“电力电子技术”课程教学方法研究

2014-08-23嵇保健郝培华

电气电子教学学报 2014年1期

嵇保健，郝培华

(南京工业大学自动化与电气工程学院，江苏南京 211816)

“电力电子技术”课程为电气工程及其自动化专业一门实践性很强的专业基础课，是专业课的先修课程［1-3］。因此，为提高“电力电子技术”课程的教学水平，调整教学内容，改革教学方法和拓展教学手段，对电气工程及其自动化专业的人才培养尤为重要。本文以工程实践培养为目的，以理论与实践教学为手段，将案例贯穿教学始终，探讨“电力电子技术”课程教学的改革思路。

1 结合样机平台进行教学

“电力电子技术”课程重点讲述整流、逆变、直流斩波和交交变换等各种变流电路。“电力电子技术”课程教学计划中安排在第五学期，如何进行启发教育，培养学生的专业兴趣，对课程的学习是至关重要的。

首先要让学生知道课程将要学习什么?在哪些领域可以用到所学知识?

图1为移相全桥直直变换器原理样机，其中包括功率因数校正(PFC)电路和直流—交流—直流电路。我们在教学中展示样机实物可以让学生有感性上直观的认识。现实生活里面到处都有电力电子产品，如手机充电器、家用电器、变频空调、工业现场用的轧钢机以及电解铝，交通运输业中的电力机车牵引、电力行业中的电力谐波补偿和柔性输电等。

授课过程中，还可结合当前热点话题讲述电力电子技术的应用，比如航天器上面有若干电力电子产品，太阳能电池板给航天器提供能源，电能需要经过电力电子产品进行功率变换，各种传动设备需要电力电子技术进行控制等。这些举措都会提升授课效果。

图1 移相全桥直直变换器样机

2 发挥科研优势

“电力电子技术”课程实践性强，要求任课教师有过硬的理论知识，丰富的实践经验，将教学与科研结合，让学生分享教师的科研实践经验，了解学科最新的发展动态。

移相全桥直直变换器具体电路结构如图2所示。我们在教学过程中，从拓扑结构切入分析移相全桥拓扑结构的工作原理，结合样机给出实验波形。介绍控制方法时突出数字控制技术，结合嵌入式微机课程让学生自己运用定时器生成PWM波形。

图2 原理样机电路结构图

3 加强实验实践教学

实验教学是“电力电子技术”课程必修环节，通常按排6个学时三个实验。这三个物理实验采用模块组合的方式灵活设计，每个实验有不同的实验目的、实验内容和实验分析，能够帮助学生对基本的拓扑电路从理论理解到实践掌握，同时增强了学生的动手能力。

“电力电子技术”课程需要讲授多种拓扑结构，而上述的三个实验只能完成其一部分，因此，采用数字仿真，不失为一种好的解决方法。数字仿真包括建模仿真和数字实物仿真，本文中采用数字实物仿真。Saber仿真软件的优势在于:器件库数量庞大，仿真分析具体，测量多样且精确，已被广泛应用于电力电子电路的数字仿真中。

另外，我们还鼓励学生积极参与第二课堂实践的活动。在实践中很多课题或者案例都与“电力电子技术”课程有关，比如全国性的创新杯、挑战杯和大学生电子竞赛等。例如，2009年全国大学生电子竞赛A题为“光伏并网发电模拟装置”［4］。图3为该装置的基本结构图。从图中可以看到该创新过程包括了“电力电子技术”课程的若干内容。完成该装置不仅可以锻炼学生的动手能力，也锤炼了他们的独立思考能力和创新思维。因此，第二课堂实践亦是学好“电力电子技术”课程，培养电气工程师的有利手段之一。