論文關鍵詞：電力電子技術 課堂教學 實用分析

論文摘要：電力電子技術是電力電子變換和控制技術的簡稱，是一門綜合性電子技術、控制技術和電力技術的新興交叉學科，是自動化專業(yè)的一門重要的專業(yè)基礎課。隨著信息科技的不斷進步，電力電子技術教學內(nèi)容也不斷革新。

“電力電子技術”是自動化及其相關專業(yè)的一門重要的專業(yè)基礎課，內(nèi)容繁雜抽象，實踐性很強，其教學內(nèi)容主要研究各類電力電子裝置中的電磁過程，工作原理及控制技術，并通過各種電路的波形分析和相位分析掌握這些裝置的原理及應用。伴隨著現(xiàn)代信息的快速發(fā)展，對于其相關產(chǎn)業(yè)的電力電子技術的要求越發(fā)嚴苛，需要其在滿足使用需求的同時，能夠更輕，更小，更高效。為此，電力電子技術也正經(jīng)歷著翻天覆地的變化，新型的電路拓撲及新技術的研發(fā)成為了如今電力電子的技術發(fā)展大方向。信息化腳步的加快也使電力電子人才培養(yǎng)刻不容緩。

一、電子電力技術教學改革

目前，世界各地在電力電子教學上花費大量的心思，推陳出新。隨著科技的日新月異，教師深入研究電力電子課程內(nèi)容，總結歸納教學經(jīng)驗，發(fā)展新的更適宜學生學習的教學模式。甚至有不少學校開展網(wǎng)絡電力電子課程，寓教于樂，讓教學變得更有趣味。

例如歐洲的大學，導師教學以學生為主題。讓學生按照個人興趣組成小組，自我設定課題，完成課程的研究。通過學生的自主學習，更易激發(fā)學生對于學習的熱情。在課程研究過程中，自己發(fā)現(xiàn)問題，解決問題。這不僅能提高學生自主學習能力，在與組員的溝通中，也是一種人際交往能力的提升。這一形式的教學模式不僅發(fā)展了學生，更為企業(yè)培養(yǎng)了真正的實用型人才。

網(wǎng)上的教學脫離了呆板的課堂黑板手寫的模式，使學生對所學的知識有更直觀的認識。教師與學生之間也能通過互聯(lián)網(wǎng)達到一種更好的溝通。國內(nèi)的一些大學就在開展此類課程，收到了不錯的反響。教師通過特定的軟件，以動畫等形式展示電路在不同形態(tài)下的開關狀態(tài)及與之對應的電量、對應的波形圖等。此舉大大提高了學生學習的主動性，同時也提高了電力電子教學的效率。

二、新電力電子教學舉措

近年來，電力電子技術在新能源、航天信息等領域得到廣泛應用。據(jù)統(tǒng)計，在電力系統(tǒng)，用戶使用的電能60%以上至少需經(jīng)過電力電子變流裝置處理。其中直流輸電系統(tǒng)送電端的整流閥和受電端的逆變閥均為晶閘管變流裝置;晶閘管控制電抗器、晶閘管投切電容器是重要的無功功率補償裝置;近年來出現(xiàn)的靜止無功發(fā)生器、有源電力濾波器等新型電力電子器件具有更為優(yōu)越的無功補償和諧波補償性能;在配電系統(tǒng)中，電力電子裝置可用于防止電網(wǎng)瞬時停電、瞬時電壓跌落、閃變等。

本文針對電力電子技術的不斷改革出新，探討新的電力電子教學內(nèi)容方案，以全控器件作為主要的學習對象，圍繞全控器件的應用組織課程內(nèi)容。

1.控制電路的工作原理

一般來說，正常運行的電力電子設備由其主電路按一定方式控制主電路的開關元件，組成一個閉環(huán)變換器的系統(tǒng)。其主要有電流控制和電壓控制兩種基本方式，在電力電子技術教學時，以這兩種方式為主要學習對象。學生主要學習的內(nèi)容有：典型控制技術、PWM控制芯片、頻域測試技術、電力電子閉環(huán)分析等。教師在授課時，可以將理論知識結合圖例，使教學內(nèi)容變得生動。如在談及攝像機系統(tǒng)控制電路時可配以一些圖例加深印象。

2.全控器件為主導，壓縮半控器件

(1)電力電子器件。電力電子器件主要用作功率開關，利用不同的控制技術與開關配合，達到向電機提供不同電壓、不同頻率、不同相序供電電壓的目的，以控制電機的起停、轉向和轉速。該類器件通常具有良好的靜態(tài)特性，快速的動態(tài)特性，安全的極限參數(shù)與工作區(qū)。

電力電子器件按其特性分兩類：半控型和全控型器件。電力電子教學的內(nèi)容以全控型器件為主，按其結構與工作機理分為雙極型、單極型和混合型。對于全控型器件的講述主要可按照以下分類作具體描述。

GTO的特性：GTO 是可關斷晶閘管，為PNPN 四層結構的器件，具有普通晶閘管的全部優(yōu)點，同時又具有關斷能力。GTR 靜態(tài)特性的阻斷區(qū)僅有極小的反向漏電流存在，而承受全部高電壓，類似于開關處于斷開狀態(tài)，在飽和區(qū)，即非線性區(qū)電流增益和導通電壓都很小，類似于開關處于接通狀態(tài)。

MOSFET的特性：MOSFET的靜態(tài)特性、動態(tài)特性與GTR相似，但它不存在存儲電荷問題，而有極間電容放電問題。

IGBT的特性：IGBT是一種復合型器件，它相當于一個由MO SFET驅動的厚基區(qū)GTR，具有輸入阻抗高、工作速度快、通態(tài)電壓低、耐壓高和承受大電流等優(yōu)點。IGBT的伏安特性與GTR不同的是控制參數(shù)是門源電壓，而不是基極電流。

除了以上全控型主要原件特性闡述外，可按由淺入深的教學模式，進一步對其外形特征、適用領域、應用背景等進行描述。以各類原件參數(shù)為例，要求學生通過其性能比對，重點掌握每個元件的主要特點、適用場合及其特性。

此外，對于電力電子器件的驅動保護電路也是一個學習重點，驅動電路是低電平的邏輯控制信號與高壓大電流的電力電子器件之間的放大緩沖單元，要求學生掌握一些典型驅動電路及芯片。如GTR 的驅動，正向基極驅動電流在驅動初期，不但要有陡峭的前沿并要有一定時間的過驅動電流，以便強迫其開通，開通之后，在正常導通階段的基極驅動電流則應該使GTR 恰好維持在飽和狀態(tài)，以便縮短存儲時間t。這樣能加快開通過程、降低開通損耗。而MO SFET器件的輸入端為容性負載，也需要過沖的驅動前沿。典型驅動電路有貝克嵌位電路和推拉式電路以及門極驅動電路。

(2)主電路。對于電力電子主電路的講述主要集中于其四種基本電力電子變換器的工作原理。在分析時可遵循如下規(guī)律：先理想電路后實際電路、先仿真分析后理論分析、先模仿設計后創(chuàng)新設計、先典型后一般。主電路主要研究內(nèi)容為：理想DC/DC、DC/AC、AC/DC和AC/AC變換器的工作原理和靜態(tài)特性以及器件的選擇原則;介紹小功率的典型電路，如PFC電路、整流電路、反激/正激變換器;主電路的仿真技術(應用Pspice通用電路仿真軟件);功率磁性元件的設計與選擇;與主電路相配合的控制電路的框圖。

三、加強實驗環(huán)節(jié),打造應用型人才

在完成了課堂教學內(nèi)容后，可適當進行實驗內(nèi)容，使教學內(nèi)容聯(lián)系實際運用，加深學生對所學知識的理解應用。根據(jù)教學內(nèi)容的調整，建議保留原有晶閘管整流、逆變的驗證性實驗，使學生對本課程的應用有一個初步認識。在器件研究上則以全控器件研究為主，對直流斬波、交—交變換及PWM控制技術部分的內(nèi)容，開設設計型實驗。實驗安排可由易至難，鼓勵學生自主完成實驗的設計，實驗，數(shù)據(jù)記錄研究等步驟。此外，增加信號的調制，SPWM信號的產(chǎn)生與實現(xiàn)、電力電子電路閉環(huán)動態(tài)特性觀察及超調量抑制、DC/AC SPWM單相全橋逆變電路設計等綜合性實驗。

四、結束語

電力電子行業(yè)正迎來良好的發(fā)展機遇，而自主創(chuàng)新是電力電子行業(yè)發(fā)展的持久動力。只有通過自主創(chuàng)新，用創(chuàng)新精神引領企業(yè)，掌握核心技術，才能提高企業(yè)的競爭力，進一步發(fā)展和壯大企業(yè)，才能盡快縮短與發(fā)達國家的差距，促進電力電子行業(yè)的高速發(fā)展。

在電力電子發(fā)展創(chuàng)新的大環(huán)境下，本文針對電力電子技術教學提出新的教學方向。提倡展開全控型器件的教學，重點圍繞全控型器件及由其構成的主電路，通過分析一些典型的電力電子裝置，使學生掌握實用分析法，強調學生自主學習能力，鼓勵學生自主開展課題研究或進行實驗探索，激發(fā)學生學習熱情，培養(yǎng)學生全面發(fā)展。

參考文獻：

[1]楊志民.適用于集成電路的大時間常數(shù)積分器的研究[J].西北師范大學學報(自然科學版),2000,(1).

[2]關曉菡,張衛(wèi)平,張東彥.國內(nèi)外高校電力電子技術教育現(xiàn)狀綜述[J].電氣電子教學學報,2006,28(2):438.

[3]鄭宏婕.電力電子技術[M].北京:科學普及出版社,2004.

[4]張立,等.現(xiàn)代電力電子器件[M].北京:科學出版社,2002.

[5]陳曉云,徐國凱.“電力電子技術”課程教學改革實踐[J].大連民族學院學報,2005,7(5):85-87.