電力電子技術(shù)整流部分教學(xué)方法研究

丁喆 袁瀾 邱聯(lián)奎 史敬灼

摘 要 針對(duì)電力電子技術(shù)課程中整流器部分內(nèi)容繁雜、抽象的特點(diǎn)，結(jié)合教學(xué)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，對(duì)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行調(diào)整，強(qiáng)調(diào)課下學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)，加強(qiáng)教學(xué)的工程內(nèi)容，配合綜合實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，保證教學(xué)效率，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性，培養(yǎng)學(xué)生的綜合能力。

關(guān)鍵詞 電力電子技術(shù)；整流器；教學(xué)改革；實(shí)驗(yàn)

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1671-489X（2018）10-0108-02

Study on Teaching Methods for Regulator Part of Power Elec-tronics//DING Zhe， YUAN Lan， QIU Liankui， SHI Jingzhuo

Abstract This paper focuses on the content of the phase-controlled rectifier which is complicated and abstract in Power electrical course，

also combining with the teaching experience do the adjustment of the

teaching content. Emphasizing learning after class， increases the pro-

ject part. Cooperated with comprehensive experimental part， making sure the teaching efficiency， improves students learning initiative and cultivates students comprehensive ability

Key words power electronics； rectifier； teaching reform； experiment

1 前言

電力電子技術(shù)課程是介紹電氣能量的變換及控制技術(shù)的課程，是電氣工程及自動(dòng)化、電氣傳動(dòng)專業(yè)的重要專業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)課[1-2]。其綜合了電路理論、電子技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、電力器件應(yīng)用等理論，知識(shí)面廣，內(nèi)容繁雜，且發(fā)展迅速。當(dāng)今社會(huì)中電力電子技術(shù)應(yīng)用非常廣泛，電力系統(tǒng)及電力傳動(dòng)領(lǐng)域的一些新技術(shù)如無功補(bǔ)償、直流輸電、新能源控制傳輸?shù)龋蠖嗯c電力電子技術(shù)的進(jìn)步有關(guān)。電力電子技術(shù)課程具有很強(qiáng)的工程實(shí)踐背景[3]。

2 教學(xué)現(xiàn)狀

相控整流電路部分是電力電子技術(shù)課程的傳統(tǒng)內(nèi)容，電路形式多，課程內(nèi)容繁雜、抽象，工程背景深厚，學(xué)生感覺抓不住要點(diǎn)，很難對(duì)知識(shí)點(diǎn)內(nèi)容進(jìn)行系統(tǒng)學(xué)習(xí)和梳理，理解起來有很大困難，導(dǎo)致沒有學(xué)習(xí)興趣[4-5]。目前重點(diǎn)講解各電路的控制方法和輸出特性，學(xué)生反映很難充分理解各電路的特性和使用特點(diǎn)，不能理解知識(shí)的工程背景，造成各部分知識(shí)理解的割裂，很難形成一個(gè)有機(jī)的知識(shí)體系。一些學(xué)生只能死記硬背應(yīng)付作業(yè)和考試，很難從系統(tǒng)的角度對(duì)各種變流方式進(jìn)行理解，不能學(xué)以致用。

3 優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，強(qiáng)化課外作業(yè)

針對(duì)這種情況，在課堂上對(duì)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行重新安排，對(duì)各教學(xué)內(nèi)容的分量進(jìn)行調(diào)整。對(duì)各種整流電路強(qiáng)調(diào)關(guān)鍵控制原則的講解，對(duì)于基礎(chǔ)的相控整流電路變?yōu)橹攸c(diǎn)講解各電路的差別及因此產(chǎn)生的波形差別，從而理解各電路的輸出特性。減少該部分的學(xué)時(shí)，達(dá)到利用較少的課時(shí)完成教學(xué)內(nèi)容的目的，使學(xué)生可以集中精力，提高課堂效率。為達(dá)到較好的教學(xué)效果，應(yīng)該注重課后的學(xué)習(xí)作用，作業(yè)加大分量，內(nèi)容包括各種相控整流電路的分析，要求學(xué)生通過作業(yè)自己總結(jié)各種相控整流電路的控制原則、特點(diǎn)及分析方法，加深對(duì)整流橋控制原理及輸出特性的理解及分析方法。提高與學(xué)生的互動(dòng)，在課堂上與學(xué)生討論作業(yè)內(nèi)容，糾正學(xué)生的錯(cuò)誤概念，使學(xué)生通過實(shí)踐達(dá)到總結(jié)和提高的目的，完成學(xué)習(xí)過程。

節(jié)省的學(xué)時(shí)用于加強(qiáng)整流電路的非線性分析，使學(xué)生了解非線性系統(tǒng)的分析方法、相控整流系統(tǒng)的輸入特性及優(yōu)缺點(diǎn)，從系統(tǒng)的角度了解相控整流器。加強(qiáng)整流系統(tǒng)性能的講解，幫助學(xué)生建立整流系統(tǒng)輸入輸出特性的概念。加強(qiáng)整流器改進(jìn)方法原理及分析的講解，使學(xué)生對(duì)相控整流器的優(yōu)缺點(diǎn)更加了解，加深對(duì)相控整流器的理解。通過從系統(tǒng)的角度進(jìn)行介紹，加強(qiáng)各種整流方法的比較，解釋各種整流方法的優(yōu)缺點(diǎn)。同時(shí)加強(qiáng)工程實(shí)踐背景的講解，使學(xué)生了解各種知識(shí)點(diǎn)的應(yīng)用方法和具體含義，提高學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的理解效率，增強(qiáng)學(xué)習(xí)的興趣。

4 加強(qiáng)與工程實(shí)際的聯(lián)系

在教學(xué)中盡量加入反映現(xiàn)代分析技術(shù)的知識(shí)、反映工程中相關(guān)應(yīng)用的方法，使學(xué)生了解實(shí)際的設(shè)計(jì)計(jì)算方法。使學(xué)生感到講解的內(nèi)容可以直接解決實(shí)際設(shè)計(jì)問題，提高學(xué)習(xí)興趣，學(xué)生對(duì)這些內(nèi)容態(tài)度非常認(rèn)真。如整流電路非線性分析部分，教材中例題較少，針對(duì)不控電容濾波電路不易計(jì)算的特點(diǎn)，利用仿真軟件對(duì)電路進(jìn)行仿真計(jì)算，根據(jù)得到的數(shù)據(jù)編制例題。

【例題】不控整流電容濾波電路電壓電流如圖1所示，Ua為220 V/50 Hz，ig為電流的基波分量，φ1=16.3°。電流頻譜的幅值如表1所示。計(jì)算：電流的有效值Irms，THDi，整流器的有功功率P，整流器的無功功率Q及整流器的視在功率S，電路的功率因數(shù)λ及電路的位移因素。

通過此例題，可以為學(xué)生介紹電力電子電路的仿真技術(shù)，同時(shí)加深學(xué)生對(duì)整流電路輸入特性的理解。在本例中介紹了電容濾波電路的輸入電流中各種成分的分析計(jì)算方法，介紹了有功功率P、無功功率Q、視在功率S的計(jì)算方法，使學(xué)生從整體上了解了電容濾波的整流電路對(duì)電網(wǎng)的影響、各種技術(shù)數(shù)據(jù)的計(jì)算。學(xué)生普遍反映，這些內(nèi)容對(duì)提高設(shè)計(jì)計(jì)算能力有很大幫助，感覺很有用，表現(xiàn)出很大的興趣。

另外，教材中對(duì)電容濾波的不控整流電路的輸出電壓及輸出紋波計(jì)算方法介紹較少，影響學(xué)生的理解和應(yīng)用。在教學(xué)中加入濾波電容輸出紋波近似計(jì)算方法的工程近似推導(dǎo)，使學(xué)生了解怎樣對(duì)一個(gè)復(fù)雜的過程進(jìn)行工程簡(jiǎn)化，進(jìn)而利用學(xué)過的電學(xué)知識(shí)進(jìn)行推導(dǎo)；接著利用推導(dǎo)的電壓紋波的計(jì)算公式推導(dǎo)濾波電容的輸出平均電壓的計(jì)算公式，使學(xué)生對(duì)分析過程中的近似方法有了較好的理解；最后，配合一個(gè)電源的設(shè)計(jì)實(shí)例，介紹工程實(shí)際電路的考慮和分析過程，使學(xué)生可以從系統(tǒng)的角度理解整流器及濾波器的特性、分析和設(shè)計(jì)方法。

【例題】一個(gè)線性串聯(lián)穩(wěn)壓電源輸出為直流12 V/1 A，

如圖2所示。為使調(diào)節(jié)器正常工作，必須要求調(diào)節(jié)器輸入電壓大于等于15 V。交流輸入電源為220 V，電源波動(dòng)±10%，負(fù)載電阻為15 Ω。設(shè)變壓器變比為220：15，計(jì)算濾波電容C，使在電源電壓在降低10%情況下能夠保證調(diào)節(jié)器輸入電壓Vd≥15 V；該電路最大功耗為多少？

通過該例題，向?qū)W生展示一個(gè)穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)思路和方法，演示電容濾波器紋波計(jì)算公式及的使用方法與意義，該串聯(lián)型穩(wěn)壓電源功耗為什么比較大，使學(xué)生理解可控整流電路的節(jié)能優(yōu)點(diǎn)。

學(xué)生對(duì)這樣的內(nèi)容安排表現(xiàn)出濃厚的興趣，感覺非常實(shí)用，可以提高自己對(duì)整流電路的深刻理解，用到的紋波計(jì)算公式可以提高自己的電源設(shè)計(jì)能力。

電力電子課程具有很強(qiáng)的工程使用背景，實(shí)踐教學(xué)占據(jù)非常重要的地位。選擇綜合性設(shè)計(jì)項(xiàng)目進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，在課堂教學(xué)前要求學(xué)生了解實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，講課中對(duì)實(shí)驗(yàn)涉及的內(nèi)容進(jìn)行提醒，幫助學(xué)生注意；將實(shí)驗(yàn)中的知識(shí)點(diǎn)留作課后作業(yè)，使學(xué)生帶著問題學(xué)習(xí)，提高效率。實(shí)驗(yàn)前要檢查預(yù)習(xí)效果，在實(shí)驗(yàn)中認(rèn)真觀察學(xué)生的動(dòng)手情況，糾正錯(cuò)誤接線，觀察學(xué)生的記錄情況，保證實(shí)驗(yàn)的效果。

5 結(jié)語

通過這些改革舉措，通過教師、學(xué)生的共同努力，整流電路的教學(xué)效果改善明顯。從期末考試看，學(xué)生對(duì)各種相控電路的控制方法和特點(diǎn)掌握清楚，試卷中牽涉工程估算的試題，有超過85%的學(xué)生可以獨(dú)立思考并進(jìn)行正確解答，學(xué)生綜合運(yùn)用知識(shí)的能力有較大提高。

參考文獻(xiàn)

[1]趙濤，張麗華，徐開蕓，等.PSpice在電力電子技術(shù)教學(xué)改革實(shí)踐中的應(yīng)用[J].電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化學(xué)報(bào)，2009，

21（6）：123-127.

[2]王曉剛，王佳慶，林婷.“電力電子技術(shù)”教學(xué)改革的探索[J].電氣電子教學(xué)學(xué)報(bào)，2007，29（2）：13-15.

[3]賈新章，武岳山.電子電路CAD技術(shù)：基于OrCAD 9.2

[M].西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2005.

[4]李久勝，王明彥，孫鐵城.電力電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)的探索與實(shí)踐[J].電氣電子教學(xué)學(xué)報(bào)，2008（S1）：81-84，87.

[5]付保紅，王曉東，劉斌.電力電子技術(shù)課程教學(xué)改革的探索[J].大慶師范學(xué)院學(xué)報(bào)，2009，29（6）：146-149.