《电力电子技术》课程教学与实践初探

关键词：直流交流变换电力

《电力电子技术》是一门新兴的边缘学科, 是对电力能量进行控制和转换的技术[1], 其内容主要包括交流—直流变换 (整流) 、直流—直流变换 (斩波) 、直流—交流交涣 (逆变) 、交流—交流变换 (变频) 等几大部分。《电力电子技术》与《电子技术》不同, 主要讲述的是强电之间的变换 (电压达几十千伏特, 电流可达几千安培) [2]。它已在工业生产和社会生活的各个领域得到了广泛的应用, 并正在为这些领域带来深刻的变革, 所以《电力电子技术》是工业自动化等专业的一门必修专业基础课。笔者通过实践, 感到教师在讲授该课时, 需要从以下几个方面加以注意, 才能收到良好的教学效果, 也使学生在学完后, 能够融会贯通, 真正做到学以致用, 举一反三。

1 精心、合理地选择教学内容

电力电子技术自诞生以来, 已形成丰富的器件系列、变换技术和控制技术, 而且还会有许多新的器件和技术问世, 这就需要精心、合理地选择教学内容, 做到“打好基础, 逐步更新”。

1.1 处理好整体教学效果与每节课内容的关系

《电力电子技术》教材的内容一般是将上面所述的几个部分按章节分开编写的, 授课时, 每次课讲授的都是其中的细节内容, 如何使学生在学过每一章节后, 有一个连贯的整体掌握, 则成为教好该课程的关键。否则, 学生学过后, 学到的只是一些零零碎碎的知识, 形不成一个整体的概念。这就要求授课教师在讲授教材具体内容的同时, 首先将授课内容分门别类, 使学生清楚其在课程中所占的地位;其次, 在课堂教学中, 基本内容如器件的工作原理、具体电路的波形分析、理论计算及实际应用中应注意的一些问题也应说明;另外, 在课堂上没必要对书上的公式推导计算, 而是应该直接给出结果, 然后和波形分析相对照, 解释它的物理意义, 例如, 整流电路中的α=0°、90°、180°几种边界条件尤其重要。只有这样, 才能使学生在课堂后有一个整体的掌握。

1.2 及时更新与补充教材内容

现行的《电力电子技术》教材的侧重点仍在整流及逆变部分, 所用功率器件也以半控型器件晶闸管 (SCR) 为主。随着科学技术的迅猛发展, 各种类型的新型大功率器件不断涌现, 如现在已经广泛使用的电力晶体管 (GTR) 、可关断晶闸管 (GTO) 、电力场效应晶体管 (电力MOSFET) 、绝缘栅双极型晶体管 (IGBT) 、MOS控制晶闸管 (MCT) 等等。随着这些器件的不断出现, 应用电路也日趋多样化, 驱动和保护电路更是层出不穷, 这些不断出现的新内容, 教材上一般都是简单提到, 一带而过, 有的甚至根本没有。为了避免学生刚刚学习的知识即成为过时的知识 (虽然晶闸管目前仍在广泛应用, 但随着众多控制方便、可靠性高的新器件的广泛使用, 其领域必将日趋缩小) , 最大限度地缩小学生所学知识与新知识、新技术的差距, 就要求教师在认真教授书本内容的同时, 不断补充新知识, 注意跟踪新器件、新技术的发展, 掌握它们的运用, 并适时地将新知识新技术补充到授课内容中, 以使学生学习的内容基本能与时代同步。除此之外, 还要指导学生阅读一些课外书刊, 特别是一些专业性杂志, 让他们了解当今科学技术的发展情况, 同时培养他们的自学能力, 使他们参加工作后, 在自己所学专业领域能跟上时代的步伐, 不至于碰到许多没有学过的新器件, 新电路而不知所措。

2 灵活运用现代化科技教学手段

实现教学现代化是加大授课信息量, 节约课时, 增强教学效果的重要措施。纵观电力电子技术教学内容, 一个很明显的感觉就是电路原理图多、波形图多。如果采用传统的教学手段, 费时费力而且绘制的图不规范不工整。早期的多媒体教学是采用多种电子媒体如幻灯、投影、录像等综合运用于课堂教学。也可借助CAI软件, 结合动画技术, 将教材中的示意图和曲线“动”起来、“活”起来, 并且变流电路的触发是可以任意设置的, 这样既直观明了, 又能形象的说明问题。随着计算机网络的发展, 利用网络教室开展多媒体教学, 是一种更有发展前景的现代化教学手段。在计算机网络教室中多媒体计算机连接成局域网, 学生可以直接参与教学活动过程, 利于个性化的学习。教师也可以对学生机的使用进行控制, 与学生进行直接对话。还可以根据需要连接到互联网, 充分利用网络的各种信息, 制作多媒体课件时, 要根据教学内容和学生特点、通过教学设计, 把各种教学资源有机的整合到教学中来, 形成合理的教学过程结构, 从而达到最优化的教学效果。

除此还可以计算机仿真软件PSPICE和M A T L A B等引入到电力电子技术的教学中, 让学生按研究的侧重面或者实际需要对实际对象进行简化提炼, 而不是原型的复现, 对所学的理论有深刻的理解, 也为学生今后从事工程设计或科学研究打下良好的基础。

3 注重实践环节, 改革实践方法

电力电子技术是应用性、实践性很强的一门课, 要想真正教好这门课, 除了前面所讲的拓宽应用电路知识外, 还有一个很重要的环节要把握, 这就是实践教学环节。作为专业基础课, 实践环节有以下几部分组成。

3.1 做好基础实践实验

在这部分实验中, 主要是几个验证性实验, 教材上都有其主电路和控制电路, 可以依靠现有变流和调速实验设备, 给出试验步骤和实验方法, 选择性的带学生做几个主要实验, 目的除了使学生巩固理解书本知识外, 更主要使学生通过做这部分实验, 熟悉并掌握实验设备和实验方法, 领会怎样在掌握理论知识的基础上进行实验, 为下一步做好准备。

3.2 按照现有理论电路自行设计组织实验

掌握了基本的实验仪器设备后, 就可以让学生自己选择仪器设备, 自己设计实验步骤, 并充分利用数字式示波器, 验证所学理论知识的正确性。在这部分, 学生不仅自己要做实验, 还要解决实验中存在的问题, 教师仅起辅导作用, 以培养学生自己解决问题的能力。通过此阶段试验后, 学生可充分掌握书本理论知识及应用基础知识, 并熟练掌握试验方法。

3.3 跟踪新技术发展自行研究开发

此过程对学生有不同的要求, 一部分学生可以自己动手设计一些简单实用的电路, 如调光台灯、蓄电池充电器等, 并制作成相应的实物;对这门课兴趣浓厚的同学可以加大难度, 研究新器件、新电路, 包括功率器件、驱动芯片、保护电路等, 如开关电源中常用的电压控制类芯片, 正逐步向设计容易、控制简单、电源瞬态响应好的电流型控制芯片过渡, 学生通过分析、研究这些芯片, 就可设计出新颖的控制电路[3]。

总之, 通过不断改进理论和实践教学, 可使学生掌握理论知识, 还能在实践中灵活应用, 达到学以致用的目的。

摘要：《电力电子技术》是一门新兴的边缘学科, 本文论述了该课程课堂及教学中应注意的几个问题, 在面对不同的专业方向、新知识量大而课时少的情况下, 通过对提高整体教学效果、更新教材内容、运用现代教学手段及改革实践教学手段等几个方面的探索, 如何协调好教学内容, 改革教学方法, 改善实验条件, 对提高教学质量有重要的意义。

关键词：电力电子技术,教学,实践,改革