电力电子教学精品(七篇)

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篇(1)

关键词：应用人才；电力电子；教学内容；改革

《电力电子技术》课程内容中包括电路理论、电机学、电力控制技术、电力半导体技术、控制理论、模拟和数字电子技术等，知识面宽广，信息量大，不容易理解。随着科技的快速更新换代，教学内容日益丰富，对课堂教学内容要求的难度也越来越高。传统简单的照本宣读理论教学，已然无法适应《电力电子技术》课程教学的要求，更无法满足市场对应用型人才的需求。因此，如何对教学内容进行改革，提高教学效果，真正培养出有实际操作能力的应用电力电子技术人才，是当前高校教学改革发展的重点。

一、当前《电力电子技术》课程教学内容存在的问题

（一）课堂教学内容存在的问题。当前对于《电力电子技术》课程的教学，由于课程本身涉及范围较广，知识面较宽，而教材编纂内容还在不断更新与探索，所以导致课堂理论教学基本是照本宣读，缺乏生动易懂的典型案例。学生很难产生整体的概念以及逻辑理解思维，理解困难，纷杂的理论让学生思而生畏，产生厌学情绪，教学效果难以达到要求。（二）实验教学内容存在的问题。电力电子技术本来就是一门应用性很强的课程。高校教学的目的也是相应地培养应用型人才。因此，实践教学应该被贯穿创新应用型人才培养的始终。当前高校对电力电子技术实验教学平台的建设，重视程度不足。实验教学内容及设备陈旧，教学还是按照旧的功能模块来进行操作，学生机械地模仿老师的操作，对实验过程和现象没有足够的关注，对新技术的接触了解经常一带而过。培养出来的学生，根本不能很好地适应当下新的科学技术发展，造成高校实验教学形同虚设。

二、对《电力电子技术》教学内容改革的建议

（一）优化课堂理论教学内容顺序。电力电子技术课程教学的特点是，内容多且涉及面广，而课时相对安排较少。教材又一直在根据实际科技的发展而不断调整更新。在这样的情况下，教师需要根据自己的教学经验及教学目标，来对课程内容的教学顺序进行优化调整。旨在帮助启发学生建立清晰的概念和整体逻辑，让学生的学习有条理，有方向，最终达到有方法的主动创新学习。例如，可以启发学生利用图表方法，将电力电子技术整体的内容大致分为几个部分，并对每个部分进行主要核心内容的整理，此处需要注意的是，一定要进行有重点的区分，而非形式上的冗杂。比如说可以按照如下的方式划分：以电力电子器件为核心，以两种控制方法（相控控制和PWM控制）和四类基本电力的变换电路（整流电路、逆变电路、斩波电路和交流变换电路）为基础，以两类应用（电力、电子技术应用）为目标，配合当前新技术的发展需要来进行教学内容的设置。这样，对于学生来说，就能够很清晰地建立整体的概念，也能够对知识进行很好地理解和吸收。（二）重视实验平台建设。应用型人才发展的重点，除了理论素养过硬之外，必须要有很强的实践创新能力。而这种能力的最佳培养期，就是在大学时期。高校实验平台的建设，对于电力电子技术专业的学生来说，是尤为重要的，也是其锻炼实践能力的主要渠道。高校实验教学应该紧跟时代科技发展步伐，定期更新实验模块，分层进行实验教学。例如，实验教学内容可以分为三个层次：第一层次为基础实验教学。即教师示范，学生学习。第二层次为设计实验教学。即教师给出设计实验任务，学生通过分组讨论，给出设计方案，然后教师对可行的实验进行指导实验。第三层次为创新实验教学。即让学生自主地对自己感兴趣的方向或者科研热点问题进行创新实验设计，教师则以配合者的身份参与其中进行指导。这样，用逐步递进的方式来进行的实验教学，既可以锻炼学生的动手实践能力，同时又以开放式探究问题的方法，激发了学生的自主创新意识，可以真正地使学生得到全面的发展。（三）明确培养应用型人才的目标。传统教育模式的目标，都是应试教育。教学内容也以此为基础，将知识点反复叠加讲授，使学生苦不堪言。新课改要求，教学要以培养应用型人才为目标，全力改革教学内容，以人为本，以满足社会发展的实用性为基准。这就要求教师坚持从学生的角度出发，切实通过改革教学内容，激发学生的自主意识。例如，在课程教学讲授理论知识的同时，通过生活中的实例，使学生真正了解电力电子技术在人们生活中的地位及作用，培养学生的自豪感及使命感，激发学生的求知欲望。在实验教学中，间插性地配合现代网络技术，让学生了解到电力电子技术不断发展的现状和亟待解决的问题，以期让学生的创新思维得到启发，明确目标，达到实验教学的效果。

三、结语

课程教学本身就像一门艺术，而《电力电子技术》这门课程的教学，就是需要极高造诣方能领悟的艺术。想要上好这门课，真正地培养出对社会发展有用的实力应用型人才，就必须认真地、反复不断地研究教学内容及教学方法手段。希望通过教学内容的改革，能够真正培养出专业基础知识清晰扎实、创新能力过硬以及拥有出众工程实践能力的应用型人才，为社会主义社会建设贡献力量。

作者:罗瑞鸿 单位:河池学院物理与机电工程学院

参考文献：

［1］陶俊珍．“电力电子技术”教学内容更新例析［J］．中国电力教育，2011，（09）：160，166．

［2］李旭春，王春凤．创新实践教学，提高电力电子技术基础课程教学效果［J］．实验技术与管理，2012，29（07）：11－13．

［3］王卓，王强，曹晶人等．“电力电子技术”课程教学改革探讨与实践［J］．中国电力教育，2013，（11）：37－38．

篇(2)

关键词：电力电子技术；控制电路；控制理论

1引言

电力电子技术是一门由电子技术、电力技术以及控制技术交叉而来的新兴学科，是自动化专业、电气工程等专业的专业基础课程，在整个专业体系中具有重要的作用。电力电子技术具体地说就是指利用电力电子元器件来构造不同的转换电路从而实现对电能的一系列变换，是一种利用弱电来控制强电的技术。同时电力电子技术的应用范围十分广泛，从工业、交通运输、通信到新能源系统等各方面都有应用，甚至已经渗透到我们的生活中，比如现在家用电器中很流行的“变频”技术就是电力电子技术的一个小应用。

2教学体系结构及要求

电力电子技术的教学内容主要分成三部分：元器件、控制电路和控制技术。我们学校给这门课一共安排了80学时，如果这三个部分都要详细介绍的话，时间上是不够的，所以主要介绍前面两块内容。电力电子元器件是本门课程的基础，包括半控元件、全控元件和不可控元件。控制电路主要包括四大基本电路：整流电路、逆变电路、直流到直流变流电路以及交流到交流的变流电路。控制技术部分主要介绍SPWM脉宽调制技术和软开关技术。元器件部分要求学生首先要能分清楚各种元器件所属的类别，其次要求能理解各自的工作原理，最后要求能够按照电路要求自主选择元件；控制电路部分要求学生能够理解电路的工作过程，能够分析并画出电路的输出波形图，能计算电路的一些参数来选择元器件；最后控制技术部分要求能够掌握SPWM的原理即可。

3理论教学

（1）兴趣的培养 电力电子技术是自动化、电气工程专业很重要的专业基础课程，但也的确是一门比较枯燥的学科，要引起学生的重视、激发他们的兴趣是比较困难的。所以如何吸引学生的注意力，让他们从心理上重视这门课就尤为重要。笔者认为上好第一堂课对该课程后续的展开有很重要的作用。在第一堂课上要多多的展示一些电力电子应用方面的图片和视频，让学生亲身体会到电力电子技术就在我们身边，来培养他们的学习兴趣[1]；同时可以给他们展示一下对口的公司在招聘信息上对该课程的要求来引起他们的重视。然后后期可以通过实验教学来慢慢引导他们对本门课程的学习。（2）教学思路的把握 教学的顺序是先介绍元器件，然后介绍各种转换电路，最后介绍控制技术。在介绍元器件时，要讲清楚半控、全控和不可控指的是对电路“开”与“关”的控制。在控制电路中元器件是作为开关使用的，输出波形的转换也是因为电路“开关”的切换实现的[2]；在介绍各种转换电路时，首先要介绍各种电路实现的功能，然后可以让学生试着自己分析下如何用电路实现这些变化，最后提出典型的变换电路进行讲解。在课堂内容上应以元器件的工作原理为基础，以整流电路和有源逆变电路的原理、搭载各种不同负载时的波形分析为重点，特别是在介绍感性负载和纯电阻负载时波形的变化是很重要的。无源逆变和直流到直流变流电路可以简单介绍一下。由于目前变频技术在家电行业应用广泛，所以交流到交流变流中的变频技术也可以进行详细介绍。（3）教学方法的改变 近年来，多媒体教学以绝对的优势替代了传统板书成为教学的主要手段。电力电子技术这门学科在教学时涉及很多复杂电路、波形的绘制，采用多媒体教学能提前将这些波形准备好，节约了大量教师课上板书的时间，同时多媒体教学还可以采用FLASH动画来吸引眼球，能更直观的仿真出电路通断的过程，更好的帮助学生理解和记忆。所以多媒体教学这一手段对于电力电子技术这门课程是非常重要的。此外，我们还可以利用Matlab中的simulink自带的工具包搭建各种电路来仿真，通过软件仿真出对应的图形。这样通过计算机算出图形，要比直接把图形显示给学生看更让他们记忆深刻，也更让他们信服。

4实验教学

实验教学在任何一门课程中都应该占有很重要的地位，通过实验可以加深对已学知识的理解，验证理论的正确性同时也能帮助他们记忆。而电力电子技术本身就是一门实践性很强的课程，新型的电力电子器件、新技术、新的使用方法，都需要通过实验来验证其可用性。电力电子技术这门课配备的实验还是比较多的，比如四种控制电路以及控制技术都有对应的实验，那么在实验教学中可以从中选择一些有较高实验价值的项目进行。例如整流电路是教学时的重点内容，那么这一方面的实验就可以做一些。可以让学生搭建桥式整流电路，然后搭配纯电阻负载、感性负载和反电动势负载，通过观察波形变化来加强对学习知识的理解和掌握；在讲直流斩波电路时，可以让学生在六种典型斩波电路中选择一到两个电路进行测试，深入理解理论课上学习的原理。在实际的教学过程中，由于学校设备有限不能做到每人一台设备，一般都是几人一台，这样就会出现有些同学整个过程游离在状态之外的情况。所以在实验过程中，可以将一组学生进行任务的分工，分成设计电路的、搭建电路的和验证实验结果的，这样每个人都分配有任务，就不会出现上述的情况了。

5小结

本文从课程体系、教学要求和实际教学三个方面分别阐述笔者从事该课程教学的体会。对一门课程的处理方式，不同的教师有不同的方式，但都希望能以较为恰当的教学方式把最需要最重要的知识传授给学生。

参考文献：

[1]刘广忱.电力电子技术教学探讨[J].内蒙古科技与经济,2003(12).

[2]张波,丁金林.电力电子技术的教学体会与思考[J].科技信息,2008(19).

篇(3)

Analysis of Modern Power Electronics Teaching

KAN Xiu， LI Yuanyuan， LIANG Jianru， LUO Xiao， CHEN Xiaolong

（College of Electronic and Electrical Engineering， Shanghai University of Engineering Science， Shanghai 201620）

Abstract Modern power electronics is an effective bridge between 'force electricity' and 'weak electricity '. According to the construction of automation and automotive electronics and other majors' requirements， Modern power electronics has become the required course. Firstly， the common problems have been analyzed in the teaching process of modern power electronics. Then， the improved methods have also been discussed for modern power electronics teaching.

Key words modern power electronics； teaching； experiment

1 目前教学中存在的问题

1.1 任务重课时少

以我校自动化专业为例，现代电力电子学作为专业基础必修课一般安排48学时（包括课内实验4学时），教学重点包括电力电子器件和四大变换电路，如何在并不充裕的教学时间内完成教学内容并兼顾教学艺术与专业发展，已然成为摆在大多数授课教师面前的现实课题。

1.2 内容多信息大

由于教学任务繁重，且很多老师本身并不熟悉现代电力电子学在所授专业中定位与应用，造成授课过程中很难抓住专业要求合理安排教学内容，而是采用多媒体通篇教学的方法，课堂信息量过大、知识点零散，学生往往抓不住重点、不堪负重也就很难跟上授课教师的节奏，学习效果大打折扣，教学质量可想而知。

1.3 基础弱兴趣低

现代电力电子学的先修课程包括微积分、电路、数电和模电等，而这些课程（包括现代电力电子）所涉及的均为枯燥繁琐的理论知识，加之学时的限制，学生往往对这些先修知识的掌握程度达不到现代电力电子学学习的要求，这也无形中增加了学生对课程学习的抵触情绪，为课程的教学增加了很多难度。

1.4 强灌输少动脑

由于种种条件的限制，目前大多数高校采用多媒体大班式授课，教学方式生硬且单一，学生多被动接受知识，很少会积极主动学习。另外，课内实验本是检验学生对所学知识掌握的关键，也因为学生在实验时只是按照“过于详尽”的实验指导书，简单连线加上抄写数据与波形而顺利完成，使得实验的目的与意义尽失。

2 教学方式方法的探讨

2.1 立足专业完善方案

现代电力电子学虽被大多数工科专业选作修读课程，但是每个专业都有自己的方向需求，做到根据专业所需、参考企业所求、摸清未来发展，将专业、行业与学业有机结合起来，制订适应学科发展、行业需求的合理教学方案，做到把知识、技术与能力培养有效整合，建立起学生对学习内容和行业发展的直观认识，调动学生的主观能动性，使其挖掘自身所长，从自身兴趣出发完成课程的认识和学习，同时掌握理论知识和应用技术，才能成为真正的专业人才。

2.2 条理清晰提高效率

教师要根据教学方案合理安排授课内容，注意条理性并突出重难点，明确各内容板块的教学顺序，以便学生能相对轻松地跟上教师的授课节奏，清楚地理解并掌握所学知识。教学过程中时刻注意学生的反应，尽量做到换位思考，多从学生的角度去分析教学过程，在问题释义难点分析时，注意给学生尽量创造一个可自由发挥和想象的空间，充分提高课堂教学的效率。并注意在每节课中将上节课的典型问题、作业难点和学生建议反馈给课堂，解决问题的同时也加深了学生的理解。

2.3 加强实践培养创新

对于以培养技术型人才的工科院校来讲，在教学过程中完成对学生实践能力和创新能力的培养成为其重要任务之一。实验教学正是提高学生动手实践与动脑创新的主要途径，而课内实验由于其自身的特点，要求学生在掌握必要的基础知识的同时，理解实验目的、实验原理、实验方法和实验步骤，正确完成实验仪器使用、实验数据分析和实验报告撰写等一系列工作，让学生们在实验过程中理解书本知识验证所学内容。鼓励学生在实验过程中提出问题解决问题，激发学生内在的学习欲望，全面锻炼学生的学习能力、创新能力和实践能力，促进学生的多方面协调发展。

2.4 优化方法灵活教学 （下转第96页）（上接第94页）

在现代电力电子的教学过程中，大多数教师沿用了理论教学的传统教学方式，即板书为主和PPT播放辅助，而我们知道现代电力电子其实是一门应用性很强的学科，教学过程中不宜只重视理论推导，而忽略实际应用。教师应多从实际情境出发，引出教学内容的同时，激起学生的兴趣，更能形象地说明所学知识的应用背景。且在授课过程中注意板书强调重点的同时，也可以穿插图片、动画和视频等教学手段，以便学生对难点知识能够更为生动直观地理解和接受。注意师生互动，提问学生的同时也允许学生提问，加强学生的课堂参与性，时时掌控课堂气氛。

2.5 加强交流突出团队

一门课程的教学想要得到真正的发展，单靠授课教师个人的力量是很难走远的，只有发挥团队的力量，协作分工群策群力才能做到真正的不断向前。团队内教师互相交流、互相听课和互相帮助，从教学方案、教学内容、教学方法和教学分析几个方面共同探讨，以期发挥每个教师的潜力，促进课程教学水平的提高，并应特别注重对青年教师的教学指导，利用现有资源帮助他们快速走上讲台，为学科的快速发展打牢每一步基础。并根据专业特点和学科发展需要，利用团队优势打造符合自身特质的精品课程。

3 结束语

现代电力电子学是电力、电子和控制技术的融合，更是理论知识与工程实践相结合的典范。通过现代电力电子学的学习，可以使学生能够理解控制电路结构与原理，清楚电力电子器件及其性能，掌握电能转换的原理与技术，为学生完成后续的课程学习和未来发展打下坚实的基础。

篇(4)

关键词:电力电子;高校教学;教学改革

0引言

学术角度上所称的电力电子学（Power Electronics）是在上世纪60年代出现的，在工程技术角度上称为“电力电子技术”。它是由电力学、电子学和控制理论三个学科交叉而形成。电力电子作为一项新兴技术,在生产生活的各个领域受到人们越来越多的关注。特别是随着各种新型功率电子器件的诞生,使电力电子设备的性能得到不断提高;计算机技术的飞速发展大大提高了电路设计和仿真的效率;全球性的能源危机使人们的目光开始转向环保型能源,如太阳能、风能,不同形式的能量之间的转换也必须依赖电力电子技术。这些因素都为电力电子技术的应用和发展提供了良好的契机。

目前我国高等教育部门均已意识到加强电力电子技术专业教育的重要性。为了促进我国高校电力电子技术教学的改革和发展,已在电力电子教材内容和课程内容的设置、课程体系设置、实验室建设和教学方法方面有所改进。旨在使学生具备必要的专业知识的同时，培养学生运用专业知识的能力。

1 国内外高校本科电力电子技术教材内容和课程内容的设置

国内外高校本科教育电力电子技术教材内容和课程内容设置的比较见表1 。

通过以上内容比较可以看出,国内的本科教材通常是在介绍电力电子开关器件的基础上,对各种交、直流电能变换电路的结构和工作原理进行分析,并涉及一些简单的软开关技术。国外教材则更注重介绍电力电子技术的实际应用,如:高频开关电源、小型荧光灯镇流器、感应加热、电力电子技术在电力、交通、工业企业中的应用等,这是我国教材应向国外同行学习,加以改善的方面。

明尼苏达大学在电力电子课程的授课和实验中采取了一种新的教学方法―――基于Building Block的教学方法。所谓Building Block ,是一个双口开关模块( switching pole) ,如图1 所示。该模块可以作为各种不同结构、功能的变换器的基本组成部分,利用Building Block 可以构成Buck ,Boost ,Buck2Boo st ,Flyback , Forward 等变换器,三个这样的模块还可以构成用于控制三相交流电机的开关模式逆变器。该课程首先讲述Building Block ,为描述不同类型变换器的拓扑结构提供了一个共同的基础,在分析其他变换器的过程中直接利用Building Block的分析结果,简化了变换器的分析过程。

图1

Fundamental s of Power Elect ronics 教材的一大特色是从电路设计的角度入手,介绍如何根据所要实现的电路功能设计电路结构,选择功率电子器件,注重建立各种不同结构的DC - DC 变换器的内在联系,而不仅仅是对各类功率电子器件和各种电路结构的孤立分析。该教材的另一大特色在于引入了为各种结构电力电子电路建模的方法,包括直流稳态模型和交流小信号模型,并强调小信号分析和控制等系统分析与设计的概念。这种从电力电子电路设计的角度入手,将电力电子技术的基础知识有机结合起来的编写思路十分新颖,且实用性强。

2 电力电子技术课程体系设置

电力电子技术多作为工业自动化、电气自动化等专业的专业必修课,所学内容为电力电子技术的基础知识,国内外大学在这一课程设置上差别不大。在硕士和博士生教育阶段,研究生们开始系统地学习电力电子的专业知识,对电力电子技术的各研究领域单独设课,以使研究生们的专业知识更加深入,为日后的课题研究和科研做好准备。

我国浙江大学硕士生的电力电子与传动课程设置如下 :

现代电力电子电路、现代电力电子器件、电力电子系统的建模与控制、现代电力无源元件及其应用、电力电子系统的电磁兼容( EMC) 设计基础、电力电子系统CAD、电力电子电路设计、电机传动技术及其应用、计算机实时控制、数字信号处理(DSP) 理论及应用、应用电力电子。

系统和设计的思想贯穿课程设置的全过程。通过这一系列课程的学习和训练,使研究生们对电力电子的专业知识有全面、系统、深刻的把握。

在欧洲,丹麦Aalborg 大学的课程设置更加与众不同。针对电力电子专业新技术不断涌现、知识更新快的特点,该大学采用了独特的Problem2basedand Project2oriented 的学习方法 。学生从第5学期开始,每学期都要在导师的指导下,与同学合作完成一个课题(project ) ,部分课程的设置则是针对课题研究安排的,包括课堂教学、讲座、讨论等多种形式,以实现教学内容与新技术发展紧密结合的目的。

课程设置和课题举例见表2 。

每学期一课题的教学方法是Aalborg 大学的特色。每学期初,在搜集资料和讨论的基础上,学生首先对需要研究的问题进行问题分析,限定研究范围,确定课题题目,制定工作计划,然后学生通过查阅文献资料、听讲座、小组讨论、接受导师指导,实地考察、仿真和实验等各种方法解决问题,进行课题研究。课题研究结束时每个课题组需要提交一个50～200 页的课题报告。考试采用答辩的方式,每个学生作一个与课题相关的专题报告,并回答导师的提问,与反对意见展开辩论。这种课程设置方式培养了学生带着问题进行学习、通过学习解决问题的能力,同时在小组课题研究的过程中还锻炼了学生与人交流(书面、口头) 的能力、团队合作精神、项目的组织与管理能力等,直接面向企业和科研机构,培养实用型人才。

3 实验室建设

目前我国高校的电力电子实验中,需要学生在实验室中自行操作的实验多为验证性实验,允许学生自行设计的部分较少,灵活性不足,明尼苏达大学的基于Building Block 的教学和实验方法很值得我们借鉴。网络电力电子实验更是受到资金、技术等因素的制约,能提供网络实验的高校还是少数,但应将网络实验作为未来的发展方向。

4 教学方法改革

利用新的教学方法提高学生对电力电子课程的兴趣,也被视为电力电子教学改革的重要手段。迅速发展的信息技术和网络技术不仅被应用于实验室建设,同时也被广泛作为课程教学的新方法。国内外许多大学都已开发出电力电子的网上授课内容,并以多媒体的形式呈现给学生,以下挑选了国内外几所大学建立的电力电子网上授课项目作简要介绍,其中以瑞士的iPES 最为著名。各项目网址见参考文献。

5 对高校电力电子教学的几点建议

通观国内外高校电力电子教学现状,有很多值得我们学习和借鉴的新方式、新方法,在我国的电力电子教育改革中,笔者认为应注意以下几方面:

1) 建立系统的观念。在教材编写与课程内容组织的过程中,从电力电子系统的观点出发,将相关知识有机融合起来,避免将各种电力电子器件、各种结构功能的电路作孤立讲解,同时加强系统控制方面的内容。

2) 注重电力电子电路的设计,培养学生的电路设计思想和能力。从电路设计的角度出发组织电力电子技术的教学内容,也是一个很好的教学方式。

3) 课堂教学、仿真、实验并重。在课堂教学中引入各种先进的教学手段,在实验室中引入先进的仿真软件,同时下大力气建立电力电子技术实验室。通过各种实验电路搭建一个完整的电力电子系统,应是实验室的基本功能,而不仅仅是对各种功能电路的验证。

4) 在研究生教学中,为了跟上电力电子技术快速发展的步伐,仅仅讲授教材中的内容是不够的,应采取讨论、讲座、专题报告等各种形式,使学生对电力电子的前沿技术有所把握,为学生未来的科研与工作打好基础。

5) 积极开展电力电子及相关课程的网上教学,用动画、多媒体等先进手段展示电力电子的课程内容,提高学生的学习兴趣。通过交互式网页设计使学生主动参与到学习过程中来,提高教学效果。

6)加强考核方式改革，培养学生自主学习能力。考核是教育测量的工具，不仅是对学习成绩的评定，更重要的是对学习习惯的培养和学习方向的引导。考核方式改革就是培养学生主动学习的习惯。

6 结论

本文对国内外高校的电力电子技术教育现状进行了综合阐述，并结合笔者的教学经验，提出了“高校电力电子教学”课程教学的改革理念。主张从事“高校电力电子教学”者应不断跟新教学观念和教学内容，探索新的教学方法和手段，取长补短，紧跟时代步伐以提高教学质量。更好地为学习“电力电子学”的高校院校学生服务。最终达到提高学生综合素质的目的。

参考文献：

1．陈坚，赵玲编．《电力电子技术及应用》（电气工程及其自动化专业函授专升本教材）．北京：中国电力出版社，2006.1

2．曹丰文，刘振来，祁春清，编著．电力电子技术基础．北京：中国电力出版社，2007.8

3．汤建新，马皓编著．电力电子技术实验教程．北京：机械工业出版社，2007.3

篇(5)

半导体中存在两种载流子，分别是带负电的自由电子和带正电的空穴，电子或者空穴的运动就形成了电流。本征半导体的自由电子和空穴的数目相同[5]。在本征半导体中掺入微量杂质，其导电性能便可显著增加[6]。根据掺入杂质的性质不同，杂质半导体可分为N型半导体和P型半导体。N型半导体中，自由电子为多数载流子，空穴为少数载流子。P型半导体中，空穴为多数载流子，自由电子为少数载流子。（1）PN结的形成。当N型半导体和P型半导体结合后，多数载流子因浓度上的差异开始向对方进行扩散运动，如图1所示。稳定后，在交界面的两侧便形成了一个不能移动的带异性电荷的离子层，这就是空间电荷区，也就是PN结。空间电荷区的电阻率很高。（2）PN结的单向导电性。此时，给PN结外加正向电压，PN结将正向偏置。外加正电压时，由于外加电场与内电场方向相反，使得内电场被削弱。当外加电场大于内电场时，N区的电子将跨过空间电荷区进入到P区，P区的空穴也将进入到N区，因此形成了较大的正向电流，这时PN结处于导通状态。当给PN结加反向电压时，如图4所示，PN结将反向偏置。由于此时的外电场方向与内电场相同，因此内电场将变宽，PN结呈现高阻态，PN结截止。PN结的“正向导通，反向截止”特性是PN结构成半导体器件的基础。学生牢固掌握和理解以上所述的PN结工作原理和特性，将有助于分析各种电力电子器件的工作原理。教学实践表明，如果在电力电子器件教学中，不给学生补充以上半导体PN结的知识，学生将很难理解电力电子器件的工作原理。尤其是对于电气工程学科的学生来说，大部分学生没有半导体物理的知识背景，那么在学起电力电子器件这个章节时，很多学生感觉这个章节像是无根之木。作者在教学实践中给学生适当的补充了半导体PN结的基本知识，发现他能够促进学生对各种电力电子器件原理的认识。另外，教学实践表明，在教学过程中，从半导体PN结的角度来分析和教授电力电子器件的工作原理，是取得良好教学效果的关键。下面以晶闸管这种电力电子器件为例，探讨如何从PN结的角度来教授电力电子器件工作原理的教学方法。

2半控器件——晶闸管的工作原理分析

晶闸管也称为可控硅整流器件(SCR)，是由四层半导体材料并列放置而构成的大功率半导体器件。四层半导体材料分别是PNPN型，如图5所示。连接第一层P型半导体的电极是阳极A，连接第三层P型半导体材料的电极是控制极G，连接第四层N型半导体材料的电极是阴极K。根据小节1中的半导体PN结的知识，学生可以很容易的得出，此四层PNPN型半导体材料放在一起便构成了J1、J2和J3三个PN结。因此，在教学过程中，如果教师可以给学生补充PN结知识，并且能够从PN结的角度来分析与教授晶闸管的工作原理，那么学生将很容易理解晶闸管的工作原理。下面将运用该文小节1中知识，从PN结的角度来分析和教授晶闸管的工作原理。

（1）反向特性。

给晶闸管的阳极A加负电压，阴极K加正电压，晶闸管承受反压，如图6所示。此时，我们可以利用小节1中的知识，从PN结的角度来分析晶闸管在承受反压情况下的特性。从图6中，我们可以看到，J1和J3两个PN结的P级都接了负电压，而N级都接了正电压。根据PN结原理，我们可以得出J1和J3两个PN结处于截止状态。另外，由于J2这个PN结的P级接了正电压，而N级接了负电压，根据PN结原理，我们可以判断，J2这个PN结是正向导通的。总的来说，在晶闸管承受反压时，J2正偏，J1和J3反偏，整个晶闸管器件将处于截止状态。随着反向电压增加到J1这个PN结的雪崩击穿电压时，J1结发生雪崩击穿，同时J3结也发生雪崩击穿，晶闸管的反向电流将迅速增加。

（2）门极无控制信号时的正向特性。

在不加控制信号的情况下，即门极G端不加电压时，给晶闸管的阳极A加正向电压，阴极K加负电压，此时晶闸管承受正向电压，如图7所示。根据小节1所讲述的PN结工作原理，学生可轻松判断，J1结和J3结处于正偏，而J2结处于反偏，晶闸管处于正向阻断状态。

（3）门极有控制信号时的正向特性。

当有门级控制信号时，也就是在门极G上加驱动电压时，给晶闸管的阳极A加正向电压，阴极K加负电压。从图7中，我们可以看到，J3结的P级将通过门极接正电压，N级接负电压，所以J3正偏。此时，电流从驱动门极G注入P2区，P2区的空穴进入N2区，由此形成触发电流IG。因为有电流从门极G注入到P2区，使得P2区的空穴大量增加。积累在P2区的空穴，使得P2区的电位升高。当注入电流使得P2区的电位升高到大于N1区电位时，J2结变成正偏。这时J1结，J2结和J3结均处于正偏，晶闸管进入正向导通状态。

（4）门极可控制其导通，不能控制其关断。

在门极G上有驱动电压且晶闸管承受正向电压的情况下，晶闸管导通。为了更清楚地和学生解释，晶闸管的门极不能控制其关断的特性，我们把晶闸管中间的N1P2结分成两部分，使晶闸管构成一个PNP型三极管和一个NPN型三极管的复合管，如图8所示。从图8中，我们可以看到每个晶体管的集电极电流同时又是另一个晶体管的基极电流，因此当有足够的门极电流IG流入时，就会形成强烈的电流正反馈，造成两晶体管饱和导通。此时，即使去掉IG，由于晶闸管内强烈的电流正反馈的存在，晶闸管将仍然处于导通状态。根据以上四点原理分析，我们可将晶闸管的工作特性总结为以下几点。(1）晶闸管承受反向电压时，无论门极是否有触发电压，晶闸管都处于截止状态。(2）晶闸管承受正向电压时，仅在门极有触发电流的情况下晶闸管才导通。(3）晶闸管在导通情况下，门极就失去了控制作用，无论门极触发电流是否存在，晶闸管都保持导通。(4）若要使晶闸管关断，只能利用外电路使流过晶闸管的电流降到接近于零的某一数值，晶闸管便关断。教学实践中发现，通过从半导体PN结的角度来分析和教授晶闸管的原理，学生不用单靠记忆来记住晶闸管的四点工作原理，学生能够在理解的基础上进行消化和吸收，取得了很好的教学效果。以上是以晶闸管的教学为例来探讨如何从半导体PN结的角度来分析和教授电力电子器件。在实际教学当中，作者还将半导体PN结的知识合理的运用到了其他电力电子器件的教学当中，如MOSFET和IGBT等。教学实践表明，在教授电力电子器件之前，给学生适当补充半导体PN结的知识，会使学生更容易理解各种电力电子器件的工作特性。另外，教学实践还表明，从PN结的角度来分析各种电力电子器件工作原理的教学方法，可以使学生举一反三和融会贯通地理解所教知识。

3结语

篇(6)

结合几年教学实践和CDIO工程教育的特点，对原有的教学模式进行了改革，将授课内容中规律和特点并加以灵活利用，引导学生采用发现学习和掌握学习等创造性学习方法、加强理论联系实际;从系统角度、实践角度出发建立了一套适合于“电力电子技术”课程教学的教学体系。

教学思路

在明确教学目标的基础上，首先，教师一定要意识到，兴趣是最好的老师，兴趣是学习的动力和源泉。只要通过有效的兴趣培养和教学方式，就可以让这些学生达到甚至超过自己的水平。以科研的态度和精神贯穿于教学之中，让学生在“学生做”和“做中学”激发课程学习热情。鼓励学生走上讲台，敢于大胆走进实验室;敢于向老师发难，以“我”为中心，全然不顾“名家颜面。

其次在教学理念上，以发展学生思考能力为本，结合课程实验和教师现有的课题进行实践，建立系统设计理念，通过对主电路和控制电路、保护电路、检测电路同时分组进行设计。CDIO强调以熟悉产品研发的生命周期为工程背景的

“做中学”的学习方式，这不是对教师主导作用的弱化，相反对教师在整个教学活动过程中的掌控能力、自身的知识水平提出了更高的高求。“教师”兼为“导师”，实现学生在知识获取过程中的地位由“被动”到“主动”的角色转变:学生在教师指导下积极、主动地参与实践，从独立学习转向合作学习;从深层次角度讲，就是大学中“物质教育”与“自由教育”的转变。在探索、实验和应用中行动上给与相当的灵活性，这样可以唤起学生的好奇心，使其热切地寻求有助于解决问题的知识，同时又具备相当的实行工具。学生所具有的创造性的和富有想象力的远见都将发挥作用，并能控制其冲动和习惯。他自己的目的就能指导他的行动。

再次，就教学方法而言，坚持把工程科学基础和工程专业知识紧密地揉合在一起进行教学，学生仍然需要坚实的科学基础。在讲述定理、结论时，要注意理论基础与专业知识的结合。除了应用高等数学和大学物理分析内容的机理之外，还要讲定理、结论的提出背景、前提条件以及应用情况和近展状况等等。在教学手段上注意应用现代信息技术，如多媒体动画和系统仿真技术。熟练的、精心的准备过的课堂讲授仍然是最有效的学习和教授经验。

最后，在重点和难点教学模式上，采用项目或者案例教学模式，基于问题解决模式的模式;教师引导学生效仿教师、专家学者做项目的方法，如专题研讨、方案和技术设计、仿真模拟和实验操作等，探索并解决课程内容相关工程应用中的现实问题;培养学生发现问题与综合分析问题的能力。因此恰当地设计题目是项目教学法运用成功的保证，既不能太难，让学生望而却步，又不能太简单，没有挑战性。这要求教师平时有一定知识积累。“电力电子技术”实力较强的几个院校的积极尝试为我们提供了较好的参考。浙江大学将“功率因数校正实验”等部分实验项目列为创新设计型实验，由学生自主设计实验内容和方法，提高学生创新能力。哈尔滨工业大学以直流脉宽调速系统驱动电源的设计为课程设计的主要内容。南京航空航天大学开发了“软开关逆变电源实验装置”课程设计教学平台，以此设计若干个课程设计题目。中国石油大学选择反激式开关电源为课程设计题目。这些题目既紧密联系书本知识，又有创新的空间，值得借鉴。

实验教学在方式上注重启发，引导学生积极参与实验设计的同时;在时间和内容安排上注意了验证实验、仿真实验和综合设计实验的循序渐进。在实践平台装置的设计上，注意

“先进性、实用性、开放性、安全性”的特点，满足基础型和综合设计型的实验教学和实践活动的要求。使学生既动手又动脑，丰富工程实践知识，培养学生的创新能力和综合能力。同时学生小组成员之间密切协作和互相配合，锻炼学生的责任感和协作、互助的团队精神。

教学案例

以“电力电子技术”内容直流一直流变流技术为例。首先，教师备课时要把自己想象成学生，想象二下学生的已知与未知，研究学生认知与情感发展的需求，要想到学生在课堂教学过程中可能有的变化，从而使备课活动不再是琢磨怎么讲能讲得清楚、透彻、到位，让学生听得懂、记得牢，要注重的是课堂上学生怎么学、怎么动以及为了实践活动的有效开展，激发学生的学习兴趣，如何点起学生创新的火花，促使学生生动活泼地参与，使课堂教学丰富多样，把课堂真正还给学生。引言部分如讲到buck变换器时，先介绍变换器的背景。授课时，按照“识电路”“画波形”“会计算”“输出（电压或电流）控制”四部曲进行。显然，第四部曲是压轴大戏。buck变换器的电路原理图如图1所示，先讲每一个功率器件的工作原理。再从有源开关V导通，到无源开关VD因反偏而截止，再到输出滤波电感储能（或励磁），并向负载提供能量；反过来从有源开关V截止，到电感电流不能突变。故使无源开关VD正偏而导通，此时电感电流经二极管续流，其储存的能量继续供向负载，并由输出电压对其进行去磁。输出滤波电容作用：主要用来限制输出电压上的开关频率纹波分量，使之远小于稳态的直流输出电压。内容强调讲稳态关系和特征。buck变换器的特征公式如式1所示，让学生对比以前学过的理想变压器的特征公式，说明为什么buck也叫“直流变压器”。第二部曲是利用多媒体动画技术演示功率器件开通和关断时电路的电流流经路径和主要物理量的波形变化情况。采用MATLAB仿真时所得的波形与课本的波形进行对比，反映了理论知识的现实性。同时对比图1（b）、（c）图，对电流下降及上升的原因及“断续”和“连续”概念结合高等数学中“连续”的概念不一样的地方进行辨析。当改变参数使得仿真结果变化时，也能通过理论分析与仿真调试，使输出达到理想状态。第三部曲讲授在已知输入电压范围、负载电流范围和给定的输出电压下，利用获得的稳态关系，可以方便计算buck变换器的开关占空比范围，从而来计算buck变换器中的元器件电压稳态应力、电流峰值、电流平均值和电流有效值。在讲第四部曲即“输出（电压或电流）控制”时，学生不易明白也看不到。有些内容理解不够具体，如何控制实现的疑问产生。此时重要的是培养学生有精细、认真、穷追不舍的态度和敢于提出问题、勇于解决问题的创新精神。学生参与设计教师的100V/600A大功率开关斩波恒流源科研项目，共分四组，每一组完成一个功能设计调试或仿真。第一组学生设计不控整流部分的电路结构如图2所示，具体参数：滤波电抗为1200A/0.71mH，整流二极管600A/1600V，铝电解电容0.3F/400V。第二组学生参与斩波电路设计，设计的斩波电路图如图3所示。通过计算得出电抗器1200A/300μH，C2电容大小190μF/400V。阻容吸收单元选择电容C3为80μF/450V，选取电阻R1为10Ω。IGBT模块2MBI1200U4G-120，驱动模块在教师的指导下选用瑞士CONCEPT公司的IGBT驱动模块2SD315A，该驱动模块集成智能驱动、自检、状态反馈、隔离等功能于一身，能够驱动1200A/1200V的IGBT。有的学生还画了驱动电路图。第三组学生设计了基于TMS320F28335DSP作为控制回路的核心的数字PI调节器。学生在CCS集成开发环境下编写的数字PI调节器，在软仿真下可以明显看到给定变化引起PWM脉宽的变化。第四组学生负责基于MATLAB下仿真。在实际设计中，学生体会到了控制环节如何闭环、控制量如何检测，控制算法如何实现，控制信号如何发出，能量流动必须要有电动势以及流经通路等等。学生们主动、积极利用老师的科研项目，构思、设计、调试以及实验。教师注意发挥激励和导向作用，注重肯定、赞赏学生的点滴进步，让学生感受到成功的欢乐，心中唤起自豪感和自尊感。当设计或实验受到目的的指引，进行时还有措施和方法时，试验就变成合理的了。此外注意事实的分析和重组是增进知识、增长解释能力和正确分类的能力所不可缺少的。总之，“CDIOInitiative”是一个资源开放、宽松自由、包容性强的改革计划。

篇(7)

关键词：电力电子技术；虚实结合；考核方式

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2014）30-0211-02

一、引言

“电力电子技术”是多学科交叉而形成的一门新兴技术，在工程实践中，该技术高速发展，不断有新的器件、新的电路拓扑结构与新的控制方法问世。“电力电子技术”课程是电气工程及其自动化与自动化专业的重要专业基础课，也是实用性、工程性和综合性很强的课程。该课程的特点是内容多，课时少，在新形势下，如何在有限学时内获得最好的教学效果，使学生在有限的课堂时间内较好地掌握课程内容，培养学生的工程实践能力和创新能力，是一个亟待解决的问题。经过长期的“电力电子技术”课程的教学摸索，笔者从理论教学内容与方法、实践教学和考核方式三个方面对课程进行了教学改革的尝试。

二、理论教学内容与方法

“电力电子技术”是以电力电子开关器件为基础，以四类基本变换器和两种控制方法为核心，以四类应用为目标的一门科学。随着电力电子技术的飞速发展，新器件和新的控制方法不断出现，因此“电力电子技术”的教学内容必须根据自身的发展及时更新。目前全控型器件已逐步取代晶闸管而成为电力电子技术的核心。因此，教学内容中适度压缩和删减了半控型器件及控制电路的学习，强化全控型器件及控制电路的教学。

教学方式有传统板书与多媒体教学两种方式。板书方式可以使学生对知识理解的更深刻，但是较死板。为了更好地提高教学质量，增强学生的学习兴趣，充分利用多媒体教学形象、直观、信息量大的优点，激发学生的学习兴趣。课程组开发了集PPT、Flas为一体的课件，通过直观、形象和交互性的演示，使得电力电子技术当中难懂的电路拓扑结构变换和波形变得简单易懂。另一方面，注重与工程相结合，与其前修课“电机与电力拖动基础”课程相结合提出问题，调动学生学习兴趣，主动去思考问题，解决问题。如图1所示，在讲解直流降压斩波电路之前，以直流电机调速在课堂上演示给学生看，激发学生的兴趣。接下来就进一步提出问题，怎么调速？以增强学生的求知欲望。然后再和学生一起学习相关知识，在讲解过程中，始终紧扣相关问题，增加其对电力电子技术的理解。

三、实验教学的措施

随着高等教育规模的不断扩大，原有教学仪器设备资源相对短缺，无法满足实验教学的需要；仪器设备陈旧老化，不能适应新的教学要求；大部分院校都仅用挂件结构或实验箱来完成实验，几乎所有的电路和系统都是封闭式的。教学采用课堂教学加验证性实验的教学模式。实验过程，学生几乎是在老师或实验指导书的指导下机械式连线、读取实验数据，记录实验数据和波形，对原理不求甚解，缺乏独立分析解决问题能力。为了弥补传统教学方式的不足，提高学生分析问题、解决问题的能力，在传统教学方式的基础上，开展了“电力电子技术”的计算机仿真辅助教学。虽然目前能够进行电力电子仿真的专业软件很多，如Matlab/Simulink、Pspice等，需要专门开设相关的课程才能够应用。为了使学生既能进行仿真实验，不用花费更多精力学习新的软件，为此专门开发了电力电子技术仿真实验系统，其界面如图2、图3所示。通过该实验软件，学生利用课下时间，在充分理解电路工作原理的基础上，自己搭建实验电路，进行参数设置，即可得到直观的动态效果。实践证明，实验软件的应用，课本上大篇幅的过程描述与复杂的运行曲线用仿真波形表现出来，能够变抽象为具体，变枯燥为生动，形象直观地进行教学，有助于激发学生学习兴趣，提高教学质量。并且节省了实验箱上操作的时间。

在实验教学内容方面，以验证性实验为基础，通过该类实验可以使教材上的基本理论得到充分的验证，加深学生对理论教学中各个知识点的理解，使学生对实验仪器的使用及注意事项有比较清楚的了解，同时也可以培养学生的基本操作、数据处理和计算技能。在此基础上增加了综合性实验，例如与“电机与电力拖动基础”课程相结合的“直流电动机可逆调速系统设计”，该综合性实验项目专业实践性很强且与生产紧密联系，培养学生把专业理论知识综合运用于工程实践的能力，提高学生的综合素质水平。还可以与“单片机原理与应用”课程相结合的“基于单片机的交流恒流源设计”，是利用单片机控制全控型器件，实现斩控式交流电路的要求，教师提出实验要求，学生自己设计并进行实验调试。通过这些实验的设置使学生能充分理解相关课程之间的关系与其应用，而且培养学生解决实际问题的工作能力，提高其综合素质，为今后的设计或工作积累经验。

四、考核方式的探索

传统采用闭卷考试的方式，考核学生对知识的理解和记忆具有效果，但是这种方式使学生机械式学习，不利于激发学生的创造性和探索新知识的主动性。因此，探索合理的考核方式对提高学生学习积极性和主动性有很大意义。为此，采取了理论与实践相结合的考核方式，以其能够更加公平、真实地反应学生的学习水平。理论考核成绩占70%与实践考核成绩占20%，平时成绩占10%。理论考核重点考察学生对相关知识的理解和记忆能力。实践考核以实际电路实验，考察学生的创造性和动手能力。平时成绩反应学生学习该课程时所表现的状态，包括探索新知识的主动性、查阅资料的广泛性等。实践证明，通过这种多元化的考核方式，提高教学质量。这样一来，就能改变课程结束时“一考定成绩”的做法，防止考前突击的行为。学生反映良好，教学效果甚佳。

五、结束语

本文从理论教学内容与方法、实践教学和考核方式三个方面对该门课程的教学改革进行的探讨。随着电力电子技术的不断发展，为了适应人才创新能力培养的需要，不断调整、更新教学内容，及时补充该学科的前沿知识，如软开关技术、电网谐波抑制技术等内容，以增强对学生的吸引力。将继续不断地改进教学方法加强实践训练，充分发挥学生在学习中的主动性和创造性，以适应培养应用型本科人才的需要。

参考文献：

[1]王兆安，黄俊.电力电子技术[M].北京：机械工业出版社，2004.

[2]高玉峰，刘亚龙，王治国.《电力电子技术》课程教学改革实践[J].科技教育创新，2008，（1）.