結(jié)合石化特色的《電力電子技術(shù)》課程模塊教學(xué)研究

羅如山，陳金鵬，劉 美，王 濤

（廣東石油化工學(xué)院，廣東茂名 525000）

結(jié)合石化特色的《電力電子技術(shù)》課程模塊教學(xué)研究

羅如山，陳金鵬，劉 美，王 濤

（廣東石油化工學(xué)院，廣東茂名 525000）

通過結(jié)合學(xué)校的石化特色，以培養(yǎng)卓越工程師為目標(biāo)，提出了“電力電子技術(shù)”課程模塊化的教學(xué)改革探索，介紹了在課程模塊化教學(xué)中進行教學(xué)改革的主要內(nèi)容和實驗方法以及要實現(xiàn)的教學(xué)改革目標(biāo)。

石化特色；模塊教學(xué)；電力電子技術(shù)

廣東石油化工學(xué)院（以下簡稱我校）是華南地區(qū)唯一一所具有石化特色的高等院校，也是廣東省和“中石油”、“中石化”及“中海油”三大石化企業(yè)共同建設(shè)的普通本科高等院校。我校電氣工程及其自動化專業(yè)作為學(xué)校首批參與教育部卓越工程師培養(yǎng)試點專業(yè)，注重結(jié)合石化特色，面向石化行業(yè)培養(yǎng)專業(yè)技術(shù)人才。針對石化企業(yè)對學(xué)生基礎(chǔ)知識和專業(yè)能力的需求，通過教學(xué)改革對教學(xué)內(nèi)容及實驗方法進行調(diào)整，結(jié)合石化特色制定企業(yè)“卓越工程師”培養(yǎng)目標(biāo)，建立有石化特色的專業(yè)人才培養(yǎng)機制。

“電力電子技術(shù)”課程是“電氣工程及其自動化”專業(yè)的重要專業(yè)課程，也是在石化企業(yè)中實用性很強的課程，在生產(chǎn)的很多環(huán)節(jié)都有相關(guān)的設(shè)備。傳統(tǒng)電力電子技術(shù)課程的教學(xué)偏重于學(xué)習(xí)理論知識，對實訓(xùn)部分往往重視不夠，存在與理論教學(xué)嚴(yán)重脫節(jié)的現(xiàn)象，特別對于應(yīng)用型本科院校的學(xué)生，學(xué)習(xí)起來特別困難，這樣不利于教學(xué)目標(biāo)的完成及應(yīng)用型人才的培養(yǎng)。“電力電子技術(shù)”課程是一門多學(xué)科結(jié)合的課程，涉及電子技術(shù)、電力技術(shù)、控制技術(shù)等多門學(xué)科，因此除了要求學(xué)生基礎(chǔ)扎實，而且要具備較強實踐能力。因此，如何最大限度地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，使學(xué)生更好地掌握課程內(nèi)容，培養(yǎng)學(xué)生的工程實踐能力和專業(yè)能力，是一個值得深入研究的課題。

模塊化教學(xué)有著傳統(tǒng)教學(xué)無法擁有的優(yōu)勢。首先，模塊化教學(xué)可以壓縮課程基礎(chǔ)理論講解時間，降低學(xué)生學(xué)習(xí)難度，同時能有更多的時間進行實踐環(huán)節(jié)，提高了教學(xué)和學(xué)習(xí)效率。其次，模塊課程教學(xué)內(nèi)容相對獨立，可以提高實驗室的設(shè)備利用率，縮短任課教師與實驗室工作人員的工作時間。最后，由于生產(chǎn)設(shè)備相關(guān)的專業(yè)知識可以直接和模塊課程配套，學(xué)校可以聘請相關(guān)企業(yè)工程師進行輔助教學(xué)，使得模塊課程教學(xué)有較強的針對性與緊密性。

1 模塊教學(xué)劃分

電力電子技術(shù)課程教學(xué)內(nèi)容包括：①電力電子器件的特性和使用方法；②各種電力電子電路的結(jié)構(gòu)及工作原理，這部分是課程教學(xué)的主體部分，包括4種不同的電路；③各種電力電子裝置的控制技術(shù)。模塊化教學(xué)的應(yīng)用主要用于第二部分，也就是對應(yīng)于4種不同的電力電子電路，結(jié)合企業(yè)生產(chǎn)的電力電子設(shè)備進行教學(xué)。其中AC/DC變換電路對應(yīng)于企業(yè)生產(chǎn)中的整流器，AC/AC變換電路對應(yīng)于調(diào)壓器以及周波變流器，DC/DC變換電路對應(yīng)于各種直流電源，最后DC/AC變換電路對應(yīng)于變頻器及逆變器。通過以上模塊的劃分，每個模塊的教學(xué)內(nèi)容都能對應(yīng)上相應(yīng)的企業(yè)生產(chǎn)設(shè)備，如果條件允許，還可以讓學(xué)生到生產(chǎn)現(xiàn)場進行實地參觀與學(xué)習(xí)。

2 模塊教學(xué)內(nèi)容

為完成模塊化教學(xué)目標(biāo)，對應(yīng)課程教學(xué)內(nèi)容結(jié)合企業(yè)生產(chǎn)設(shè)備分4個模塊內(nèi)容進行介紹。

2.1 AC/DC變換電路模塊

AC/DC變換電路也被稱為整流電路，其電路功能是把交流電轉(zhuǎn)換為直流電。整流電路普遍采用電力二極管和晶閘管（可控硅）組成，可以分為不可控整流和可控整流兩大類。不可控整流電路主要由電力二極管組成，經(jīng)過整流電路之后的電壓是一種含有直流成分和交流成分的混合形式，可以在其后接入濾波電路進行過濾，濾波電路通常接在主電路與負(fù)載之間，以平波電抗器的形式過濾除脈動直流電流中的交流成分，從而得到平穩(wěn)的直流電流。由于不可控整流電路的輸出電壓無法調(diào)整，在很多場合需要采用可控整流電路。可控整流電路由隔離變壓器、主電路、濾波電路以及控制電路等組成。變壓器除了變壓作用，還有隔離作用。整流電路在石化企業(yè)生產(chǎn)中直流電機的速度調(diào)節(jié)、同步發(fā)電機的勵磁調(diào)節(jié)、電解電鍍等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。

2.2 AC/AC變換電路模塊

AC/AC變換電路也被稱為交流電力控制電路，是對交流電的電壓進行控制的電路。根據(jù)交流電中三要素的控制對象，可以分為調(diào)壓電路，變頻電路以及交流控制電路，一般是采用晶閘管作為開關(guān)器件。交流調(diào)壓電路是在每半個周波內(nèi)通過對晶閘管開通相位的控制，調(diào)節(jié)輸出電壓有效值的電路，與使用變壓器進行調(diào)壓相比，交流調(diào)壓電路控制方便，調(diào)節(jié)速度快，裝置的重量輕、體積小，消耗材料也少。交流調(diào)功電路是以交流電的工作周期為基本單位控制晶閘管的通斷，通過改變導(dǎo)通周期時間和斷開周期時間的比值，調(diào)節(jié)輸出功率平均值的電路。交流電力電子開關(guān)則根據(jù)串入電路中需要接通或斷開電路的晶閘管，起代替普通開關(guān)的作用。

在石化企業(yè)應(yīng)用中包括電壓控制（如加熱控制和燈光控制）、異步電動機軟起動、異步電動機調(diào)速、供用電系統(tǒng)對無功功率的連續(xù)調(diào)節(jié)以及在高壓小電流或低壓大電流直流電源中，用于調(diào)節(jié)變壓器一次電壓。

2.3 DC/DC變換電路模塊

DC/DC變換電路也被稱為直流斬波電路，其功能是將直流電壓變?yōu)榱硪还潭妷夯蚩烧{(diào)電壓的直流電。一般來說，直流斬波電路的實現(xiàn)都要使用全控型器件。直流斬波電路的工作方式有兩種，一是脈寬調(diào)制方式（PWM），頻率不變，改變開關(guān)每次導(dǎo)通的時間；二是頻率調(diào)制方式（PFM），導(dǎo)通時間不變，改變頻率。常用電路包括：①降壓斬波電路，輸出平均電壓小于輸入電壓；②升壓斬波電路，輸出平均電壓大于輸入電壓，輸出電壓與輸入電壓極性相同；③升降壓斬波電路，其輸出平均電壓大于或小于輸入電壓。

在石化企業(yè)中，用直流斬波電路代替其他直流電路可節(jié)約電能20%～30%，直流斬波器不僅作為開關(guān)電源提供直流穩(wěn)壓電源，同時還能有效抑制電網(wǎng)側(cè)諧波電流。

2.4 DC/AC變換電路模塊

DC/AC變換電路又被稱為逆變電路，其功能把直流電變成交流電，在工業(yè)中得到廣泛應(yīng)用。根據(jù)交流側(cè)所接的對象不同，逆變電路分為兩種電路。當(dāng)交流側(cè)接在電網(wǎng)上，即交流側(cè)接有電源時，稱為有源逆變；當(dāng)交流側(cè)直接和負(fù)載鏈接時，稱為無源逆變。其中前者主要使用晶閘管，而后者常使用全控型電力電子器件。

逆變電路的在石化企業(yè)應(yīng)用非常廣泛，石化企業(yè)生產(chǎn)中大部分交流電源來自電網(wǎng)，但隨著石化生產(chǎn)工藝需求的提高，相當(dāng)多的石化電氣設(shè)備對電源質(zhì)量有更高要求，電網(wǎng)提供的交流電源很多技術(shù)指標(biāo)達不到要求，被使用電力電子器件組成的逆變電路所取代。在已有的儲能電源中，蓄電池只能存儲直流電能，當(dāng)需要向交流負(fù)載供電時，就需要逆變電路把直流電能變成交流電能。另外，石化企業(yè)交流電機變頻器、不間斷電源、感應(yīng)加熱電源等電力電子電路的核心部分都是逆變電路。

3 模塊教學(xué)實驗

電力電子技術(shù)具有很強的實踐性，目前實驗環(huán)節(jié)學(xué)時一般較少，為了彌補實驗課時較少以及實驗室設(shè)備的不足，可以把學(xué)生帶到企業(yè)實習(xí)。此外，在進行實驗之前充分利用計算機仿真軟件進行仿真實驗，提高實驗教學(xué)質(zhì)量。學(xué)生可以選擇在實驗室或企業(yè)中完成課程實驗。教學(xué)過程中，堅持提供學(xué)生專業(yè)能力培養(yǎng)的原則，可以打破班級原有人員分布，以學(xué)習(xí)模塊內(nèi)容為分組依據(jù)，將學(xué)生分為不同小組，配合的不同模塊性能要求完成實驗內(nèi)容，從學(xué)校實驗室實踐向企業(yè)的工程實踐逐步過度。這樣確定的模塊化課程知識培養(yǎng)架構(gòu)，不但引入新型教學(xué)方法和教學(xué)設(shè)備，而且可以改變課程學(xué)習(xí)地點與考核方式，從而使學(xué)生全面掌握課程內(nèi)容與了解企業(yè)需求。

4 結(jié)束語

通過課程模塊化教學(xué)改革，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣與熱情，學(xué)生理論基礎(chǔ)扎實，除掌握電力電子技術(shù)課程知識本身，而且擴大工程思維和視野，認(rèn)識企業(yè)的最新電氣設(shè)備與研究成果。通過培養(yǎng)創(chuàng)新意識，對其他課程的學(xué)習(xí)以及就業(yè)有顯著的幫助，使學(xué)生真正掌握由理論到模塊的系統(tǒng)化專業(yè)知識，工程實踐能力得到訓(xùn)練和提高，更好的適應(yīng)社會的需求。

[1] 羅媚媚，基于“1411”知識模塊的電力電子技術(shù)課程教學(xué)改革探索[J]中國現(xiàn)代教育裝備，2016，（5）.

[2] 魯明麗，基于卓越計劃的“電力電子技術(shù)”課程教學(xué)改革探索[J]中國電力教育，2014，（2）.

[3] 王立華，大學(xué)生電子設(shè)計競賽電源類賽題分析[J]實驗科學(xué)與技術(shù)，2013，（2）.

Teaching Research on the Course Module of “Power Electronics Technology” with Petrochemical Characteristics

Luo Ru-shan，Chen Jin-peng，Liu Mei，Wang Tao

By combining the characteristics of petrochemicals in schools and aiming at cultivating excellent engineers，this paper puts forward the modularized teaching reform of “Power Electronics Technology”，introduces the main contents and methods of teaching reform in the course of modularization teaching，Of the teaching reform goals.

petrochemical specialty module teaching power electronics technology

TM1-4；G642

A

1003–6490（2016）10–0082–02

2016–10–06

廣東石油化工學(xué)院教育教學(xué)研究和改革項目（643049），茂名市石油化工自動化工程技術(shù)研究中心（660016）。

羅如山（1980—），男，廣東廉江人，講師，主要研究方向為電機與電器，電力電子技術(shù)。