論述“電力電子技術(shù)”教學(xué)內容更新例析
關(guān)鍵詞：電力電子技術(shù) 課堂教學(xué) 實(shí)用分析
摘要：電力電子技術(shù)是電力電子變換和控制技術(shù)的簡(jiǎn)稱(chēng)，是一門(mén)綜合性電子技術(shù)、控制技術(shù)和電力技術(shù)的新興交叉學(xué)科，是自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)的一門(mén)重要的專(zhuān)業(yè)基礎課。隨著(zhù)信息科技的不斷進(jìn)步，電力電子技術(shù)教學(xué)內容也不斷革新。
“電力電子技術(shù)”是自動(dòng)化及其相關(guān)專(zhuān)業(yè)的一門(mén)重要的專(zhuān)業(yè)基礎課，內容繁雜抽象，實(shí)踐性很強，其教學(xué)內容主要研究各類(lèi)電力電子裝置中的電磁過(guò)程，工作原理及控制技術(shù)，并通過(guò)各種電路的波形分析和相位分析掌握這些裝置的原理及應用。伴隨著(zhù)現代信息的快速發(fā)展，對于其相關(guān)產(chǎn)業(yè)的電力電子技術(shù)的要求越發(fā)嚴苛，需要其在滿(mǎn)足使用需求的同時(shí)，能夠更輕，更小，更高效。為此，電力電子技術(shù)也正經(jīng)歷著(zhù)翻天覆地的變化，新型的電路拓撲及新技術(shù)的研發(fā)成為了如今電力電子的技術(shù)發(fā)展大方向。信息化腳步的加快也使電力電子人才培養刻不容緩。
一、電子電力技術(shù)教學(xué)改革
目前，世界各地在電力電子教學(xué)上花費大量的心思，推陳出新。隨著(zhù)科技的日新月異，教師深入研究電力電子課程內容，總結歸納教學(xué)經(jīng)驗，發(fā)展新的更適宜學(xué)生學(xué)習的教學(xué)模式。甚至有不少學(xué)校開(kāi)展網(wǎng)絡(luò )電力電子課程，寓教于樂(lè )，讓教學(xué)變得更有趣味。
例如歐洲的大學(xué)，導師教學(xué)以學(xué)生為主題。讓學(xué)生按照個(gè)人興趣組成小組，自我設定課題，完成課程的研究。通過(guò)學(xué)生的自主學(xué)習，更易激發(fā)學(xué)生對于學(xué)習的熱情。在課程研究過(guò)程中，自己發(fā)現問(wèn)題，解決問(wèn)題。這不僅能提高學(xué)生自主學(xué)習能力，在與組員的溝通中，也是一種人際交往能力的提升。這一形式的教學(xué)模式不僅發(fā)展了學(xué)生，更為企業(yè)培養了真正的實(shí)用型人才。
網(wǎng)上的教學(xué)脫離了呆板的課堂黑板手寫(xiě)的模式，使學(xué)生對所學(xué)的知識有更直觀(guān)的認識。教師與學(xué)生之間也能通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)達到一種更好的溝通。國內的一些大學(xué)就在開(kāi)展此類(lèi)課程，收到了不錯的反響。教師通過(guò)特定的軟件，以動(dòng)畫(huà)等形式展示電路在不同形態(tài)下的開(kāi)關(guān)狀態(tài)及與之對應的電量、對應的波形圖等。此舉大大提高了學(xué)生學(xué)習的主動(dòng)性，同時(shí)也提高了電力電子教學(xué)的效率。
二、新電力電子教學(xué)舉措
近年來(lái)，電力電子技術(shù)在新能源、航天信息等領(lǐng)域得到廣泛應用。據統計，在電力系統，用戶(hù)使用的電能60%以上至少需經(jīng)過(guò)電力電子變流裝置處理。其中直流輸電系統送電端的整流閥和受電端的逆變閥均為晶閘管變流裝置；晶閘管控制電抗器、晶閘管投切電容器是重要的無(wú)功功率補償裝置；近年來(lái)出現的靜止無(wú)功發(fā)生器、有源電力濾波器等新型電力電子器件具有更為優(yōu)越的無(wú)功補償和諧波補償性能；在配電系統中，電力電子裝置可用于防止電網(wǎng)瞬時(shí)停電、瞬時(shí)電壓跌落、閃變等。
本文針對電力電子技術(shù)的不斷改革出新，探討新的電力電子教學(xué)內容方案，以全控器件作為主要的學(xué)習對象，圍繞全控器件的應用組織課程內容。
1.控制電路的工作原理
一般來(lái)說(shuō)，正常運行的電力電子設備由其主電路按一定方式控制主電路的開(kāi)關(guān)元件，組成一個(gè)閉環(huán)變換器的系統。其主要有電流控制和電壓控制兩種基本方式，在電力電子技術(shù)教學(xué)時(shí)，以這兩種方式為主要學(xué)習對象。學(xué)生主要學(xué)習的內容有：典型控制技術(shù)、PWM控制芯片、頻域測試技術(shù)、電力電子閉環(huán)分析等。教師在授課時(shí)，可以將理論知識結合圖例，使教學(xué)內容變得生動(dòng)。如在談及攝像機系統控制電路時(shí)可配以一些圖例加深印象。
2.全控器件為主導，壓縮半控器件
�。�1）電力電子器件。電力電子器件主要用作功率開(kāi)關(guān)，利用不同的控制技術(shù)與開(kāi)關(guān)配合，達到向電機提供不同電壓、不同頻率、不同相序供電電壓的目的，以控制電機的起停、轉向和轉速。該類(lèi)器件通常具有良好的靜態(tài)特性，快速的動(dòng)態(tài)特性，安全的極限參數與工作區。
電力電子器件按其特性分兩類(lèi)：半控型和全控型器件。電力電子教學(xué)的內容以全控型器件為主，按其結構與工作機理分為雙極型、單極型和混合型。對于全控型器件的講述主要可按照以下分類(lèi)作具體描述。
GTO的特性：GTO 是可關(guān)斷晶閘管，為PNPN 四層結構的器件，具有普通晶閘管的全部?jì)?yōu)點(diǎn)，同時(shí)又具有關(guān)斷能力。GTR 靜態(tài)特性的阻斷區僅有極小的反向漏電流存在，而承受全部高電壓，類(lèi)似于開(kāi)關(guān)處于斷開(kāi)狀態(tài)，在飽和區，即非線(xiàn)性區電流增益和導通電壓都很小，類(lèi)似于開(kāi)關(guān)處于接通狀態(tài)。
MOSFET的特性：MOSFET的靜態(tài)特性、動(dòng)態(tài)特性與GTR相似，但它不存在存儲電荷問(wèn)題，而有極間電容放電問(wèn)題。
IGBT的特性：IGBT是一種復合型器件，它相當于一個(gè)由MO SFET驅動(dòng)的厚基區GTR，具有輸入阻抗高、工作速度快、通態(tài)電壓低、耐壓高和承受大電流等優(yōu)點(diǎn)。IGBT的伏安特性與GTR不同的是控制參數是門(mén)源電壓，而不是基極電流。
除了以上全控型主要原件特性闡述外，可按由淺入深的教學(xué)模式，進(jìn)一步對其外形特征、適用領(lǐng)域、應用背景等進(jìn)行描述。以各類(lèi)原件參數為例，要求學(xué)生通過(guò)其性能比對，重點(diǎn)掌握每個(gè)元件的主要特點(diǎn)、適用場(chǎng)合及其特性。
此外，對于電力電子器件的驅動(dòng)保護電路也是一個(gè)學(xué)習重點(diǎn)，驅動(dòng)電路是低電平的邏輯控制信號與高壓大電流的電力電子器件之間的放大緩沖單元，要求學(xué)生掌握一些典型驅動(dòng)電路及芯片。如GTR 的驅動(dòng)，正向基極驅動(dòng)電流在驅動(dòng)初期，不但要有陡峭的前沿并要有一定時(shí)間的過(guò)驅動(dòng)電流，以便強迫其開(kāi)通，開(kāi)通之后，在正常導通階段的基極驅動(dòng)電流則應該使GTR 恰好維持在飽和狀態(tài)，以便縮短存儲時(shí)間t。這樣能加快開(kāi)通過(guò)程、降低開(kāi)通損耗。而MO SFET器件的輸入端為容性負載，也需要過(guò)沖的驅動(dòng)前沿。典型驅動(dòng)電路有貝克嵌位電路和推拉式電路以及門(mén)極驅動(dòng)電路。
�。�2）主電路。對于電力電子主電路的講述主要集中于其四種基本電力電子變換器的工作原理。在分析時(shí)可遵循如下規律：先理想電路后實(shí)際電路、先仿真分析后理論分析、先模仿設計后創(chuàng )新設計、先典型后一般。主電路主要研究?jì)热轂椋豪硐隓C/DC、DC/AC、AC/DC和AC/AC變換器的工作原理和靜態(tài)特性以及器件的選擇原則；介紹小功率的典型電路，如PFC電路、整流電路、反激/正激變換器；主電路的仿真技術(shù)（應用Pspice通用電路仿真軟件）；功率磁性元件的設計與選擇；與主電路相配合的控制電路的框圖。
三、加強實(shí)驗環(huán)節,打造應用型人才
在完成了課堂教學(xué)內容后，可適當進(jìn)行實(shí)驗內容，使教學(xué)內容聯(lián)系實(shí)際運用，加深學(xué)生對所學(xué)知識的理解應用。根據教學(xué)內容的調整，建議保留原有晶閘管整流、逆變的驗證性實(shí)驗，使學(xué)生對本課程的應用有一個(gè)初步認識。在器件研究上則以全控器件研究為主，對直流斬波、交—交變換及PWM控制技術(shù)部分的內容，開(kāi)設設計型實(shí)驗。實(shí)驗安排可由易至難，鼓勵學(xué)生自主完成實(shí)驗的設計，實(shí)驗，數據記錄研究等步驟。此外，增加信號的調制，SPWM信號的產(chǎn)生與實(shí)現、電力電子電路閉環(huán)動(dòng)態(tài)特性觀(guān)察及超調量抑制、DC/AC SPWM單相全橋逆變電路設計等綜合性實(shí)驗。
四、結束語(yǔ)
電力電子行業(yè)正迎來(lái)良好的發(fā)展機遇，而自主創(chuàng )新是電力電子行業(yè)發(fā)展的持久動(dòng)力。只有通過(guò)自主創(chuàng )新，用創(chuàng )新精神引領(lǐng)企業(yè)，掌握核心技術(shù)，才能提高企業(yè)的競爭力，進(jìn)一步發(fā)展和壯大企業(yè)，才能盡快縮短與發(fā)達國家的差距，促進(jìn)電力電子行業(yè)的高速發(fā)展。
在電力電子發(fā)展創(chuàng )新的大環(huán)境下，本文針對電力電子技術(shù)教學(xué)提出新的教學(xué)方向。提倡展開(kāi)全控型器件的教學(xué)，重點(diǎn)圍繞全控型器件及由其構成的主電路，通過(guò)分析一些典型的電力電子裝置，使學(xué)生掌握實(shí)用分析法，強調學(xué)生自主學(xué)習能力，鼓勵學(xué)生自主開(kāi)展課題研究或進(jìn)行實(shí)驗探索，激發(fā)學(xué)生學(xué)習熱情，培養學(xué)生全面發(fā)展。
參考文獻：
[1]楊志民.適用于集成電路的大時(shí)間常數積分器的研究[J].西北師范大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版),2000,(1).
[2]關(guān)曉菡,張衛平,張東彥.國內外高校電力電子技術(shù)教育現狀綜述[J].電氣電子教學(xué)學(xué)報,2006,28(2):438.
[3]鄭宏婕.電力電子技術(shù)[M].北京:科學(xué)普及出版社,2004.
[4]張立,等.現代電力電子器件[M].北京:科學(xué)出版社,2002.
[5]陳曉云,徐國凱.“電力電子技術(shù)”課程教學(xué)改革實(shí)踐[J].大連民族學(xué)院學(xué)報,2005,7(5):85-87.
【論述“電力電子技術(shù)”教學(xué)內容更新例析】相關(guān)文章：
論述高校音樂(lè )欣賞教學(xué)內容的更新改進(jìn)思考03-06
論述高職院校電子技術(shù)類(lèi)課程的定位與教學(xué)內容12-06
論述圍繞教學(xué)內容 設計課堂提問(wèn)12-06
簡(jiǎn)析翻譯目的論述評11-08
論述訴訟法學(xué)教學(xué)內容的固守與拓展12-06
論述“鍋爐原理”課程實(shí)踐訓練教學(xué)內容設計12-05
- 相關(guān)推薦