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關鍵詞:電力電子技術;控制電路;控制理論
1引言
電力電子技術是一門由電子技術、電力技術以及控制技術交叉而來的新興學科,是自動化專業、電氣工程等專業的專業基礎課程,在整個專業體系中具有重要的作用。電力電子技術具體地說就是指利用電力電子元器件來構造不同的轉換電路從而實現對電能的一系列變換,是一種利用弱電來控制強電的技術。同時電力電子技術的應用范圍十分廣泛,從工業、交通運輸、通信到新能源系統等各方面都有應用,甚至已經滲透到我們的生活中,比如現在家用電器中很流行的“變頻”技術就是電力電子技術的一個小應用。
2教學體系結構及要求
電力電子技術的教學內容主要分成三部分:元器件、控制電路和控制技術。我們學校給這門課一共安排了80學時,如果這三個部分都要詳細介紹的話,時間上是不夠的,所以主要介紹前面兩塊內容。電力電子元器件是本門課程的基礎,包括半控元件、全控元件和不可控元件。控制電路主要包括四大基本電路:整流電路、逆變電路、直流到直流變流電路以及交流到交流的變流電路??刂萍夹g部分主要介紹SPWM脈寬調制技術和軟開關技術。元器件部分要求學生首先要能分清楚各種元器件所屬的類別,其次要求能理解各自的工作原理,最后要求能夠按照電路要求自主選擇元件;控制電路部分要求學生能夠理解電路的工作過程,能夠分析并畫出電路的輸出波形圖,能計算電路的一些參數來選擇元器件;最后控制技術部分要求能夠掌握SPWM的原理即可。
3理論教學
(1)興趣的培養 電力電子技術是自動化、電氣工程專業很重要的專業基礎課程,但也的確是一門比較枯燥的學科,要引起學生的重視、激發他們的興趣是比較困難的。所以如何吸引學生的注意力,讓他們從心理上重視這門課就尤為重要。筆者認為上好第一堂課對該課程后續的展開有很重要的作用。在第一堂課上要多多的展示一些電力電子應用方面的圖片和視頻,讓學生親身體會到電力電子技術就在我們身邊,來培養他們的學習興趣[1];同時可以給他們展示一下對口的公司在招聘信息上對該課程的要求來引起他們的重視。然后后期可以通過實驗教學來慢慢引導他們對本門課程的學習。(2)教學思路的把握 教學的順序是先介紹元器件,然后介紹各種轉換電路,最后介紹控制技術。在介紹元器件時,要講清楚半控、全控和不可控指的是對電路“開”與“關”的控制。在控制電路中元器件是作為開關使用的,輸出波形的轉換也是因為電路“開關”的切換實現的[2];在介紹各種轉換電路時,首先要介紹各種電路實現的功能,然后可以讓學生試著自己分析下如何用電路實現這些變化,最后提出典型的變換電路進行講解。在課堂內容上應以元器件的工作原理為基礎,以整流電路和有源逆變電路的原理、搭載各種不同負載時的波形分析為重點,特別是在介紹感性負載和純電阻負載時波形的變化是很重要的。無源逆變和直流到直流變流電路可以簡單介紹一下。由于目前變頻技術在家電行業應用廣泛,所以交流到交流變流中的變頻技術也可以進行詳細介紹。(3)教學方法的改變 近年來,多媒體教學以絕對的優勢替代了傳統板書成為教學的主要手段。電力電子技術這門學科在教學時涉及很多復雜電路、波形的繪制,采用多媒體教學能提前將這些波形準備好,節約了大量教師課上板書的時間,同時多媒體教學還可以采用FLASH動畫來吸引眼球,能更直觀的仿真出電路通斷的過程,更好的幫助學生理解和記憶。所以多媒體教學這一手段對于電力電子技術這門課程是非常重要的。此外,我們還可以利用Matlab中的simulink自帶的工具包搭建各種電路來仿真,通過軟件仿真出對應的圖形。這樣通過計算機算出圖形,要比直接把圖形顯示給學生看更讓他們記憶深刻,也更讓他們信服。
4實驗教學
實驗教學在任何一門課程中都應該占有很重要的地位,通過實驗可以加深對已學知識的理解,驗證理論的正確性同時也能幫助他們記憶。而電力電子技術本身就是一門實踐性很強的課程,新型的電力電子器件、新技術、新的使用方法,都需要通過實驗來驗證其可用性。電力電子技術這門課配備的實驗還是比較多的,比如四種控制電路以及控制技術都有對應的實驗,那么在實驗教學中可以從中選擇一些有較高實驗價值的項目進行。例如整流電路是教學時的重點內容,那么這一方面的實驗就可以做一些??梢宰寣W生搭建橋式整流電路,然后搭配純電阻負載、感性負載和反電動勢負載,通過觀察波形變化來加強對學習知識的理解和掌握;在講直流斬波電路時,可以讓學生在六種典型斬波電路中選擇一到兩個電路進行測試,深入理解理論課上學習的原理。在實際的教學過程中,由于學校設備有限不能做到每人一臺設備,一般都是幾人一臺,這樣就會出現有些同學整個過程游離在狀態之外的情況。所以在實驗過程中,可以將一組學生進行任務的分工,分成設計電路的、搭建電路的和驗證實驗結果的,這樣每個人都分配有任務,就不會出現上述的情況了。
5小結
本文從課程體系、教學要求和實際教學三個方面分別闡述筆者從事該課程教學的體會。對一門課程的處理方式,不同的教師有不同的方式,但都希望能以較為恰當的教學方式把最需要最重要的知識傳授給學生。
參考文獻:
[1]劉廣忱.電力電子技術教學探討[J].內蒙古科技與經濟,2003(12).
[2]張波,丁金林.電力電子技術的教學體會與思考[J].科技信息,2008(19).
關鍵詞:multisim;仿真;電力電子電路
中圖分類號:TP311 文獻標識碼:A 文章編號:1009-3044(2016)13-0153-02
Abstract:This article introduces a power electronics teaching methods based on multisim. And we select two typical power electronic circuits to simulate . Through the experiments the establishment of the circuit,the choice of electronic components, circuit parameter settings and waveform analysis are described in detail.
Key words: multisim;simulation;power electronic circuits
1 概述
電力電子技術是強電專業的一門核心基礎課程,其實踐性很強,對學生的動手能力要求較高。筆者在該課程的教學過程中發現主要存在以下幾個問題:
1)學生很難理解電力電子器件的工作原理,比如晶閘管的導通和關斷條件。
2)在授課過程中電力電子波形的繪制需要花費較長的時間,尤其是三相電路的相關波形。
3)在實訓過程中耗材的損耗很大,比如晶閘管、晶體管等。
4)電力電子系統多為高電壓、大電流的大功率系統,實訓過程中對于學生的人身安全和設備安全不能得到絕對保證。
如果在教學過程中引入計算機仿真技術就可以很好的解決這些問題,同時仿真教學可以使得教學過程更為生動、直觀,有利于激發學生的學習興趣,提高教學質量。
2 multisim仿真軟件介紹
20世紀80年代加拿大的IIT公司推出了一款頗具特色的電子仿真軟件EWB5.0,其界面形象直觀、操作方便、分析功能強大、易學易用。Multisim軟件是它的升級版,本文中所使用的是最新的multisim10版本,其主要特點有:
1)具有完全交互式的仿真器,允許使用者對電路進行實時的改變,并能實時的看見電路仿真結果。
2)具有二十多種不同的虛擬儀器,包括示波器、萬用表、頻譜分析器等。
3)功能強大的教學選項,老師可以自行制定Multisim 10的使用界面和可能選用的儀器和分析,從而控制學生在電路中所見的畫面,以及能夠存取的功能。
4)16000個零件數據庫,16000個零件資料庫。
圖1為multisim10的主界面。
3 仿真實例
1)單相半波可控整流電路(阻性負載)
啟動multisim10軟件,從其元件庫中選擇所需的電路元件,連接成電路。如圖2所示。其中雙蹤示波器用來顯示觸脈沖和負載上的電壓波形,A相位為負載波形,B相位為觸發波形。
啟動電路開始仿真,波形如圖3所示,顯然負載上的波形為缺口的正弦半波波形。
2)三相半波可控整流電路(阻感性負載)
如圖4所示為三相半波整流電路,負載為阻感性負載。圖5為阻感性負載上的電壓波形。
4 結束語
利用multisim實現仿真實驗教學,同傳統的電力電子實驗相比,可以邊實驗邊修改,由于使用的元器件和儀表都是虛擬的,所以不存在安全問題,另外實驗成本低,實驗效率高,實驗結果直觀形象。學生在仿真實驗過程中,有自己獨立思考的時間和空間,有利于培養學生的創新思維能力。但是仿真實驗并不能完全取代傳統的實驗手段,因為學生在仿真實驗中看到的都是理想波形,而實際上會存在很多的干擾信號,學生只有在真實的硬件試驗中才會掌握。只有將仿真實驗與硬件實驗相結合,才能幫助學生更快更好地掌握知識,進一步提高學生的綜合實驗和創新的能力。
參考文獻:
[1] 王兆安,黃俊. 電力電子技術[M].4版.北京:機械工業出版社,2000.
《電力變流技術》課程包含電力器件的知識、各種整流電路和逆變電路的工作原理與工作過程、驅動和保護電路的原理與實現等內容。在該課程的學習中,采用模塊式的教學模式,將教學內容分為以下五個部分進行:
1)單相整流電路模塊;2)三相整流電路模塊;3)單相逆變電路模塊;4)三相整理與電路模塊;5)驅動與保護電路模塊。在教學過程中,通過理論講授和實際驗證的模式進行。同時在完成教學內容后,通過1周的集中實訓,加深學生的學習體驗。《微機原理與接口技術》主要為學生提供所需的控制技術相關知識。在該課程中,需要學生掌握CPU的接口技術以及相應的軟件程序設計方法,為提高學生的學習積極性,增強學習效果,必須增強程的趣味性。鑒于此,采用一個基于單片機的智能小車進行教學,同時開發了一整套的課程學習資料,豐富了教學內容。依托以上三門課程的學習,學生具備了電子技術、變流技術和控制技術的相關知識,為后續的專業學習打下了基礎。
2.專業核心課程
專業核心課程是體現學生應用能力的知識來源,是學生就業的技能基礎。在該專業的開設時,設定的專業培養目標是:培養具備電力電子產品設計、生產、調試和服務的技能型人才,服務于各類變頻器、驅動器、開關電源、特種電源、光伏逆變器的生產和設計企業,從事相關產品的輔助設計、調試以及售后和售前的專業服務。鑒于以上目標,開設的專業核心課程為《變頻器技術》、《電源技術》和《風光互補發電技術》這三門核心課程。課程的基本安排如表2所示?!蹲冾l器技術》是一門典型的電力電子技術綜合應用的課程,包含電子技術、變流技術和控制技術等內容。同時變頻器是工業電力電子產品,在工業應用上具備廣泛的應用,是進行電力電子專業教學的典型載體。在教學中,我們將其分為兩個階段,第一階段通過課堂和實驗進行教學,使學生掌握理論知識和基本技能;第二階段通過兩周的專用周完成一個單相變頻器的安裝和調試,使學生掌握實踐技能?!峨娫醇夹g》課程的開設與其類似。當今,電力電子技術是新能源的重要技術支撐,為此開始了《風光互補發電技術》課程。通過該課程的學習,學生可以掌握新能源領域中電力電子技術的應用現狀,增強學生的知識面,拓展學生的就業領域。
3.總結
1.典型性
典型性是指所選擇的工程平臺,應該具有廣泛的應用背景,是廣大學生容易接觸、感性認知到的東西。采用這種平臺,學生容易理解和接受,教學過程中教員不用過多地講授其相關背景知識和技術。典型性的另一方面是指該工程平臺采用的技術應具有一定的代表性,在所授課程的知識點中具有典型性。該平臺采用的技術,不僅可應用于該平臺上,應用于其他類似工程平臺同樣是可行的??紤]工程平臺的典型性,教學中不宜采用特殊案例,如不宜采用教師在某一個別方面的特定科研項目和特定的技術解決手段方式,這些項目所采用的技術或解決手段不是主流,學生對此往往也并不感興趣。
2.適應性
適應性是指所采用的工程平臺中涉及的知識點應該與所講授的本門課程很多知識內容相一致,這樣通過一個平臺,就可完成課堂多個知識點的傳授和實踐鞏固。適應性的另一方面是深度和工作量適度。學生在一個時間段內往往需要同時學習多門功課,這樣花費在一門課上的時間畢竟有限。知識點太深,學生會感到畏難,不能理解;而工作量太大,學生會產生厭倦情緒。在教學深度方面,教師在傳授時往往會盡量使學生明白、理解課堂上所講授的知識內容;但卻往往忽略學生為此需要花費的時間代價,沒有考慮學生在學習本門課程期間同時承擔的其他學習任務。在選擇案例、項目和工程實例時,過多、過細和過繁的工作都交給學生,這樣教學效果往往會適得其反。
3.先進性
先進性是指所選擇的工程平臺所涉及的技術,目前在工程實際中應該廣泛被采用,并在未來一段時間內不會被淘汰。以“電力電子技術”的教學為例,可控硅是傳統上廣泛采用的一種半控型功率器件,但隨著IGBT、MOSFET、GTO等全控性功率器件的出現,控制電路得到發展,可控硅應用越來越少,故在講授“電力電子技術”課程時,應以目前主流的IGBT全控性功率器件為主線,盡量選擇IGBT構成的工程平臺,逐步減少、淘汰可控硅器件的知識和實踐內容。由于技術日新月異的變化,對于計算機、信息技術等課程的講授同樣如此。
4.系統性
教師在開始講授某門課程時,從課堂講授到實踐環節應具有系統性,應對整個教學過程實踐環節采用的案例、項目和實例進行統一的策劃,對時間、內容、方式和進度預先進行統一的規劃、編排,避免臨時組織出現研究性教學環節與課堂教學結合不緊密,實踐環節出現零碎、孤立的現象,只有這樣才能使學生做到前后承接、融會貫通。一個好的綜合性工程平臺應該涉及所講授課程的大多數知識內容和知識點。通過在同一工程平臺挑選、提煉出不同案例、項目和實例,可使學生所學的知識得到有機統一,學生更容易理解和接受。
二、研究性實踐教學中工程平臺選擇舉例
“電力電子技術”是控制、機電和電氣等學科的一門專業基礎課,它集控制理論、電力學和電子學于一體,涉及的知識點多、范圍廣,與實際結合緊密。在講授該課程時,筆者選擇磁浮列車供電系統作為教學中的綜合性工程平臺。雖然是一種新型交通工具,但除了車輛需要懸浮外,與傳統城市軌道交通,如地鐵、輕軌技術是類似的。列車供電系統由地面和車輛兩部分組成。地面供電系統主要由主變電所、牽引變電所組成;其中主變電所將高壓電網AC110KV、50Hz三相交流電降壓成中壓AC35KV/20KV/10KV、50Hz三相交流電,牽引變電所再將中壓三相交流電降壓整流成DC1500V/750V直流電。最后,通過接觸軌、電刷和配電系統分配給車載用電設備,供車輛牽引、懸浮、導向、制動、控制、信號、照明、空調等設備使用。磁浮列車供電系統所采用的技術代表了現代電力電子技術的發展和典型工程實際應用。其車輛供電系統包括牽引逆變器、懸浮電源、控制電源、輔助逆變器,這些電氣設備涉及了電力電子技術的典型功率器件,以及AC/DC、AC/AC、DC/DC、DC/AC四大主變換電路和軟開關諧振電路在工程實際中的應用。隨著功率器件的發展,技術的不斷進步,設備日趨小型化、模塊化和智能化。磁浮列車供電系統是一個綜合性的工程平臺,筆者在案例和項目設計時,根據工程實際的發展,圍繞磁浮列車供電系統設計案例和項目。這些案例和項目因為在實際中有廣泛的應用,且都圍繞磁浮列車工程背景,學生容易理解和接受,學習積極性高。
三、結束語
關鍵詞 電力電子學 教學改革 教學手段
Abstract The teaching reform of power electronic technology is explored in the following aspects as classroom instruction, tutorship after school, experiment and practice, examination and effect after teaching practice in this paper.
Key words power electronic technology teaching reform teaching method
一、前言
《電力電子學》是電氣工程及自動化、工業自動化和其他相關專業的一門重要的專業基礎課,屬必修課。該課程的特點是基礎性強,體現了弱電對強電的控制;又具有很強的實踐性,和生產生活聯系緊密。
二、教學改革
隨著現代電力電子學的日新月異,《電力電子學》課程的內容也不斷更新、發展,越來越豐富。但由于專業課程的不斷增加,電力電子學課程的教學學時卻越來越少。這一矛盾對課程的教學質量和教師的教學水平提出了嚴峻的考驗。為解決這一問題,實現把大學生培養成為基礎厚、知識博、能力強、口徑寬和適應性強的高素質人才這一教學目標,我們《電力電子學》課程組在以下幾個方面進行了教學改革實踐。
1、課堂教學。課堂教學是整個教學活動的主體部分,也是我們教學改革的重點。為了高質量、高水平地完成教學任務,我們從教學內容、教學手段、課堂教學組織幾個方面入手,借鑒其它學科的先進經驗,大膽革新,形成了自己內容豐富形式靈活的教學特色。
在教學內容上,我們按照教學大綱的要求進行了梳理、精選和更新。根據各位授課老師多年的教學經驗,在教學目標分類法的指導下,我們將課程分為八個教學單元,每個單元確定一兩個重點內容授課時,以重點內容把所學單元中的基本概念、原理、方法和過程講清講透,強調基本概念和分析問題的思路,非重點內容則在此基礎上進一步擴展。這樣既避免了重復講述,又體現了知識的層次性和擴展性。精講必須多練。我們從能力培養著眼,對每一個重點單元精選例題和習題,注重講、練結合,保證練的比重,加強綜合訓練,培養學生自主學習、增強分析問題和解決問題的能力。在教學大綱以外,授課老師增加了電力電子電路的部分仿真技術內容。實踐證明,這部分內容的引入對促進學生主動學習,更好地理解基本原理、概念,提高設計應用能力起到事半功倍的作用。在實際授課時,我們還注重教學內容的不斷更新,及時將本學科領域的最新科技成果引入教學,保證了課程內容的基礎性和先進性。
在教學手段上,我們采用了電化教學和多媒體教學的方式,并配合教材開發了一套多媒體 CAI課件。動畫和多媒體方式的引入,使電力電子電路中比較抽象的電特性變得直觀,使得原本難以理解的問題,如電路在不同時刻的不同等效形式,輸入輸出波形的產生等,變得比較容易。學生容易建立起相關電路的清晰概念。此外,電化教學和多媒體教學可以在有限的時間內立體化、直觀化地展現大量的教學信息,避免授課老師將大量時間用到在黑板繪圖上,提高了課堂教學的效率和質量。同時,多媒體課件的開放式結構也方便把最新技術不斷加入到課程的教學中來,以滿足學生對新技術的追求。
在教學內容和手段上進行改革后,課堂教學信息量增大,要求學生更加認真積極地參與教學活動,否則可能出現“坐飛機”的情況。因此授課教師的課堂教學組織能力非常重要。為提高這一能力,我們授課組的教師一方面努力提高語言表達能力,采用生動幽默的語言激發學生興趣,另一方面精心組織教學,設計出提問,討論,課堂調查、小測驗,寫小論文等多種形式,及時掌握學生學習情況,調動每個學生都參與到教學中來,讓整個教學過程既充實又有趣。
2、實踐教學。實驗教學側重于對思維方式和動手能力的培養,是理論教學的主要補充,它在整個教學環節中具有重要地位。因此實驗教學改革是教學改革這一系統工程中的重要一環。我們把實踐教學分為基礎實驗、選做實驗、仿真實驗、課程設計等多個層次,結合課外科研訓練實踐、四川省和全國大學生電子設計競賽等高水平的實踐環節,從而將綜合設計能力、創新設計能力和工程實踐能力的培養貫穿于整個教學過程,形成多層次、立體化的實踐教學特色。
為了開好基礎實驗和選作實驗,電氣信息學院投入實驗建設經費,購買了十套浙江天煌公司的“電力電子與自動控制系統”實驗平臺,同時增加了一些新的器件樣品,使學生有更好的硬件條件開展實驗。另外我們還自己動手開發出一個模擬實驗的軟件平臺。學生可以自由地調用仿真環境中的各種電力電子器件搭建各種電路,模擬實際裝置的全程動作情況。通過該仿真軟件平臺,我們可以實現EDA教學。 對于實踐教學,我們始終堅持理論與實踐的統一,一方面在學時安排上,實驗課與理論課緊密銜接,實驗內容與教學內容互相滲透,另一方面采用臺階式教學,教學目的層次分明,即采用驗證型、設計型、綜合型三個層次的實驗教學,這樣不僅延伸了教學內容,而且培養了學生的創新能力和綜合應用能力。
在教學過程中,我們把課堂教學、實驗教學和EDA教學相互融合起來。課堂教學突出課程的基礎性,實驗教學強調課程的實踐性、應用性, EDA教學貫穿于課程的各個環節,體現課程的先進性。不同的教學環節各司其職,相輔相成,相互交融,有機結合,實現 “加強基礎,注重實踐,促進創新”的同一個目標。
為了進一步提高學生發現問題、分析問題和解決問題的綜合性實踐能力,作為立體化實踐教學的擴展,課程組把培養學生實踐創新能力固化在教學任務中,建立了《電力電子學》系列課程本科生導師體系,在學生中建立學研小組,由授課教師指導學研小組。注意引導和鼓勵學生積極參加各種科技競賽活動,積極組織學生參與校級、四川省和全國大學生電子設計大賽,取得了良好效果。
3、課外輔導。為進一步提高教學質量,我們開展了一系列有效的課外輔導活動。這些活動主要有:利用校園網進行網上討論、網上答疑、網上批改作業等;指導學生課外閱讀與電力電子學有關的學術期刊,鼓勵學生寫小論文;開展與課程知識內容相關的設計及創新活動;在適當的時候,組織學生到校外參觀實習等。通過這些活動引導學生進入一種有意識的主動學習狀態中,提高學習興趣,調動學習積極性,使學生的學習效率大大提高。
4、考核方式。為克服應試教育帶來的弊端,我們也改革了考試制度??碱}除了深度、廣度和難度符合教學大綱要求外,我們更著重對分析問題和解決問題的能力進行考核。近年來我們在《電力電子學》課程的筆試考試中,采用半開卷考試,即學生可以帶一張A4紙正反面筆錄,便于學生在復習中進行自我總結,考試時不用死記硬背公式。筆試考試的組織嚴密、規范,試卷規范,評分客觀、公正,并建立了對考試結果進行教學質量分析的制度。成績中,除了筆試成績外,將作業、實驗、小論文和答疑情況也記入總成績,使成績考核更全面、客觀。
三、教學改革成效
《電力電子學》課程教學改革得到了上至學院領導下至選課學生的大力支持。學院鼓勵和支持課程組的教師以各種形式參加科研開發項目或進行理論研究,以便及時了解和掌握與本課程相關的科技發展最新動態和成果,并且將其融匯到課堂教學中去,使我們的教學工作既源自大綱,又不局限于大綱。以高水準的科研能力保證了教學質量的提高。同學們也提出了很多非常中肯的建議。在大家共同努力下,《電力電子學》課程自開始進行教學改革以來,課程組教師先后主持和參與完成4項教學改革項目,發表了數十篇教學改革論文,取得了四川省和學校的教學成果獎勵。
課程組教師改革工作取得了較好的教學效果,得到了廣大學生和同行的好評。在每學期課程結束前,請聽課同學提的意見中,都能看到感謝的話語和鼓勵支持;督導教師的多次聽課也表示了對我們教學方法和效果的肯定;每學期的教學檢查和學生評教,我們的課程均得到高出平均值的得分。近三年學生對本課程評教的無記名投票結果為:優占71.5%,良占28.5%。學生的實踐能力和創新能力也得到了較大的提升,在第三、第四、第五、第六屆全國大學生電子競賽中連續獲得國家一、二等獎。學生在相關后續課程的學習、課程設計和畢業設計中也表現出較好的能力。隨著綜合素質的提高,畢業生的一次就業率也得到提高。一些進入研究生階段學習的學生也表示《電力電子學》課程給他們打下了較好的基礎,有助于他們進一步深造。校外專家也認為,盡管我校是四川省屬高校,但《電力電子學》課程在省內的學術地位和教學質量是靠前的。
四、課程后續建設
今后兩年課程建設著重于兩方面內容。一是總結多年來《電力電子學》課程教學改革和教學研究課題的經驗,不斷深化教學改革,進一步提高教師的英語水平,擴大雙語教學的學生比例。二是在學校適當增加電力電子與電力傳動實驗裝置的基礎上,全面實行開放性實驗,增加設計性和綜合性實驗的比例,進一步提高學生實驗技能和工程實踐能力。同時,建立以《電力電子學》課程為基礎的電工技術實習基地,開展學研小組的設計和創新活動。
我們今后會繼續努力,本著保持特色,擴大范圍,深化內涵,提高質量的原則,爭取把課程建設成省級精品課程,邁上更高層次,以適應21世紀高素質工程技術人才培養的需要。
參考文獻
1.王兆安,黃俊.電力電子學[M].第四版.機械工業出版社,2000
關鍵詞:電力電子技術;例證法;仿真
引言
電力電子技術簡言之就是應用于電力領域的電子技術,包括信息電子技術和電力電子技術兩個主要分支,涵蓋了電子學、電力學和控制技術三個學科。電力電子技術是電氣工程及其自動化專業的專業基礎課程,主要體系包括:電力電子器件、電力變換、控制技術三部分主要內容。電力電子器件從1957年美國通用公司發明第一個晶閘管開始,經過數十年的發展,從半控型到全控型,從小容量到大容量,從中低頻到高頻、超高頻的發展歷程。電力變換也稱之為“變流技術”,實現了交直流的電力變換,具體包括:AC-DC、DC-AC、DC-DC、AC-AC,從而使電力電子技術得到廣泛應用,是電力電子技術的核心部分??刂萍夹g主要指電力電子裝置采用的控制方式方法,最為常見的是相位控制、通斷控制及軟開關控制技術等。
1理論和實踐教學現狀
隨著高校教學改革的深入,電力電子技術學時逐漸減少,理論教學通常停留在課堂教師講解,學生被動接受的情況,很難喚起學生的學習熱情和學習興趣。實踐教學通常停留在驗證性實驗為主的層面,主要完成對所學知識的驗證,學生按部就班的按照指導書完成實驗操作,而忽略了實驗的原理、電路的工作原理,當實驗環境稍有改動,則無所適從,達不到解決實際問題和提高專業技術水平的教學目的。如整流電路公式、輸出波形的驗證等,內容和形式單一。實體實驗設備電壓等級高,電流較大,而且極易損壞,很難達到實踐教學的效果,因此迫切需要對理論和實踐教學進行改革。
2理論教學改革
課程的知識體系如圖1所示,采用預習仿真、例證等方法完成相應理論知識的講解。
2.1例證法的應用
電力電子技術知識繁復,學生應熟練掌握電路的工作原理、波形分析、數量關系等知識,只枯燥的講解理論,難以把學生的注意力凝聚起來,采用例證法是很有效的已知辦法。以單相整流的基礎電路半波整器為例,首先從簡單的手機充電器入手,手機充電器是從城市電網(墻壁電源)當中獲得交流電,通過整流器將交流電轉化成直流電給手機電池充電的設備,再研究電路不同負載時的工作原理、波形分析、數量關系等知識點,講解也就更顯通俗易懂,從而完成靶向性教學。隨著學習的深入就可以進一步研究如何縮短各種充電器的充電時間等。所謂的“充電5分,通話2小時”“快速充電”“護眼燈”“無線充電”等等也就不再神奇。從充電器到充電寶就引申出逆變和組合電路,為后續知識的講解做出了形象的鋪墊。
2.2仿真在理論教學中的應用
因為電力電子技術課程中有很多的波形分析內容,手工繪出的波形缺乏靈活性,所以在電力電子技術理論教學中,仿真的作用就尤為重要。利用仿真軟件分析對電氣工程及其自動化專業學生理解電路的工作原理及工作過程分析,定量計算等均有莫大的幫助?,F今主要應用于電子電路的仿真軟件有:通用軟件MAT-LAB、通用仿真軟件PSpice、通用仿真軟件Saber、專業仿真軟件PSIM等。如圖2、圖3所示單相半波整流電路的仿真。建議學生在課前完成電路的仿真,從而使學生掌握了電路的組成,了解電路的工作情況及相應的特性,從而為相應知識的學習打下堅實的感性基礎。
3實踐教學改革
電力電子技術的主要特征就是實踐性很強,體現了實踐教學體系與理論教學體系相互銜接和驗證。
3.1實驗項目的設置
實踐教學分階段、分層次設置,由簡入繁,如整流電流設置單相和三相電路實驗,其中單相為選做內容,三相整流電路(含觸發電路)為必做內容;單相交流調壓電路實驗是基礎為必做內容,而三相交流調壓為設計性實驗;斬波器只需完成簡單的升降壓斬波電路的實驗等。增大設計性實驗如燈光亮度調節裝置、軟啟動器、直流電機調速系統、開關電源、功率因數校正等裝置的設計與制作,提高了學生動手能力和專業素養。對于危險性比較大的實驗,設置高端演示實驗,如逆變實驗,利用中頻爐演示完成。
3.2模擬仿真實驗
在實踐教學中引入了MATLAB仿真軟件,充分利用軟件的功能,對電路的不同特性進行仿真。如PWM控制系統、交交變頻調速系統等復雜的系統實驗等。利用仿真軟件的強大功能實現系統的優化和極端控制,有效地掌握系統的動靜態特性,參數設計,達到控制要求,滿足系統的性能指標。
3.3項目驅動等
根據電力電子技術課程特點及教學目標的要求,充分利用教師的科研項目、大學生科技競賽、企業參觀實習、運動控制系統課程設計等環節,實現對電力電子技術實踐環節有益的補充。
4結語
電力電子技術課程通過在電氣工程及其自動化專業幾年的教學改革與實踐,明確了教師指導,學生的主體地位,讓學生自己結合實際應用,擴大視野,拓展思維,激發進一步探究的興趣,促使學生主動掌握理論知識,應用理論知識,有效地提高了分析問題、解決問題的能力,達到了教學的目的和效果。
參考文獻
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關鍵詞:應用人才;電力電子;教學內容;改革
《電力電子技術》課程內容中包括電路理論、電機學、電力控制技術、電力半導體技術、控制理論、模擬和數字電子技術等,知識面寬廣,信息量大,不容易理解。隨著科技的快速更新換代,教學內容日益豐富,對課堂教學內容要求的難度也越來越高。傳統簡單的照本宣讀理論教學,已然無法適應《電力電子技術》課程教學的要求,更無法滿足市場對應用型人才的需求。因此,如何對教學內容進行改革,提高教學效果,真正培養出有實際操作能力的應用電力電子技術人才,是當前高校教學改革發展的重點。
一、當前《電力電子技術》課程教學內容存在的問題
(一)課堂教學內容存在的問題。當前對于《電力電子技術》課程的教學,由于課程本身涉及范圍較廣,知識面較寬,而教材編纂內容還在不斷更新與探索,所以導致課堂理論教學基本是照本宣讀,缺乏生動易懂的典型案例。學生很難產生整體的概念以及邏輯理解思維,理解困難,紛雜的理論讓學生思而生畏,產生厭學情緒,教學效果難以達到要求。(二)實驗教學內容存在的問題。電力電子技術本來就是一門應用性很強的課程。高校教學的目的也是相應地培養應用型人才。因此,實踐教學應該被貫穿創新應用型人才培養的始終。當前高校對電力電子技術實驗教學平臺的建設,重視程度不足。實驗教學內容及設備陳舊,教學還是按照舊的功能模塊來進行操作,學生機械地模仿老師的操作,對實驗過程和現象沒有足夠的關注,對新技術的接觸了解經常一帶而過。培養出來的學生,根本不能很好地適應當下新的科學技術發展,造成高校實驗教學形同虛設。
二、對《電力電子技術》教學內容改革的建議
(一)優化課堂理論教學內容順序。電力電子技術課程教學的特點是,內容多且涉及面廣,而課時相對安排較少。教材又一直在根據實際科技的發展而不斷調整更新。在這樣的情況下,教師需要根據自己的教學經驗及教學目標,來對課程內容的教學順序進行優化調整。旨在幫助啟發學生建立清晰的概念和整體邏輯,讓學生的學習有條理,有方向,最終達到有方法的主動創新學習。例如,可以啟發學生利用圖表方法,將電力電子技術整體的內容大致分為幾個部分,并對每個部分進行主要核心內容的整理,此處需要注意的是,一定要進行有重點的區分,而非形式上的冗雜。比如說可以按照如下的方式劃分:以電力電子器件為核心,以兩種控制方法(相控控制和PWM控制)和四類基本電力的變換電路(整流電路、逆變電路、斬波電路和交流變換電路)為基礎,以兩類應用(電力、電子技術應用)為目標,配合當前新技術的發展需要來進行教學內容的設置。這樣,對于學生來說,就能夠很清晰地建立整體的概念,也能夠對知識進行很好地理解和吸收。(二)重視實驗平臺建設。應用型人才發展的重點,除了理論素養過硬之外,必須要有很強的實踐創新能力。而這種能力的最佳培養期,就是在大學時期。高校實驗平臺的建設,對于電力電子技術專業的學生來說,是尤為重要的,也是其鍛煉實踐能力的主要渠道。高校實驗教學應該緊跟時代科技發展步伐,定期更新實驗模塊,分層進行實驗教學。例如,實驗教學內容可以分為三個層次:第一層次為基礎實驗教學。即教師示范,學生學習。第二層次為設計實驗教學。即教師給出設計實驗任務,學生通過分組討論,給出設計方案,然后教師對可行的實驗進行指導實驗。第三層次為創新實驗教學。即讓學生自主地對自己感興趣的方向或者科研熱點問題進行創新實驗設計,教師則以配合者的身份參與其中進行指導。這樣,用逐步遞進的方式來進行的實驗教學,既可以鍛煉學生的動手實踐能力,同時又以開放式探究問題的方法,激發了學生的自主創新意識,可以真正地使學生得到全面的發展。(三)明確培養應用型人才的目標。傳統教育模式的目標,都是應試教育。教學內容也以此為基礎,將知識點反復疊加講授,使學生苦不堪言。新課改要求,教學要以培養應用型人才為目標,全力改革教學內容,以人為本,以滿足社會發展的實用性為基準。這就要求教師堅持從學生的角度出發,切實通過改革教學內容,激發學生的自主意識。例如,在課程教學講授理論知識的同時,通過生活中的實例,使學生真正了解電力電子技術在人們生活中的地位及作用,培養學生的自豪感及使命感,激發學生的求知欲望。在實驗教學中,間插性地配合現代網絡技術,讓學生了解到電力電子技術不斷發展的現狀和亟待解決的問題,以期讓學生的創新思維得到啟發,明確目標,達到實驗教學的效果。
三、結語
課程教學本身就像一門藝術,而《電力電子技術》這門課程的教學,就是需要極高造詣方能領悟的藝術。想要上好這門課,真正地培養出對社會發展有用的實力應用型人才,就必須認真地、反復不斷地研究教學內容及教學方法手段。希望通過教學內容的改革,能夠真正培養出專業基礎知識清晰扎實、創新能力過硬以及擁有出眾工程實踐能力的應用型人才,為社會主義社會建設貢獻力量。
作者:羅瑞鴻 單位:河池學院物理與機電工程學院
參考文獻:
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