論文關(guān)鍵詞：電力電子技術(shù) 課堂教學(xué) 實(shí)用分析

論文摘要：電力電子技術(shù)是電力電子變換和控制技術(shù)的簡(jiǎn)稱(chēng)，是一門(mén)綜合性電子技術(shù)、控制技術(shù)和電力技術(shù)的新興交叉學(xué)科，是自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)的一門(mén)重要的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課。隨著信息科技的不斷進(jìn)步，電力電子技術(shù)教學(xué)內(nèi)容也不斷革新。

“電力電子技術(shù)”是自動(dòng)化及其相關(guān)專(zhuān)業(yè)的一門(mén)重要的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課，內(nèi)容繁雜抽象，實(shí)踐性很強(qiáng)，其教學(xué)內(nèi)容主要研究各類(lèi)電力電子裝置中的電磁過(guò)程，工作原理及控制技術(shù)，并通過(guò)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(yīng)用。伴隨著現(xiàn)代信息的快速發(fā)展，對(duì)于其相關(guān)產(chǎn)業(yè)的電力電子技術(shù)的要求越發(fā)嚴(yán)苛，需要其在滿(mǎn)足使用需求的同時(shí)，能夠更輕，更小，更高效。為此，電力電子技術(shù)也正經(jīng)歷著翻天覆地的變化，新型的電路拓?fù)浼靶录夹g(shù)的研發(fā)成為了如今電力電子的技術(shù)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(shù)教學(xué)改革

目前，世界各地在電力電子教學(xué)上花費(fèi)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(jié)歸納教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，發(fā)展新的更適宜學(xué)生學(xué)習(xí)的教學(xué)模式。甚至有不少學(xué)校開(kāi)展網(wǎng)絡(luò)電力電子課程，寓教于樂(lè)，讓教學(xué)變得更有趣味。

例如歐洲的大學(xué)，導(dǎo)師教學(xué)以學(xué)生為主題。讓學(xué)生按照個(gè)人興趣組成小組，自我設(shè)定課題，完成課程的研究。通過(guò)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)，更易激發(fā)學(xué)生對(duì)于學(xué)習(xí)的熱情。在課程研究過(guò)程中，自己發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，解決問(wèn)題。這不僅能提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)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(xué)模式不僅發(fā)展了學(xué)生，更為企業(yè)培養(yǎng)了真正的實(shí)用型人才。

網(wǎng)上的教學(xué)脫離了呆板的課堂黑板手寫(xiě)的模式，使學(xué)生對(duì)所學(xué)的知識(shí)有更直觀的認(rèn)識(shí)。教師與學(xué)生之間也能通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)達(dá)到一種更好的溝通。國(guó)內(nèi)的一些大學(xué)就在開(kāi)展此類(lèi)課程，收到了不錯(cuò)的反響。教師通過(guò)特定的軟件，以動(dòng)畫(huà)等形式展示電路在不同形態(tài)下的開(kāi)關(guān)狀態(tài)及與之對(duì)應(yīng)的電量、對(duì)應(yīng)的波形圖等。此舉大大提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性，同時(shí)也提高了電力電子教學(xué)的效率。

二、新電力電子教學(xué)舉措

近年來(lái)，電力電子技術(shù)在新能源、航天信息等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在電力系統(tǒng)，用戶(hù)使用的電能60%以上至少需經(jīng)過(guò)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(wú)功功率補(bǔ)償裝置;近年來(lái)出現(xiàn)的靜止無(wú)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(wú)功補(bǔ)償和諧波補(bǔ)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(shí)停電、瞬時(shí)電壓跌落、閃變等。

本文針對(duì)電力電子技術(shù)的不斷改革出新，探討新的電力電子教學(xué)內(nèi)容方案，以全控器件作為主要的學(xué)習(xí)對(duì)象，圍繞全控器件的應(yīng)用組織課程內(nèi)容。

1.控制電路的工作原理

一般來(lái)說(shuō)，正常運(yùn)行的電力電子設(shè)備由其主電路按一定方式控制主電路的開(kāi)關(guān)元件，組成一個(gè)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(shù)教學(xué)時(shí)，以這兩種方式為主要學(xué)習(xí)對(duì)象。學(xué)生主要學(xué)習(xí)的內(nèi)容有：典型控制技術(shù)、PWM控制芯片、頻域測(cè)試技術(shù)、電力電子閉環(huán)分析等。教師在授課時(shí)，可以將理論知識(shí)結(jié)合圖例，使教學(xué)內(nèi)容變得生動(dòng)。如在談及攝像機(jī)系統(tǒng)控制電路時(shí)可配以一些圖例加深印象。

2.全控器件為主導(dǎo)，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(kāi)關(guān)，利用不同的控制技術(shù)與開(kāi)關(guān)配合，達(dá)到向電機(jī)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(jī)的起停、轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)速。該類(lèi)器件通常具有良好的靜態(tài)特性，快速的動(dòng)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(lèi)：半控型和全控型器件。電力電子教學(xué)的內(nèi)容以全控型器件為主，按其結(jié)構(gòu)與工作機(jī)理分為雙極型、單極型和混合型。對(duì)于全控型器件的講述主要可按照以下分類(lèi)作具體描述。

GTO的特性：GTO 是可關(guān)斷晶閘管，為PNPN 四層結(jié)構(gòu)的器件，具有普通晶閘管的全部?jī)?yōu)點(diǎn)，同時(shí)又具有關(guān)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(lèi)似于開(kāi)關(guān)處于斷開(kāi)狀態(tài)，在飽和區(qū)，即非線(xiàn)性區(qū)電流增益和導(dǎo)通電壓都很小，類(lèi)似于開(kāi)關(guān)處于接通狀態(tài)。

MOSFET的特性：MOSFET的靜態(tài)特性、動(dòng)態(tài)特性與GTR相似，但它不存在存儲(chǔ)電荷問(wèn)題，而有極間電容放電問(wèn)題。

IGBT的特性：IGBT是一種復(fù)合型器件，它相當(dāng)于一個(gè)由MO SFET驅(qū)動(dòng)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(diǎn)。IGBT的伏安特性與GTR不同的是控制參數(shù)是門(mén)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(xué)模式，進(jìn)一步對(duì)其外形特征、適用領(lǐng)域、應(yīng)用背景等進(jìn)行描述。以各類(lèi)原件參數(shù)為例，要求學(xué)生通過(guò)其性能比對(duì)，重點(diǎn)掌握每個(gè)元件的主要特點(diǎn)、適用場(chǎng)合及其特性。

此外，對(duì)于電力電子器件的驅(qū)動(dòng)保護(hù)電路也是一個(gè)學(xué)習(xí)重點(diǎn)，驅(qū)動(dòng)電路是低電平的邏輯控制信號(hào)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(xué)生掌握一些典型驅(qū)動(dòng)電路及芯片。如GTR 的驅(qū)動(dòng)，正向基極驅(qū)動(dòng)電流在驅(qū)動(dòng)初期，不但要有陡峭的前沿并要有一定時(shí)間的過(guò)驅(qū)動(dòng)電流，以便強(qiáng)迫其開(kāi)通，開(kāi)通之后，在正常導(dǎo)通階段的基極驅(qū)動(dòng)電流則應(yīng)該使GTR 恰好維持在飽和狀態(tài)，以便縮短存儲(chǔ)時(shí)間t。這樣能加快開(kāi)通過(guò)程、降低開(kāi)通損耗。而MO SFET器件的輸入端為容性負(fù)載，也需要過(guò)沖的驅(qū)動(dòng)前沿。典型驅(qū)動(dòng)電路有貝克嵌位電路和推拉式電路以及門(mén)極驅(qū)動(dòng)電路。

(2)主電路。對(duì)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(shí)可遵循如下規(guī)律：先理想電路后實(shí)際電路、先仿真分析后理論分析、先模仿設(shè)計(jì)后創(chuàng)新設(shè)計(jì)、先典型后一般。主電路主要研究?jī)?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(shù)(應(yīng)用Pspice通用電路仿真軟件);功率磁性元件的設(shè)計(jì)與選擇;與主電路相配合的控制電路的框圖。

三、加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié),打造應(yīng)用型人才

在完成了課堂教學(xué)內(nèi)容后，可適當(dāng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，使教學(xué)內(nèi)容聯(lián)系實(shí)際運(yùn)用，加深學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)的理解應(yīng)用。根據(jù)教學(xué)內(nèi)容的調(diào)整，建議保留原有晶閘管整流、逆變的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生對(duì)本課程的應(yīng)用有一個(gè)初步認(rèn)識(shí)。在器件研究上則以全控器件研究為主，對(duì)直流斬波、交—交變換及PWM控制技術(shù)部分的內(nèi)容，開(kāi)設(shè)設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)安排可由易至難，鼓勵(lì)學(xué)生自主完成實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)，實(shí)驗(yàn)，數(shù)據(jù)記錄研究等步驟。此外，增加信號(hào)的調(diào)制，SPWM信號(hào)的產(chǎn)生與實(shí)現(xiàn)、電力電子電路閉環(huán)動(dòng)態(tài)特性觀察及超調(diào)量抑制、DC/AC SPWM單相全橋逆變電路設(shè)計(jì)等綜合性實(shí)驗(yàn)。

四、結(jié)束語(yǔ)

電力電子行業(yè)正迎來(lái)良好的發(fā)展機(jī)遇，而自主創(chuàng)新是電力電子行業(yè)發(fā)展的持久動(dòng)力。只有通過(guò)自主創(chuàng)新，用創(chuàng)新精神引領(lǐng)企業(yè)，掌握核心技術(shù)，才能提高企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力，進(jìn)一步發(fā)展和壯大企業(yè)，才能盡快縮短與發(fā)達(dá)國(guó)家的差距，促進(jìn)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(duì)電力電子技術(shù)教學(xué)提出新的教學(xué)方向。提倡展開(kāi)全控型器件的教學(xué)，重點(diǎn)圍繞全控型器件及由其構(gòu)成的主電路，通過(guò)分析一些典型的電力電子裝置，使學(xué)生掌握實(shí)用分析法，強(qiáng)調(diào)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力，鼓勵(lì)學(xué)生自主開(kāi)展課題研究或進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探索，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)熱情，培養(yǎng)學(xué)生全面發(fā)展。

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