《电力电子技术》教学改革实践.doc

《电力电子技术》教学改革实践
电气工程系李坚
摘要：电力电子技术是自动化专业重要的基础课，根据电力电子技术课程的特点，结合自身教学实践，从教学内容，教学方法和手段，实践环节等方面对该课程的教学改革进行了探索和实践，这些措施在培养学生的兴趣和实践能力方面取得了较好的效果。
关键词：电力电子；教学改革；实践电力电子技术是电力电子变换和控制技术的简称，是一门综合性的电子技术、控制技术和电力技术的新兴交叉学科，是自动化专业的一门重要的专业基础课。该课程总学时36学时，其中实验6学时，其课堂教学的最大特点就是电路图和波形图较多，实践性强。随着电力电子技术的不断发展，内容不断增加，如何在有限学时内获得最好的教学效果，使学生较好地掌握课程内容，并培养学生的工程实践能力和创新精神，增强学生的学习兴趣，是一项急需解决的问题。本人从教学内容、教学方法，教学手段，实践环节，教学研究等几方面对该课程的教学改革进行了探索。一、课程的重点、难点1、课程的重点各类电力电子器件的通断控制特性、四类基本电力电子开关电路拓扑结构、实现电力电子变换和电力电子补偿控制的原理、电力电子变换的过程中运行参数的变化及实时控制特性、输入输出电流电压波形分析。2、课程的难点电力电子电路种类繁多，当电路中含多个开关器件时电路的运行模态较多，且理解电力电子电路特性时常常要从s级、ms级和us级等不同时间尺度人手，因此学生学习时容易被本门课程表面的繁杂所迷惑，甚至感到无所适从。而且本门课程实践性很强，学生在课程学习时难以将所学知识与实践相结合。二、调整教学内容1、优化课程内容晶闸管是半控型器件的代表，在20世纪90年代前期，应用范围相当广泛。但从20世纪80年代初，以P-MOS-FET和IGBT为代表的全控型器件发展迅速，目前已经成为电力电子领域的核心器件，这影响到主电路拓扑结构、控制方法，也同样影响电力电子技术课程的教学。在教学过程中，将半控型器件的相关内容删减，介绍全控型器件的特性，由全控型器件组成的斩波器、逆变器、变频器。压缩和删减一些已过时或在实际工程中应用较少的器件和电路。例如在整流电路章节中晶闸管直流电动机系统，原来它是可控整流装置的主要用途之一，但目前已由全控型器件构成的PWM脉宽调制电路所取代，因此在授课时就简单介绍。在删减晶闸管教学的同时，必须强化全控型器件及电路、控制方法的教学。在课程内容上，将电力电子技术的内容分为有机的几个部分，提出了新的课程内容设置思路，即以电力电子开关器件为核心、以四类基本变换器和两种控制方法为基础、以四类应用为目标，兼顾当前技术发展，这种内容设置方法有利于学生掌握课程核心内容。在器件学习中，就着重指出全控型尤其是电压型全控器件的优点，让学生知道全控器件制造工艺的发展决定电力电子的发展。在讲授斩波电路和逆变电路时，要以全控器件为基础。对脉宽调制PWM控制技术这一章要重点讲解，指出正是采用了全控器件才得以使这一技术得到大量应用，成为电力电子的核心技术，是电力电子技术的一场革命。另外结合应用，要加强交直交变频和直流开关电源的教学。2、适当增加最新技术的教学由于电力半导体器件和微电子半导体器件日新月异的发展，电力电子技术每隔不久便有一个新飞跃，其应用领域也在不断扩大。要及时传授该学科的前沿知识、介绍其发展趋势，使学生对该学科有一个清晰的认识。如对当前电力电子最新应用：矩阵式交一交变换器、电网谐波抑制技术、功率因数提升技术等内容作较为详细的介绍。另外，应加强理论联系实际，介绍一些和生活息息相关的应用，如电子镇流器，增加学生的见识，提高他们的学习兴趣。
三、改进教学方法和手段1、培养学生的主动性，提高学习兴趣从第一节课开始，通过大量的图片，演示了电力电子的多种应用，包括工业生产、交通运输、电力系统、家用电器、航天飞行器等。通过这些生动的实例，使学生明白电力电子其实就在身边。这门课的内容不是空洞的理论，而是与实际紧密结合的。在讲授DC-DC变换器时，与直流开关电源结合起来，并制作了小功率Buck变换器样机。演示时调节占空比，观察输出电压，学生印象深刻。此外，还向学生推荐阅读相关的期刊，并精选了几篇文章让学生仔细阅读。这些文章从理论分析、电路设计、控制系统设计到仿真和实验验证都比较完整，内容具备典型性，让学生初步了解电力电子科研和最新发展的动态。这些措施改变了以往学生被动接受的状态，学生对这门课的兴趣大大提高，学习有了主动性。2、利用现代化教学手段，改善教学效果近年来，多媒体教学逐渐代替了板书成为主流课堂教学手段，那么这种静态的演示文稿却还不能吸引学生。如何有效地利用多媒体手段，将枯燥的分析变得生动，也是该课程教学中一个棘手的问题。具体对于电力电子技术课程，方法是使图形、波形动起来。采用了相对易用的软件Matlab/Simulink。软件中有完善的电力