“电力电子技术”教学内容更新例析

论文关键词：电力电子技术 课堂教学 实用分析

论文摘要：电力电子技术是电力电子变换和控制技术的简称，是一门综合性电子技术、控制技术和电力技术的新兴交叉学科，是自动化专业的一门重要的专业基础课。随着信息科技的不断进步，电力电子技术教学内容也不断革新。

“电力电子技术”是自动化及其相关专业的一门重要的专业基础课，内容繁杂抽象，实践性很强，其教学内容主要研究各类电力电子装置中的电磁过程，工作原理及控制技术，并通过各种电路的波形分析和相位分析掌握这些装置的原理及应用。伴随着现代信息的快速发展，对于其相关产业的电力电子技术的要求越发严苛，需要其在满足使用需求的同时，能够更轻，更小，更高效。为此，电力电子技术也正经历着翻天覆地的变化，新型的电路拓扑及新技术的研发成为了如今电力电子的技术发展大方向。信息化脚步的加快也使电力电子人才培养刻不容缓。

一、电子电力技术教学改革

目前，世界各地在电力电子教学上花费大量的心思，推陈出新。随着科技的日新月异，教师深入研究电力电子课程内容，总结归纳教学经验，发展新的更适宜学生学习的教学模式。甚至有不少学校开展网络电力电子课程，寓教于乐，让教学变得更有趣味。

例如欧洲的大学，导师教学以学生为主题。让学生按照个人兴趣组成小组，自我设定课题，完成课程的研究。通过学生的自主学习，更易激发学生对于学习的热情。在课程研究过程中，自己发现问题，解决问题。这不仅能提高学生自主学习能力，在与组员的沟通中，也是一种人际交往能力的提升。这一形式的教学模式不仅发展了学生，更为企业培养了真正的实用型人才。

网上的教学脱离了呆板的课堂黑板手写的模式，使学生对所学的知识有更直观的认识。教师与学生之间也能通过互联网达到一种更好的沟通。国内的一些大学就在开展此类课程，收到了不错的反响。教师通过特定的软件，以动画等形式展示电路在不同形态下的开关状态及与之对应的电量、对应的波形图等。此举大大提高了学生学习的主动性，同时也提高了电力电子教学的效率。

二、新电力电子教学举措

近年来，电力电子技术在新能源、航天信息等领域得到广泛应用。据统计，在电力系统，用户使用的电能60%以上至少需经过电力电子变流装置处理。其中直流输电系统送电端的整流阀和受电端的逆变阀均为晶闸管变流装置;晶闸管控制电抗器、晶闸管投切电容器是重要的无功功率补偿装置;近年来出现的静止无功发生器、有源电力滤波器等新型电力电子器件具有更为优越的无功补偿和谐波补偿性能;在配电系统中，电力电子装置可用于防止电网瞬时停电、瞬时电压跌落、闪变等。

本文针对电力电子技术的不断改革出新，探讨新的电力电子教学内容方案，以全控器件作为主要的学习对象，围绕全控器件的应用组织课程内容。

1.控制电路的工作原理

一般来说，正常运行的电力电子设备由其主电路按一定方式控制主电路的开关元件，组成一个闭环变换器的系统。其主要有电流控制和电压控制两种基本方式，在电力电子技术教学时，以这两种方式为主要学习对象。学生主要学习的内容有：典型控制技术、PWM控制芯片、频域测试技术、电力电子闭环分析等。教师在授课时，可以将理论知识结合图例，使教学内容变得生动。如在谈及摄像机系统控制电路时可配以一些图例加深印象。

2.全控器件为主导，压缩半控器件

(1)电力电子器件。电力电子器件主要用作功率开关，利用不同的控制技术与开关配合，达到向电机提供不同电压、不同频率、不同相序供电电压的目的，以控制电机的起停、转向和转速。该类器件通常具有良好的静态特性，快速的动态特性，安全的极限参数与工作区。

电力电子器件按其特性分两类：半控型和全控型器件。电力电子教学的内容以全控型器件为主，按其结构与工作机理分为双极型、单极型和混合型。对于全控型器件的讲述主要可按照以下分类作具体描述。

GTO的特性：GTO 是可关断晶闸管，为PNPN 四层结构的器件，具有普通晶闸管的全部优点，同时又具有关断能力。GTR 静态特性的阻断区仅有极小的反向漏电流存在，而承受全部高电压，类似于开关处于断开状态，在饱和区，即非线性区电流增益和导通电压都很小，类似于开关处于接通状态。

MOSFET的特性：MOSFET的静态特性、动态特性与GTR相似，但它不存在存储电荷问题，而有极间电容放电问题。

IGBT的特性：IGBT是一种复合型器件，它相当于一个由MO SFET驱动的厚基区GTR，具有输入阻抗高、工作速度快、通态电压低、耐压高和承受大电流等优点。IGBT的伏安特性与GTR不同的是控制参数是门源电压，而不是基极电流。

除了以上全控型主要原件特性阐述外，可按由浅入深的教学模式，进一步对其外形特征、适用领域、应用背景等进行描述。以各类原件参数为例，要求学生通过其性能比对，重点掌握每个元件的主要特点、适用场合及其特性。

此外，对于电力电子器件的驱动保护电路也是一个学习重点，驱动电路是低电平的逻辑控制信号与高压大电流的电力电子器件之间的放大缓冲单元，要求学生掌握一些典型驱动电路及芯片。如GTR 的驱动，正向基极驱动电流在驱动初期，不但要有陡峭的前沿并要有一定时间的过驱动电流，以便强迫其开通，开通之后，在正常导通阶段的基极驱动电流则应该使GTR 恰好维持在饱和状态，以便缩短存储时间t。这样能加快开通过程、降低开通损耗。而MO SFET器件的输入端为容性负载，也需要过冲的驱动前沿。典型驱动电路有贝克嵌位电路和推拉式电路以及门极驱动电路。

(2)主电路。对于电力电子主电路的讲述主要集中于其四种基本电力电子变换器的工作原理。在分析时可遵循如下规律：先理想电路后实际电路、先仿真分析后理论分析、先模仿设计后创新设计、先典型后一般。主电路主要研究内容为：理想DC/DC、DC/AC、AC/DC和AC/AC变换器的工作原理和静态特性以及器件的选择原则;介绍小功率的典型电路，如PFC电路、整流电路、反激/正激变换器;主电路的仿真技术(应用Pspice通用电路仿真软件);功率磁性元件的设计与选择;与主电路相配合的控制电路的框图。

三、加强实验环节,打造应用型人才

在完成了课堂教学内容后，可适当进行实验内容，使教学内容联系实际运用，加深学生对所学知识的理解应用。根据教学内容的调整，建议保留原有晶闸管整流、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。在器件研究上则以全控器件研究为主，对直流斩波、交—交变换及PWM控制技术部分的内容，开设设计型实验。实验安排可由易至难，鼓励学生自主完成实验的设计，实验，数据记录研究等步骤。此外，增加信号的调制，SPWM信号的产生与实现、电力电子电路闭环动态特性观察及超调量抑制、DC/AC SPWM单相全桥逆变电路设计等综合性实验。

四、结束语

电力电子行业正迎来良好的发展机遇，而自主创新是电力电子行业发展的持久动力。只有通过自主创新，用创新精神引领企业，掌握核心技术，才能提高企业的竞争力，进一步发展和壮大企业，才能尽快缩短与发达国家的差距，促进电力电子行业的高速发展。

在电力电子发展创新的大环境下，本文针对电力电子技术教学提出新的教学方向。提倡展开全控型器件的教学，重点围绕全控型器件及由其构成的主电路，通过分析一些典型的电力电子装置，使学生掌握实用分析法，强调学生自主学习能力，鼓励学生自主开展课题研究或进行实验探索，激发学生学习热情，培养学生全面发展。

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