基于“1411”知识模块的电力电子技术课程教学改革探索

罗媚媚 唐 杰 刘白杨 石书琪邵阳学院 湖南邵阳 422000



基于“1411”知识模块的电力电子技术课程教学改革探索

罗媚媚 唐 杰 刘白杨 石书琪
邵阳学院 湖南邵阳 422000

摘 要：为了在有限的课时内激发学生学习电力电子技术课程的兴趣，提出构建“1411”学习要求的教学思路，在课程系统化、仿真以及内容等方面做出一定改进，以达到有效提高该门课程教学质量的目的。

关键词：“1411”知识模块；系统化；仿真；内容

电力电子技术是电气工程及其自动化等专业的重要专业基础课，也是实用性、工程性和综合性很强的课程［1］。该课程是由基础课向专业课转向的纽带，对培养基础扎实、实践能力强、具有创新意识电气类应用型人才具有重要意义。因此，如何在有限学时内获得更好的教学效果，使学生较好地掌握课程内容，并最大限度地增强学生的学习兴趣，培养学生的工程实践能力和创新能力，是一个值得深入研究的课题。

1　“1411”知识模块

电力电子技术课程是应用电力电子器件构成的电力电子电路对电能进行变换和控制的技术，是强电和弱电之间的接口。该课程的知识体系主要包含器件、电路、控制三大部分（如图1所示）［3］。

图1　电力电子技术课程知识体系结构图

但现有的教材，其内容普遍针对的是纯理论知识，在电力电子技术应用方面涉及较少。因此，改革现有的电力电子技术课程教学内容，根据应用技术型人才培养目标，构建基于“器件—电路—系统—应用”的电力电子技术课程内容体系、突出工程设计与应用特色，对于电力电子技术课程的教学和增加学生的学习兴趣都是非常有益的。笔者在教学过程中，坚持通过构建“1411”知识模块的思路来进行教学，即抓住一条主线：器件—电路—系统（装置）、掌握4种基本变换电路、建立一个仿真模型、设计一个应用系统。

1.1抓住一条主线

在教学过程中，从一开始就帮助学生树立“1411”学习思路，抓住4种变换电路，即整流电路（AC/DC变换电路）、斩波电路（DC/DC变换电路）、交流电力控制电路与交变频电路（AC/AC变换电路）、逆变电路（DC/AC）变换电路，建立系统的概念，融合器件、电路原理和变换装置来教学，从整体上来串联电力电子技术课程的内容。同时，在讲解与某种变换电路相关器件后就进入电路原理分析，避免时间差带来的忘记和混淆。图2为教学过程中整体的教学思路。

图2　教学思路

1.24种变换电路

4种变换电路是电力电子技术中的主要内容，也是各个行业应用的理论基础。针对4种变换电路，要求学生能够把电路原理理解透彻，同时能够根据原理图画出波形图，能够分析变换电路的器件控制方式以及器件的选型，变换后得到的是什么电（电流的类型、幅值，电压的幅值、频率以及谐波情况），能够定量计算相关量（输出电压、电流，器件承受的最大电压、电流幅值等）。

1.3建立一个仿真模型［4］

由于课程本身的性质，电力电子技术课程具有电路图多、波形图多等特点，容易让学生感到混淆难学。由于该课程的实践教学均为课后验证性实验，所实验的项目也并不多，考虑到经济性因素，要想让学生每一个变换电路都一一得到验证，那么在实验室的建设和课时投入上都将耗费大量的人力和物力。为了让学生能够更直观地看到波形图的变化，在电力电子技术的课堂教学中引入Matlab仿真软件，在每一个变换电路之后，应用Matlab仿真软件建立仿真模型，实时地在课堂上向学生展示和验证变换电路的特性。如图3所示，为应用Matlab/Simulink搭建的单相桥式可控电路。图4、图5分别为移相角a=60°时，电路为电阻和阻感性负载时的波形图。

图3　单相桥式可控电路仿真模型（a=60°）

图4　纯电阻性负载波形 （a=60°）

图5　阻感性负载波形 （a=60°）

通过仿真软件可以很方便地看到输入电压、脉冲、输出电压、电流，以及在晶闸管上的电压和电流，使得理论教学显得更形象，加深学生对所学理论知识的理解。

1.4设计一个应用系统

所有的理论都必须服务于实践，因此最好的教学就是课程的实际应用。根据应用技术型人才培养目标，在教学过程中增加电力电子技术课程的应用部分，提高学习的目的性，从而提高学生的学习兴趣。根据所学变换电路类型阐述其在电力系统中的具体应用（见表1）以及应用的优点［3，5］。

表1　电力电子技术课程在电力系统中的应用

同时加强学生设计能力的培养，让学生在学习变换电路以后，能严谨地设计出一个相应的应用系统。主要从四方面入手：主电路的设计，保护电路的设计，驱动电路的设计，控制电路的设计。在主电路的设计过程中要求学生根据要求选择电路变换类型、计算电路模块参数以及元件选型；在控制电路的设计过程中能够根据所选器件合理选择控制方式（是相位控制还是脉宽控制，集成控制电路的工作原理，输入输出的相关参数）；在驱动电路的设计过程中能够根据要求选择驱动的类型（有直接驱动；磁耦合隔离的驱动；光耦合隔离的驱动；集成驱动）； 在保护电路设计过程中根据要求选择合理的缓冲电路类型和元件参数。图6为某一学生的升压斩波电路应用系统设计的实物图，图7为检测输出电压电流数值。

图6　从12V到24V升压斩波电路的设计实物图

图7　检测电压电流值

2　结束语

从“1411”知识模块出发，改进电力电子技术课程课堂教学思路和内容，使学生从整体上把握电力电子技术课程思路的意识更清晰了，Matlab仿真软件的引入和电力电子技术课程在电力系统中的应用相关内容极大地促进了学生的学习热情，应用系统的设计更是为学生对电力电子技术课程学习后的应用做练习。改革后的电力电子技术课程教学思路和内容得到了学生的认可和肯定，效果显著。

参考文献

［1］ 邢邵邦，罗印升，朱成喜.虚实结合的电力电子技术教学改革［J］.江苏技术学院学报，2012，18（2）:116-119.

［2］ 顾波.电力电子技术教学方法探索［J］.科教导刊，2015（2）:109-111.

［3］ 唐杰，林立，李海娜.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）:178-180.

［4］ 荣军，万军华，涂兵.MATLAB在三相桥式全控整流电路教学中的应用［J］.电子技术教育，2014，12（021）:74-75.

［5］ 张文亮，汤广福，查焜鹏.先进电力电子技术在智能电网中的应用［J］.中国电机工程学报，2010，30（4）:1-7.

“双创”能力培养专题

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

作者简介：罗媚媚，硕士，助教。唐杰，博士，教授。

基金项目：2015年湖南省普通高校信息化教学应用立项项目“《电力电子技术》教学质量信息化管理研究与实践”（编号：2015JG05）。