实用型电力电子技术教学

陈新河 杨汉生 鲁业频

（巢湖学院物理与电子科学系，安徽 巢湖 238000）

实用型电力电子技术教学

陈新河 杨汉生 鲁业频

（巢湖学院物理与电子科学系，安徽 巢湖 238000）

电力电子技术的迅速发展使其教学内容不断增加和更新。如何利用有限的学时让学生掌握该课程的精髓，培养出适应当前社会需要的工程技术人才是一个急需解决的问题。本文从教学内容、教学方法、教学手段、实践教学等几方面对电力电子技术课程的实用教学进行探索，在一定的程度上解决了上述问题。

电力电子；教学改革；教学方法；实践教学

电力电子技术（课程）是电气工程及其自动化专业的专业基础课。他是一门利用电力半导体开关器件对电能进行高效率变换和控制的技术，如今已发展成了一门横跨电子、电力和控制三个领域的新型工程技术科学。[1]该课程以其电路图多、波形图多、波形图复杂、实践性强等特点，给其教学提出了一定的挑战。然而随着电力电子技术的新发展，新电子器件、新电路拓扑和控制技术的不断涌现，使电力电子技术课程的内容不断增加和更新，这给有限课时的教学提出了更高的要求。如何利用有限的课时使学生掌握该课程的精髓内容，培养出具有一定水平的应用型工程技术人员是当前众多高校教师关注的话题。[2～5]

笔者所在的学院因课程设置改革的需要，使电力电子技术课程的课时不但没有增加，反而有所减少。这种情况下既要培养出适应当前社会需要的高素质的应用型电力电子技术人才，又只能利用有限的课时进行教学，就必须对传统的电力电子技术课程教学进行改革。以下为本人从多方面对电力电子技术课程的探索性改革介绍，供各位同仁参考。

1 调整教学内容

与上个世纪90年代前相比，电力电子技术有了许多变化。如全控新型器件（MOSFET、IGBT、MCT）的产生改变了半控型器件（SCR）在电力电子变换器件中一统江湖的状况；控制电路与保护电路由原来的分立元件搭建而成逐渐被集成电路所代替，特别是IPM模块的出现，使控制保护电路的设计变的简单化、模块化；新的控制技术 （软开关技术、PWM技术和矩阵变频技术）的产生降低了开关器件的工作应力，提高了功率因素和减少了谐波分量。针对这些变化，本人在介绍内容上做了一些调整。

1.1 元件方面：新型全控型电力电子器件以其控制方便、工作频率高、工作容量渐大等优点逐渐取代半控型器件，而成为电力电子器件的主力军。在内容介绍时多全控器件而少半控和不控器件器件，着重介绍BJT、MOSFET、IGBT和MCT等全控型器件的构造结构、工作原理、工作特性和相关参数。对于信息电子中已经学习过的知识只做快速回顾。为确保学生认识器件的深度，介绍时还介绍实物外型、简单测量方法、元件特性查询和元件选择等相关实践知识。

1.2 电路方面：分立元件电路是分析电路工作原理的基础，但以集成电路为中心的控制、驱动电路以其外围元件少、连接简单，分布参数小、调试方便，控制可靠、保护齐全等优点被广泛使用在中小电力变换系统中。介绍时首先介绍典型分立元件电路的原理，然后着突出绍介绍几种常见的集成控制和驱动芯片 （如PM20CHA060、IR2110系列和EXB840系列），供学生以后方便使用。

1.3 控制技术方面：相控和斩控两种方式中，斩控方式以其工作功率因素高、产生谐波容易控制等优点而成为现在电力电子研究和应用的主要方向。在介绍斩波、逆变、AC/AC变换（交流/交流变换）时着重介绍PWM控制技术。同时也介绍软开关技术和矩阵变频技术等新兴斩控技术。

2 改进教学方法

以往的教学状况是老师在上边满堂讲，学生在下边全盘听；教老师在上边辛苦推（公式），学生在下边快速记；老师上完一本书，学生不知道说了些什么；考试时教师仔细的“复习”，学生使劲的背。这使学生感觉学习很累，对学习不感兴趣，学习的目的就是为了考及格。为此本人在教学方法上做了以下几点的尝试改进。

2.1 分层教学：结合学生认知的实际和教学大纲对不同专业、不同层次（本、专科）学生的要求，选择与之相适应的教学内容和教学难度，使不同学生对电力电子技术方面的认识都有一个提高，都能知道电力电子技术介绍的主要内容，但知道的细节和深度不同。如专科学生不进行复杂的公式推导和知识的深入讨论、研究，只需知道结论和应用即可。

2.2 遵循教学规律：本着从简单到复杂的学习规律，先介绍单相知识，再介绍三相知识；先介绍信息电子中学习过的整流知识，再介绍AC/AC变换和逆变知识。介绍知识时注意前后知识的连贯性和相关性，注意总结单相和三相、整流和逆变中的相同点和不同点。如单相电路中（不论整流和逆变），他们的产生谐波成分都为奇次谐波。

2.3 重视分析：重视电路原理、工作波形的分析，淡化和简化复杂数学公式的推导，原则上理论够用即可。着重培养学生在电力电子技术方面的思维能力和分析问题的能力。

2.4 引导教学：在教学过程中通过多提启发性问题，让学生积极主动参与教学过程，提高他们的学习热情，活跃他们的思维，培养他们创造性的想象能力。在这个过程中同时能使学生学习的知识前后连贯、形成系统并与实际相关。

2.5 扩展学习途径：在教学过程中为学生推荐电力电子技术相关网站、论坛和相关书籍（如查芯片资料：www.21cn.com；电力电子技术：www.chinaperi.com）。让学生课下能通过各种途径接触电力电子技术相关的知识，了解电力电子技术的作用、应用和发展前沿。从而激发学生的学习热情，让学生学有所途、学有所知、学有所用、学有所图。

2.6 提出困难：在教学过程中，结合生产、生活实际，讲解当前电力电子技术正面临的困难（如矩阵变频的控制、功率因素校正等）。让学生知道他们应该努力的方向和将要克服的障碍，激发学生的学习冲力和创新斗志。

3 采用先进的教学手段

电力电子技术最大的特点就是电路图多、波形图多、波形图复杂、实践性强。在“黑板+粉笔”的授课方式中，教师画电路图、波形图时间用的比较多，而且一些复杂的波形图难以用语言描述清楚。为在有限的时间内有效的完成教学工作，本人利用了多媒体和电子仿真进行教学。

3.1 利用多媒体：多媒体的使用可以完全省去教师在课堂上画电路图和波形图的时间，同时多媒体中的不同颜色、不同字体灵活显示，使波形图中不同对象区分更加明显、容易；将波形图分不同情形沿时间轴制成动画，不但使波形分析变的简单、生动，而且可以对比不同情形下的电路工作情况。如将三相整流按不同触发角、不同负载作成动画。

3.2 利用电子仿真软件：现在可以进行电子仿真的软件很多，如PSPICE、ALTIUM DESIGNER、PROTEUS和POWERSIM等。这些仿真软件内部已经拥有大量的电子元件模型和电路模型，他们仿真精度高、重复性好。通过电子仿真不但可以验证教学理论，而且可以通过虚拟仪表随时观看各结点的波形和电压、电流值。通过典型的电子仿真还可以介绍电路设计的一般过程——如何选择电路、如何选择器件、如何搭建电路、如何调试和如何排除故障等等。利用电子仿真可以使理论和软实践很好的结合。

本人利用PROTEUS仿真软件对电力电子技术课程中的相关内容进行仿真。下图1是对单相半波可控整流（带RL负载）仿真的电路图和仿真波形图。图2是对三相半波可控整流仿真的电路图和仿真波形图。

图1 单相半波可控整流仿真

图2 三相半波可控整流仿真

3.3 结合实际产业：首先通过本校教师和外请专家所作电力电子技术相关的学术讲座，开拓学生视野、了解学术前沿；其次组织学生参观周边的发电厂、变电所中的大型电力变换设施，突显本课程的重要性，坚定学生的学习信念。

4 重视实践教学

“实践才是工科专业的根本”已成为国际高等工程教育界的共识。美、日等国工科专业的实践教学时数已占总学时的35-40%[5]。近年来新教学计划的修订中，我校对工科实践教学也越来越重视，实验、课程设计等实践环节在整个教学计划中的比重明显增大。具体表现在：

4.1 加强实验教学：首先是学校花大量资金从天煌教仪购进11台DJDK-1型电力电子实验装置，每1～2人一组进行实验，使每个学生都能亲自动手实践。其次是将原来的5个实验项目（10学时）增加到8个实验项目（16学时），使学生有更多的时间进行更多方面的实验。再次是本人从DJDK-1型电力电子实验装置配套的实验指导书中的多个实验中精选了8个（如单相半波可控整流电路实验；三相半波可控整流电路实验；三相桥式半控整流电路实验等）具有代表性、能突破重难点的实验作为实验项目。此外本人还鼓励学生利用课余时间到实验室来做其他综合性和创新性的实验。这种实验教学不仅能让学生对所学的知识进行验证，达到巩固知识的目的，而且有助于学生创新能力的培养。

4.2 开设开放式实验室：为从根本上提高学生的实践能力和创新能力，为电子爱好者提供一个实践和创新的平台和空间，我们学校还开设了一个全天候开放的“电子创新实验室”。该实验室为学生提供了常规电子元件、芯片、电子仪表、焊接材料、单片机实验箱、PLC实验箱、电力电子和电力拖动等等几乎所有的电类实验器材。同时也给该实验室配备了2台能上网的计算机，方便学生查阅资料。在管理和指导模式上采用老师指导（程度的）好学生，好学生指导其他学生的宽松式管理和指导模式。这个实验室的开设，极大地方便学生的兴趣设计和制作、课程设计、毕业设计。

4.3 利用教师科研项目：如同博士生、硕士生一样，本科生也是创新人才的一部分，具有一定的研究能力和创新能力。学校鼓励教师科研课题带学生参与，让学生完成力所能及的任务，从而使学生加深对专业知识 （包括电力电子技术知识）的掌握，了解本专业的学术前沿，激发学生的学习兴趣，倍增学生的学习动力，培养学生的实践能力和创新能力。

4.4 规范课程设计：首先是选题应该具有综合性、实践性。所选课题不能过小，但也不能过大、过抽象。应该是对实际生活生产有一定意义，通过综合运用所学各科知识能够解决的题目。其次是鼓励创新。在课程设计过程中鼓励学生使用新器件、运用新方法，提出课题的独特解决方案。最后是综合评价。课程设计的成绩不仅要看是实物结果，仿真结果，还要看解决思路。即使没有作出理想的结果，只要理论正确，解决方法新颖、独特可行，也可以得到好的课程设计成绩。

5 结语

本课程的教学改革工作取得了较好的教学效果，增进了学生掌握专业知识的广度和深度，提升了学生的实践能力和创新能力,使学生在后续相关课程的学习、设计中也表现出良好的能力。受到了广大师生的一致好评。

电力电子技术课程改革是一个循序渐进的、长期的过程，它涉及到教学内容、教学方法、教学手段、实践教学等多方面的因素。而且本校的电力电子技术课程的改革目前还处初期阶段，为适应电力电子技术的新发展，为培养出能适应社会需要的创新型应用人才，这一改革将会持续进行下去。

[1]王兆安,黄俊.电力电子技术[M].4版.北京:机械工业出版社，2008.

[2]张俊敏.电力电子技术（课程改革探索）[J].中国科教创新导刊.2008.20：172-174.

[3]程琼，黄圣超.电力电子技术（课程教学的改革）[J].理工高教研究.2008，4（27）：109-110.

[4]洪武.PSIM在电力电子技术教学中的应用[J].实验科学与技术.2009，2（7）:37-38.

[5]李久胜，王明彦，孙铁城.电力电子技术课程设计的探索与实践[J].电气电子教学学报.2008，（7）:81-87.

THE PRACTICAL TEACHING OF POWER ELECTRONICS TECHNOLOGY

CHEN Xin-heYANG Han-sheng LU Ye-pin
（Physics and e-Science Department， Chaohu College， Chaohu Anhui 238000）

The rapid development of “power electronics technology” have increased and updated the course contents.As a teacher,how to make the students to grasp the essence of the course in limited time and,how to train them as a high-tech personnel for society need is an urgent problem.The practical teaching search of"Power Electronics technology"was been introduced in this article in teaching content,teaching methods,practice training and other aspects.To a certain extent,the search have solved the above problem.

Power Electrinics；Teaching Reform；Teaching Method；Practical Teaching

G642.0

A

1672－2868（2010）06－0140－05

2010－09-21

巢湖学院重点项目（项目编号：XLZ201004）；安徽省2009年度省级质量工程项目

陈新河（1976-），男，讲师，硕士，研究方向：自动化专业。

责任编辑：陈 凤