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摘 要:本文通过对当前电力电子技术教学内容进行分析和讨论,结合当今电力电子技术的发展方向,阐述了电力电子在教学过程中的改革的工程性和应用型方向,通过引入仿真软件对变流电路进行仿真和应用性教学等内容,提高学生对电力电子技术的知识储备和技术能力,让学生做到学有所用,学有所想。
关键词:工程性 应用性 改革 仿真软件
中图分类号:G642.0 文献标识码:A 文章编号:1673-9795(2012)03(b)-0194-01
《电力电子技术》是一门实用的课程,特点是教学内容较多、电路多、信息量大,但伴随着电力电子技术的发展,该课程的学时不增反减,如何在有限的学时达到传授学生的理论知识和培养学生动手能力,就需要对教学内容不断更新补充,使用先进教学方法和手段以及更合理的考核手段等教学改革。
1 使教学内容更具工程性和应用性
1.1 更新教学内容
电力电子技术有两大分支,即电力电子器件和以电力电子器件组成的电力电子电路,本课程用一个章节讲述电力电子器件及其保护驱动电路,剩下的章节讲述利用电力电子器件构成的AC-DC、DC-DC、DC-AC、AC-AC四类基本变换电路以及软开关技术、PWM技术。这些内容是需要掌握的理论基础,但是随着电力电子技术的发展,各种新型的电力电子器件不断涌现,新兴的应用领域的不断开拓,仅仅掌握理论基础不够的,需要对课程的教学内容进行更新补充,增一些反映本学科最新发展的内容。在应用需求的推动下,电动机车、超导电感储能、大功率风机水泵及压缩机变频调速、柔性交流输电、高压直流输电、用户电力技术、智能电网、微电网等新兴领域不断发展,要求电力电子技术课程内容在这些方面进行相应补充,使学生能接触了解新兴技术,跟踪新技术的发展,增加课程的实用性,使其更符合电力系统及其自动化方向的教学要求。
1.2 结合以往学科内容,变换教学重难点
传统的电力电子技术理论教学中,把以晶闸管为代表的半控型器件及其构成的变流电路为电力电子技术的重难点,而对电力电子技术具体应用几乎是“一笔带过”或者是“一语带过”,学生在学完一学期课程后,只会计算变流器的输出电压电流,画出相应的电压电流波形,但是无法给出既定电源要求下的二极管、电容、电感、开关管的选择标准,更别提去设计出一款基本的电源,“应试能力”有而“应用能力”无。这是因为晶闸管正在逐渐被全控型器件取代,并且对晶闸管构成的变流电路的分析方法与模拟电子技术课程对电路分析类似,因此在新技术的不断研发的背景下,应该调整教学内容的重难点。首先晶闸管为主导的重难点内容应该被视作基础理论内容,适当压缩删减学时,例如在讲述单相可控整流电路时,可以只对单相半波和单相桥的工作原理和过程进行详细分析,把单相全波和单相半桥的分析过程给予一定的提示,留给学生自习学习,节省了时间同时增强学生的自学能力。其次把电力电子技术的应用和电力电子器件应用的共性问题更替为重难点,把电力电子技术课程真正变为一门实用的课程。
2 教学方法和教学手段改革
2.1 引入仿真软件对变流电路进行仿真,增加学生的感性认识
由于电力电子技术课程的特点是电路多,波形多,公式多,信息量很大,在教学中的对各典型电路的电压、电流波形分析,传统的黑板教学方式既费时又不方便,已经逐渐被多媒体教学取代。为了解决有关波形演示问题,教师们制作了适合的多媒体课件,方便了课堂教学,提高了课堂效果。但根据实际教学经验总结得出,学生对于三相整流电路以及多重逆变电路和多电平逆变电路等复杂电路的理解接受仍然有一定的障碍,如何增加学生对“枯燥”的电路图、波形图的感性认知能力,就需要在讲授完这些复杂电路的工作过程后,利用multisim、EWB等软件对变流电路进行仿真,向学生演示电路工作过程,选择不同电感值,不同控制角下建立的断续、连续波形,使学生更容易理解接受“控制角”、“临界值”以及“相位控制”等抽象概念,以及不同负载下的不同输出。
2.2 “应用性”教学
《电力电子技术》是一门实用课程,应用性强,讲授这门课程的难点就是把“理论”讲的“实用”,使学生明白在课堂上的这些“难以下咽”的理论知识在工程实践中是有非常实用价值的。这就需要教师在讲授这门课程的时候多结合生活的例子,穿插科研成果或者新兴技术,激发学生的兴趣。例如,介绍完电力二极管的基本特性和主要参数后,要给出电力二极管在整流电路、续流电路、钳位电路中的应用;在讲授整流电路时,要让学生直观了解整流电路如何应用在高压直流输电中;UPS电源和交流电动机调速用的变频器的例子可以配合无源逆变电路内容的讲解;在讲解斩波电路一章,可以给出具体利用到升压、降压、反激变换器拓扑的电源电路,其中2011年电子设计大赛A题中的“并联电源”就是一个典型的BUCK拓扑和PWM技术结合的实例。把这些应用列入到教学中,能让学生把书本的内容用“活”,培养学生分析、解决实际问题的能力。
3 考核手段改革
传统的笔试考试手段只能培养学生“画波形”、“算电压电流”,无法实现培养应用型高素质电力人才的目标,这就需要不仅考核书本内容,更需要考核课程的应用。为此,期末考核除了传统的笔试外,增加了撰写小论文和课程设计任务。
3.1 撰写小论文
在课程教学的前期,向学生介绍科技论文的格式及写作方法,布置学生撰写有关电力电子技术方面的报告,要求学生按照科技论文的规范进行撰写。给学生介绍一些相关的优秀网络资源,如知名搜索引擎,CNKI,电源网工程师论坛、电子工程师网站以及电力电子论坛等,指导学生通过这些网络资源去查阅相关的中英文资料,使学生更主动地去了解电力电子发展的动态前沿,了解电力电子技术的应用领域,从而充分认识到学习本课程的重要性,提高了学生自主学习的积极性和能力。
3.2 课程设计任务
在课程教学的后期,布置该课程的设计任务,三个人一组共同完成。给出具体的题目、技术指标和设计要求等内容,要求学生运用所学的电力电子技术、数模电子技术等专业基础知识,设计出具体电路图;教师对学生设计的原理图进行审查,通过审查后学生方能开始制作电路板、焊接、调试,并完成课程报告。
4 结语
总之,《电力电子技术》课程改革的核心在于使课程“实用”。在课程中运动灵活多样的教学方法和教学手段,在教学中多加入实际应用案例,把电力电子技术的应用列为重难点,改变单一的笔试考核方式,有助于学生能够学有所获,学能致用。同时,在电力电子技术前沿知识不断更新的今天,作为从事电力电子技术教学的一线教师,也需要不断的充电学习,积极参与各类科研课题学术交流及实践工作,紧跟前沿知识的发展,才能确保传授学生与生产时代同步的知识。
参考文献
[1] 唐杰,林立,李娜．“电力电子技术”课程教学内容改革研究[J]．中国电力教育,2011(24).
[2] 孙静,王昕．“电力电子技术”课程教学实践改革的探索[J]．中国电力教育,2009(10).
[3] 郭世明,黄念慈．电力电子技术[M]．成都:西南交通大学出版社,2002.
[4] 王兆安．电力电子技术(第五版)[M]．北京:机械工业出版社,2009.
关键词:工程性 应用性 改革 仿真软件
中图分类号:G642.0 文献标识码:A 文章编号:1673-9795(2012)03(b)-0194-01
《电力电子技术》是一门实用的课程,特点是教学内容较多、电路多、信息量大,但伴随着电力电子技术的发展,该课程的学时不增反减,如何在有限的学时达到传授学生的理论知识和培养学生动手能力,就需要对教学内容不断更新补充,使用先进教学方法和手段以及更合理的考核手段等教学改革。
1 使教学内容更具工程性和应用性
1.1 更新教学内容
电力电子技术有两大分支,即电力电子器件和以电力电子器件组成的电力电子电路,本课程用一个章节讲述电力电子器件及其保护驱动电路,剩下的章节讲述利用电力电子器件构成的AC-DC、DC-DC、DC-AC、AC-AC四类基本变换电路以及软开关技术、PWM技术。这些内容是需要掌握的理论基础,但是随着电力电子技术的发展,各种新型的电力电子器件不断涌现,新兴的应用领域的不断开拓,仅仅掌握理论基础不够的,需要对课程的教学内容进行更新补充,增一些反映本学科最新发展的内容。在应用需求的推动下,电动机车、超导电感储能、大功率风机水泵及压缩机变频调速、柔性交流输电、高压直流输电、用户电力技术、智能电网、微电网等新兴领域不断发展,要求电力电子技术课程内容在这些方面进行相应补充,使学生能接触了解新兴技术,跟踪新技术的发展,增加课程的实用性,使其更符合电力系统及其自动化方向的教学要求。
1.2 结合以往学科内容,变换教学重难点
传统的电力电子技术理论教学中,把以晶闸管为代表的半控型器件及其构成的变流电路为电力电子技术的重难点,而对电力电子技术具体应用几乎是“一笔带过”或者是“一语带过”,学生在学完一学期课程后,只会计算变流器的输出电压电流,画出相应的电压电流波形,但是无法给出既定电源要求下的二极管、电容、电感、开关管的选择标准,更别提去设计出一款基本的电源,“应试能力”有而“应用能力”无。这是因为晶闸管正在逐渐被全控型器件取代,并且对晶闸管构成的变流电路的分析方法与模拟电子技术课程对电路分析类似,因此在新技术的不断研发的背景下,应该调整教学内容的重难点。首先晶闸管为主导的重难点内容应该被视作基础理论内容,适当压缩删减学时,例如在讲述单相可控整流电路时,可以只对单相半波和单相桥的工作原理和过程进行详细分析,把单相全波和单相半桥的分析过程给予一定的提示,留给学生自习学习,节省了时间同时增强学生的自学能力。其次把电力电子技术的应用和电力电子器件应用的共性问题更替为重难点,把电力电子技术课程真正变为一门实用的课程。
2 教学方法和教学手段改革
2.1 引入仿真软件对变流电路进行仿真,增加学生的感性认识
由于电力电子技术课程的特点是电路多,波形多,公式多,信息量很大,在教学中的对各典型电路的电压、电流波形分析,传统的黑板教学方式既费时又不方便,已经逐渐被多媒体教学取代。为了解决有关波形演示问题,教师们制作了适合的多媒体课件,方便了课堂教学,提高了课堂效果。但根据实际教学经验总结得出,学生对于三相整流电路以及多重逆变电路和多电平逆变电路等复杂电路的理解接受仍然有一定的障碍,如何增加学生对“枯燥”的电路图、波形图的感性认知能力,就需要在讲授完这些复杂电路的工作过程后,利用multisim、EWB等软件对变流电路进行仿真,向学生演示电路工作过程,选择不同电感值,不同控制角下建立的断续、连续波形,使学生更容易理解接受“控制角”、“临界值”以及“相位控制”等抽象概念,以及不同负载下的不同输出。
2.2 “应用性”教学
《电力电子技术》是一门实用课程,应用性强,讲授这门课程的难点就是把“理论”讲的“实用”,使学生明白在课堂上的这些“难以下咽”的理论知识在工程实践中是有非常实用价值的。这就需要教师在讲授这门课程的时候多结合生活的例子,穿插科研成果或者新兴技术,激发学生的兴趣。例如,介绍完电力二极管的基本特性和主要参数后,要给出电力二极管在整流电路、续流电路、钳位电路中的应用;在讲授整流电路时,要让学生直观了解整流电路如何应用在高压直流输电中;UPS电源和交流电动机调速用的变频器的例子可以配合无源逆变电路内容的讲解;在讲解斩波电路一章,可以给出具体利用到升压、降压、反激变换器拓扑的电源电路,其中2011年电子设计大赛A题中的“并联电源”就是一个典型的BUCK拓扑和PWM技术结合的实例。把这些应用列入到教学中,能让学生把书本的内容用“活”,培养学生分析、解决实际问题的能力。
3 考核手段改革
传统的笔试考试手段只能培养学生“画波形”、“算电压电流”,无法实现培养应用型高素质电力人才的目标,这就需要不仅考核书本内容,更需要考核课程的应用。为此,期末考核除了传统的笔试外,增加了撰写小论文和课程设计任务。
3.1 撰写小论文
在课程教学的前期,向学生介绍科技论文的格式及写作方法,布置学生撰写有关电力电子技术方面的报告,要求学生按照科技论文的规范进行撰写。给学生介绍一些相关的优秀网络资源,如知名搜索引擎,CNKI,电源网工程师论坛、电子工程师网站以及电力电子论坛等,指导学生通过这些网络资源去查阅相关的中英文资料,使学生更主动地去了解电力电子发展的动态前沿,了解电力电子技术的应用领域,从而充分认识到学习本课程的重要性,提高了学生自主学习的积极性和能力。
3.2 课程设计任务
在课程教学的后期,布置该课程的设计任务,三个人一组共同完成。给出具体的题目、技术指标和设计要求等内容,要求学生运用所学的电力电子技术、数模电子技术等专业基础知识,设计出具体电路图;教师对学生设计的原理图进行审查,通过审查后学生方能开始制作电路板、焊接、调试,并完成课程报告。
4 结语
总之,《电力电子技术》课程改革的核心在于使课程“实用”。在课程中运动灵活多样的教学方法和教学手段,在教学中多加入实际应用案例,把电力电子技术的应用列为重难点,改变单一的笔试考核方式,有助于学生能够学有所获,学能致用。同时,在电力电子技术前沿知识不断更新的今天,作为从事电力电子技术教学的一线教师,也需要不断的充电学习,积极参与各类科研课题学术交流及实践工作,紧跟前沿知识的发展,才能确保传授学生与生产时代同步的知识。
参考文献
[1] 唐杰,林立,李娜．“电力电子技术”课程教学内容改革研究[J]．中国电力教育,2011(24).
[2] 孙静,王昕．“电力电子技术”课程教学实践改革的探索[J]．中国电力教育,2009(10).
[3] 郭世明,黄念慈．电力电子技术[M]．成都:西南交通大学出版社,2002.
[4] 王兆安．电力电子技术(第五版)[M]．北京:机械工业出版社,2009.