电力电子技术课程的教学与实践

许春雨

(太原理工大学电气与动力工程学院,山西太原030024)

0 引言

著名美国教授B.K.Bose认为:“电力电子变换技术在全世界范围的工业文明发展中所起的关键作用可能仅次于计算机”,并在21世纪“将对工业自动化、交通运输、城市供电、节能、环保治理等方面的发展产生巨大的推动作用。尤其是近年来随着各国工业与科学技术的飞速发展,电力电子变换技术更是日新月异,为人类的物质文明进步发挥着越来越重要的作用,计算机技术、电力电子变换技术以及自动控制技术将成为三种最重要的技术”[1]。

计划中电力电子技术课程设置为所有学生的必选课程,在教学环节中占有较重的地位,是一门工程应用性很强的课程[2]。本文在借鉴国内外著名大学的教学改革经验,结合本校的实际情况,对该课程的教学方法进行的改革创新,形成了一套有一定特色的教学方法,具有针对性强、与实践结合紧密、易于学生学习和接受,可以提高学生对本课程学习的积极貹,激发学生的学习兴趣,在教学工作中取得较好的效果。

1 电力电子技术课程的教学方法

1.1 充分发挥多媒体的特点制作有特色的课件

多媒体课件不能将课本的内容用PPT直接投影到屏幕上,采用这种课件对教学是无益的。要将图、文、声、像以及视频等融合为一体,在备课时充分发该特点,对教学内容进行充分理解和掌握,把自己对课程内容的理解、分析和总结等写入PPT,插入必要的电力电子技术实验原理的Flash动画演示,精心设计每一张多媒体课件的页面,制作有自己特色的多媒体课件,让学生在听课的中对教材中的内容一目了然。例如:在讲授电力电子技术中的同步信号为锯齿波的触发电路时,该电路结构相对较复杂,利用多媒体将电路图和工作波形图同时分解为几部分,将每一部分的电路图和相应的工作波形图放在一张图片中,利用多媒体的动画效果对电路中的电压、电流等进行处理,在讲授时,电路图中的电压电流路径用醒目的箭头象形地表示出来,同时工作波形中的该物理量的波形也进行动作,并将该知识点的重点用文字写在图开的边上。通过教师的控制,分节演示,使图中的路径动画和波形动作同步,从而给学生以感官上的综合刺激,同时可以节省板书与绘图的时间,扩大了教学的信息量,丰富了教学内容,能生动地展示各种教学素材,提高学生对本课程学习的积极貹,激发学生的学习兴趣,能极大限度地满足学生的求知欲望。

利用多媒体可以很方便地将教材中的书本知识与实物联系,加强学生对实际电力电子器件的认识,如在讲授电力电子器件时,将电力晶闸管的图形符号和不同封装形式、不同散热形式的晶闸管实物照片以及常用的器件型号放在一起讲,不仅使学生学习了晶闸管的外形、结构和电气图形符号等,还能从另一方面使学生了解晶闸管的封装和散热形式,以及为什么采用这种形式,基本常用的型号有哪些,加强教学与实际的联系。

1.2 理论联系实际

电力电子技术是一门实践性很强的课程,要求教师对教材内容充分掌握的同时,还要对该课程在现代工业中的应用有所了解,在讲课中,对重点讲述的电力电子变换电路要能与实际使用的生产设备或家电产品相联系,说明其在生产中的作用,使学生明白课本知识的应用场合。如在讲授直流斩波电路时,对其电路结构和工作原理阐述完后,再引出该电路可以使用在开关电源技术、太阳能发电系统等实际生产设备中,大致说明这些系统的核心部分的工作原理,是教材中的什么电路的应用;在讲授交流调压电路后,说明其在灯光控制、异步电动机软启动装置中的应用,结合教材中交流调压电路简要说明这些设备的大致工作原理。这样就可以使学生了解所学的书本知识在实际生活中的应用,激发学生学习的兴趣,拓宽学生学习的思路,提高学生的综合能力。

1.3 联系其它课程知识

电力电子技术是一门要求掌握基础知识较宽的课程,电路、模拟电子技术、数字电子技术等课程为它的基础课,而与控制理论、单片机原理、电力拖运与控制系统等课程相结合则才能对一个实际的电力电子装置进行分析,它们之间存在着千丝万缕的联系。在教学过程中,要注重本课程与其它课程的联系,一方面有利于掌握本课程的知识,另一方面有利于对基础知识的加深理解和应用,在学习其它专业课时,能很快地用本课程的知识来解决问题。例如:在讲授PWM自然采样法时,除了讲授教材中的基本理论和计算外,用图1所示的简单电路框图说明该方法的实现方法,与学生进行互动交流,启发学生用已掌握的知识来分析和设计一个小电路,与学生一起分析设计这个简单的模拟电路生成PWM波的方法,并说明在实际的计算机控制的逆变器系统中,正弦波在计算机中实际是用一张数据表格来表示的,而三角波则是用计算机中的定时器/计数器来实现的,这些知识可能在当时讲课时,学生会不太清楚,但让学生对此有所了解,在以后的工作和学习中要用到该知识时,学生则会很快上手进行工作,不会使课本上学会以的知识与实际脱离,激发学生对实际应用知识的渴望感的兴趣,使教学过程生动有趣,加深学生对知识的理解。

1.4 充分利用各种仿真软件

电力电子技术课程的实践性很强,实践环节是该课程的重要组成部分。能对学生进一步理解和巩固课堂知识,对提高学生的动手能力有不可替代的作用,但由于教学实验设备较少,学生数量大,实验学时少,学生只能在现有的实验设备上进行少量的电路实验,来验证的知识,不能体现电力电子技术课程的最新内容。而现代计算机仿真技术已有了很在的发展,具有可视化性、生动、准确、图形精美等特点。为此,我们在教学过程中,给学生介绍一些专用的仿真软件,如MATLAB、ORCAD、MULTISIM 等仿真软件。适时地讲述一种仿真软件的用法,在学校的公用计算机房利用仿真软件来解决实际实验问题,可以对电力电子技术课程中的所有实验进行仿真实验,也可对如图1所示的PWM生成电路框图进行电路设计实验,对各种电力电子变换电路的控制电路进行设计,将工作技术与渗透到实验教学环节中。通过这种方式可以强化学生的工程技术理念,对各种电力电子变换电路和器件有了更加深入地了解,大大激发学生学习的兴趣,增加了实验的趣味性。

图1 PWM生成电路框图

2 结束语

充分发挥多媒体的特点制作有自己特色的多媒体课件,扩大了教学的信息量,丰富了教学内容,生动地展示各种教学素材;与实物联系,使学生了解所学的书本知识在实际生活中的应用,拓宽学生学习的思路;注重本课程与其它课程的联系,有利于掌握本课程的知识和对基础知识的加深理解和应用;充分利用各种仿真软件,进行综合性电路设计实验,强化学生的工程技术理念;通过采用这些方法,可以提高学生对本课程学习的积极貹,激发学生的学习兴趣,能极大限度地满足和激发学生的求知欲望,使教学过程生动有趣,加深学生对知识的理解,提高学生的综合能力,在教学中取得了较好的效果。

[1] Bose B.K,Power Electronics A Technology Review,P roceedings of IEEE,Vol.80,No.8,1992:1303-1334

[2] 王兆安,黄俊.电力电子技术[M].北京:机械工业出版社,2002