電力電子技術教學方法探索

顧波

摘 要 電力電子技術是自動化和電氣專業的專業基礎課。電力電子技術由電力學、電子學和控制理論三個學科所形成的一門交叉學科，這決定了電力電子技術這門課程不僅重要，而且難學。論文從明確重點難點、改進課堂教學方法、增強學生動手能力及學習積極性等方面對電力電子技術的教學方法進行探討，達到提高電力電子技術教學質量的目的。

關鍵詞 電力電子技術 教學方法 動手能力 教學質量

中圖分類號：G424文獻標識碼：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

作為強電和弱電之間的轉換和連接技術，電力電子技術在電類專業中具有重要作用，因此，自動化專業及電力系統自動化專業都將電力電子技術課程作為專業基礎課進行學習，而相關的電類專業也將其作為重要課程進行學習。隨著電力系統和控制技術發展，特別是新能源發電與控制技術的發展，使得電力電子技術得到了空前進步和應用，不少新型電力電子器件和電力電子控制技術不斷涌現，給電力電子技術的教學工作帶來了極大的挑戰。在電力電子技術不斷進步過程中，如何提高電力電子技術的教學水平和教學質量，使學生既能掌握傳統電力電子技術原理，又能實時掌握當前發展的新技術，是目前電力電子技術教學的難點之一。論文從明確重點難點、改進課堂教學方法、增強學生動手能力及學習積極性等方面對電力電子技術的教學方法進行探討，以達到提高電力電子技術教學質量的目的。

1 明確課程內容重點難點

本文所述的電力電子技術教材以王兆安編著的第五版為討論對象，該教材的整體框架如圖1所示。整個教材由10章構成，可分為5部分。各部分之間緊密聯系，層次和結構合理。本文接下來將對該教材各部分的重點和難點進行詳細說明，以便于進一步促進教學質量。

第一部分為教材的第1章，該部分為緒論部分，主要講述電力電子技術與電子技術、電力學和控制理論之間的相互關系，及電力電子技術在各個學科之間的地位，同時也介紹了電力電子技術的發展歷史和應用領域。本章的講授主要以提高學生對該課程的整體認識和學習積極性為主要目標。

圖1 電力電子技術整體結構

第二部分包括教材第2章和教材第9章。第2章主要講述電力電子器件，第9章講述電力電子器件的共性問題。在教學過程中，應將這兩章內容進行融合，一起進行講解，使學生在掌握電力電子器件基本結構、工作原理、主要參數和應用特性的同時，能夠理解和掌握電力電子器件的共性問題，包括電力電子器件的驅動、電力電子器件的保護及電力電子器件的使用特性。

教材的第三部分包括第3章、第4章、第5章和第6章，主要講述基本的電力電子電路，包括整流電路、逆變電路、直流-直流變流電路和交流交流變流電路。其中，第3章所講授的整流電路是第三部分的基礎，也是變流電路的重點和難點。在教學過程中應讓學生充分理解和掌握單相整流電路和三相整流電路的電路結構、整流原理和輸入輸出波形。在學生充分掌握單相和三相整流電路原理的基礎上，再概要講述電容濾波不可控整流電路、整流電路的諧波和功率因素及整流電路的有源逆變等內容。在充分掌握第3章內容的基礎上，理解和掌握第4章的逆變電路、第5章的直流-直流變流電路和第6章的交流-交流變流電路。

教材的第四部分內容包括第7章和第8章。第7章為脈寬調制技術，第8章為軟開關技術。第7章是本部分的重點和難點，在進行第7章的講授過程中，應將實驗、仿真和理論相結合，使學生充分理解PWM控制的基本原理;在學生理解PWM控制原理的基礎上，詳細講授PWM逆變電路及其控制方法。PWM逆變電路及其控制方法是第7章的主要內容，在講授過程中以掌握原理為目標，適當結合理論。在第8章的講授過程中，主要讓學生理解軟開關的基本思想，以及典型的軟開關電路。

教材第五部分主要講授電力電子技術在生產生活中的應用。包括晶閘管直流電動機系統、變頻器和交流電動機系統、不間斷電源、開關電源、功率因素校正技術、電力電子技術在電力系統中的應用及電力電子技術的其他應用。這部分內容在講授過程中，可根據授課專業具體情況選擇授課內容，讓學生能夠充分認識到該課程與本專業的緊密關系。

2 改進課堂教學方法

通過改進課堂教學方法，提高學生學習興趣，增強學生對該課程的掌握程度是教學的主要目標。電力電子技術是一門多學科交叉課程，該課程電路種類、輸入輸出波形復雜，在教學過程中，應使學生充分理解電路原理及輸入輸出波形，這是該課程教學的難點。作者通過對多年電力電子技術教學經驗的總結，提出了在課堂上對電路進行現場仿真的講授方法，這樣即可讓學生掌握電路的工作原理，同時教會學生利用仿真軟件實現電力電子電路的能力。

圖2 單相全波整流電路圖

在講授電力電子技術的第3章、第4章、第5章和第6章時，作者結合MATLAB仿真軟件進行講解。例如，在進行單相全波整流的講授時，可根據單相全波整流電路的原理，在MATLAB仿真軟件中搭建仿真模型，理論與仿真相結合，讓學生能夠更加直觀理解整流電路的工作原理。單相全波整流電路的原理圖如圖2所示。

圖3為單相全波MATLAB仿真模型圖。在課堂講授過程中，可向學生詳細介紹整個模型的建模過程及模型中每個模塊的功能，便于學生課堂下自己實現模型的建立。

圖4 單相全波MATLAB仿真結果圖

圖4為單相全波MATLAB仿真模型的結果圖。圖4中頂部圖形表示電源側電壓的變化過程;中間圖形表示負載側電壓波形的變化過程;底部圖形表示電源側輸入電流波形變化過程。從圖4中可以看出，輸出電壓波形趨于穩定，輸入電壓和電流呈周期性變化，符合單相全波整流電路原理，增強學生認知程度。

3 增強學生動手能力

電力電子技術是一門實踐性很強的課程，僅僅從理論教學上要使學生完全掌握該課程知識是不現實的。借助實驗教學提高學生理解能力是電力電子技術教學過程的重要手段，但現階段，課程的講授時間被大量壓縮，無法安排足夠的實驗時間培養學生動手能力，這成為目前電力電子技術教學的另一個難題。作者在電力電子技術課堂講授過程中，增加電力電子技術MATLAB的仿真方法，既可增加學生對電力電子技術理論的認知程度，同時也能增強學生的動手能力。

圖5是作者在講授第7章過程中增加的MATLAB仿真內容，包括PWM控制的直流-直流斬波電路、PWM控制的直流-交流半橋逆變電路及PWM控制直流-交流全橋逆變電路。整個仿真模型簡單易懂，便于學生自己實現模型的構建。

圖6是PWM控制的直流-直流斬波電路輸出波形圖，圖6中上部圖形是輸出電壓波形圖，下部圖形是輸入脈沖。圖6中的結果與理論教學中的結論相一致，增強了學生對PWM控制技術的認知程度和學習興趣，提高電力電子技術的教學質量。

圖6 PWM控制直流斬波電路輸出波形

圖7 PWM控制的直流-交流半橋逆變電路輸出波形

圖8 PWM控制的直流-交流全橋逆變電路輸出波形

圖7和圖8是PWM控制的直流-交流半橋逆變電路和直流-交流全橋逆變電路輸出波形，從兩幅圖中可以看出，輸出波形基本一致，但是，全橋輸出的諧波含量少于半橋的諧波含量，這與理論討論的結論相一致。

4 結論

電力電子技術是一門多學科交叉的課程，并且在電學專業中具有重要地位，在有限課時內，清楚明了地講授完該課程，提高教學質量、增強學生學習興趣，是電力電子技術授課的主要目標。

論文從明確重點難點、改進課堂教學方法、增強學生動手能力及學習積極性等方面，對電力電子技術的教學方法進行探討，達到提高電力電子技術教學質量的目的。

參考文獻

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