电力电子技术教学方法探索

顾波

摘 要 电力电子技术是自动化和电气专业的专业基础课。电力电子技术由电力学、电子学和控制理论三个学科所形成的一门交叉学科，这决定了电力电子技术这门课程不仅重要，而且难学。论文从明确重点难点、改进课堂教学方法、增强学生动手能力及学习积极性等方面对电力电子技术的教学方法进行探讨，达到提高电力电子技术教学质量的目的。

关键词 电力电子技术 教学方法 动手能力 教学质量

中图分类号：G424文献标识码：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdkz.2015.02.054

Exploration Teaching Method of Power Electronic Technology

GU Bo

（School of Electric Power， North China University of Water Resources and Electric Power， Zhengzhou， He'nan 450011）

Abstract Power electronic technology is a professional basic course of automation and electrical professional. Power electronic technology is an interdisciplinary which is formed by the power of science， electronics and control theory of three disciplines， and this determines the power electronics technology is not only important， but also difficult to learn. This paper discussed the teaching method of the power electronic technology， including improving teaching methods， and strengthening students' practical ability and enthusiasm for learning etc.， the purpose is to improve the teaching quality of power electronic technology.

Key words power electronic technology; teaching method; manipulative ability; quality of teaching

0 引言

作为强电和弱电之间的转换和连接技术，电力电子技术在电类专业中具有重要作用，因此，自动化专业及电力系统自动化专业都将电力电子技术课程作为专业基础课进行学习，而相关的电类专业也将其作为重要课程进行学习。随着电力系统和控制技术发展，特别是新能源发电与控制技术的发展，使得电力电子技术得到了空前进步和应用，不少新型电力电子器件和电力电子控制技术不断涌现，给电力电子技术的教学工作带来了极大的挑战。在电力电子技术不断进步过程中，如何提高电力电子技术的教学水平和教学质量，使学生既能掌握传统电力电子技术原理，又能实时掌握当前发展的新技术，是目前电力电子技术教学的难点之一。论文从明确重点难点、改进课堂教学方法、增强学生动手能力及学习积极性等方面对电力电子技术的教学方法进行探讨，以达到提高电力电子技术教学质量的目的。

1 明确课程内容重点难点

本文所述的电力电子技术教材以王兆安编著的第五版为讨论对象，该教材的整体框架如图1所示。整个教材由10章构成，可分为5部分。各部分之间紧密联系，层次和结构合理。本文接下来将对该教材各部分的重点和难点进行详细说明，以便于进一步促进教学质量。

第一部分为教材的第1章，该部分为绪论部分，主要讲述电力电子技术与电子技术、电力学和控制理论之间的相互关系，及电力电子技术在各个学科之间的地位，同时也介绍了电力电子技术的发展历史和应用领域。本章的讲授主要以提高学生对该课程的整体认识和学习积极性为主要目标。

图1 电力电子技术整体结构

第二部分包括教材第2章和教材第9章。第2章主要讲述电力电子器件，第9章讲述电力电子器件的共性问题。在教学过程中，应将这两章内容进行融合，一起进行讲解，使学生在掌握电力电子器件基本结构、工作原理、主要参数和应用特性的同时，能够理解和掌握电力电子器件的共性问题，包括电力电子器件的驱动、电力电子器件的保护及电力电子器件的使用特性。

教材的第三部分包括第3章、第4章、第5章和第6章，主要讲述基本的电力电子电路，包括整流电路、逆变电路、直流-直流变流电路和交流交流变流电路。其中，第3章所讲授的整流电路是第三部分的基础，也是变流电路的重点和难点。在教学过程中应让学生充分理解和掌握单相整流电路和三相整流电路的电路结构、整流原理和输入输出波形。在学生充分掌握单相和三相整流电路原理的基础上，再概要讲述电容滤波不可控整流电路、整流电路的谐波和功率因素及整流电路的有源逆变等内容。在充分掌握第3章内容的基础上，理解和掌握第4章的逆变电路、第5章的直流-直流变流电路和第6章的交流-交流变流电路。

教材的第四部分内容包括第7章和第8章。第7章为脉宽调制技术，第8章为软开关技术。第7章是本部分的重点和难点，在进行第7章的讲授过程中，应将实验、仿真和理论相结合，使学生充分理解PWM控制的基本原理;在学生理解PWM控制原理的基础上，详细讲授PWM逆变电路及其控制方法。PWM逆变电路及其控制方法是第7章的主要内容，在讲授过程中以掌握原理为目标，适当结合理论。在第8章的讲授过程中，主要让学生理解软开关的基本思想，以及典型的软开关电路。

教材第五部分主要讲授电力电子技术在生产生活中的应用。包括晶闸管直流电动机系统、变频器和交流电动机系统、不间断电源、开关电源、功率因素校正技术、电力电子技术在电力系统中的应用及电力电子技术的其他应用。这部分内容在讲授过程中，可根据授课专业具体情况选择授课内容，让学生能够充分认识到该课程与本专业的紧密关系。

2 改进课堂教学方法

通过改进课堂教学方法，提高学生学习兴趣，增强学生对该课程的掌握程度是教学的主要目标。电力电子技术是一门多学科交叉课程，该课程电路种类、输入输出波形复杂，在教学过程中，应使学生充分理解电路原理及输入输出波形，这是该课程教学的难点。作者通过对多年电力电子技术教学经验的总结，提出了在课堂上对电路进行现场仿真的讲授方法，这样即可让学生掌握电路的工作原理，同时教会学生利用仿真软件实现电力电子电路的能力。

图2 单相全波整流电路图

在讲授电力电子技术的第3章、第4章、第5章和第6章时，作者结合MATLAB仿真软件进行讲解。例如，在进行单相全波整流的讲授时，可根据单相全波整流电路的原理，在MATLAB仿真软件中搭建仿真模型，理论与仿真相结合，让学生能够更加直观理解整流电路的工作原理。单相全波整流电路的原理图如图2所示。

图3为单相全波MATLAB仿真模型图。在课堂讲授过程中，可向学生详细介绍整个模型的建模过程及模型中每个模块的功能，便于学生课堂下自己实现模型的建立。

图4 单相全波MATLAB仿真结果图

图4为单相全波MATLAB仿真模型的结果图。图4中顶部图形表示电源侧电压的变化过程;中间图形表示负载侧电压波形的变化过程;底部图形表示电源侧输入电流波形变化过程。从图4中可以看出，输出电压波形趋于稳定，输入电压和电流呈周期性变化，符合单相全波整流电路原理，增强学生认知程度。

3 增强学生动手能力

电力电子技术是一门实践性很强的课程，仅仅从理论教学上要使学生完全掌握该课程知识是不现实的。借助实验教学提高学生理解能力是电力电子技术教学过程的重要手段，但现阶段，课程的讲授时间被大量压缩，无法安排足够的实验时间培养学生动手能力，这成为目前电力电子技术教学的另一个难题。作者在电力电子技术课堂讲授过程中，增加电力电子技术MATLAB的仿真方法，既可增加学生对电力电子技术理论的认知程度，同时也能增强学生的动手能力。

图5是作者在讲授第7章过程中增加的MATLAB仿真内容，包括PWM控制的直流-直流斩波电路、PWM控制的直流-交流半桥逆变电路及PWM控制直流-交流全桥逆变电路。整个仿真模型简单易懂，便于学生自己实现模型的构建。

图6是PWM控制的直流-直流斩波电路输出波形图，图6中上部图形是输出电压波形图，下部图形是输入脉冲。图6中的结果与理论教学中的结论相一致，增强了学生对PWM控制技术的认知程度和学习兴趣，提高电力电子技术的教学质量。

图6 PWM控制直流斩波电路输出波形

图7 PWM控制的直流-交流半桥逆变电路输出波形

图8 PWM控制的直流-交流全桥逆变电路输出波形

图7和图8是PWM控制的直流-交流半桥逆变电路和直流-交流全桥逆变电路输出波形，从两幅图中可以看出，输出波形基本一致，但是，全桥输出的谐波含量少于半桥的谐波含量，这与理论讨论的结论相一致。

4 结论

电力电子技术是一门多学科交叉的课程，并且在电学专业中具有重要地位，在有限课时内，清楚明了地讲授完该课程，提高教学质量、增强学生学习兴趣，是电力电子技术授课的主要目标。

论文从明确重点难点、改进课堂教学方法、增强学生动手能力及学习积极性等方面，对电力电子技术的教学方法进行探讨，达到提高电力电子技术教学质量的目的。

参考文献

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