沈 霞

(西南石油大學(xué)電氣信息學(xué)院，四川 成都 610500)

0 引言

電力電子技術(shù)課程是電氣工程專業(yè)的核心課程，是一門綜合的交叉學(xué)科。在智能電網(wǎng)、新能源變換、電力傳動(dòng)以及航空航天、消費(fèi)類電子電源等生產(chǎn)、生活領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用[1]。課程不僅理論性強(qiáng)，對(duì)實(shí)踐的要求也很高。但目前電力電子課程存在前后知識(shí)點(diǎn)聯(lián)系不夠，實(shí)驗(yàn)中存在實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)有限，學(xué)生安全意識(shí)不足等問題，同時(shí)由于和工程實(shí)際結(jié)合不夠緊密，導(dǎo)致分析問題能力培養(yǎng)困難，工程意識(shí)不足。

根據(jù)專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)，分別從理論教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)對(duì)課程不同方面進(jìn)行探索，以學(xué)生的能力提升為目標(biāo)，進(jìn)行了一些教學(xué)改革。

1 課堂教學(xué)改革

根據(jù)新工科建設(shè)要求，以學(xué)生能力提升為建設(shè)目標(biāo)[2-3]，從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法方面進(jìn)行了改革。

電力電子技術(shù)課程從內(nèi)容上大體分為電力電子器件制造和變流技術(shù)兩部分，其中變流的實(shí)現(xiàn)既需要進(jìn)行能量變換的主電路，也需要對(duì)開關(guān)通斷進(jìn)行控制的控制電路。在課程結(jié)構(gòu)上，首先是電力電子器件的學(xué)習(xí)，然后分為四章分別學(xué)習(xí)4種主電路，包括整流電路、逆變電路、直直變換電路和交交變流電路，最后是專門的脈寬調(diào)制控制技術(shù)的學(xué)習(xí)及其他相關(guān)內(nèi)容的學(xué)習(xí)。由于主電路和控制電路分在不同的章節(jié)中進(jìn)行，如果在學(xué)習(xí)時(shí)不加以引導(dǎo)，學(xué)生容易將主電路和控制電路割裂開來(lái)，因此，在授課中，注意將知識(shí)進(jìn)行遷移，在進(jìn)行閘管整流電路學(xué)習(xí)中，強(qiáng)調(diào)相位控制，在逆變等由IGBT構(gòu)成的線路中，強(qiáng)調(diào)脈寬調(diào)制控制，注意構(gòu)建電力電子系統(tǒng)概念。

其次是教學(xué)內(nèi)容和工程實(shí)際結(jié)合。以控制的實(shí)現(xiàn)為例，教學(xué)中只在整流電路這一章對(duì)相位控制的具體電路進(jìn)行過(guò)分析，分析了分立元件和集成芯片如何構(gòu)成控制電路，但由于學(xué)時(shí)有限，這部分內(nèi)容涉及較少，其他章節(jié)基本不涉及具體的控制電路的實(shí)現(xiàn)，使學(xué)生即使理解一些控制方法，但對(duì)于實(shí)際工程中該如何實(shí)現(xiàn)，仍然不太清楚，因此在課程中通過(guò)課后大作業(yè)的形式，設(shè)計(jì)一個(gè)具體電路的實(shí)現(xiàn)，涉及主電路選型，控制電路的實(shí)現(xiàn)，學(xué)生通過(guò)查找相關(guān)芯片資料，理解各引腳的作用。通過(guò)設(shè)計(jì)控制芯片外圍各典型參數(shù)，使學(xué)生理解如何通過(guò)具體電路實(shí)現(xiàn)對(duì)主電路控制。

2 實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革

電子技術(shù)屬于強(qiáng)弱電相結(jié)合的技術(shù)，實(shí)驗(yàn)電壓高、電流大，對(duì)實(shí)驗(yàn)的安全尤為重要，為此實(shí)驗(yàn)設(shè)備考慮了各種過(guò)流、過(guò)壓保護(hù)，實(shí)驗(yàn)室地面鋪設(shè)了橡膠絕緣墊，同時(shí)在實(shí)驗(yàn)開始前要求對(duì)實(shí)驗(yàn)安全進(jìn)行預(yù)習(xí)，其中就包含安全相關(guān)規(guī)則的學(xué)習(xí)。但同學(xué)們對(duì)安全的重視程度仍然不夠高。為了讓老師和同學(xué)實(shí)驗(yàn)安全更加重視，在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)之前，學(xué)生和老師都需通過(guò)統(tǒng)一的實(shí)驗(yàn)安全考試方可進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，有效地保證了實(shí)驗(yàn)的安全進(jìn)行。

本校電力電子技術(shù)課程包含6學(xué)時(shí)的實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)。現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)不多，因此我們引入虛擬仿真軟件，對(duì)電路進(jìn)行仿真分析，通過(guò)仿真讓同學(xué)們理解電路的原理，正確分析電路工作過(guò)程，并得到正確波形，同學(xué)們?cè)谶M(jìn)實(shí)驗(yàn)室動(dòng)手之前先通過(guò)仿真，加深對(duì)實(shí)驗(yàn)原理的理解，觀測(cè)各重要變量的波形，再到實(shí)驗(yàn)室動(dòng)手，實(shí)驗(yàn)效果更好。

圖1是PSIM仿真軟件中搭建的三相半波可控整流電路。

圖1 單相半波可控整流電路仿真原理圖

三相交流電壓通過(guò)三相的晶閘管的通斷把三相交流電加在電阻負(fù)載上面，通過(guò)對(duì)晶閘管控制信號(hào)相位的控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)整流輸出電壓的調(diào)節(jié)。在進(jìn)行電路分析和設(shè)計(jì)時(shí)，還需要求解晶閘管承受的電壓大小，因此晶閘管上的電壓波形圖也是需要關(guān)心的內(nèi)容。雖然不同的觸發(fā)角得到不同的輸出電壓波形，但考慮到三相半波可控整流電壓觸發(fā)角為30°時(shí)是電路的臨界連續(xù)點(diǎn)，因此我們以此進(jìn)行分析。

圖2輸入是三相頻率50Hz，線電壓有效值為100V的交流電，電阻性負(fù)載時(shí)的波形圖。其中Va、Vb、Vc分別是三相電壓波形，V2是a相觸發(fā)波形，觸發(fā)角為30°Vd和VVt1分別是輸出電壓波形和晶閘管Vt1的電壓波形。

通過(guò)實(shí)驗(yàn)學(xué)生會(huì)發(fā)現(xiàn)觸發(fā)信號(hào)相對(duì)于a相的觸發(fā)角為60°，通過(guò)輸出電壓波形可以看出電路處于臨界連續(xù)狀態(tài)，而理論分析應(yīng)該是觸發(fā)信號(hào)在30°時(shí)，電路處于臨界連續(xù)狀態(tài)，似乎和理論分析不一致，這時(shí)會(huì)引導(dǎo)學(xué)生思考，三相交流電路和單相交流電路的觸發(fā)角的起始點(diǎn)分別是多少，從而回顧三相電路和單相電路的觸發(fā)起點(diǎn)分別為正弦波的30°位置和0°的位置，說(shuō)明雖然該圖中觸發(fā)信號(hào)相對(duì)a相雖然是60°，但計(jì)算觸發(fā)角時(shí)，該時(shí)刻是觸發(fā)角為30°的位置。通過(guò)理論分析，以及通過(guò)仿真原理圖和仿真波形的分析，鞏固所學(xué)知識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生分析問題的能力。

圖2 單相半波可控整流電路臨界連續(xù)仿真波形圖

3 結(jié)語(yǔ)

電力電子技術(shù)是和工程緊密結(jié)合的學(xué)科，分別從課堂教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)兩方面進(jìn)行了改革和探索，培養(yǎng)了學(xué)生的工程意識(shí)，提升了學(xué)生的工程能力。通過(guò)實(shí)驗(yàn)前先進(jìn)行虛擬仿真，培養(yǎng)學(xué)生分析問題和動(dòng)手解決問題的能力。