基于能力提升的电力电子技术课程改革和实践

沈 霞

(西南石油大学电气信息学院，四川 成都 610500)

0 引言

电力电子技术课程是电气工程专业的核心课程，是一门综合的交叉学科。在智能电网、新能源变换、电力传动以及航空航天、消费类电子电源等生产、生活领域都有着广泛的应用[1]。课程不仅理论性强，对实践的要求也很高。但目前电力电子课程存在前后知识点联系不够，实验中存在实验学时有限，学生安全意识不足等问题，同时由于和工程实际结合不够紧密，导致分析问题能力培养困难，工程意识不足。

根据专业培养目标，分别从理论教学和实验教学对课程不同方面进行探索，以学生的能力提升为目标，进行了一些教学改革。

1 课堂教学改革

根据新工科建设要求，以学生能力提升为建设目标[2-3]，从教学内容、教学方法方面进行了改革。

电力电子技术课程从内容上大体分为电力电子器件制造和变流技术两部分，其中变流的实现既需要进行能量变换的主电路，也需要对开关通断进行控制的控制电路。在课程结构上，首先是电力电子器件的学习，然后分为四章分别学习4种主电路，包括整流电路、逆变电路、直直变换电路和交交变流电路，最后是专门的脉宽调制控制技术的学习及其他相关内容的学习。由于主电路和控制电路分在不同的章节中进行，如果在学习时不加以引导，学生容易将主电路和控制电路割裂开来，因此，在授课中，注意将知识进行迁移，在进行闸管整流电路学习中，强调相位控制，在逆变等由IGBT构成的线路中，强调脉宽调制控制，注意构建电力电子系统概念。

其次是教学内容和工程实际结合。以控制的实现为例，教学中只在整流电路这一章对相位控制的具体电路进行过分析，分析了分立元件和集成芯片如何构成控制电路，但由于学时有限，这部分内容涉及较少，其他章节基本不涉及具体的控制电路的实现，使学生即使理解一些控制方法，但对于实际工程中该如何实现，仍然不太清楚，因此在课程中通过课后大作业的形式，设计一个具体电路的实现，涉及主电路选型，控制电路的实现，学生通过查找相关芯片资料，理解各引脚的作用。通过设计控制芯片外围各典型参数，使学生理解如何通过具体电路实现对主电路控制。

2 实验教学改革

电子技术属于强弱电相结合的技术，实验电压高、电流大，对实验的安全尤为重要，为此实验设备考虑了各种过流、过压保护，实验室地面铺设了橡胶绝缘垫，同时在实验开始前要求对实验安全进行预习，其中就包含安全相关规则的学习。但同学们对安全的重视程度仍然不够高。为了让老师和同学实验安全更加重视，在进行实验之前，学生和老师都需通过统一的实验安全考试方可进入实验室进行实验，有效地保证了实验的安全进行。

本校电力电子技术课程包含6学时的实验学时。现有实验学时不多，因此我们引入虚拟仿真软件，对电路进行仿真分析，通过仿真让同学们理解电路的原理，正确分析电路工作过程，并得到正确波形，同学们在进实验室动手之前先通过仿真，加深对实验原理的理解，观测各重要变量的波形，再到实验室动手，实验效果更好。

图1是PSIM仿真软件中搭建的三相半波可控整流电路。

图1 单相半波可控整流电路仿真原理图

三相交流电压通过三相的晶闸管的通断把三相交流电加在电阻负载上面，通过对晶闸管控制信号相位的控制，实现对整流输出电压的调节。在进行电路分析和设计时，还需要求解晶闸管承受的电压大小，因此晶闸管上的电压波形图也是需要关心的内容。虽然不同的触发角得到不同的输出电压波形，但考虑到三相半波可控整流电压触发角为30°时是电路的临界连续点，因此我们以此进行分析。

图2输入是三相频率50Hz，线电压有效值为100V的交流电，电阻性负载时的波形图。其中Va、Vb、Vc分别是三相电压波形，V2是a相触发波形，触发角为30°Vd和VVt1分别是输出电压波形和晶闸管Vt1的电压波形。

通过实验学生会发现触发信号相对于a相的触发角为60°，通过输出电压波形可以看出电路处于临界连续状态，而理论分析应该是触发信号在30°时，电路处于临界连续状态，似乎和理论分析不一致，这时会引导学生思考，三相交流电路和单相交流电路的触发角的起始点分别是多少，从而回顾三相电路和单相电路的触发起点分别为正弦波的30°位置和0°的位置，说明虽然该图中触发信号相对a相虽然是60°，但计算触发角时，该时刻是触发角为30°的位置。通过理论分析，以及通过仿真原理图和仿真波形的分析，巩固所学知识，培养学生分析问题的能力。

图2 单相半波可控整流电路临界连续仿真波形图

3 结语

电力电子技术是和工程紧密结合的学科，分别从课堂教学和实验教学两方面进行了改革和探索，培养了学生的工程意识，提升了学生的工程能力。通过实验前先进行虚拟仿真，培养学生分析问题和动手解决问题的能力。