第６期 河南科技学院学报 ２０１０年６月 Ｎｏ．６ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｈｅｎａｎ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｊｕｎ．２０１０ ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７３—６０６０．２０１０．０６．０４０ 《电力电子技术》课程教学改革探索 杜志勇 ，王鲜芳 （１河南机电高等专科学校；２河南科技学院，河南新乡４５３０００） 摘要：文章结合自身的教学实践和经验，探讨了《电力电子技术》课程的教学改革，就教学内容的更新、教学方法 和手段的改进、实践教学环节的改革等进行了有益尝试。在讲授过程中将基础研究和前沿技术相结合，采用启发 式教学和计算机仿真技术，充分激发学生学习兴趣，进一步提高学生独立分析问题和解决问题的能力，为应用型技 能人才的培养奠定基础。 关键词：电力电子技术；教学改革；实践 中图分类号：Ｇ７１２ 文献标识码：Ａ 文章编号：１６７３—６０６０（２０１０）０６—０１２１—０３ 《电力电子技术》课程是电气自动化、过程控 有什么提高？教师不能泛泛地回答：这是专业培养 制、应用电子技术专业的重要专业基础课。电力电 计划的要求。在本课程开始时，应向学生介绍本专 子技术又称电力电子学，是电工技术的分支之一，国 业的培养目标、技能要求和本门课程的关系，以及该 际电气和电子工程师协会（ＩＥＥＥ）将电力电子技术 课程的前导课程和后续课程，使学生了解该课程的 表述为：有效地使用电力半导体器件，应用电路和设 性质、地位和作用。然后向学生介绍电力电子技术 计理论以及分析工具，实现对电能的高效变换和控 的发展现状及电力电子技术在国民经济中的重大作 制的一门技术。通过本课程的学习，使学生熟悉各 用，使学生重视学习方法培养和专业技能锻炼，提高 种电力电子器件，掌握各种电力电子电路的结构、工 学习兴趣。 作原理，培养学生对电力电子装置调试与维修的初 绪论课主要讲述电力电子器件、电路及其控制 步能力、对一般电力电子电路的设计计算能力，使学 技术的发展，要使学生了解电力电子技术的发展是 生熟悉各种电力电子装置的应用范围及技术指标。 从以低频技术处理问题为主的传统电力电子技术， 随着电力电子技术的迅猛发展，教学内容越来 向以高频技术处理问题为主的现代电力电子技术方 越丰富，但《电力电子技术》课程的学时却越来越 向发展。使学生清楚以晶闸管及其派生器件所设计 少，过去的教学内容与教学模式已不适应新的教学 的电路，工作频率低，控制不方便，不能实施ＰＷＭ脉 要求。如何在有限的学时内获得最好的教学效果， 宽调制技术，不能有效消除电网侧的电流谐波，改善 使学生较好地掌握课程内容，并培养学生的工程实 电网侧功率因数，提高电能利用率。而以功率半导 践能力，增强学生的学习兴趣，是一项急需解决的问 体复合器件ＩＧＢＴ为代表的全控型器件具有高压、高 题。本文从教学内容、教学方法和手段、实践性教学 频、大电流等特性，彻底改变了低频技术处理电力电 环节等方面对该课程的教学改革进行了探索。 子技术问题的习惯，高频ＰＷＭ技术使人们进入到电 一、上好第一课——绪论 能变换尤其是频率变换可以更加自如控制的时代，并能有效地实现绿色用电和高效节能 Ｊ。 在本课程教学初期，学生常常会提出这样的疑 教学中要充分强调电力电子技术具有广泛渗透 问：学了这门课有什么用？它对学生知识、技能方面 性和强大节能功效，主要体现在各种电力电子装置 收稿日期：２０１０—０４—１６ 基金项目：河南省教育厅自然科学研究计划项目（２００９Ａ４８０００１） 作者简介：杜志勇（１９６７一），男，河南洛阳人，副教授，主要研究方向为计算机控制技术。 ｌ２ｌ ２０１０焦 河南科技学院学报 上，如开关电源、ＵＰＳ电源、变频器、静止无功补偿装 现代生活中的广泛应用，为大学生职业技能培训 置和电力有源滤波器等。据统计，１９９７年全世界使 和就业提供了广阔空间。这部分内容的教学受到 用的电能中的４０％经过电力电子装置变换过，预计 了学生的欢迎。 ２０１０年这个比例将达到８０％。让学生了解到电力 电子技术历史、应用领域及其重要作用，可大大激发 学习热情 。 三、改进教学方法和教学手段 《电力电子技术》课程中的定性分析相当重要， 根据高职学生的知识结构和能力特点，第一次 特别是波形分析和实验验证环节尤其关键。在课堂 课要尽可能用以前的知识来讲解电力电子技术中的 上没必要对书上的公式进行演算推导，而只要给出 功率变换和控制的基本原理。例如教学中我们通过 利用开关器件来实现电力变换，向学生讲述功率变 换用的开关器件所要求的条件及其功率半导体器件 的种类；功率变换电路的四种类型和应用。 电力电子技术就是利用半导体开关的导通和关 断来控制电压或电流的一门技术。由于开关的导通 和关断，使得电压或电流成为非正弦波形，不可避免 的会产生高次谐波，流人电源的谐波电流会使电源 电压的波形产生畸变。本课程要引导学生用傅里叶 级数来处理非正弦波形的电压、电流和功率等问题。 二、更新教学内容 教学大纲是课程教学的准则，必须贯彻到教学 过程的始终。但教学大纲的修订始终要坚持“以学 生为主体，以就业为导向，以应用为目的，以够用为 度”的原则，不断对课堂教学内容进行更新与优化， 以便在有限的学时内高质量地完成教学内容。 电力电子技术是电力、电子和控制技术完全融 合的学科，电力是对象，电子是手段，控制是桥梁。 三方面的内容应以电路为主，学习各类电力半导体 器件所构成的各种功率变换电路时，学生应掌握功 率变换主电路的构成、工作原理和工作波形，不同负 载对电路工作特性的影响以及主电路的元件参数计 算和选择。在详细讲解由电流型半控器件晶闸管组 成的整流电路和逆变电路后，再讲解由电压型全控 器件构成的功率变换电路时，就不能简单重复，可采 用器件替代法，并比较其异同点。 要加大ＰＷＭ控制技术的教学，它是现代变频调 速技术的核心，特别是交流调速取代直流调速和计 算机数字控制技术取代模拟控制技术已成为发展趋 势。电机交流变频调速技术是当今节电、改善工艺 流程以提高产品质量和改善环境、推动技术进步的 一种主要手段。 要增加电源技术的教学，电力电子装置提供 给负载的是各种不同的直流电源、恒频交流电源 和变频交流电源，特别是开关电源和ＵＰＳ电源在 】２２ 结果，然后和波形分析相对照，解释它的物理意义， 特别是边界条件和特殊情况的分析尤其重要。例 如，变流电路中Ｏｔ＝０。、９０。、１８０。的几种情况。考试 时应以定性概念类型题目为主，而对于那些套用公 式进行定量计算或者综合型题目应在平时作业中得 到训练。 电力能量变换分为四种类型：交交变换、直直变 换、交直变换、直交变换 Ｊ。这四类电力变换中的任 何一类都与工程应用紧密相连。在教学过程中除了 讲授基本内容之外还适时地将新技术发展动态与科 学研究成果介绍给学生，加大课程内容的信息量，使 学生认识到此时所学习的内容不能再局限于掌握基 本定义和原理，而应面向工程实际问题。如三相整 流电路、逆变电路的工作原理、波形分析和参数计算 是电力电子技术的重点难点内容，对这些内容除了 精讲外，还应补充ＩＧＢＴ的应用电路、驱动电路、保护 电路等内容，使学生感觉不仅仅是一些书本的理论 知识，也是实际产品中切实使用的，做到课堂讲授内 容与工程实践的紧密关系，使学生站在工程实践的 角度去看待所学习的内容，收到了良好的教学效果。 教学中应根据每次课的内容，综合利用多种教 学手段。目前多媒体教学逐渐替代了板书成为主流 的教学手段。特别是电力电子技术课程涉及的电路 种类较多，波形变化复杂，采用多媒体教学能够很好 地解决这一问题，通过动画演示可以清楚地看到电 路中电力电子器件的开关状态，电流流过的路径。 采用ｍａｔｌａｂ／ｓｉｍｕｌｉｎｋ仿真软件和ＰＳＩＭ软件对电路 进行仿真，可以得到精确波形，加上动画效果可以看 到波形的变化，使学生能更好地理解波形的变化情 况，同时多媒体授课的信息量大，能够提高教学效 率，这对于理论学时少而教学内容多的电力电子技 术来讲是非常有效的教学手段 。 四、改革实践教学环节 （一）加强校内实训基地建设 实践训练是课程的重要组成部分，对于技能应 杜志勇，王鲜芳：《电力电子技术》课程教学改革探索 第６期 用型高职学生，它不仅可以使学生进一步理解和巩 异步电动机的串级调速、双闭环直流调速、变频调速 固课堂知识，更重要的是要培养学生的动手能力。 等实训内容，并且对部分实训电路进行了改进。 因此，加强实验室建设就显得至关重要。我校建有 由于教学学时不足和实验条件、环境、管理等因 造成了理论教学和实训脱节，实训效果不 “电力电子技术与交直流调速实训基地”，主要用于 素的限制，《电力电子技术》、《交直流调速》、《自动控制》等课 理想，实验项目的选择面较窄，实验数量少且多为验 程的实践教学以及相应的毕业设计。 （二）改革实训模式和实训内容 证性实验，特别是实训是在高压环境下进行，具有一 定的危险性，造成部分学生产生畏难情绪。基于电 将仿真软件ＰＳＩＭ和ＭＡＴＬＡＢ／Ｓｉｍｕｌｉｎｋ引入到实验 在实训模式上，传统的实训多是在讲解一部分 力电子技术实验在实际中碰到的问题和困难，我们 理论内容后，到实训室做一个对应的实验，来验证和 巩固理论，这样难以充分调动学生参与实训的积极 教学中。实训室每台设备配一台电脑，学生四人一 性，不利于学生动手能力的培养。我校电气自动化、 组，两人动手进行实物连线，调试电路，观察波形并 过程控制、计算机控制专业，采用的是在理论课程结 记录，另外两人进行相同电路的仿真实验，然后轮换 束后，集中进行一周的技能实训。由于实训时间集 做。实验过程中如果发现问题可以借助仿真波形对 中，学生就不会出现分散实训时，每次都要重新熟悉 比来查找原因。这样学生做实验的同时既加强对理 实训设备这一现象；实训期问，学生除了可以完成一 论知识的理解，也锻炼了实际操作能力，也为学生今 些基本的验证性实验外，还可以开展创新性实训；学 后从事工程设计和科学研究打下良好的基础。 生在完成实训大纲规定的实训内容后，教师可结合 实际工程应用给学生提出多项课题，开发学生第二 参考文献：课堂，为后续“交直流调速系统”、“开关电源”等课 程奠定良好的基础。实训过程中，要求学生自己选 ［１］陈坚．电力电子学——电力电子变换和控制技术［Ｍ］． 北京：高等教育出版社，２００４． ２］堀孝正．电力电子学［Ｍ］．李世兴，等．译．北京：科学出版 择仪器设备，自己设计实训步骤，并完成实训。当实 ［社，２００１． 训过程中出现故障时，我们要求学生自己分析和排 ［３］Ｂｉｍａｌ Ｋ．Ｂｏｓｅ．现代电力电子学与交流传动［Ｍ］．北京：机 除故障，教师仅起辅导作用，以培养学生分析与解决 问题的能力。 械工业出版社，２００５． ［４］王兆安，等．电力电子技术［Ｍ］．北京：机械工业出版社， ２０００． 在实训内容上，我们精选实训内容，使实训内容 更贴近实际。我们保留了原有可控整流、逆变的验 证性实验，使学生对本课程的应用有一个初步认识。 同时增加了普通晶闸管、单结晶体管、双向晶闸管和 自关断器件的管脚及好坏的判断，还增加了绕线式 ［５］杨奕．《电力电子技术》课程教学改革初探［Ｊ］．南通大 学学报，２００６，（３）． （责任编辑：李运萍） Ａｎ ｅｘｐｌｏｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｔｅａｃｈｉｎｇ ｒｅｆｏｒｍ ｉｎ Ｐｏｗｅｒ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｃｏｕｒｓｅ Ｄｕ ｚｈｉｙｏｎｇ ，Ｗａｎｇ Ｘｉａｎｆａｎｇ （１．Ｈｅｎａｎ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ａｎｄ Ｅｌｅｃｔｉｒｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｃｏｌｌｅｇｅ； ２．Ｈｅｎａｎ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｘｉｎｘｉａｎｇ ４５３０００，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｃｏｍｂｉｎｉｎｇ ｏｆ ｔｈｅ ｔｅａｃｈｉｎｇ ｐｒａｃｔｉｃｅ，ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｄｉｓｃｕｓｓｅｓ ｓｏｍｅ ｕｓｅｆｕｌ ｅｘｐｏｒａｔｉｏｎ ｉｎ Ｐｏｗｅｒ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｔｅｃｈ． ｎｏｌｏｇｙ ｃｏｕｒｓｅ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ，ｆｒｏｍ ｔｈｅ ａｓｐｅｃｔｓ ｏｆ ｔｅａｃｈｉｎｇ ｃｏｎｔｅｎｔ，ｔｅａｃｈｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄｓ ａｎｄ ｍｅａｎｓｐｒａｃｔｉｃｅ ｔｅａｃｈｉｎｇ ，ｐａＩｔｓ，ａｎｄ ＳＯ ｏｎ．Ｉｎ ｔｈｅ ｔｅａｃｈｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ，ｗｅ ｓｈｏｕｌｄ ｃｏｍｂｉｎｅ ｔｈｅ ｂａｓｉｃ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｃｕｔｔｉｎｇ—ｅｄｇｅ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，． ａｒｏｕｓｅ ｔｈｅ ｓｔｕｄｅｎｔ’ｉｎｔｅｒｅｓｔ ｆｕｌｌｙ ｂｙ ａｄｏｐｔｉｎｇ ｈｅｕｒｉｓｔｉｃ ｔｅａｃｈｉｎｇ ａｎｄ ｃｏｍｐｕｔｅｒ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙａｎｄ ｆｕｒｔｈｅｒ ｅｎｈａｎｃｅ ｔｈｅ ｃａｐａｂｉｌｉｔｉｅｓ ｏｎ ｔｈｅ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｉｓｓｕｅｓ ａｎｄ ｐｒｏｂｌｅｍ——ｓｏｌｖｉｎｇ ｉｎｄｅｐｅｎｄｅｎｔｌｙ ｆｏｒ ｔｈｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ—－ｏｒｉｅｎｔｅｄ ｃｕｌｔｉｖａｔｉｏｎ ｏｆ ｔａｌｅｎｔｓ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：Ｐｏｗｅｒ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ；ｔｅａｃｈｉｎｇ ｒｅｆｏｒｍ；ｐｒａｃｔｉｃｅ １２３
