论文部分内容阅读
电力电子技术是电力电子变换和控制技术的简称，是一门综合性的电子技术、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。随着电力电子技术的不断发展，内容不断增加，如何在有限学时内获得最好的教学效果，使学生较好地掌握课程内容，并培养学生的工程实践能力和创新精神，增强学生的学习兴趣，是一项急需解决的问题。本人从教学内容、教学方法、教学手段、实践环节、教学研究等几方面对该课程的教学改革进行了探索。
一、掌握重点、难点
1.课程的重点
各类电力电子器件的通断控制特性、四类基本电力电子开关电路拓扑结构、实现电力电子变换和电力电子补偿控制的原理、电力电子变换的过程中运行参数的变化及实时控制特性、输入输出电流电压波形分析。
2.课程的难点
电力电子电路种类繁多，当电路中含多个开关器件时电路的运行模态较多，且理解电力电子电路特性时常常要从s级、ms级和us级等不同时间尺度人手，因此学生学习时容易被本门课程表面的繁杂所迷惑，甚至感到无所适从。而且本门课程实践性很强，学生在课程学习时难以将所学知识与实践相结合。
二、整合教学内容
1.优化课程内容
晶闸管是半控型器件的代表，在20世纪90年代前期，应用范围相当广泛。但从20世纪80年代初，以P-MOS-FET和IGBT为代表的全控型器件发展迅速，目前已经成为电力电子领域的核心器件，这影响到主电路拓扑结构、控制方法，也同样影响电力电子技术课程的教学。在教学过程中，将半控型器件的相关内容删减，介绍全控型器件的特性，由全控型器件组成的斩波器、逆变器、变频器。压缩和删减一些已过时或在实际工程中应用较少的器件和电路。例如在整流电路章节中晶闸管直流电动机系统，原来它是可控整流装置的主要用途之一，但目前已由全控型器件构成的PWM脉宽调制电路所取代，因此在授课时就简单介绍。在删减晶闸管教学的同时，必须强化全控型器件及电路、控制方法的教学。
在课程内容上，将电力电子技术的内容分为有机的几个部分，提出了新的课程内容设置思路，即以电力电子开关器件为核心、以四类基本变换器和两种控制方法为基础、以四类应用为目标，兼顾当前技术发展，这种内容设置方法有利于学生掌握课程核心内容。
在器件学习中，就着重指出全控型尤其是电压型全控器件的优点，让学生知道全控器件制造工艺的发展决定电力电子的发展。在讲授斩波电路和逆变电路时，要以全控器件为基础。对脉宽调制PWM控制技术这一章要重点讲解，指出正是采用了全控器件才得以使这一技术得到大量应用，成为电力电子的核心技术，是电力电子技术的一场革命。另外结合应用，要加强交直交变频和直流开关电源的教学。
2.适当增加最新技术的教学
由于电力半导体器件和微电子半导体器件日新月异的发展，电力电子技术每隔不久便有一个新飞跃，其应用领域也在不断扩大。要及时传授该学科的前沿知识、介绍其发展趋势，使学生对该学科有一个清晰的认识。如对当前电力电子最新应用：矩阵式交一交变换器、电网谐波抑制技术、功率因数提升技术等内容作较为详细的介绍。另外，应加强理论联系实际，介绍一些和生活息息相关的应用，如电子镇流器，增加学生的见识，提高他们的学习兴趣。
三、改进方法和手段
1.培养学生的主动性，提高学习兴趣
从第一节课开始，通过大量的图片，演示了电力电子的多种应用，包括工业生产、交通运输、电力系统、家用电器、航天飞行器等。通过这些生动的实例，使学生明白电力电子其实就在身边。这门课的内容不是空洞的理论，而是与实际紧密结合的。在讲授DC-DC变换器时，与直流开关电源结合起来，并制作了小功率Buck变换器样机。演示时调节占空比，观察输出电压，学生印象深刻。此外，还向学生推荐阅读相关的期刊，并精选了几篇文章让学生仔细阅读。这些文章从理论分析、电路设计、控制系统设计到仿真和实验验证都比较完整，内容具备典型性，让学生初步了解电力电子科研和最新发展的动态。这些措施改变了以往学生被动接受的状态，学生对这门课的兴趣大大提高，学习有了主动性。
2.利用现代化教学手段，改善教学效果
近年来，多媒体教学逐渐代替了板书成为主流课堂教学手段，那么这种静态的演示文稿却还不能吸引学生。如何有效地利用多媒体手段，将枯燥的分析变得生动，也是该课程教学中一个棘手的问题。具体对于电力电子技术课程，方法是使图形、波形动起来。采用了相对易用的软件Matlab/Simulink。软件中有完善的电力电子工具包SimPow-ersystem，其中有各种器件、电源、负载、测量和波形显示元件等，可以搭建教材中的各种电路。在课堂上演示给学生，且可以方便地修改电路的参数。为了使演示界面更友好，我们在课下制作flash课件，可进一步丰富教学资源。采用这些方法后，大大改善了课堂讲授效果。
四、加强实践能力
在学校的大力支持下，近年来实验教学从教学思想、实验教学管理和教学条件上都有了很大改进，正在由演示性、验证性实验向设计性和创新性实验发展，由封闭实验室管理向开放管理发展，由单一的电力电子实验向综合性实验发展，由教师主导进行实验向发挥学生自主性发展。
调整实验的内容，保证实验的先进性、代表性和方向性实验内容，首先要考虑理论教学的进度及其知识的难点和重点，以利于学生对基本理论、基本原理的掌握；其次要对原有的实验内容进行筛选、补充、综合，减少验证性实验，多开一些综合性、设计性实验。对电力电子技术实验，保留原有的晶闸管整流、逆变的验证性实验，使学生对本课程的应用有初步认识，对直流斩波、交一交变换以及PWM控制技术部分的实验，则可开出设计型实验，由教师给出电路参数，由学生自行设计主电路，选择器件及其驱动电路、保护电路，进而完成实验，培养学生分析问题，解决问题的能力。
五、探索改革方向
电力电子技术课程的教学也是一门艺术，要上好这门课是不容易的。除了开发多媒体动态课件外，下一步的工作是开发出仿真实验平台，提供更多的虚拟实验项目，为学生的自主学习提供一个宽松的环境。
电力电子技术课程的全面改革是一项系统工程，其学术性和技术性很强，涉及的面较广。要搞好这项改革工作，
既需要学校的投人，也需要教师的艰苦努力和无私奉献。为把学生培养成为基础厚、知识博、能力强、口径宽和适应性强的高素质人才。我们要积极探索教学内容、教学方法和教学手段的改革。以适应21世纪对人才培养的需要。
一、掌握重点、难点
1.课程的重点
各类电力电子器件的通断控制特性、四类基本电力电子开关电路拓扑结构、实现电力电子变换和电力电子补偿控制的原理、电力电子变换的过程中运行参数的变化及实时控制特性、输入输出电流电压波形分析。
2.课程的难点
电力电子电路种类繁多，当电路中含多个开关器件时电路的运行模态较多，且理解电力电子电路特性时常常要从s级、ms级和us级等不同时间尺度人手，因此学生学习时容易被本门课程表面的繁杂所迷惑，甚至感到无所适从。而且本门课程实践性很强，学生在课程学习时难以将所学知识与实践相结合。
二、整合教学内容
1.优化课程内容
晶闸管是半控型器件的代表，在20世纪90年代前期，应用范围相当广泛。但从20世纪80年代初，以P-MOS-FET和IGBT为代表的全控型器件发展迅速，目前已经成为电力电子领域的核心器件，这影响到主电路拓扑结构、控制方法，也同样影响电力电子技术课程的教学。在教学过程中，将半控型器件的相关内容删减，介绍全控型器件的特性，由全控型器件组成的斩波器、逆变器、变频器。压缩和删减一些已过时或在实际工程中应用较少的器件和电路。例如在整流电路章节中晶闸管直流电动机系统，原来它是可控整流装置的主要用途之一，但目前已由全控型器件构成的PWM脉宽调制电路所取代，因此在授课时就简单介绍。在删减晶闸管教学的同时，必须强化全控型器件及电路、控制方法的教学。
在课程内容上，将电力电子技术的内容分为有机的几个部分，提出了新的课程内容设置思路，即以电力电子开关器件为核心、以四类基本变换器和两种控制方法为基础、以四类应用为目标，兼顾当前技术发展，这种内容设置方法有利于学生掌握课程核心内容。
在器件学习中，就着重指出全控型尤其是电压型全控器件的优点，让学生知道全控器件制造工艺的发展决定电力电子的发展。在讲授斩波电路和逆变电路时，要以全控器件为基础。对脉宽调制PWM控制技术这一章要重点讲解，指出正是采用了全控器件才得以使这一技术得到大量应用，成为电力电子的核心技术，是电力电子技术的一场革命。另外结合应用，要加强交直交变频和直流开关电源的教学。
2.适当增加最新技术的教学
由于电力半导体器件和微电子半导体器件日新月异的发展，电力电子技术每隔不久便有一个新飞跃，其应用领域也在不断扩大。要及时传授该学科的前沿知识、介绍其发展趋势，使学生对该学科有一个清晰的认识。如对当前电力电子最新应用：矩阵式交一交变换器、电网谐波抑制技术、功率因数提升技术等内容作较为详细的介绍。另外，应加强理论联系实际，介绍一些和生活息息相关的应用，如电子镇流器，增加学生的见识，提高他们的学习兴趣。
三、改进方法和手段
1.培养学生的主动性，提高学习兴趣
从第一节课开始，通过大量的图片，演示了电力电子的多种应用，包括工业生产、交通运输、电力系统、家用电器、航天飞行器等。通过这些生动的实例，使学生明白电力电子其实就在身边。这门课的内容不是空洞的理论，而是与实际紧密结合的。在讲授DC-DC变换器时，与直流开关电源结合起来，并制作了小功率Buck变换器样机。演示时调节占空比，观察输出电压，学生印象深刻。此外，还向学生推荐阅读相关的期刊，并精选了几篇文章让学生仔细阅读。这些文章从理论分析、电路设计、控制系统设计到仿真和实验验证都比较完整，内容具备典型性，让学生初步了解电力电子科研和最新发展的动态。这些措施改变了以往学生被动接受的状态，学生对这门课的兴趣大大提高，学习有了主动性。
2.利用现代化教学手段，改善教学效果
近年来，多媒体教学逐渐代替了板书成为主流课堂教学手段，那么这种静态的演示文稿却还不能吸引学生。如何有效地利用多媒体手段，将枯燥的分析变得生动，也是该课程教学中一个棘手的问题。具体对于电力电子技术课程，方法是使图形、波形动起来。采用了相对易用的软件Matlab/Simulink。软件中有完善的电力电子工具包SimPow-ersystem，其中有各种器件、电源、负载、测量和波形显示元件等，可以搭建教材中的各种电路。在课堂上演示给学生，且可以方便地修改电路的参数。为了使演示界面更友好，我们在课下制作flash课件，可进一步丰富教学资源。采用这些方法后，大大改善了课堂讲授效果。
四、加强实践能力
在学校的大力支持下，近年来实验教学从教学思想、实验教学管理和教学条件上都有了很大改进，正在由演示性、验证性实验向设计性和创新性实验发展，由封闭实验室管理向开放管理发展，由单一的电力电子实验向综合性实验发展，由教师主导进行实验向发挥学生自主性发展。
调整实验的内容，保证实验的先进性、代表性和方向性实验内容，首先要考虑理论教学的进度及其知识的难点和重点，以利于学生对基本理论、基本原理的掌握；其次要对原有的实验内容进行筛选、补充、综合，减少验证性实验，多开一些综合性、设计性实验。对电力电子技术实验，保留原有的晶闸管整流、逆变的验证性实验，使学生对本课程的应用有初步认识，对直流斩波、交一交变换以及PWM控制技术部分的实验，则可开出设计型实验，由教师给出电路参数，由学生自行设计主电路，选择器件及其驱动电路、保护电路，进而完成实验，培养学生分析问题，解决问题的能力。
五、探索改革方向
电力电子技术课程的教学也是一门艺术，要上好这门课是不容易的。除了开发多媒体动态课件外，下一步的工作是开发出仿真实验平台，提供更多的虚拟实验项目，为学生的自主学习提供一个宽松的环境。
电力电子技术课程的全面改革是一项系统工程，其学术性和技术性很强，涉及的面较广。要搞好这项改革工作，
既需要学校的投人，也需要教师的艰苦努力和无私奉献。为把学生培养成为基础厚、知识博、能力强、口径宽和适应性强的高素质人才。我们要积极探索教学内容、教学方法和教学手段的改革。以适应21世纪对人才培养的需要。