電力電子教學匯總十篇

序論：好文章的創(chuàng)作是一個不斷探索和完善的過程，我們?yōu)槟扑]十篇電力電子教學范例，希望它們能助您一臂之力，提升您的閱讀品質(zhì)，帶來更深刻的閱讀感受。

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1）單相整流電路模塊；2）三相整流電路模塊；3）單相逆變電路模塊；4）三相整理與電路模塊；5）驅(qū)動與保護電路模塊。在教學過程中，通過理論講授和實際驗證的模式進行。同時在完成教學內(nèi)容后，通過1周的集中實訓，加深學生的學習體驗。《微機原理與接口技術(shù)》主要為學生提供所需的控制技術(shù)相關(guān)知識。在該課程中，需要學生掌握CPU的接口技術(shù)以及相應的軟件程序設計方法，為提高學生的學習積極性，增強學習效果，必須增強程的趣味性。鑒于此，采用一個基于單片機的智能小車進行教學，同時開發(fā)了一整套的課程學習資料，豐富了教學內(nèi)容。依托以上三門課程的學習，學生具備了電子技術(shù)、變流技術(shù)和控制技術(shù)的相關(guān)知識，為后續(xù)的專業(yè)學習打下了基礎(chǔ)。

2．專業(yè)核心課程

專業(yè)核心課程是體現(xiàn)學生應用能力的知識來源，是學生就業(yè)的技能基礎(chǔ)。在該專業(yè)的開設時，設定的專業(yè)培養(yǎng)目標是：培養(yǎng)具備電力電子產(chǎn)品設計、生產(chǎn)、調(diào)試和服務的技能型人才，服務于各類變頻器、驅(qū)動器、開關(guān)電源、特種電源、光伏逆變器的生產(chǎn)和設計企業(yè)，從事相關(guān)產(chǎn)品的輔助設計、調(diào)試以及售后和售前的專業(yè)服務。鑒于以上目標，開設的專業(yè)核心課程為《變頻器技術(shù)》、《電源技術(shù)》和《風光互補發(fā)電技術(shù)》這三門核心課程。課程的基本安排如表2所示?！蹲冾l器技術(shù)》是一門典型的電力電子技術(shù)綜合應用的課程，包含電子技術(shù)、變流技術(shù)和控制技術(shù)等內(nèi)容。同時變頻器是工業(yè)電力電子產(chǎn)品，在工業(yè)應用上具備廣泛的應用，是進行電力電子專業(yè)教學的典型載體。在教學中，我們將其分為兩個階段，第一階段通過課堂和實驗進行教學，使學生掌握理論知識和基本技能；第二階段通過兩周的專用周完成一個單相變頻器的安裝和調(diào)試，使學生掌握實踐技能。《電源技術(shù)》課程的開設與其類似。當今，電力電子技術(shù)是新能源的重要技術(shù)支撐，為此開始了《風光互補發(fā)電技術(shù)》課程。通過該課程的學習，學生可以掌握新能源領(lǐng)域中電力電子技術(shù)的應用現(xiàn)狀，增強學生的知識面，拓展學生的就業(yè)領(lǐng)域。

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引言

電力電子技術(shù)簡言之就是應用于電力領(lǐng)域的電子技術(shù)，包括信息電子技術(shù)和電力電子技術(shù)兩個主要分支，涵蓋了電子學、電力學和控制技術(shù)三個學科。電力電子技術(shù)是電氣工程及其自動化專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課程，主要體系包括：電力電子器件、電力變換、控制技術(shù)三部分主要內(nèi)容。電力電子器件從1957年美國通用公司發(fā)明第一個晶閘管開始，經(jīng)過數(shù)十年的發(fā)展，從半控型到全控型，從小容量到大容量，從中低頻到高頻、超高頻的發(fā)展歷程。電力變換也稱之為“變流技術(shù)”，實現(xiàn)了交直流的電力變換，具體包括：AC－DC、DC－AC、DC－DC、AC－AC，從而使電力電子技術(shù)得到廣泛應用，是電力電子技術(shù)的核心部分?？刂萍夹g(shù)主要指電力電子裝置采用的控制方式方法，最為常見的是相位控制、通斷控制及軟開關(guān)控制技術(shù)等。

1理論和實踐教學現(xiàn)狀

隨著高校教學改革的深入，電力電子技術(shù)學時逐漸減少，理論教學通常停留在課堂教師講解，學生被動接受的情況，很難喚起學生的學習熱情和學習興趣。實踐教學通常停留在驗證性實驗為主的層面，主要完成對所學知識的驗證，學生按部就班的按照指導書完成實驗操作，而忽略了實驗的原理、電路的工作原理，當實驗環(huán)境稍有改動，則無所適從，達不到解決實際問題和提高專業(yè)技術(shù)水平的教學目的。如整流電路公式、輸出波形的驗證等，內(nèi)容和形式單一。實體實驗設備電壓等級高，電流較大，而且極易損壞，很難達到實踐教學的效果，因此迫切需要對理論和實踐教學進行改革。

2理論教學改革

課程的知識體系如圖1所示，采用預習仿真、例證等方法完成相應理論知識的講解。

2．1例證法的應用

電力電子技術(shù)知識繁復，學生應熟練掌握電路的工作原理、波形分析、數(shù)量關(guān)系等知識，只枯燥的講解理論，難以把學生的注意力凝聚起來，采用例證法是很有效的已知辦法。以單相整流的基礎(chǔ)電路半波整器為例，首先從簡單的手機充電器入手，手機充電器是從城市電網(wǎng)（墻壁電源）當中獲得交流電，通過整流器將交流電轉(zhuǎn)化成直流電給手機電池充電的設備，再研究電路不同負載時的工作原理、波形分析、數(shù)量關(guān)系等知識點，講解也就更顯通俗易懂，從而完成靶向性教學。隨著學習的深入就可以進一步研究如何縮短各種充電器的充電時間等。所謂的“充電5分，通話2小時”“快速充電”“護眼燈”“無線充電”等等也就不再神奇。從充電器到充電寶就引申出逆變和組合電路，為后續(xù)知識的講解做出了形象的鋪墊。

2．2仿真在理論教學中的應用

因為電力電子技術(shù)課程中有很多的波形分析內(nèi)容，手工繪出的波形缺乏靈活性，所以在電力電子技術(shù)理論教學中，仿真的作用就尤為重要。利用仿真軟件分析對電氣工程及其自動化專業(yè)學生理解電路的工作原理及工作過程分析，定量計算等均有莫大的幫助?，F(xiàn)今主要應用于電子電路的仿真軟件有：通用軟件MAT-LAB、通用仿真軟件PSpice、通用仿真軟件Saber、專業(yè)仿真軟件PSIM等。如圖2、圖3所示單相半波整流電路的仿真。建議學生在課前完成電路的仿真，從而使學生掌握了電路的組成，了解電路的工作情況及相應的特性，從而為相應知識的學習打下堅實的感性基礎(chǔ)。

3實踐教學改革

電力電子技術(shù)的主要特征就是實踐性很強，體現(xiàn)了實踐教學體系與理論教學體系相互銜接和驗證。

3．1實驗項目的設置

實踐教學分階段、分層次設置，由簡入繁，如整流電流設置單相和三相電路實驗，其中單相為選做內(nèi)容，三相整流電路（含觸發(fā)電路）為必做內(nèi)容；單相交流調(diào)壓電路實驗是基礎(chǔ)為必做內(nèi)容，而三相交流調(diào)壓為設計性實驗；斬波器只需完成簡單的升降壓斬波電路的實驗等。增大設計性實驗如燈光亮度調(diào)節(jié)裝置、軟啟動器、直流電機調(diào)速系統(tǒng)、開關(guān)電源、功率因數(shù)校正等裝置的設計與制作，提高了學生動手能力和專業(yè)素養(yǎng)。對于危險性比較大的實驗，設置高端演示實驗，如逆變實驗，利用中頻爐演示完成。

3．2模擬仿真實驗

在實踐教學中引入了MATLAB仿真軟件，充分利用軟件的功能，對電路的不同特性進行仿真。如PWM控制系統(tǒng)、交交變頻調(diào)速系統(tǒng)等復雜的系統(tǒng)實驗等。利用仿真軟件的強大功能實現(xiàn)系統(tǒng)的優(yōu)化和極端控制，有效地掌握系統(tǒng)的動靜態(tài)特性，參數(shù)設計，達到控制要求，滿足系統(tǒng)的性能指標。

3．3項目驅(qū)動等

根據(jù)電力電子技術(shù)課程特點及教學目標的要求，充分利用教師的科研項目、大學生科技競賽、企業(yè)參觀實習、運動控制系統(tǒng)課程設計等環(huán)節(jié)，實現(xiàn)對電力電子技術(shù)實踐環(huán)節(jié)有益的補充。

4結(jié)語

電力電子技術(shù)課程通過在電氣工程及其自動化專業(yè)幾年的教學改革與實踐，明確了教師指導，學生的主體地位，讓學生自己結(jié)合實際應用，擴大視野，拓展思維，激發(fā)進一步探究的興趣，促使學生主動掌握理論知識，應用理論知識，有效地提高了分析問題、解決問題的能力，達到了教學的目的和效果。

參考文獻

1王兆安．電力電子技術(shù)［M］．北京：機械工業(yè)出版社，2013

2黃信兵．“項目驅(qū)動教學法”在電力電子技術(shù)課程改革中的應用與探索［J］．大學教育，2013（11）

3孫曉明．“電力電子與電機調(diào)速技術(shù)應用”課程教學改革與探索［J］．教育與教學研究，2016（1）

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1引言

電力電子技術(shù)是一門由電子技術(shù)、電力技術(shù)以及控制技術(shù)交叉而來的新興學科，是自動化專業(yè)、電氣工程等專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課程，在整個專業(yè)體系中具有重要的作用。電力電子技術(shù)具體地說就是指利用電力電子元器件來構(gòu)造不同的轉(zhuǎn)換電路從而實現(xiàn)對電能的一系列變換，是一種利用弱電來控制強電的技術(shù)。同時電力電子技術(shù)的應用范圍十分廣泛，從工業(yè)、交通運輸、通信到新能源系統(tǒng)等各方面都有應用，甚至已經(jīng)滲透到我們的生活中，比如現(xiàn)在家用電器中很流行的“變頻”技術(shù)就是電力電子技術(shù)的一個小應用。

2教學體系結(jié)構(gòu)及要求

電力電子技術(shù)的教學內(nèi)容主要分成三部分：元器件、控制電路和控制技術(shù)。我們學校給這門課一共安排了80學時，如果這三個部分都要詳細介紹的話，時間上是不夠的，所以主要介紹前面兩塊內(nèi)容。電力電子元器件是本門課程的基礎(chǔ)，包括半控元件、全控元件和不可控元件?？刂齐娐分饕ㄋ拇蠡倦娐罚赫麟娐?、逆變電路、直流到直流變流電路以及交流到交流的變流電路?？刂萍夹g(shù)部分主要介紹SPWM脈寬調(diào)制技術(shù)和軟開關(guān)技術(shù)。元器件部分要求學生首先要能分清楚各種元器件所屬的類別，其次要求能理解各自的工作原理，最后要求能夠按照電路要求自主選擇元件；控制電路部分要求學生能夠理解電路的工作過程，能夠分析并畫出電路的輸出波形圖，能計算電路的一些參數(shù)來選擇元器件；最后控制技術(shù)部分要求能夠掌握SPWM的原理即可。

3理論教學

（1）興趣的培養(yǎng)

電力電子技術(shù)是自動化、電氣工程專業(yè)很重要的專業(yè)基礎(chǔ)課程，但也的確是一門比較枯燥的學科，要引起學生的重視、激發(fā)他們的興趣是比較困難的。所以如何吸引學生的注意力，讓他們從心理上重視這門課就尤為重要。筆者認為上好第一堂課對該課程后續(xù)的展開有很重要的作用。在第一堂課上要多多的展示一些電力電子應用方面的圖片和視頻，讓學生親身體會到電力電子技術(shù)就在我們身邊，來培養(yǎng)他們的學習興趣[1]；同時可以給他們展示一下對口的公司在招聘信息上對該課程的要求來引起他們的重視。然后后期可以通過實驗教學來慢慢引導他們對本門課程的學習。

（2）教學思路的把握

教學的順序是先介紹元器件，然后介紹各種轉(zhuǎn)換電路，最后介紹控制技術(shù)。在介紹元器件時，要講清楚半控、全控和不可控指的是對電路“開”與“關(guān)”的控制。在控制電路中元器件是作為開關(guān)使用的，輸出波形的轉(zhuǎn)換也是因為電路“開關(guān)”的切換實現(xiàn)的[2]；在介紹各種轉(zhuǎn)換電路時，首先要介紹各種電路實現(xiàn)的功能，然后可以讓學生試著自己分析下如何用電路實現(xiàn)這些變化，最后提出典型的變換電路進行講解。在課堂內(nèi)容上應以元器件的工作原理為基礎(chǔ)，以整流電路和有源逆變電路的原理、搭載各種不同負載時的波形分析為重點，特別是在介紹感性負載和純電阻負載時波形的變化是很重要的。無源逆變和直流到直流變流電路可以簡單介紹一下。由于目前變頻技術(shù)在家電行業(yè)應用廣泛，所以交流到交流變流中的變頻技術(shù)也可以進行詳細介紹。

（3）教學方法的改變

近年來，多媒體教學以絕對的優(yōu)勢替代了傳統(tǒng)板書成為教學的主要手段。電力電子技術(shù)這門學科在教學時涉及很多復雜電路、波形的繪制，采用多媒體教學能提前將這些波形準備好，節(jié)約了大量教師課上板書的時間，同時多媒體教學還可以采用FLASH動畫來吸引眼球，能更直觀的仿真出電路通斷的過程，更好的幫助學生理解和記憶。所以多媒體教學這一手段對于電力電子技術(shù)這門課程是非常重要的。此外，我們還可以利用Matlab中的simulink自帶的工具包搭建各種電路來仿真，通過軟件仿真出對應的圖形。這樣通過計算機算出圖形，要比直接把圖形顯示給學生看更讓他們記憶深刻，也更讓他們信服。

4實驗教學

實驗教學在任何一門課程中都應該占有很重要的地位，通過實驗可以加深對已學知識的理解，驗證理論的正確性同時也能幫助他們記憶。而電力電子技術(shù)本身就是一門實踐性很強的課程，新型的電力電子器件、新技術(shù)、新的使用方法，都需要通過實驗來驗證其可用性。電力電子技術(shù)這門課配備的實驗還是比較多的，比如四種控制電路以及控制技術(shù)都有對應的實驗，那么在實驗教學中可以從中選擇一些有較高實驗價值的項目進行。例如整流電路是教學時的重點內(nèi)容，那么這一方面的實驗就可以做一些?？梢宰寣W生搭建橋式整流電路，然后搭配純電阻負載、感性負載和反電動勢負載，通過觀察波形變化來加強對學習知識的理解和掌握；在講直流斬波電路時，可以讓學生在六種典型斬波電路中選擇一到兩個電路進行測試，深入理解理論課上學習的原理。在實際的教學過程中，由于學校設備有限不能做到每人一臺設備，一般都是幾人一臺，這樣就會出現(xiàn)有些同學整個過程游離在狀態(tài)之外的情況。所以在實驗過程中，可以將一組學生進行任務的分工，分成設計電路的、搭建電路的和驗證實驗結(jié)果的，這樣每個人都分配有任務，就不會出現(xiàn)上述的情況了。

5小結(jié)

本文從課程體系、教學要求和實際教學三個方面分別闡述筆者從事該課程教學的體會。對一門課程的處理方式，不同的教師有不同的方式，但都希望能以較為恰當?shù)慕虒W方式把最需要最重要的知識傳授給學生。

參考文獻：

[1]劉廣忱.電力電子技術(shù)教學探討[J].內(nèi)蒙古科技與經(jīng)濟,2003(12).

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二、MATLAB/Simulink軟件在理論教學活動中的應用

利用MATLAB/Simulink軟件能夠非常容易地構(gòu)建與實際相符合的教學場景。教師在教學中引入仿真軟件，在講授基本變流理論時，利用MATLAB/SIMLINK軟件構(gòu)建電力電子電路進行仿真演示，電力電子變換與控制領(lǐng)域所遇到的多數(shù)典型開關(guān)電路均可建立仿真模型，通過對模型的仿真，可直觀展示各種參數(shù)變化對電路波形圖的影響以及數(shù)值計算，以便學生全面準確理解教學內(nèi)容，可以為教學現(xiàn)場營造一種真實的電力電子電路工作場景，既具體又生動。除此以外，還可以利用軟件提供的參數(shù)設置功能，通過改變器件參數(shù)值，學生在學習的時候，可以先自己分析某種參數(shù)值條件下電路的工作情況和對應的波形圖，然后再在仿真模型中輸入相應的參數(shù)值，把自己分析的結(jié)果與仿真結(jié)果相對比。同時，在電路仿真時，可以模擬各種電力電子器件故障，如開路、短路或脈沖丟失等，能夠清晰地展示各種電力電子電路的工作過程，使學生能夠直觀、全面地掌握課程學習內(nèi)容，同時將學習活動情境化、趣味化，這大大加深了學生對所學知識的理解，使學生能夠?qū)㈦[性的理論知識轉(zhuǎn)化為顯性的技能。在教學設計上，教學初期，剛剛講授電路變換時，學生初次接觸，實際的感觀并不多，對電路電壓、電流波形、管子的切換、工作原理等理解有些困難，需要構(gòu)建一個與實際相符合的情境，并且學生對MATLAB仿真軟件的應用還不熟練，需要在課堂上現(xiàn)場建立仿真模型。以單相半控橋式整流電路為例，把電路圖投影到大屏幕上，教師首先要分析電路的組成和工作原理，然后再一步一步建立MATLAB單相半控橋式整流電路仿真模型，該電路的仿真過程可以分為建立仿真模型、設置模型參數(shù)和觀察仿真結(jié)果。

1.建立仿真模型

（1）建立一個仿真模型的新文件。從MATLAB窗口進入Simulink環(huán)境有三種方式，我們選擇其中一種：在MATLAB的菜單欄上點擊File，選擇New，再在彈出菜單中選擇Model，這時出現(xiàn)一個空白的仿真平臺，在這個平臺上可以繪制電路的仿真模型。（2）提取電路元器件模塊。在仿真模型窗口的菜單上點擊圖標調(diào)出模型庫瀏覽器，找到Simulink／PowerSystem的模型窗口，在模型庫中提取所需的模塊放到仿真窗口。組成單相半控橋式整流電路的元器件有交流電源、晶閘管、二極管、脈沖發(fā)生器、RLC負載、示波器等。（3）將電路元器件模塊按單相半控橋式整流電路原理圖連接起來組成仿真電路，如圖1所示。

2.設置模型參數(shù)

設置模型參數(shù)是保證仿真準確和順利進行的重要一步。有些參數(shù)由仿真任務決定，如電壓、電流等，有些參數(shù)是需要通過仿真來確定的。設置模型參數(shù)可以雙擊模塊圖標彈出參數(shù)設置對話框，然后按框中提示輸入，若有不清楚的地方可以借助help幫助。在本例中，參數(shù)設置交流電源、晶閘管、二極管、負載、脈沖等。以下以交流電源參數(shù)設置為例：雙擊交流電源模塊，彈出對話框，設置電壓為220V，頻率為50Hz，初始相位為0°。

3.觀察仿真結(jié)果

在模型開始仿真前還必須首先設置仿真參數(shù)。在菜單中選擇Simulation，在下拉菜單中選擇Simulationparameters，在彈出的對話框中設置的項目很多，主要有開始時間、終止時間、仿真類型等。在參數(shù)設置完畢后即可以開始仿真。在菜單Simulation下選擇Start，立即開始仿真，若要中途停止仿真可以選擇Stop。在仿真計算完成后即可以通過示波器來觀察仿真的結(jié)果。在需要觀察的點上放置示波器，雙擊示波器圖標，即彈出示波器窗口顯示輸出波形，同時在Display模塊可以看到輸出電壓的平均值。以下是不同負載時的仿真波形圖。（1）Rd負載時的仿真波形。如圖2所示為控制角α=60°單相半控橋式整流電路電阻負載時二次側(cè)電壓、觸發(fā)脈沖、負載的電壓和電流及管子VT1兩端的電壓波形。（2）Rd+Ld負載時的仿真波形。研究阻感性負載時電路工作情況，只需重新設置負載參數(shù)。再次啟動仿真，在單相半控整流電路中，阻感性負載時電路的二次側(cè)電壓、觸發(fā)脈沖、負載的電壓以及管子二端的電壓波形都同阻性負載時相同，如圖2所示。與阻性負載不同的是負載電流波形不同，阻性負載時負載電流波形為斷續(xù)的，而阻感負載時負載電流的波形為連續(xù)的。（3）失控時的仿真。在研究單相半控橋式整流電路電阻電感負載時，當觸發(fā)脈沖丟失會發(fā)生失控現(xiàn)象，只需斷開一個觸發(fā)脈沖，再次啟動仿真，得到如圖3所示波形。通過這樣一個過程，使學生在腦海里深深留下了電路的各點波形形狀，電壓波形為什么會變化，電壓波形變化同哪些參數(shù)有關(guān)？控制角與輸出電壓波形有著怎樣的對應關(guān)系？怎樣的情況下發(fā)生失控，失控時電路的工作情況又是如何？引導學生自然地進入單相半控橋式整流電路的知識學習。在教學過程的中后期，學生已經(jīng)熟悉MATLAB/Simulink軟件使用，就不必在課堂上現(xiàn)場建立電路的仿真模型。為了節(jié)約時間，把《電力電子技術(shù)》教材各個電路的仿真模型都事先建好備用，當講解到哪個電路時就可以運行這個模型，改變參數(shù)看電路仿真結(jié)果。通過這樣一個環(huán)節(jié)，讓學生能夠把電力電子變換器的工作原理、物理波形及數(shù)學關(guān)系等緊密聯(lián)系在一起，從而全面掌握變換器的工作過程，為學生提供一種直接感性的學習方式，幫助學生更深刻地理解這門課程。

三、MATLAB/Simulink軟件在實驗教學活動中的應用

傳統(tǒng)本科電力電子技術(shù)實驗大都依托實驗平臺進行，實驗平臺的優(yōu)點是安全、方便管理。但是依托實驗平臺進行的實驗基本都屬于演示性或驗證性實驗，硬件實驗條件很難覆蓋知識點的各個方面，動手能力提高較慢，同時，學生誤操作多、實驗裝置損壞較嚴重，而且出現(xiàn)問題不知道如何分析解決，只能等老師來解決[4]，其主要原因是學生對所學知識掌握不夠以及對實驗臺和操作缺少感性認識，直接導致誤操作，學生應掌握的知識和應具備的能力沒能落到實處。同時實驗基本上局限于對教材中部分理論的驗證，不能很好地與實際應用相聯(lián)系，這使得教學工作比工程實際滯后很多，不能充分實現(xiàn)技術(shù)應用型本科人才的培養(yǎng)目標，對于學生能力的培養(yǎng)和將來的就業(yè)很不利。因此，我們在實踐教學中采用實物實驗與虛擬實驗技術(shù)手段相結(jié)合的模式，即先仿真實驗后實物實驗的雙實驗環(huán)節(jié)。在實驗教學環(huán)節(jié)上，依托實驗平臺進行，每章精選出1-2個實驗作為必做實驗教學內(nèi)容，使學生通過做這些實驗，熟悉并掌握實驗設備及儀器儀表的使用方法，在掌握理論知識的基礎(chǔ)上進行實驗，各種電力電子器件的性能特性、各種應用電路的工作過程及技術(shù)指標也通過實驗得以驗證。同時，在現(xiàn)有條件的情況下，針對電力電子技術(shù)實驗中存在的問題，采用計算機模擬仿真的手段進行彌補，用MATLAB/Simlink仿真軟件對電力電子電路進行測試，根據(jù)教學內(nèi)容設計了相關(guān)的仿真實驗內(nèi)容（10個課外實驗），教師在課內(nèi)布置要完成的項目，每個項目給學生提出一個設計要求（如設計一個三相交流電到直流電的變換電路，給出這個直流電源的具體性能指標，如輸出電壓的變化范圍、電流大小、電壓紋波系數(shù)等等，要求自己選擇元器件，設計電路，并最終實現(xiàn)或仿真驗證），要求學生完成簡單的電路設計，實現(xiàn)所要求的電路功能，可以讓學生在課外利用仿真軟件自主完成。教師驗證結(jié)果，做到課內(nèi)和課外實驗相結(jié)合，充分發(fā)揮學生的主體作用，培養(yǎng)自信，調(diào)動了學生學習的主動性、積極性和創(chuàng)造性。同時，通過對實際電路的仿真分析，可進一步提高學生對電路的認識分析和創(chuàng)新能力，彌補實物實驗的不足。

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電力電子技術(shù)是電力電子變換和控制技術(shù)的簡稱，是一門綜合性的電子技術(shù)、控制技術(shù)和電力技術(shù)的新興交叉學科，是自動化專業(yè)的一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課。該課程總學時36學時，其中實驗6學時，其課堂教學的最大特點就是電路圖和波形圖較多，實踐性強。隨著電力電子技術(shù)的不斷發(fā)展，內(nèi)容不斷增加，如何在有限學時內(nèi)獲得最好的教學效果，使學生較好地掌握課程內(nèi)容，并培養(yǎng)學生的工程實踐能力和創(chuàng)新精神，增強學生的學習興趣，是一項急需解決的問題。本人從教學內(nèi)容、教學方法，教學手段，實踐環(huán)節(jié)，教學研究等幾方面對該課程的教學改革進行了探索。

一、課程的重點、難點

1、課程的重點

各類電力電子器件的通斷控制特性、四類基本電力電子開關(guān)電路拓撲結(jié)構(gòu)、實現(xiàn)電力電子變換和電力電子補償控制的原理、電力電子變換的過程中運行參數(shù)的變化及實時控制特性、輸入輸出電流電壓波形分析。

2、課程的難點

電力電子電路種類繁多，當電路中含多個開關(guān)器件時電路的運行模態(tài)較多，且理解電力電子電路特性時常常要從s級、ms級和us級等不同時間尺度人手，因此學生學習時容易被本門課程表面的繁雜所迷惑，甚至感到無所適從。而且本門課程實踐性很強，學生在課程學習時難以將所學知識與實踐相結(jié)合。

二、調(diào)整教學內(nèi)容

1、優(yōu)化課程內(nèi)容

晶閘管是半控型器件的代表，在20世紀90年代前期，應用范圍相當廣泛。但從20世紀80年代初，以P-MOS-FET和IGBT為代表的全控型器件發(fā)展迅速，目前已經(jīng)成為電力電子領(lǐng)域的核心器件，這影響到主電路拓撲結(jié)構(gòu)、控制方法，也同樣影響電力電子技術(shù)課程的教學。在教學過程中，將半控型器件的相關(guān)內(nèi)容刪減，介紹全控型器件的特性，由全控型器件組成的斬波器、逆變器、變頻器。壓縮和刪減一些已過時或在實際工程中應用較少的器件和電路。例如在整流電路章節(jié)中晶閘管直流電動機系統(tǒng)，原來它是可控整流裝置的主要用途之一，但目前已由全控型器件構(gòu)成的PWM脈寬調(diào)制電路所取代，因此在授課時就簡單介紹。在刪減晶閘管教學的同時，必須強化全控型器件及電路、控制方法的教學。

在課程內(nèi)容上，將電力電子技術(shù)的內(nèi)容分為有機的幾個部分，提出了新的課程內(nèi)容設置思路，即以電力電子開關(guān)器件為核心、以四類基本變換器和兩種控制方法為基礎(chǔ)、以四類應用為目標，兼顧當前技術(shù)發(fā)展，這種內(nèi)容設置方法有利于學生掌握課程核心內(nèi)容。

在器件學習中，就著重指出全控型尤其是電壓型全控器件的優(yōu)點，讓學生知道全控器件制造工藝的發(fā)展決定電力電子的發(fā)展。在講授斬波電路和逆變電路時，要以全控器件為基礎(chǔ)。對脈寬調(diào)制PWM控制技術(shù)這一章要重點講解，指出正是采用了全控器件才得以使這一技術(shù)得到大量應用，成為電力電子的核心技術(shù)，是電力電子技術(shù)的一場革命。另外結(jié)合應用，要加強交直交變頻和直流開關(guān)電源的教學。

2、適當增加最新技術(shù)的教學

由于電力半導體器件和微電子半導體器件日新月異的發(fā)展，電力電子技術(shù)每隔不久便有一個新飛躍，其應用領(lǐng)域也在不斷擴大。要及時傳授該學科的前沿知識、介紹其發(fā)展趨勢，使學生對該學科有一個清晰的認識。如對當前電力電子最新應用：矩陣式交一交變換器、電網(wǎng)諧波抑制技術(shù)、功率因數(shù)提升技術(shù)等內(nèi)容作較為詳細的介紹。另外，應加強理論聯(lián)系實際，介紹一些和生活息息相關(guān)的應用，如電子鎮(zhèn)流器，增加學生的見識，提高他們的學習興趣。

三、改進教學方法和手段

1、培養(yǎng)學生的主動性，提高學習興趣

從第一節(jié)課開始，通過大量的圖片，演示了電力電子的多種應用，包括工業(yè)生產(chǎn)、交通運輸、電力系統(tǒng)、家用電器、航天飛行器等。通過這些生動的實例，使學生明白電力電子其實就在身邊。這門課的內(nèi)容不是空洞的理論，而是與實際緊密結(jié)合的。在講授DC-DC變換器時，與直流開關(guān)電源結(jié)合起來，并制作了小功率Buck變換器樣機。演示時調(diào)節(jié)占空比，觀察輸出電壓，學生印象深刻。此外，還向?qū)W生推薦閱讀相關(guān)的期刊，并精選了幾篇文章讓學生仔細閱讀。這些文章從理論分析、電路設計、控制系統(tǒng)設計到仿真和實驗驗證都比較完整，內(nèi)容具備典型性，讓學生初步了解電力電子科研和最新發(fā)展的動態(tài)。這些措施改變了以往學生被動接受的狀態(tài)，學生對這門課的興趣大大提高，學習有了主動性。

2、利用現(xiàn)代化教學手段，改善教學效果

近年來，多媒體教學逐漸代替了板書成為主流課堂教學手段，那么這種靜態(tài)的演示文稿卻還不能吸引學生。如何有效地利用多媒體手段，將枯燥的分析變得生動，也是該課程教學中一個棘手的問題。具體對于電力電子技術(shù)課程，方法是使圖形、波形動起來。采用了相對易用的軟件Matlab/Simulink。軟件中有完善的電力電子工具包SimPow-ersystem，其中有各種器件、電源、負載、測量和波形顯示元件等，可以搭建教材中的各種電路。在課堂上演示給學生，且可以方便地修改電路的參數(shù)。為了使演示界面更友好，我們在課下制作flash課件，可進一步豐富教學資源。采用這些方法后，大大改善了課堂講授效果。

四、加強實踐環(huán)節(jié)

在學校的大力支持下，近年來實驗教學從教學思想、實驗教學管理和教學條件上都有了很大改進，正在由演示性、驗證性實驗向設計性和創(chuàng)新性實驗發(fā)展，由封閉實驗室管理向開放管理發(fā)展，由單一的電力電子實驗向綜合性實驗發(fā)展，由教師主導進行實驗向發(fā)揮學生自主性發(fā)展。

調(diào)整實驗的內(nèi)容，保證實驗的先進性、代表性和方向性實驗內(nèi)容，首先要考慮理論教學的進度及其知識的難點和重點，以利于學生對基本理論、基本原理的掌握；其次要對原有的實驗內(nèi)容進行篩選、補充、綜合，減少驗證性實驗，多開一些綜合性、設計性實驗。對電力電子技術(shù)實驗，保留原有的晶閘管整流、逆變的驗證性實驗，使學生對本課程的應用有初步認識，對直流斬波、交一交變換以及PWM控制技術(shù)部分的實驗，則可開出設計型實驗，由教師給出電路參數(shù)，由學生自行設計主電路，選擇器件及其驅(qū)動電路、保護電路，進而完成實驗，培養(yǎng)學生分析問題，解決問題的能力。

篇（6）

作者簡介：周云紅（1982—），女，博士，講師，主要從事電氣工程領(lǐng)域的教學和研究工作

電力電子技術(shù)發(fā)展迅猛，在工業(yè)、交通、農(nóng)業(yè)、商業(yè)、文體、醫(yī)藥等國民生產(chǎn)生活的多個領(lǐng)域都有著非常廣泛的應用。電力電子技術(shù)與電力學、電子學和控制理論等多個學科都有交叉，要求學生具備相關(guān)的基礎(chǔ)知識[1-3]。以我院開設的《電力電子技術(shù)及應用B》為例，作為電氣工程與自動化專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課，本課程總共48學時，其中課堂講課42學時，實驗6學時，可以看出課堂教學學時占整個課程學時的比例很高，因此如何通過科學有效的課堂教學設計來激發(fā)學生的學習興趣，提升課堂的教學效果就非常重要。下面結(jié)合教學的實際，淺談自己的幾點想法。

1了解學生的個體差異，兼顧各個層面的學生

作為電氣工程與自動化專業(yè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課，本課程教學的基本要求是使學生熟悉和掌握各種電力電子器件的結(jié)構(gòu)、原理、特性、參數(shù)和使用方法；熟悉和掌握各種基本的變流電路的結(jié)構(gòu)、工作原理、波形分析和控制方法；了解電力電子技術(shù)的應用范圍和發(fā)展動向；掌握基本電力電子裝置的實驗和調(diào)試方法。電力電子技術(shù)所包含的知識點很多，全面講授從教學時間上來說是不可取的。因此如何科學合理地選取教學內(nèi)容和組織課堂教學都是本門課程教學上的一個難點。在講課之前要先了解授課班級的基本情況，了解學生個體之間在學習基礎(chǔ)、學習習慣和學習能力能方面存在著的差異，然后結(jié)合學生的知識基礎(chǔ)來科學組織教學內(nèi)容，通過課堂上有針對性的提示來幫助學生抓住教學重點，兼顧教學進度和教學效果。例如，在講解門極可關(guān)斷晶閘管(GTO)的基本結(jié)構(gòu)和工作原理時，將PNPN四層半導體分別等效為PNP型和NPN型的兩個雙晶體，然后利用雙晶體管模型來分析GTO的工作原理，而在之前的《模擬電子技術(shù)》課程中已經(jīng)對晶體管的工作原理進行了詳細介紹，區(qū)別只是在于在模擬電子電路中，模擬電子器件工作在放大狀態(tài)，而在電力電子電路中，電力電子器件多工作在開關(guān)狀態(tài)。

對于部分基礎(chǔ)比較扎實的學生，之前在《模擬電子技術(shù)》課程的學習中已經(jīng)掌握了晶體管的工作原理，所以簡單地引申過來即可理解。而對于部分基礎(chǔ)相對較薄弱的學生，之前的知識比較模糊了，直接引申過來難度會比較大，所以在制作課件時，可以加上相關(guān)知識點，在課堂講解過程中只是用很短的時間簡單地回顧一下，但是提示學生注意在課件上有對這部分復習知識的詳細介紹，課后學生可以有選擇地進行復習，有疑問的再安排答疑。這樣既不耽誤課堂教學時間，影響教學進度，又能給有需要的學生提供必要的復習資料和復習途徑，便于幫助不同層次的學生順利進行本課程地學習，避免疑難問題的滾雪球現(xiàn)象挫傷學生的學習積極性。

2靈活設計多種教學形式，活躍課堂氣氛

興趣是最好的老師，在日常教學中應該堅持以學生為中心，多從學生的角度出發(fā)去思考，通過有效的教學形式來活躍課堂氣氛，激發(fā)學生的學習熱情。

2.1根據(jù)講課內(nèi)容，選用合適的教學手段

在講課過程中應該根據(jù)授課內(nèi)容的需要選擇多種有效的教學手段，解決信息量和時間限制的矛盾。例如，講解本課程的緒論部分時，通過多媒體課件給學生展示電力電子技術(shù)在日程生產(chǎn)和生活中各個領(lǐng)域的典型應用，結(jié)合各種電力電子裝置的圖片進行講解，幫助學生更直觀地認識電力電子技術(shù)木，也更深刻地體會電力電子技術(shù)應用的廣泛性和重要性，從而更重視本課程的學習。在講解各種電力電子器件時，利用多媒體課件也可以直觀地展示器件的實物圖片和基本結(jié)構(gòu)，有效節(jié)省板書畫圖的時間，提高課堂效率；而在講解各種變流電路時，對電路工作過程要進行詳細分析，其中的數(shù)學公式也要逐步地詳細推到，如果只是通過課件直接給出有關(guān)的波形圖和公示推導結(jié)果，學生就會缺少必要的思考過程，囫圇吞棗，影響學習效果，而且還會有部分學生會因為難度大而出現(xiàn)注意力不集中度的現(xiàn)象，影響整體的課堂教學效果。此時可以利用板書，在講解工作過程的同時繪制相關(guān)波形，帶領(lǐng)學生逐步理解變流器的工作原理，同時也讓學生自己動手繪制波形以加深理解，從而能更好地掌握電路的分析方法和波形的繪制技巧。

2.2根據(jù)學生的反饋情況，靈活調(diào)整講課的節(jié)湊

在講課過程中多與學生互動，關(guān)注學生的反饋情況，對于學生容易理解的內(nèi)容可以加快講課節(jié)奏，而對于學生難理解的內(nèi)容則要放慢講課節(jié)奏。尤其對一些學生理解難度偏大的講課重點內(nèi)容和難點內(nèi)容，要仔細梳理，引導學生主動思考，多向?qū)W生提問，多讓學生自己動手做練習題，然后針對典型的錯誤進行集中點評，讓學生及時發(fā)現(xiàn)錯誤并改正過來。通過對關(guān)鍵知識點的詳細講解，可以幫助學生順利地理解授課內(nèi)容，掌握相關(guān)的重點知識和難點知識。

2.3成立學習小組，變個人學習為小組學習

常規(guī)采用的形式是學生以個人為主體進行學習，自己獨立完成課前復習、課堂聽講、課后復習和課后作業(yè)，這樣的模式容易導致學生中出現(xiàn)兩極分化的現(xiàn)象，也就是部分學生非常認真成績也很優(yōu)秀，但還有部分學生非常懶惰成績也很糟糕。針對這種常規(guī)模式的弊端，可以讓班級學生按要求組建若干個學習小組，以小組為單位分別布置預習任務，鼓勵各小組在課后積極查閱資料和交流討論，在下節(jié)課時也以小組為單位進行匯報，并將匯報情況納入平時成績考核。通過這種小組形式，可以培養(yǎng)學生的協(xié)作能力，互相監(jiān)督，互相討論，互相帶動，防止出現(xiàn)少數(shù)學生不參與學習的現(xiàn)象。

3重視互動和引導，變被動學習為主動學習

常規(guī)的講課形式是教師在講臺前面結(jié)合板書和課件進行講解，學生在座位下面一邊聽課一邊記筆記，這樣的模式下課堂氛圍一般比較單一。會有部分同學聽課缺乏熱情，筆記馬虎了事，長期下去會感覺知識點越來越難理解，課后作業(yè)也多是抄襲同學，惡性循環(huán)下去，這部分學生的學習效果會非常差。針對這種常規(guī)模式的弊端，可以隨機布置一些不同難度的預習內(nèi)容或者下課前布置一些思考題，在上課時安排相應的學生到講臺上來對全班進行講解，并將完成情況也計入學生的平時成績。

4完善考核體系，盡早發(fā)現(xiàn)問題

可以從課堂表現(xiàn)、作業(yè)完成情況、實驗表現(xiàn)和期末考試成績等多方面分項打分，綜合考核。作為常規(guī)的考核方式，期末考試通常是學生和老師最重視的環(huán)節(jié)，期末成績也是關(guān)乎學生本課程總評成績的最大因素。但是期末考試都是在課程學習結(jié)束后最后進行的，即使通過期末試卷發(fā)現(xiàn)學生成績不及格了，那也沒有辦法進行補救。因此要設法將工作坐在前面，盡早培養(yǎng)學生科學有效的學習習慣，盡早規(guī)范學生的學習行為，盡早發(fā)現(xiàn)學生學習過程中存在的問題，以便即使調(diào)整。例如，完整清晰的課堂筆記是學生課后復習和期末復習的重要參考資料，可以幫助學生及時復習和總結(jié)相應章節(jié)的知識點，因此要定期檢查學生的課堂筆記，根據(jù)筆記完成的情況就可以初步了解學生的課堂表現(xiàn)和對知識點的掌握程度，便于盡早發(fā)現(xiàn)問題，筆記質(zhì)量用作平時課堂表現(xiàn)得分的重要依據(jù)。對于完成情況不好的學生要仔細詢問了解具體原因，并想辦法幫助解決。

5結(jié)束語

教師在課堂教學中起著關(guān)鍵作用，應該積極探索更有效的教學方法，通過教學內(nèi)容、手段、節(jié)奏、形式等多方面的創(chuàng)新以及考核體系的完善，充分調(diào)動學生的學習積極性，鼓勵班級學生互相帶動，盡早發(fā)現(xiàn)學習有困難的學生并幫助解決，設法改善課堂教學效果。

參考文獻

篇（7）

凡是需要電源，或者需要運動并對運動進行控制的場合，都離不開電力電子技術(shù)?？梢哉f，現(xiàn)在已經(jīng)很難找到一個完全不使用電力電子技術(shù)的工科領(lǐng)域。目前很多高校的工科專業(yè)都開設了電力電子技術(shù)這門課程。電力電子作為一項新興的交叉學科要怎樣與各相關(guān)專業(yè)的教學體系融合是一個仍需進一步探索的問題。目前，對于該課程，學生大都是通過課堂上教師的講述來進行學習，因而教學的效果很大程度上決定了學生對于該門課程的掌握水平。要是教學質(zhì)量或者教學方式跟不上時代的要求，就會嚴重影響學生的就業(yè)以及就業(yè)后的發(fā)展。因而，我們有必要在教學過程中主動發(fā)現(xiàn)問題并盡力改進。

一、電力電子技術(shù)教學中存在的問題

1.課程教學內(nèi)容針對性不強

當前高校電力電子技術(shù)的教學，基本不能滿足現(xiàn)代企業(yè)對人才教育的要求。這其中既有教材編排的原因，也有教師自身的原因。電力電子技術(shù)教材數(shù)量眾多，堪稱經(jīng)典的也為數(shù)不少，但是很少有根據(jù)不同專業(yè)編排的有針對性的教材，通常的教材都是大而全，這給不同專業(yè)教學內(nèi)容的取舍造成了一定的干擾。另一方面，由于任課教師本身對于電力電子技術(shù)在各專業(yè)的應用掌握不夠全面，很難根據(jù)專業(yè)要求以及企業(yè)需求安排適合的教學內(nèi)容，大多教師按照教材的編排從頭講到尾，學生不堪重負，苦不堪言，從而大大影響了學習效果。

2.教學課時緊，教學內(nèi)容多

大部分高校電力電子技術(shù)課程安排的學時不高于48個（含實驗），且有逐漸壓縮之勢。以筆者所在學校為例，自動化專業(yè)卓越班課時設置為48個（含實驗12個），汽車工業(yè)專業(yè)產(chǎn)業(yè)班課時設置36個（含實驗6個）。但電力電子技術(shù)課程的內(nèi)容，總共10章，其中電力電子器件、四大類變換電路以及PWM控制技術(shù)都是非講不可的重點內(nèi)容。在不充裕課時內(nèi)怎樣兼顧教學的進度和教學的質(zhì)量，這是大多數(shù)任課教師都在努力摸索的問題。

3.學生自主學習積極性不高

電力電子技術(shù)課程涉及的理論知識枯燥而又繁雜，讓很多學生對其心有余悸從而興趣乏乏，甚至有的學生因此對該課程產(chǎn)生抵觸情緒。在高校的教學中，尤其是工科的專業(yè)課程學習中，學生大多數(shù)是被動接受知識，很少積極自主地進行學習，這也是高校工科專業(yè)教學面臨的一個通病。

二、電力電子技術(shù)教學的幾點改進方案

1.注重各課程間的交叉學習

當今各個行業(yè)之間都不是孤立存在的，因此學生需要掌握多門學科，才能更好地適應社會。電力電子技術(shù)的教學也是一樣的，電力電子技術(shù)包含的范圍較廣，它和很多其他的學科是緊密關(guān)聯(lián)的，在電力電子的教學過程中，把其他的課程和電力電子技術(shù)這門課程結(jié)合起來一起學習，這樣更能起到事半功倍的效果。比如：可以將信息電力技術(shù)中的器件和電力電子技術(shù)中的器件進行對比學習，可以將電力電子中涉及的控制理論和方法和自動控制原理中學習的控制思路和方法進行對比學習，還可以將傳統(tǒng)電力設備和電力電子設備進行對比學習，等等。

2.制訂符合需求的教學方案

要根據(jù)不同的專業(yè)要求制訂不同的教學方案，還要參考企業(yè)對人才的需求合理修正教學方案。不一定書本上所有的內(nèi)容都要講，很多內(nèi)容更不需要深講，要偏重于學生以后的工程應用。例如：筆者所在高校自動化專業(yè)、電氣工程及其自動化專業(yè)以及汽車工程專業(yè)都開設了電力電子技術(shù)這門課程。自動化專業(yè)更強調(diào)弱電對強電的控制，電氣工程及其自動化專業(yè)更偏向電力電子在電力系統(tǒng)中的應用，而汽車工程專業(yè)主要是為新能源動力汽車的研發(fā)打下基礎(chǔ)。而這些專業(yè)中還單獨分出更加偏重實踐應用的產(chǎn)業(yè)班、卓越班，這些班級就會在普通班級的教學方案上適當壓縮理論學時，而增加實踐學時。只有摸清需求的教學方案，才能培養(yǎng)出學有所長、學有所用的人才。

3.改變傳統(tǒng)的教學方式

由于電力電子技術(shù)課程涉及的理論知識枯燥而又繁雜，這讓很多學生對其心有余悸而興趣缺乏。事實上，電力電子技術(shù)同時也是一門實用性很強的課程，并不完全適合依照先講解概念，再剖析原理，然后結(jié)合實際應用的傳統(tǒng)教學模式進行，反而更適合采用先引入實際案例，再對其工作原理進行剖析，最后總結(jié)基本概念的逆向教學模式。這樣，便能夠從一開始就讓學生感受到電力電子技術(shù)的實用性，從而最大程度地激發(fā)他們的學習興趣。

逆向教學法和傳統(tǒng)的教學法不同，它不是由因到果的推導，而是由果到因的回溯。在這樣的教學活動中，教師起到的更多的是引導作用，學生能夠變被動地接受為主動地學習。逆向教學法在教給學生新知識的同時還培養(yǎng)了學生分析解決問題的能力，理論結(jié)合實踐的能力，尤其是創(chuàng)新的能力，而這些能力的培養(yǎng)能更好地幫助他們就業(yè)后快速適應工作崗位，將知識轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力。

參考文獻：

篇（8）

1案例分析

教學中一般采用的教學模式為:電路原理分析-電路關(guān)鍵參數(shù)的設計-電路仿真-仿真結(jié)果分析討論-總結(jié)電路的特點及各參數(shù)對電路的影響[3]。

1•1單相交流調(diào)壓電路

單相交流調(diào)壓電路是把兩個晶閘管反向并聯(lián)后串聯(lián)在交流電路中,通過對晶閘管的控制來控制交流電力的控制電路。廣泛應用于燈光控制(如調(diào)光臺燈和舞臺燈光控制)、異步電動機的軟啟動、異步電動機的調(diào)速、供電系統(tǒng)中無功功率的連續(xù)調(diào)節(jié)等諸多領(lǐng)域。在進行單相交流調(diào)壓電路的教學過程中,由于課本僅給出了如圖2所示的電路構(gòu)成[4],學生對此缺乏感性認識,課堂教學效果欠佳。而在進行實驗調(diào)試的過程中,又往往會出現(xiàn)控制角α的調(diào)節(jié)不準而導致實驗效果不佳的問題,使學生對電路的理解不準甚至干脆無法理解。使教師講得費力、學生聽得費神,無法獲得良好的教學效果。針對這一問題,引入基于MATLAB的虛擬實驗室進行計算機仿真以確保教學的有效性,使學生一改往日“上課聽聽、作業(yè)抄抄、考試突擊”的被動學習為“勤動腦、肯動手、敢提問、會分析、能解決”的主動學習[5],同時,對學生學習興趣的提高起到了有力的推動作用。以下從構(gòu)筑電路、參數(shù)設置及仿真比較方面分析不同負載、不同電路狀態(tài)時的輸出結(jié)果,以增強學生對知識內(nèi)在聯(lián)系的把握及認識,培養(yǎng)其創(chuàng)新意識。1•1•1帶電阻性負載的仿真串聯(lián)RLC模塊中參數(shù)設置為R=45Ω,L=0H,C=inf(無窮大)。仿真結(jié)果如圖4所示。

1•1•2帶電阻電感性負載的仿真

串聯(lián)RLC模塊中參數(shù)設置為R=45Ω,L=0•1H,C=inf。仿真結(jié)果如圖5所示。

1•2三相正弦波脈寬調(diào)制變頻電路

篇（9）

1.1升壓型零電壓轉(zhuǎn)換PWM電路的工作原理教材193頁8.3.4節(jié)中對零電壓轉(zhuǎn)換PWM電路常用的軟開關(guān)電路—升壓型零電壓轉(zhuǎn)換PWM電路的工作原理做了簡單的敘述，相對于其實際的電路的復雜性，簡單的幾句話不足以使學生理解并掌握其工作原理?，F(xiàn)在筆者將升壓型零電壓轉(zhuǎn)換PWM電路分為兩個教學過程，第一個是工作原理的詳細介紹；第二個是課堂知識的具體應用。零電壓轉(zhuǎn)換PWM電路如圖1所示[3]，相對于傳統(tǒng)的升壓型變換電路—Boost變換電路[4]（在教材第五章直流-直流變流電路的第123頁有詳細介紹），升壓型零電壓轉(zhuǎn)換電路在Boost變換電路的基礎(chǔ)上增加了一個輔助網(wǎng)絡，該網(wǎng)絡由輔助開關(guān)QZVT、諧振電感Lr、諧振電容Cr及二極管D2和D3組成。電路工作時，輔助開關(guān)QZVT先于主開關(guān)QMAIN開通，使ZVT諧振網(wǎng)絡工作，電容Cr上電壓(即主開關(guān)QMAIN兩端電壓)下降到零，創(chuàng)造主開QMAIN零電壓開通條件。下面結(jié)合其工作波形圖詳細介紹其工作原理。

設輸入電感足夠大，可以用恒流源IIN代替，而輸出濾波電容足夠大，輸出端可用恒壓源V0代替。設T<T0時，QMAIN和QZVT均關(guān)斷，D1導通，一個工作周期可分為七個工作模式[3]，其中每個工作模式可以等效一個電路。圖2為BoostZVT-PWM變換器工作波形圖。下面是一個周期內(nèi)Boost型ZVT-PWM變換器各個階段的運行模式分析，一周期內(nèi)7個運行模式的等效電路如圖3所示。

（1）T0～T1Lr電流線形上升階段。t=T0，輔助開關(guān)Tr1開通，諧振電感電流iLr線形上升，t=T1時達Is，二極管D的電流ID則由Is線形下降，t=T1時降到零電流下關(guān)斷，等效電路如圖3（a）所示。

（2）T1～T2諧振階段。LrCr諧振，電流iLr諧振上升，而電壓Vds由V0諧振下降。T=T2時，Vds=0，Tr的反并聯(lián)二極管導通。等效電路如圖3（b）所示。

（3）T2～T3主開關(guān)Tr開通。由于Tr的體二極管已導通，創(chuàng)造了ZVS條件，因此應當利用這個機會，在t=T3時給Tr加驅(qū)動信號，使Tr在零電壓下導通，等效電路如圖3（c）所示。

（4）T3～T4iLr線形下降階段。t=T3，Tr1關(guān)斷，由于D1導通，Tr1的電壓被鉗在V0值，Lr的儲能釋放給負載，其電流線形下降，等效電路圖如圖3（d）所示。

（5）T4～T5ids恒流階段。t=T4，D1關(guān)斷，這時Boost型ZVT-PWM變換器如同普通Boost型變換器的開關(guān)管導通的情況一樣，等效電路如圖3(e)所示。

（6）T5～T6Cr線形充電階段。t=T5，Tr關(guān)斷，恒流源Is對Cr線形充電，直至t=T6時，Vcr=Vo。等效電路圖如3（f）所示。

型變換器開關(guān)管關(guān)斷的情況一樣，處于續(xù)流狀態(tài)，直到t=T0，下一周期開始，等效電路圖如圖3(g)所示。剛才圖3所示的七個工作原理可以用七個運行從上面的分析可以看出，經(jīng)過教師的巧妙處理，將教材193頁上復雜的升壓型零電壓轉(zhuǎn)換PWM電路的工作原理通過圖解結(jié)合文字解說的方式，進行詳細的闡述，經(jīng)過這樣的處理，學生都能掌握和理解。接下來筆者將所學課堂理論知識與實際應用相結(jié)合，達到加深學生印象和突破難點的效果。

1.2課堂理論知識的具體應用上面對升壓型零電壓轉(zhuǎn)換PWM電路的工作原理進行了闡述，學生對其工作原理有了一定的理解，但是他們可能疑惑，學了這個知識難點，到底它具體應用在哪些地方呢？逆變電路在教材第五章123頁對升壓變換電路的作用一個是電壓抬升，另外一個是是功率因數(shù)校正，這兩個知識點我們已經(jīng)掌握，那針對這次學的升壓型零電壓轉(zhuǎn)換PWM電路，跟普通升壓型電路作用沒什么差別。于是筆者就將升壓型零電路應用于功率因數(shù)校正電路中，一個是驗證軟開關(guān)理論，另一個就是驗證其功率因數(shù)校正功能。圖4所示為升壓型零電壓轉(zhuǎn)換PWM電路在功率因數(shù)校正電路中的具體應用，其整個系統(tǒng)的工作原理首先是市電220V交流輸入，通過不控整流變成直流電，但是由于采用二極管整流以及大電感電容濾波，因此系統(tǒng)功率因數(shù)比較低，而且含有大量的高次諧波。關(guān)于功率諧波的危害在本教材69頁第三章整流電路中的3.5.1節(jié)中有詳細的闡述[6]，在這里不做具體敘述。由此可見，在不控整流電路中引入升壓型零電壓轉(zhuǎn)換PWM電路的主要目的就是提高系統(tǒng)的功率因數(shù)，另外一方面，由于引入了新的電路，因此系統(tǒng)的效率會降低，由此需要采用軟開關(guān)技術(shù)來提升系統(tǒng)效率，這也是本節(jié)的軟開關(guān)技術(shù)應用的一個具體體現(xiàn)。根據(jù)電路理論和模擬電子技術(shù)的知識可以算出系統(tǒng)的元器件參數(shù)：輸入電壓Vin為單相220V，升壓電感L為470μH，諧振電感Lr為8.3μH，諧振電感Cr為958pF，輸出濾波電容Co為2200μF，開關(guān)頻率f為100kHz。然后在仿真軟件Pspice中搭建仿真模型并進行仿真。圖中顯示了主開關(guān)管Tr是在輔助開關(guān)管Tr1關(guān)斷后才開通的，而且輔助開關(guān)管導通時間很短，顯著地減少了開關(guān)管Tr的損耗。圖7為主開關(guān)管Tr驅(qū)動波形Vgs，漏源電流波形Ids以及漏源電壓Vds的仿真波形圖。圖中我們可以看到主開關(guān)管在開通前先有電流反向流過其體內(nèi)二極管，使漏極電壓箝位到零，再加驅(qū)動脈沖從而實現(xiàn)零電壓開通。當驅(qū)動脈沖變?yōu)榱銜r，由于主開關(guān)管Tr漏源極兩端并聯(lián)著諧振電容，使得主開關(guān)管Tr漏源兩端的電壓緩慢上升，從而實現(xiàn)零電壓關(guān)斷，在這里筆者要特別強調(diào)這就是這節(jié)課學習難點的軟開關(guān)的工作原理。圖8為輸入交流電壓和電流波形圖，從圖中我們清楚地看到輸入電流很好跟隨交流輸入電壓，實現(xiàn)了功率因數(shù)校正的目的。因此通過零轉(zhuǎn)換PWM電路的課堂教學示范，可以得出以下結(jié)論：

1）學生可掌握升壓型零電壓轉(zhuǎn)換PWM電路的基本工作原理；

2）學生復習了功率因數(shù)校正的概念；

3）學生通過課堂所學理論知識的應用將前面所學章節(jié)和本節(jié)課知識聯(lián)系起來，達到了融會貫通的效果。

4）最重要的是激發(fā)了學生的學習興趣，幫助他們更加容易地掌握課堂教學難點。

篇（10）

中圖分類號：G42 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2012）06-0237-02

0 引言

電力電子技術(shù)是應用在電力領(lǐng)域的一門技術(shù)，主要是通過運用電力電子器件對電能實現(xiàn)變換和控制的技術(shù)。電力電子技術(shù)與信息電子技術(shù)合稱為電子技術(shù)，但二者又有本質(zhì)的區(qū)別。電力電子技術(shù)是電力、電子與控制三大領(lǐng)域的交叉學科[1]。目前，電力電子技術(shù)作為節(jié)能、環(huán)保、自動化、智能化、機電一體化的基礎(chǔ)，正朝著應用技術(shù)高頻化，硬件結(jié)構(gòu)模塊化，產(chǎn)品性能綠色化的方向發(fā)展，有著廣闊的發(fā)展前景1[2]。

《電力電子技術(shù)》作為電氣工程及其自動化專業(yè)的一門很重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，與生產(chǎn)實際聯(lián)系非常緊密，其內(nèi)容繁雜，原理抽象，圖形復雜，同時又涉及電子，電力，控制理論等多學科內(nèi)容，是學生一直認為比較難學、難懂的一門課程。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，內(nèi)容不斷增加，那么如何在有限的學時內(nèi)獲得更好的教學效果，讓學生較好地掌握課程內(nèi)容，并培養(yǎng)學生的工程實踐能力和科學創(chuàng)新精神，增強學生的學習興趣，是一項迫切須解決的問題。本文就筆者在《電力電子技術(shù)》教學方面的經(jīng)驗來談談《電力電子技術(shù)》教學改革的一些措施。

1 教學現(xiàn)狀及存在的問題

1.1 理論教學方面 傳統(tǒng)的課堂教學中，教師主要是按照電力電子技術(shù)的知識體系按照教學計劃以板書的方式進行課堂教學。這種教學方式的缺陷是對于電力電子技術(shù)器件的原理，結(jié)構(gòu)以及電力變換電路的波形分析等不能明確、詳細地進行分析。雖然后來在理論課堂上采用了多媒體課件教學方式，但是大多數(shù)老師還是采用了“讀”課件的方式，使得學生總是被動接受，同時也不易理解。

1.2 實驗實訓教學方面 隨著我院招生規(guī)模的擴大，實驗室現(xiàn)有設備已經(jīng)遠不能滿足所有的教學任務。就《電力電子技術(shù)》課程方面而言，所帶來的問題是：課內(nèi)實驗不能及時完成，更不能完成一些創(chuàng)新性實驗?！峨娏﹄娮蛹夹g(shù)》課程設計以及畢業(yè)設計方面，更是“紙上談兵”，實踐操作機會的缺乏，加之由于學生人數(shù)較多，題目比較集中，因此抄襲現(xiàn)象嚴重。

2 《電力電子技術(shù)》的課程改革

2.1 教學手段的改革

2.1.1 提高學生學習的積極性 經(jīng)驗證明，要取得良好的教學效果，關(guān)鍵是要激發(fā)學生的學習興趣，興趣是最好的老師。讓學生保持對所學知識的興趣和渴求，其才會主動、認真地去學習。

例如，在講“緒論”的時候，重點給學生介紹電力電子技術(shù)的應用部分，比如充電器、節(jié)能燈、變頻空調(diào)等等，讓學生明確電力電子技術(shù)就用在自己身邊。這些看得見、摸得著的例子大大激發(fā)了學生的興趣，激發(fā)了學生的求知欲望[3]。

2.1.2 教學手段的改革 總結(jié)以往的教學經(jīng)驗，我們采用多媒體+板書的教學手段。多媒體課件PPT是提綱性質(zhì)的，給出關(guān)鍵性的圖，公式及語句即可。那么在講授的過程中，對于這些圖的分析，公式的推導就要借助于黑板，將重點內(nèi)容進行詳細講解。這樣才能既提高教學效率，又使學生更容易接受。再者，多媒體課件要適當體現(xiàn)教材里沒有體現(xiàn)出來的內(nèi)容，比如利用一些仿真軟件，動態(tài)地對電路進行仿真。提高學生的接收興趣。例如在講解直流斬波電路的時候，可以對Buck變換器進行仿真，觀察其紋波電壓的變換情況，在濾波電路前后，紋波電壓波形變化情況如圖1所示。

通過演示，讓學生對紋波電壓波形有了更深一層次的了解。這樣的演示可以激發(fā)學生學習仿真軟件的興趣，比如PSpice軟件[4]，讓每個人都能親自動手接觸電路，進行器件接線、參數(shù)設置。邊連線、邊測試、邊修改、邊分析，并與理論計算結(jié)果進行對照，分析各元件參數(shù)對電路的作用和影響，調(diào)試和測量過程就是最好的學習過程。這樣不僅讓學生對所學的知識有了更深的認識，還能鍛煉其自學能力、動手能力、分析問題的能力，也提高了學生利用現(xiàn)代教育技術(shù)手段進行創(chuàng)新學習的能力。

同時在講授的過程中，不能一貫采用“滿堂灌”的形式，要加強訓練學生通過對比、總結(jié)的形式來加深理解知識的能力。例如在三相整流電路中，各電路的主要參數(shù)如表1所示。

這樣既便于學生的理解，也能節(jié)省課時，給講授新知識、新技術(shù)、新產(chǎn)品騰出時間。有效利用課堂教學，有利于啟發(fā)和培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力，增強學生的發(fā)展后勁。

2.2 教學內(nèi)容的重新調(diào)整

2.2.1 教學重點的改革 《電力電子技術(shù)》主要分三大部分：器件、電路、控制[1]。器件是基礎(chǔ)，電路是主體，控制是拓展，三者相互支撐，相互配合，構(gòu)成一個整體。