种优质教育资源并优化组合,扬长避短,走特色发展之路,有所为,有所不为。为此,独立学院应充分发挥体制、机制优势,贴近地方经济和社会发展需要,紧跟市场需求,办出特点,并在课程建设、学科建设、学校发展等方面真正形成人才培养特色,逐渐建立起自己的品牌和核心竞争优势,拓展品牌和特色的社会效应。综上所述,独立学院的人才培养目标定位必须适应独立学院的基本特点,适应独立学院的实际情况,在定位过程中应认真分析自身的发展历程、学校资源、师资队伍结构特征、生源状况以及自身的特点等情况,以便对人才培养目标做出科学、合理的定位。
二、独立学院艺术设计专业的特点
教育部早在2003年颁布的《关于规范并加强普通高校以新的机制和模式创办独立学院管理的若干意见》明确指出:“独立学院的专业设置,应主要面向地方和区域社会、经济发展的需要,特别是要努力创造条件加快发展社会和人力资源市场急需的专业。”艺术设计是一门偏重于造型艺术,强调审美意识、创新能力、品味格调、素质涵养的应用型专业,其教学内容和社会实践结合非常密切。
(一)、艺术设计专业特点
1、学生高考成绩相对不高,文化素质相对较差。当前,受高考升学压力的影响而使高中阶段的教育带有了明显急功近利的性质,许多学生与家长都认为学习美术是升学的捷径,高中老师也鼓动文化课成绩不好的同学“半道出家”,纷纷报考艺术设计类专业;加之近些年高校急剧扩招,造成了高校艺术设计专业在校生文化基础薄,美术基础也不扎实。
2、实践性强。视觉传达设计、环境设计、服装设计、产品设计等都是以实践为主的,能迅速服务于市场经济的专业门类。从课程看,书籍设计、海报设计、景观设计、展示设计等均是讲究实操性的课程门类。无论哪个层次的高等教育单位,都无法回避艺术设计专业的实践特征。
3、培养过程相对复杂。艺术设计专业学习具有学习资料的具象性;其知识更新速度快、前瞻性强;专业活动具有创造性;专业创作与社会经济联系密切等特点。
4、广阔的就业空间和良好的就业前景。艺术设计专业涵盖平面广告设计、包装设计、展示设计、环境设计、服装设计、产品造型设计等门类,它服务于人类衣食住行,美化衣食住行,提高人类生活品质。
(二)独立学院艺术设计专业特点
独立学院是由普通高等学校与社会组织或者个人合作,利用民间资本举办的实施本科学历教育的高等学校,性质介于公办院校与民办院校之间。一方面,筹办独立学院的门槛比民办院校高;另一方面,独立学院办学资源和经验与公办院校还有很大差距。在这样的背景下,独立学院艺术设计专业必然有其鲜明的特点。
1、专业的实践性和独立学院的应用人才培养定位很好地结合在一起。艺术设计是与生产实践密切相关的艺术门类,设计的目的是服务于市场经济,设计的过程离不开实践环节,设计的效果由客户和消费者检验。国家和教育部对于独立学院的人才培养的基本要求是:按照社会、经济发展的需要设置专业,主要为地方和区域社会的发展培养高素质的专业型、复合型、应用型高级人才。目前大多数独立学院开了艺术设计专业,原因正是该专业内在的实践性质可以很好地为地方经济服务,有契合了国家和教育部的要求。
2、与其他院校相比:美术学院的艺术设计专业办学目标定位以本校长期积聚的美术基础为依托,强调个性化教育特色;师范院校的艺术设计专业办学目标定位以其人文教育的优良环境为依托,强调素质教育特色;综合性院校的艺术设计专业办学目标定位以综合性学科为依托,强调跨学科交叉型人才教育特色;而理工院校特别是地方工科院校的艺术设计专业办学目标定位则以其强势的理工背景为依托,强调复合型高级技术人才教育特色。独立学院的艺术设计专业应强调其应用性的同时,也要注重其创新能力的培养。
(三)独立学院学生特点
独立学院学生的自身有其优缺点,其优点恰巧是艺术设计专业需要的素质基础和能力基础。我们应扬长避短,多鼓励,加强引导。
1、重视专业创作,忽视文化学习。学生文化基础较差,理论学习习惯不好,偏科现象严重,自我管理、自我服务意识较差,对公共课和理论课缺乏兴趣;但对创作实践有浓厚的热情,创新能力较强。尽管学生绘画基础并不比其他层次高校差别太多,但其较差的文化素质和学习习惯给独立学院的教学和管理带来了一定的挑战。
2、学生不适应灌输式的教育,喜欢老师的鼓励和积极引导。文化成绩不高,导致学生缺乏自信心,这就要求老师在课内外采用讲授、演示、调查与分析等各种综合手段进行教学,以鼓励为主要方式,减轻学生压力,引导学生积极自主学习。
3、学生的思维比较活跃,有丰富的想象力。独立学院学生家庭条件相对较好,从小所受的教育和影响相对良好,体现在学生身上是:思维活跃,见识广,想法比较多,对社会各方面的认识也相对较深,人际交往和动手能力强。
三、独立学院艺术设计专业人才培养定位——“基本要求+特色”
培养具有基础知识和基本理论,掌握专业创作技能,能独立完成设计调研、设计策划、设计制作、设计管理,会熟练地运用计算机进行辅助设计,且有团队合作精神的创新型、应用型、有特色的高级专门人才。这是独立学院艺术设计专业人才培养应有的的基本定位,但具体内容因学院而异。
(一)、母体和资源优势对人才培养特色的影响
南京大学金陵学院要求培养具有良好的道德、素养、品行、精神,掌握艺术设计理论知识、设计方法和专业技能的,强化动手实践和实际操作能力的,能够从事设计策划、创意、实施、制作、工程、管理、经营等工作的,适应社会发展与经济建设需要的应用型艺术设计人才。中国传媒大学南广学院培养要求面向电视台、报社、设计公司、文化传播机构等单位,培养具有宽广的人文社科理论基础,掌握艺术理论、设计原理、设计表达和实践技能,精通设计软件,能够从事艺术设计的策划、实施、制作与管理等工作的应用型、复合型、创新型的高级专门人才。郑州轻工业学院伊斯顿美术学院通过多门主干课程的教学,与俄罗斯及西亚开展国际合作,采用交互式教学方法,使学生全面掌握艺术设计的专业知识,培养能够从事相应设计门类的高级专门人才。从这几个独立学院的人才培养定位不难看出:艺术设计专业基础知识、基本技能、创新与实践能力都是各个学校的基本要求,但其特色各不相同。独立学院依托母体和资源优势,对艺术设计专业人才培养定位特色进行了强调:南京大学金陵学院注重艺术素养和道德品行的培养,中国传媒大学南广学院侧重艺术设计专业与传媒产业的构建,郑州轻工业学院伊斯顿美术学院强调区位的国际合作办学。艺术设计专业放在不同特色的独立学院,其背景就有很大差异,这种差异带来的直接影响就是形成艺术设计专业人才培养定位的鲜明特色。
(二)、课程体系与内容上的定位特色
独立学院可以按照“基本要求+特色”模式,塑造课程特色,巩固特定的办学优势,形成自身强项,树立与众不同的品牌形象。独立学院需要对艺术设计专业培养计划、课程体系进行整体规划、精心设计。特色可从专业方向设置、课程结构与教学内容,特别是实践教学环节动脑筋。专业培养计划及课程结构体系的革新最终须落实到具有创新意识并符合设计发展规律的特色课程上。目前独立学院艺术设计专业真正有技术含量的、应用性强的课程不多。如平面设计课程,在课堂上反复强调字体、版式、色彩、图片的唯美表现,而对广告理论、投放媒体、消费调查、受众心理、广告效果反馈等重要内容提及甚少,完全可以根据应用性人才市场对人才素质的需求增加“谈判技巧”、“比稿技术”等对学生有直接帮助的课程和内容。传统的素描、色彩、三大构成等课程也要进行重新设计整合。以中国传媒大学南广学院艺术设计专业课程为例做具体分析。该校该专业将课程分为A、B、C类。A类为公共基础课程,包含政治、英语、计算机、体育等。B类为专业核心课程,包含设计原理、设计方法、设计过程、创新思维以及主要设计门类课程。C类再细分为C1、C2、C3三种,其中C1为专业系统课程,如素描、色彩、计算机辅助设计等支撑C1的专业基础课程,有很强的系统性;C2为专业拓展课程,如中国书画、雕塑、摄影等能起到拓展知识、能力和素质的相关课程;C3为公共选修课程,由学生在全校范围内结合自己爱好和特别需求任选,如语言表达艺术、经典影视赏析、导演艺术基础等。除此以外,该校还将寒暑假设置成小学期,由专业教师指导学生在假期完成专业考察、见习和实习,密切与业界的联系,增强人才培养的适应性和应用性。
在此基础上,大三大四年级设置相应的综合实验及实训项目5项,进行相关实验技能的综合应用实训,包括生物技术综合实训(内容包括生物样品的制备、含量测定、层析技术、电泳技术等)、发酵工程综合实训(内容包括菌种选育、发酵原料准备、发酵工艺控制及产品分离技术等)、生物工艺实训(内容包括抗生素生产工艺实训和啤酒生产工艺实训等)、酶工程实训(内容包括淀粉酶发酵技术,生物制剂的生产工艺等)、职业技能培训(内容包括<营养配餐员>、<食品检验工>国家级职业技能证书考核培训等)。要求学生必须通过所要求的专业技能训练项目才可以参加后续的专业(毕业)实习和毕业论文(设计)等工作。通过专业技能达标训练,保证学生掌握本科生必须具备的现代生物技术基础实践技能,显著增强学生在食品生物技术与生物制药技术两个专业方向的专业技能,并具有一定的行业综合技能,具有一定的实验设计、产品研发能力,具有归纳、整理、分析实验结果的能力以及撰写论文、参与学术交流的能力,同时强化职业技能资格证书作用,将拥有相关职业资格证书算入学分,进入学生的生物技术能力评价的标准,鼓励学生多参加相关职业技能证书的培训和考证活动,提高学生适应社会需要的能力。
二、转变观念,积极探索能力培养的新模式
1.改变教育观念,在教与学中促进学生能力培养。
教学改革的首要任务是教学形式的改进。要改进过去单纯传授知识、演绎知识的教学方式,在课堂教学中努力实践、探索师生积极互动、共同发展的教学方式与学习方式的变革;研究教师在教学中的角色转变;提倡启发式、讨论式等生动活泼的教学方法,创设宽松、民主、高效的课堂氛围。探讨培养学生自主学习、合作学习、探究性学习的策略;培养学生在新的教学理念下搜集与处理信息的能力,获取新知识的能力,发现、分析、探索、解决问题的能力;交流与合作的能力等。寻求适合于、满足于不同学生学习需要的,使每个学生都能得到充分发展的教育教学途径,开发学生智力、培养学生创造思维和实际操作能力。其实关于能力培养,我们还必须对生物教学中的存在的大量技能、技巧性的知识加以挖掘与开发。上世纪50年代英国哲学家迈克尔•波兰尼(MichaelPolanyi)研究人类知识的形式,提出人类知识有两种:一种类型的知识是通常以书面文字、图表和数学公式加以表述的;另一种知识是我们知道但难以言述的知识,包括那些非正式的、难以表达的技能、技巧、经验和诀窍等。前者称为显性知识,后者称为隐性知识。显性知识是能够被人类以一定符码系统(最典型的是语言,也包括数学公式、各类图表、盲文、手势语、旗语等诸种符号形式)加以完整表述的知识。隐性知识和显性知识相对,是指那种不能通过语言、文字、图表或符号明确表述,很难进行明确表述与逻辑说明,它是人类非语言智力活动的成果。这是隐性知识最本质的特性。隐性知识是存在于个人头脑中的,它的主要载体是个人,它不能通过正规的形式(例如,学校教育、大众媒体等形式)进行传递,因为隐性知识的拥有者和使用者都很难清晰表达。但是隐性知识并不是不能传递的,只不过它的传递方式特殊一些,例如通过“师传徒授”的方式进行(波兰尼《个人知识》,贵州人民出版社2000年11月出版)。生物教学中的能力培养,实际上确实存在着大量的隐形知识,生物技术是多门操作性很强的学科(生物技术领域包括发酵工程、细胞工程、蛋白质与酶工程、基因工程),它所涉及的多种技术(如荧光定量PCR、蛋白双向电泳和分子杂交等)都有非常详细的步骤,有的操作只需30秒、几分钟不等,几十个步骤下来有的要耗时一周左右,而且整个过程的操作对象都不是肉眼所能分辨的,只有到了最后一步或者通过染色、或者借助仪器(凝胶成像仪、放射自显影等)才能得出结果。即使是同样的操作流程,不一样的操作者完全有可能得到不一样的试验结果甚至大相径庭。从此方面来看,除了依靠课堂教学的知识传递以外,还需要更多的重复性、个体性的操作演练,这是我们长期教学实践所忽视的一面。
2.改革教学评价机制,多形式提高学生的专业学习能力。
在高考指挥棒下,高校的教学评价也沿袭了用分数评价学生一切学习状况的惯性与惰性,目前高校最主要的人才评价机制是分数标注的学业成绩,其他评价机制只能沦为辅助作用。如何改进教学评价机制,对专业学习能力的提高具有重大意义。为科学评价教学质量,需要确定科学的评价方法和建立科学的评价体系。为此,在专业素质能力等少数知识性较强的课程中采用百分制的积分方式,而其他的技能与创新能力的课程则尽量采用其他的计分方式,如用国家职业技能证书(如营养师考核证书、食品检验师考核证书等技能证书)代替课程成绩,顶替学分,用研究成果(如、研究成果、科研项目等)取代实验课成绩,尽量不用量化的分数评价学生的生物技能。即使在普通生物学知识的学习评价,也尽量注重对学生学习及研究过程和方法的引导,采取通过查阅有关资料或进行实验才能完成且无统一答案的作业等形式进行评价。考试方法多样化,如采取开卷或半开卷、文献综述、专题论文、案例分析等形式,评分标准则侧重学生研究、解决问题的思路和方法,是否有独立见解和创新,从而培养学生自我学习和自我发展的能力。
二、基于心理契约的技术型员工离职原因的调查研究
为了更好地从心理契约角度分析技术型员工离职的原因,本文选择甘肃省某水泥厂的技术型员工为研究对象,采用问卷调查方式,对心理契约违背和离职原因这两个维度的变量进行考察,通过调查结果中的数据研究由于心理契约违背导致员工离职的现象。此次问卷共派发180份,回收162份,有效问卷146份,有效率为90.1%。由于问卷是针对技术型员工进行派发的,所以只选择了生产部、质检部和安全环卫部三个部门的员工,又因为该水泥厂成立时间只有两年多,所以未调查员工的任职时间长短。本问卷包括基本资料、心理契约违背程度和离职原因三部分。本次调查样本的基本资料包括所在部门、工种、岗位级别、性别、婚姻状况、年龄和学历七个部分。其统计结果如表1所示。1.心理契约违背程度的分析结果本文从八个方面调查心理契约违背程度,这八个方面分别是经济报酬、工作环境、工作强度、情感需要、公平认可、工作内容、学习培训和晋升期望。在调查问卷中,将这八个方面具体表述为表2中的12个变量,将这12个变量的重要程度和企业实际履行的程度用1至5的等级来划分,用重要程度的等级减去企业实际履行程度的等级,得到心理契约违背程度的数值,用公式表示为:心理契约违背程度=重要程度-实际履行程度,这个数值越大,代表心理契约的违背程度越大,通过统计和计算得到心理契约违背程度的平均值。由表2可以发现,心理契约违背程度的平均值在0至2之间,表示员工在工作过程中有不同程度的心理契约违背,企业履行的承诺与员工的期望有落差。具体表现为以下几点。第一,员工对企业的工作安排和薪酬福利比较满意。工作内容方面(表2中变量10)和经济报酬方面(表2中变量1、2、3)的平均值最低,分别为0.116和0.217,也就是违背程度最低,这说明这家企业在人职匹配方面做得比较好,基本能够为员工提供发挥技能的平台。同时,企业提供的薪酬、奖金、福利等方面的经济报酬基本达到了员工的期望,说明企业在这方面做得比较好,员工没有产生明显的心理契约违背。第二,员工对安全卫生的工作场所的要求方面(表2中变量4),心理契约违背程度的平均值(1.178)最高,这说明员工认为企业应该提供更好的工作环境,加强安全卫生保障。这方面他们的期望落差比其他方面都要大,心理契约违背程度比较大。第三,员工对晋升的期望落差比较大。表2中变量12的心理契约违背程度(平均值为0.938)比较大,员工认为企业没有提供他们期望的晋升制度,他们希望有更多的晋升机会,产生了明显的心理契约违背。第四,员工感到工作强度大和不公平对待。表2中,变量5和变量9的心理契约违背程度的平均值分别为0.705和0.767,说明员工在降低工作强度和得到公平认可方面的期望明显高于企业提供的条件,这两方面出现了明显的心理契约违背。第五,员工在情感归属方面(表2中变量6、7、8)和学习培训方面(表2中变量11)的心理契约违背程度较低,分别为0.468和0.473,这说明员工渴望得到企业的关心,渴望成为企业真正的一分子,同时他们期望企业能够提供更多的学习培训机会让他们提高个人技能。总之,安全舒适的工作场所是员工非常重视但企业履行程度较低的方面,员工在工作场所方面的心理契约违背最为严重;员工对晋升机会比较重视也较难满意,出现了明显的心理契约违背;员工期望获得更为宽松的工作时间和更小的工作强度,期望其工作成绩得到更公平的认可,这两方面的心理契约违背程度比较明显;员工对企业的薪资福利制度比较满意,心理契约违背程度最低;员工在其他方面的心理契约违背程度较低。所以,为了降低员工的心理契约违背程度,企业要尽可能地改善员工工作环境,完善员工发展规划,加强员工的情感管理,预防员工心理契约违背后的离职倾向和离职行为。2.员工离职原因的分析结果本文将员工离职原因的变量归纳为表3中的12个变量,将变量造成员工离职的可能性划分为1至5的数值等级,数值越大表示因此变量离职的倾向程度越大。从表3可以看到,导致员工离职倾向和离职行为的各影响因素中,拖欠工资、工作时间长、工作环境很差、归属感缺失、不公平对待、承诺落空和外部引诱这七个变量的离职倾向程度的平均值比较高,分别为4.377、4.247、4.438、4.123、4.24、4.13和4.137,介于“比较同意”和“完全同意”之间,说明员工比较同意这些情况下更容易导致离职;培训、学习机会少和发展受限这两个变量的数值很接近“比较同意”,说明它们对员工的离职倾向和离职行为也有重要影响;其余因素的数值较低,比较接近“不确定”,对员工的离职倾向和离职行为没有显著影响。所以,拖欠工资、工作时间长、工作环境很差、归属感缺失、不公平对待、承诺落空和外部引诱是造成员工离职的主要原因,学习培训和个人职业发展也与员工离职有密切关系。
三、运用心理契约进行技术型员工离职管理
心理契约违背是员工产生离职意愿和离职倾向的主要原因,企业在运用心理契约对技术型员工进行离职管理时,要针对此类员工的特点,有效地建立和维护心理契约,预防心理契约违背,做好心理契约违背后的心理契约重建。
(一)在招聘过程中有效地创建心理契约
低学历、高技术和工作环境差、工作强度大是技术型员工最显著的特点,工作环境和工作强度是此类员工比较关注的内容,而信息失真是造成心理契约违背的隐患。为了防止他们对企业产生过高的心理预期,在招聘过程中,招聘负责人要真实清楚地向员工介绍他们比较关注的薪酬福利、工作环境和职业发展等内容,切勿承诺企业不存在或无法实现的条件,要尽可能地让他们正确认识企业的责任和义务。同时,每个技术型员工都有自己的专长,招聘负责人要尽可能充分了解应聘者的技能、兴趣、应聘动机和对组织的期望等,尽可能做到人职匹配,使员工建立与组织比较匹配的心理契约,预防员工因心理契约违背导致的离职行为。
(二)加强沟通,减少心理契约的认知差异
莫里森和罗宾逊认为,理解歧义和无力兑现是形成心理契约违背的两个重要原因。为了减少理解歧义的发生,员工进入企业后,企业管理者要加强和他们的沟通,促进彼此对相互义务和责任的理解,减少企业和员工对心理契约的认知差异。与此同时,应该尽量让员工了解企业的战略规划和在行业中的竞争位置,让员工明白企业暂时的困难和美好的发展前景,提高员工的组织凝聚力。技术型员工多数是通过积累工作经验和培训来获得更高的技能、实现自我价值的,所以,企业要参与员工的职业生涯规划,了解员工对培训、学习、技能等级考试、晋升等方面的想法,积极提供必要的学习和培训,完善企业晋升制度,让他们在实现自我价值的过程中提高对企业的认可度和依赖度,培养他们对企业的情感,巩固他们的心理契约,从而防止或减少心理契约违背和离职倾向。
随着垦区经济的发展以及垦区小城镇建设水平的提高,大树被越来越多地应用于广场、公园、道路等各类绿化工程中,特别是重点工程,往往要在较短的时间内体现绿化、美化效果,这就需要种植一定数量的园林大树。大树移植既费工又费时,同时大树的再生能力比幼树、幼苗明显减弱。因此,新植大树的养护管理尤其重要,下面将大树移植和管护技术总结如下。
1大树移植技术
(1)挖坑。根据移植大树规格确定坑的宽度与深度。一般来说,树坑宽度是移植大树胸径的5~10倍,深度达100cm以上。挖坑时将表土和生土分放,把石块及建筑垃圾捡出。
(2)截冠。除了一些云杉、樟子松等松科植物在大树移植时不能截冠外,大多数园林大树如糖槭、银中杨、柳树等,在移植前都可以截冠。首先对所移植的大树进行重修,再根据绿化需要进行截冠,截冠时在顶部20~40cm之内选择好骨架枝,留3~4个主枝进行“三定”,即定枝、定位、定向。每个主枝从主干分枝部始留30~40cm进行重截,多余枝全部从基部疏除,以平衡根冠比,提高移植成活率。
(3)消毒处理。对截冠的锯口进行涂抹或包扎工作,可以用调和漆加少量的汽油调匀,对所有锯口进行涂抹;也可用塑料袋在枝顶部锯口包扎3~5cm,以减少水分蒸发,提高成活率。
(4)挖树。挖掘大树时要尽量保护根系。土球直径不小于冠径的1/4~1/3,依树形而定,圆柱形宜小,圆锥形宜大,土球要用草绳包扎,做到根部土球不松不散。
(5)包干。用草绳、蒲包等材料严密包裹树干和比较粗壮的分枝。经包干处理后,一是避免强光直射和干风吹袭,减少树干、树枝的水分蒸发;二是贮存一定量的水分,使树干经常保持湿润;三是调节枝干温度,减少高温和低温对枝干的伤害,效果较好;四是减少大树在运输时对树干所造成的损伤。
(6)运输。大树挖掘后,根据大树直径大小选择运输方式,如果不能人工装运的,应采用机械装运。在起吊、运输过程中要尽量保护枝叶和土球,争取当天起运,当天栽植。
(7)栽植前处理。栽树前要对劈裂、折伤的根系进行修剪,直径2cm以上的锯口要整齐,以利愈合,然后用多菌灵对土壤或根部进行消毒,比较难生根的名贵树种可用生根粉溶液喷洒或浸根,以促进根系早愈合、快生根。
(8)栽植。在已挖好的树坑回填20cm的表土,将处理好的大树放到树坑中央,再将表土回填树坑内,坑土离地面一半时,用脚踏实后再填,填土时使根系与土壤密结,但注意不要把土球弄松,以免伤到根系。
(9)灌水。大树栽植后应立即整修树盘或留好树池,当天灌水,灌足灌透,水渗透后及时封土。
2移植后的管护技术
(1)支撑。树大招风,大树种植后应立即支撑固定,慎防倾倒。正三角桩最利于树体稳定,支撑点以树体高2/3处左右为好,并加垫保护层,以防伤皮。
(2)控水。新移植大树,根系吸水功能减弱,对土壤水分需求量较少。因此,只要保持土壤适当湿润即可。土壤含水量过大,反而影响土壤的透气性能,抑制根系的呼吸,对发根不利,严重时会导致烂根死亡。一般来说,第1次淋水后,待10d左右开穴浇1次水,以后10~15d浇1次,但要根据天气情况、土壤质地情况而定。
(3)喷水。大树地上部分(特别是叶面)因蒸腾作用易失水,必须及时喷水保湿。喷水要求细而均匀,并且能喷及地上各个部位和周围空间,为树体提供湿润的气候环境。可采用高压水枪喷雾,或根据树冠大小安装1个或若干个细孔喷头在树冠上方,进行喷雾,也可用“吊盐水”的方法,即在树枝上挂若干个装满清水的盐水瓶,运用医药上吊盐水的原理,让瓶内的水慢慢滴在树体上,并定期加水,既省工又节省投资。一般在抽枝发5~10片叶后,可停止喷水。
计算机网络是计算机技术和通信技术紧密相结合的产物,在信息社会中起着举足轻重的作用。计算机网络的建立是医院管理发展的方向。一个完备的医院信息管理系统包括门诊收费系统、住院病人收费系统、医嘱管理系统、药品管理系统、病案管理系统,财务管理系统等,这些系统相互集成、数据共享,建设成医院内部快速可靠的计算机网络通讯系统,实现医院管理信息化和临床管理信息化。将传统的医院建设成为电子医院,用电子化信息取代传统的信息,网络互连、信息交流,更好地开发了“以病人为中心”的服务体系,能确保整个数据处理工作的准确和统计结果的可靠性。为医院临床管理决策提供真实可信、及时客观的理论与实践依据。本文就计算机技术在医院临床管理系统中的应用进行了探讨。
1医院临床系统应用计算机技术的重要意义
运用计算机系统处理医嘱使护理文书记录和管理逐步走向科学化、系统化、规范化。其重要意义主要表现在四个方面。①减少差错,保证患者的安全用药。计算机处理医嘱只要输入正确,打印的医嘱记录单和各种执行卡就一致无误,杜绝了由于重复转抄而造成的错误,且计算机处理医嘱改变了以往多人查对的方式,节省了人力。②增加了医疗收费的透明度。由于计算机的自动划价、结算,患者和科室随时可从计算机内了解开支情况,同时给患者提供了住院费一日清单,增加了医院收费透明度,做到医患双方心中有数,提高了社会效益和经济效益。③为医院管理提供便捷、可靠的信息和数据。医院管理层可以通过计算机联网,随时了解全院的医疗动态、用药情况、库存情况,为决策提供了可靠,便捷的信息和数据。四是减轻了医、药、护人员的工作负荷。运用计算机管理后,病房医生不需一一开处方,患者住院开支情况由护士通过计算机提供信息。中心药房取消了划价,统计,护士取消了重复转抄,相对减轻了工作负荷。
2医院管理系统的组成
(1)硬件组成。主要包括:①服务器。它是信息系统的核心,医院所有的信息全部储存在里面,所以它必须具有极高的安全性,服务器采用双机备份。②工作站。用户操作的PC机及其外设,如打印机、磁卡机。PC机全部和服务器相连。③网络设备。包括交换机、光纤、双绞线、UPS、机柜等,它们是网络系统的基础设施。
(2)软件组成。主要包括:①桌面操作系统。如Win-dows98、Windows2000、XP等。②网络操作系统。安装在服务器上,如:windowsNTServer,windows2000Server等。③数据库系统。通常使用SQLServer。④软件开发工具。主要有PowerBuilder等。
3医院信息管理系统的应用
(1)在门诊收费管理方面的应用。门诊操作员根据医生处方,把病人药品,检查项目输入电脑,随时给病人打印发票,在发票上具体写明了收费明细,不仅病人对收费一目了然,也方便了医保中心和各保险公司的审核,大大方便了用户。收费可以随时生成操作员收费台帐,使现金和帐目随时可以核对,账目一目了然,杜绝了经济违规案件的发生,也提高了他们的工作效率。
(2)在病房收费管理方面的应用。住院病人从入院到出院的全过程采用计算机处理。在病房,每个病区都设置了护士工作站,网络系统以每个住院病人的信息源为基本信息单位,从办理入院手续开始贯穿整个住院医疗全过程直至出院。此程序为先由入院处登记人院。计算机自动生成病人的住院号、ID号、姓名、性别、年龄、诊断、预交款等通过网络信息传送到相应的病区,病区收到信息后继续输入病人医嘱,根据医嘱生成相应的检查费和药品费用。各护士站的项目有安排床位、转科、出院、返院、对账、病人所有信息查询等,所有的信息均在计算机网络中心双机备份。确保数据的安全性。住院病人信息采用计算机处理,帐务清楚,减少了环节,堵塞了漏洞,规范了财务核算。以往记账划价。随意性大。特别在出院时随意减免病人费用,导致漏费现象,应用HIS管理和每日清单的实行,这样的情况可完全避免。
(3)在病区管理方面的应用。病区管理系统的使用把“以病人为中心”的服务理念落到了实处,HIS通过最大程度的为医护人员提供服务,提高为病人服务的效率和工作质量。HIS把转抄和处理医嘱的工作转由计算机处理,可大大节约时间。HIS通过固定费用(如床位费),绑定费用(如输液费)可减少人为的漏费和大大降低护士记费工作中简单而繁琐的劳动。使得医护人员把更多的时间用于服务病人。HIS的应用促进了医院工作流程的一系列变化,减少了医疗差错的发生。电子医嘱取代处方作为一个新的纽带把医生、护士、药房、收费处联系在一起。把原来一些繁琐的手工操作通过电脑处理。也方便了病人,减少了医患矛盾。
2.钻孔灌注桩施工过程
2.1关于施工前的准备工作
第一,施工前要做好工程中各种材料的检索与收集工作,对现场地质进行分析。第二,认真阅读了解施工的方案以及施工图,掌握好全部信息。第三,现场地基必须保持平坦,施工现场的水电必须正常供应,必须要有软土处理技术,这三个方面是工程顺利进行的前提条件。第四,关于桩位以及基准线等,要在施工开始前对它们进行测量、核实。第五,除了上述的准备工作之外,还要有系列指控方案保证施工的高水平。
2.2关于钻机的就位工作
在施工前的准备工作完成之后,开始进入正式的施工阶段。如果在深水区发现有大量的淤泥存在,那么就需要建立子控制网络,目的有三个,一是全面测量整个工程施工中的各种参数,二是对施工桩的位置进行观察,三是核查施工桩的方位。在这一过程中必须要注意报纸施工桩位置的准确性,只有这样才能使工程顺利进行下去。
2.3关于对护筒的埋设工作
护筒的埋设不仅能对桩位起到有效的固定作用,还能对钻井钻头的向下深入起到指导作用。在这一阶段的工作中需要注意两点:一是护筒的直径不能比桩孔的直径小,只有这样才能确保钻头能够在施工桩的孔隙中有效开展施工工作。二是护筒的埋设位置必须按照相关要求和桩位之间保持相应的距离,还要注意不同的土质中,对护筒进行埋设的深度不同。一定要保证护筒安装牢靠,防止水泄露现象的发生。
2.4关于护壁的泥浆
泥浆在施工有着比较重要的作用,它能渗入到孔壁的底部,有效防漏。它能将孔壁的底部进行固定,另外由于在钻井时会有很多残渣悬浮,泥浆能够对其进行清除。
2.5关于混凝土的浇筑工作
首先,要根据施工的标准和具体的要求,选择具有相应的强度的混凝土。其次,对于选择好的混凝土,在施工之前,还要做好严格的检测工作。再次,用选择好的混凝土灌注施工桩,在这一过程中要时刻观察浇筑的情况,一定要使其符合相关的要求。
2.6关于钢筋笼
关于钢筋笼的制作。一方面钢筋笼主要是由钢筋组成的,因此,要确保钢筋的质量以及钢筋的处理如焊接以及去锈还有调直等都要符合施工的标准和要求。另一方面,在对钢筋笼的外部进行浇筑时要注意混凝土的厚度一定要适当,还要将钢筋笼分成上中下三层,在这些层面上都要放上混凝土块。关于钢筋笼的安装。第一,在安装之前,必须要对孔内的状况进行检测,使钢筋笼的安装工作顺利进行。第二,在安装的过程中,首先,要注意安装的位置一定要和钻孔保持一致,其次,还要注意安装的速度,不能太快,有些施工人员遇到障碍,不管不顾,强行吊装,还有的直接把钢筋笼从高处直接落到钻孔处,导致钻孔壁出现了坍塌的现象。
3.钻孔灌注桩施工中存在的问题及解决措施
3.1关于导管渗水
施工中不对接头的部分采取好的措施,就会导致渗水现象的发生,从而导致导管发生上升的现象,混凝土发生离析,给成桩工作带来困难。这是因为在施工过程中没有对导管的接头部位进行严格的密封,再加上初期没有足够的灌量,导致导管在混凝土的上面暴露出来,从而使导管底部的泥浆进入了导管内部,导管上升,加之导管埋设的深度不够,最终导致了这一现象的发生。针对这一现象,解决的措施有:检查导管,要么是对导管进行更换要么是将其提出后进行重新设置,对灌进导管中的混凝土进行清除后再重新灌注。如果灌注的混凝土比较多,就必须要停止灌注的工作,并将导管提出来,再用钻头进行开钻,使用的钻头比原来的孔径要小,还要使混凝土的深度足够才行,将钻孔进行重新清理之后,再将导管中间的小孔里,进行重新的灌注工作。
3.2关于缩颈
这是在钻孔灌注桩施工中最为常见的问题之一。这一问题产生的原因是:对桩体进行浇筑时,桩的四周产生土体膨胀现象。针对这一问题,我们可以采取两种措施:一种是在失水现象发生时及时使用质量良好的泥浆进行控制。如果在成孔的时候发生,就要使泵量加大,使成孔的速度加快,这样在成孔完成以后孔壁就会有泥皮出现,这样孔壁不会有渗水或者是膨胀现象的发生。另一种解决的方法是在导正器的外面焊接上一些合金刀片,这样就能在起钻和钻进的时候都能对钻孔进行清扫。
3.3关于断桩
这一现象产生的原因主要有四个:一是灌注时,导管的提升太高,从而导致导管的底部和混凝土层分离开来。二是,管道发生拥堵现象时没有进行及时的清理。三是,关于混凝土,其灌注的时间太长或者是质量不合格。四是,关于灌注的过程。表层的混凝土流量比较小,但是这时混凝土还在不停地进行灌注,这样就导致了位于表层下面的混凝土冲破顶面,形成断桩。针对这一现象,我们可以采取相应的措施:如果在施工中,机械使用操作不恰当或者是在使用的过程中产生了故障,这时有可能导致导管提空或者是卡管等现象,必须要及时对其采取相应的措施。在灌注的初期阶段遇到这种现象要针对实际情况采取相应的措施。①如果这个时候孔内的混凝土小于3米,那么就可以用气举法,进行吸渣,目的是将孔内没有开始凝结的混凝土打扫干净,这样之后再重新进行混凝土的灌注。②如果这个时候灌注的混凝土小于20米,首先,要用牙轮钻将混凝土的部分表层进行清除,这部分的厚度为1.5米,然后要使用一种内套的钢护筒,它的直径小于护筒,大于钢筋笼,将其对准设计桩,在钢护筒和钢筋笼之间的小孔的地方直接插入。③如果这个时候灌注的混凝土已经达到了20米,凝结已经开始,但是孔内的混凝土还小于50米。这时就要对一部分的钢筋笼进行切除,然后再将全部的碎块进行清除,重新开始灌注工作。
3.4关于钢筋笼的上浮
这一现象主要发生在成孔之后的浇筑工作中。发生这一现象的原因主要是在清孔时孔内部会有很多的泥块和泥皮,由于它们的不断上升,使泥块在钢筋笼的底部形成堵塞。针对钢筋笼上浮的现象,可以采取以下几种措施:①粗骨料在套管的内壁和箍筋之间存在,会使套管的内壁与钢筋笼的外径有太小的距离,最终导致钢筋笼上浮,这时需要保证套管内壁和箍筋两者之间的距离为粗骨料的两倍。②由于套管的底部内壁上有大量的砂浆以及土粒等,导致套管变形,使之被拔掉后钢筋笼被随之带上来。这时就要在成孔之前对套管的内壁进行检查,及时对粘着物进行清理。如果已经造成了套管的变形,就要采取修补的措施。③如果钢筋笼本身发生了弯曲,就有可能是由于不同的钢筋笼之间存在接点的问题或者是弯曲变形的问题或者是套管发生了倾斜等问题导致的。在此时,就要首先,加强钢筋笼制作与安装的质量,防止变形现象的发生,还要在放笼时注意确认其放置的精确度。同时还要注意不能对其顶端进行敲打。