基于“1411”知識模塊的電力電子技術課程教學改革探索

羅媚媚 唐 杰 劉白楊 石書琪邵陽學院 湖南邵陽 422000

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基于“1411”知識模塊的電力電子技術課程教學改革探索

羅媚媚 唐 杰 劉白楊 石書琪
邵陽學院 湖南邵陽 422000

摘 要：為了在有限的課時內激發學生學習電力電子技術課程的興趣，提出構建“1411”學習要求的教學思路，在課程系統化、仿真以及內容等方面做出一定改進，以達到有效提高該門課程教學質量的目的。

關鍵詞：“1411”知識模塊；系統化；仿真；內容

電力電子技術是電氣工程及其自動化等專業的重要專業基礎課，也是實用性、工程性和綜合性很強的課程［1］。該課程是由基礎課向專業課轉向的紐帶，對培養基礎扎實、實踐能力強、具有創新意識電氣類應用型人才具有重要意義。因此，如何在有限學時內獲得更好的教學效果，使學生較好地掌握課程內容，并最大限度地增強學生的學習興趣，培養學生的工程實踐能力和創新能力，是一個值得深入研究的課題。

1　“1411”知識模塊

電力電子技術課程是應用電力電子器件構成的電力電子電路對電能進行變換和控制的技術，是強電和弱電之間的接口。該課程的知識體系主要包含器件、電路、控制三大部分（如圖1所示）［3］。

圖1　電力電子技術課程知識體系結構圖

但現有的教材，其內容普遍針對的是純理論知識，在電力電子技術應用方面涉及較少。因此，改革現有的電力電子技術課程教學內容，根據應用技術型人才培養目標，構建基于“器件—電路—系統—應用”的電力電子技術課程內容體系、突出工程設計與應用特色，對于電力電子技術課程的教學和增加學生的學習興趣都是非常有益的。筆者在教學過程中，堅持通過構建“1411”知識模塊的思路來進行教學，即抓住一條主線：器件—電路—系統（裝置）、掌握4種基本變換電路、建立一個仿真模型、設計一個應用系統。

1.1抓住一條主線

在教學過程中，從一開始就幫助學生樹立“1411”學習思路，抓住4種變換電路，即整流電路（AC/DC變換電路）、斬波電路（DC/DC變換電路）、交流電力控制電路與交變頻電路（AC/AC變換電路）、逆變電路（DC/AC）變換電路，建立系統的概念，融合器件、電路原理和變換裝置來教學，從整體上來串聯電力電子技術課程的內容。同時，在講解與某種變換電路相關器件后就進入電路原理分析，避免時間差帶來的忘記和混淆。圖2為教學過程中整體的教學思路。

圖2　教學思路

1.24種變換電路

4種變換電路是電力電子技術中的主要內容，也是各個行業應用的理論基礎。針對4種變換電路，要求學生能夠把電路原理理解透徹，同時能夠根據原理圖畫出波形圖，能夠分析變換電路的器件控制方式以及器件的選型，變換后得到的是什么電（電流的類型、幅值，電壓的幅值、頻率以及諧波情況），能夠定量計算相關量（輸出電壓、電流，器件承受的最大電壓、電流幅值等）。

1.3建立一個仿真模型［4］

由于課程本身的性質，電力電子技術課程具有電路圖多、波形圖多等特點，容易讓學生感到混淆難學。由于該課程的實踐教學均為課后驗證性實驗，所實驗的項目也并不多，考慮到經濟性因素，要想讓學生每一個變換電路都一一得到驗證，那么在實驗室的建設和課時投入上都將耗費大量的人力和物力。為了讓學生能夠更直觀地看到波形圖的變化，在電力電子技術的課堂教學中引入Matlab仿真軟件，在每一個變換電路之后，應用Matlab仿真軟件建立仿真模型，實時地在課堂上向學生展示和驗證變換電路的特性。如圖3所示，為應用Matlab/Simulink搭建的單相橋式可控電路。圖4、圖5分別為移相角a=60°時，電路為電阻和阻感性負載時的波形圖。

圖3　單相橋式可控電路仿真模型（a=60°）

圖4　純電阻性負載波形 （a=60°）

圖5　阻感性負載波形 （a=60°）

通過仿真軟件可以很方便地看到輸入電壓、脈沖、輸出電壓、電流，以及在晶閘管上的電壓和電流，使得理論教學顯得更形象，加深學生對所學理論知識的理解。

1.4設計一個應用系統

所有的理論都必須服務于實踐，因此最好的教學就是課程的實際應用。根據應用技術型人才培養目標，在教學過程中增加電力電子技術課程的應用部分，提高學習的目的性，從而提高學生的學習興趣。根據所學變換電路類型闡述其在電力系統中的具體應用（見表1）以及應用的優點［3，5］。

表1　電力電子技術課程在電力系統中的應用

同時加強學生設計能力的培養，讓學生在學習變換電路以后，能嚴謹地設計出一個相應的應用系統。主要從四方面入手：主電路的設計，保護電路的設計，驅動電路的設計，控制電路的設計。在主電路的設計過程中要求學生根據要求選擇電路變換類型、計算電路模塊參數以及元件選型；在控制電路的設計過程中能夠根據所選器件合理選擇控制方式（是相位控制還是脈寬控制，集成控制電路的工作原理，輸入輸出的相關參數）；在驅動電路的設計過程中能夠根據要求選擇驅動的類型（有直接驅動；磁耦合隔離的驅動；光耦合隔離的驅動；集成驅動）； 在保護電路設計過程中根據要求選擇合理的緩沖電路類型和元件參數。圖6為某一學生的升壓斬波電路應用系統設計的實物圖，圖7為檢測輸出電壓電流數值。

圖6　從12V到24V升壓斬波電路的設計實物圖

圖7　檢測電壓電流值

2　結束語

從“1411”知識模塊出發，改進電力電子技術課程課堂教學思路和內容，使學生從整體上把握電力電子技術課程思路的意識更清晰了，Matlab仿真軟件的引入和電力電子技術課程在電力系統中的應用相關內容極大地促進了學生的學習熱情，應用系統的設計更是為學生對電力電子技術課程學習后的應用做練習。改革后的電力電子技術課程教學思路和內容得到了學生的認可和肯定，效果顯著。

參考文獻

［1］ 邢邵邦，羅印升，朱成喜.虛實結合的電力電子技術教學改革［J］.江蘇技術學院學報，2012，18（2）:116-119.

［2］ 顧波.電力電子技術教學方法探索［J］.科教導刊，2015（2）:109-111.

［3］ 唐杰，林立，李海娜.電力電子技術課程教學內容改革研究［J］.中國電力教育，2011（24）:178-180.

［4］ 榮軍，萬軍華，涂兵.MATLAB在三相橋式全控整流電路教學中的應用［J］.電子技術教育，2014，12（021）:74-75.

［5］ 張文亮，湯廣福，查焜鵬.先進電力電子技術在智能電網中的應用［J］.中國電機工程學報，2010，30（4）:1-7.

“雙創”能力培養專題

The Exploration of Power Electronic Technology Reform Based on "1411" Knowledge Module

Luo Meimei， Tang Jie， Liu Baiyang， Shi Shuqi
Shaoyang University， Shaoyang， 422000， China

Abstract:To inspire students' interests in learning the course of the power electronic technology with in the limited class hour， It puts forward teaching ideas of building "1411" learning requirements， making a certain improvements about making the course systematically and making simulation as well as the content in this paper， in order to achieve the purpose of effectively improve the teaching quality of this course.

Key words:"1411" knowledge module； systematization； simulation； content

收稿日期：2015-10-15

作者簡介：羅媚媚，碩士，助教。唐杰，博士，教授。

基金項目：2015年湖南省普通高校信息化教學應用立項項目“《電力電子技術》教學質量信息化管理研究與實踐”（編號：2015JG05）。