电力电子技术教学改革及实践

摘要：为了提高电力电子技术的理论和实践教学效果，有效提高电气工程及其自动化专业学生的综合素质，系统地阐述了例证法，仿真实践在电力电子技术教学中的应用，实践表明，对提高课程的教学效果和培养学生的工程应用能力、创新能力起了一定的作用。

关键词：电力电子技术；例证法；仿真

引言

电力电子技术简言之就是应用于电力领域的电子技术，包括信息电子技术和电力电子技术两个主要分支，涵盖了电子学、电力学和控制技术三个学科。电力电子技术是电气工程及其自动化专业的专业基础课程，主要体系包括：电力电子器件、电力变换、控制技术三部分主要内容。电力电子器件从1957年美国通用公司发明第一个晶闸管开始，经过数十年的发展，从半控型到全控型，从小容量到大容量，从中低频到高频、超高频的发展历程。电力变换也称之为“变流技术”，实现了交直流的电力变换，具体包括：AC－DC、DC－AC、DC－DC、AC－AC，从而使电力电子技术得到广泛应用，是电力电子技术的核心部分。控制技术主要指电力电子装置采用的控制方式方法，最为常见的是相位控制、通断控制及软开关控制技术等。

1理论和实践教学现状

随着高校教学改革的深入，电力电子技术学时逐渐减少，理论教学通常停留在课堂教师讲解，学生被动接受的情况，很难唤起学生的学习热情和学习兴趣。实践教学通常停留在验证性实验为主的层面，主要完成对所学知识的验证，学生按部就班的按照指导书完成实验操作，而忽略了实验的原理、电路的工作原理，当实验环境稍有改动，则无所适从，达不到解决实际问题和提高专业技术水平的教学目的。如整流电路公式、输出波形的验证等，内容和形式单一。实体实验设备电压等级高，电流较大，而且极易损坏，很难达到实践教学的效果，因此迫切需要对理论和实践教学进行改革。

2理论教学改革

课程的知识体系如图1所示，采用预习仿真、例证等方法完成相应理论知识的讲解。

2．1例证法的应用

电力电子技术知识繁复，学生应熟练掌握电路的工作原理、波形分析、数量关系等知识，只枯燥的讲解理论，难以把学生的注意力凝聚起来，采用例证法是很有效的已知办法。以单相整流的基础电路半波整器为例，首先从简单的手机充电器入手，手机充电器是从城市电网（墙壁电源）当中获得交流电，通过整流器将交流电转化成直流电给手机电池充电的设备，再研究电路不同负载时的工作原理、波形分析、数量关系等知识点，讲解也就更显通俗易懂，从而完成靶向性教学。随着学习的深入就可以进一步研究如何缩短各种充电器的充电时间等。所谓的“充电5分，通话2小时”“快速充电”“护眼灯”“无线充电”等等也就不再神奇。从充电器到充电宝就引申出逆变和组合电路，为后续知识的讲解做出了形象的铺垫。

2．2仿真在理论教学中的应用

因为电力电子技术课程中有很多的波形分析内容，手工绘出的波形缺乏灵活性，所以在电力电子技术理论教学中，仿真的作用就尤为重要。利用仿真软件分析对电气工程及其自动化专业学生理解电路的工作原理及工作过程分析，定量计算等均有莫大的帮助。现今主要应用于电子电路的仿真软件有：通用软件MAT-LAB、通用仿真软件PSpice、通用仿真软件Saber、专业仿真软件PSIM等。如图2、图3所示单相半波整流电路的仿真。建议学生在课前完成电路的仿真，从而使学生掌握了电路的组成，了解电路的工作情况及相应的特性，从而为相应知识的学习打下坚实的感性基础。

3实践教学改革

电力电子技术的主要特征就是实践性很强，体现了实践教学体系与理论教学体系相互衔接和验证。

3．1实验项目的设置

实践教学分阶段、分层次设置，由简入繁，如整流电流设置单相和三相电路实验，其中单相为选做内容，三相整流电路（含触发电路）为必做内容；单相交流调压电路实验是基础为必做内容，而三相交流调压为设计性实验；斩波器只需完成简单的升降压斩波电路的实验等。增大设计性实验如灯光亮度调节装置、软启动器、直流电机调速系统、开关电源、功率因数校正等装置的设计与制作，提高了学生动手能力和专业素养。对于危险性比较大的实验，设置高端演示实验，如逆变实验，利用中频炉演示完成。

3．2模拟仿真实验

在实践教学中引入了MATLAB仿真软件，充分利用软件的功能，对电路的不同特性进行仿真。如PWM控制系统、交交变频调速系统等复杂的系统实验等。利用仿真软件的强大功能实现系统的优化和极端控制，有效地掌握系统的动静态特性，参数设计，达到控制要求，满足系统的性能指标。

3．3项目驱动等

根据电力电子技术课程特点及教学目标的要求，充分利用教师的科研项目、大学生科技竞赛、企业参观实习、运动控制系统课程设计等环节，实现对电力电子技术实践环节有益的补充。

4结语

电力电子技术课程通过在电气工程及其自动化专业几年的教学改革与实践，明确了教师指导，学生的主体地位，让学生自己结合实际应用，扩大视野，拓展思维，激发进一步探究的兴趣，促使学生主动掌握理论知识，应用理论知识，有效地提高了分析问题、解决问题的能力，达到了教学的目的和效果。

参考文献

1王兆安．电力电子技术［M］．北京：机械工业出版社，2013

2黄信兵．“项目驱动教学法”在电力电子技术课程改革中的应用与探索［J］．大学教育，2013（11）

3孙晓明．“电力电子与电机调速技术应用”课程教学改革与探索［J］．教育与教学研究，2016（1）

4陈宏．基于Matlab的电力电子技术课程的教学探索［J］．实验室科学，2013（1）

5李旭春，土春凤．创新实践教学，提高电力电子技术基础课程教学效果［J］．实验技术与管理，2012（7）

作者：徐志如 刘德胜 陈文平 史庆武 单位：佳木斯大学