淺談理論聯系實踐在電力電子教學中的應用

摘要：在高職的電力電子技術課程教學中，經常存在學生覺得理論知識枯燥乏味聽不懂，好不容易有點理解又不知道在實際中有什么用。理論一旦脫離了實際，就會變得索然無味，所以理論聯系實際是高職教學中必須堅持的基本教學法。在本文中聯系電動汽車的相關技術淺談理論在實踐中的應用。

關鍵詞：電力電子;理論;實踐;電動汽車

一、前言

教育理論研究與教育實踐研究應該是統一的、互相依托和互相促進的。然而在高職教育中，電氣類的學生普遍存在，理論學習難，枯燥無味，不知道這些理論在生活中有哪些作用。畢業工作后，看到實際電路圖又不知道該和以前的哪個知識點聯系起來。在教學中，理論如果脫離了實際，最后培養出的學生必定會缺少社會競爭力。理論要指導實踐，實踐又會不斷深化和完善理論并促進理論向前發展，這才是高職院校對學生最終的培養目標。

可是，在理論學習中，我們如何將這兩者聯系在一起呢。在本文中，我們理論聯系實際，將電力電子課程中的直流斬波電路與電動汽車中的雙向變換器相結合，從基本理論出發，看懂實際電路圖。

二、教學內容講解：基本Buck-boost雙向DC-DC變換器

通過電力電子器件的開關作用，將恒定的直流電變為另一固定電壓或可調電壓的直流電，稱為直流斬波電路，也稱為DC-DC變換器。

DC-DC變換器種類很多，主要分為隔離性和非隔離型，不論哪種類型都可以由基本的DC-DC變換器進行級聯、演化、等效、隔離等技術構成。所以在在教學中，我們主要介紹Buck電路、Boost電路、Buck-boost電路以及Cuk電路這4個最基本的直流斬波電路。今天我們選取Buck-boost雙向DC-DC變換器的基本工作原理進行簡單描述。

開關V導通：電源E通過開關管V向電感L供電，此時電流為i1，電感儲存能量，同時電容C向負載R供電并維持輸出電壓恒定;

開關V斷開：電感L中儲存的能量向負載釋放，電流為i2，負載電壓極性上負下正，與電源電壓極性相反。

該電路的輸出電壓為：Uo=α/（1-α）Ud（α為占空比），若改變α，則輸出電壓既可以比電源電壓低，也可以比電源電壓高。當1<α<1/2時為降壓，1/2<α<1時為升壓，因此該電路稱為升降壓斬波電路，或者稱為Buck-boost變換器。為了讓學生便于理解這種技術與我們的生活息息相關，我們可以向學生介紹Buck-boost變換器在當下比較熱門電動汽車相關技術中的一些應用。

三、理論聯系實際：電動汽車中的DC-DC

作為電動汽車動力系統中重要組成部分，DC-DC變換器主要有2個作用：

1、提供電力給動力轉向系統、空調、其他輔助設備;

2、在復合電源系統中，串聯超級電容，使電源輸出可調節，母線電壓得以穩定。

在電動汽車電氣系統中，DC-DC變換器的電能來自于動力電池包，作用是供電給車載電器。它在系統中的位置如下圖所示：

在最近兩年中，雙向DC-DC已經開始悄然取代單向的DC-DC轉換模塊，成為了電動汽車生產商的主流選擇對象。在兩端直流電壓極性保持不變的前提下，雙向DC-DC變換器可以根據電力系統的需要讓電流方向發生改變，變換電力系統能量的雙向流動。降低電池組輸出電壓的等級，提高車輛的安全性，降低電池系統的成本，有助于提高系統的運行效率。

非隔離型Buck-Boost雙向DC-DC變換器在電動汽車中是如何應用的，如下圖所示。

C1：低壓側電容;C2：為高壓側電容;L1：電感;Q1，Q2：全控開關器件IGBT;

R：電阻;D1，D2：續流二極管;V1：蓄電池電壓;V2：輸出電壓。

我們發現，Buck-boost雙向DC-DC變換器中的元器件構成和我們基本DC-DC變換器的元器件基本都是一樣。

開關管Q2關斷，Q1導通：此時C2為負責向啟動或提速供電的電動汽車電源，在該工作過程中電感L迅速儲存能量。

Q1關斷：此時，為電動車負載供電的，是共同作用于電動汽車的蓄電池電壓V1和電感L。在此工作周期中，電動汽車高壓側輸出電壓U2=1/（1-α1）U1，式中：α1為Q1的占空比。調節占空比，電動汽車輸出電壓就會更加穩定，同時電動汽車的能量轉換得以實現。

不僅如此，課堂上還可以向學生介紹一些簡單的DC-DC變換器主電路的工作原理。比如下圖所示：

在上圖中，我們可以看出，變壓器左邊接的是一個逆變電路，將直流變為交流，變壓器的右側接的是整流二極管，整流二極管的右邊是一個濾波電路。所以整個電路的變換是：DC→AC→AC→DC。

如圖所示：經過左側全橋逆變電路得到的矩形脈沖波是變壓器的輸入，傳遞到變壓器的副邊，得到電壓幅值不同的交流正弦波;交流正弦波經過DR1和DR2整流，由Cf和Rl進行濾波處理，最終得到直流電，提供給輸出端。由此可見，輸出電壓是輸入電壓Vin，通過DC-DC回路得到的。

原邊開關電路依靠控制器對特定占空比的PWM波進行調制，按照既定的順序和時間驅動四個開關管導通、截止，將輸入電流調制成矩形波，完成電流逆變過程。通過調節占空比可以調節原邊輸入電壓的大小，輸出電壓減小則減小占空比，若增加輸出電壓則增加占空比即可。通過調節開關頻率可以調節頻率。T1為變壓器，變壓比n。變壓器不僅可以調節電壓，還可以實現電氣隔離。不同電壓等級可以通過改變副邊線圈匝數，固定原邊線圈匝數得到。

當然，在介紹這樣的實例時，我們最好可以向學生簡單介紹電動車的行業背景，發展歷程，讓學生清楚知道我們學習的DC-DC存在于電動汽車研發中的哪一環節，用來干什么的。讓學生深刻體會，這些理論知識，不是孤零零毫無溫度的只存在于書本上，不僅僅只是印刷品讓大家去看，而是真真實實可以用在我們的生活生產科技之中，讓我們自己學過的理論真切的用在實際中，讓理論指導實踐，讓實踐推動理論繼續前行。

四、結語

綜上所述，在傳統的理論課程學習中，不受教材的局限，將復雜深奧的知識融入到日常生活、生產實踐、熱點新聞、當下科技發展中，選取與我們息息相關，典型而又通俗易懂的案例融入到教學中，增強學科的實用性、時代感、歷史感，既可以盡可能增加學生的興趣，加深對基礎知識的理解，又能提高分析和解決問題的能力，同時又可以為提高專業素養和創新能力打下基礎。

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作者簡介：饒晶晶（1987.02-），女，講師，碩士，研究方向：電力電子，傳感器網絡教學和研究。