數(shù)字環(huán)境下“電力電子技術(shù)”教學方式的改進

孫 堅，王 強

(三峽大學 電氣與新能源學院，湖北 宜昌 443002)

“電力電子技術(shù)”課程是電類工程專業(yè)的一門重要專業(yè)基礎課。其教學內(nèi)容包涵了各類電力電子電路結(jié)構(gòu)、工作原理、波形分析、控制方法、工程應用及參數(shù)計算。本文從教學方式上對“電力電子技術(shù)”課程進行了改革，以求達到預期的教學效果。

1 媒體教學方式的改進

由于電力電子電路類型多、波形分析和參數(shù)計算復雜，如果我們?nèi)圆捎渺o態(tài)的電路和波形圖片，難以達到好的教學效果。為了充分挖掘多媒體教學的優(yōu)勢，本課程組成員開發(fā)了電力電子電路Flash動態(tài)演示課件。這種課件可直觀展示各種參數(shù)變化對電路波形圖的影響，我們在理論教學中介紹基本單元拓撲電路時，可以通過圖1所示的Flash動態(tài)演示課件。改變電路電感的參數(shù)，觀察和分析升壓式基本單元電路因電感參數(shù)的變化，電感電流隨之處于不同的工作狀態(tài)中。

由圖1可見，電路的工作模式亦隨著功率管的開斷，通過電流的標記清晰的展現(xiàn)出來。如果采用Flash動態(tài)演示，電路的工作原理、參數(shù)計算和波形分析可以直觀的再現(xiàn)，圖形和數(shù)據(jù)說明顯得十分生動直觀。

圖1 升壓式電路Flash動態(tài)演示圖

2 仿真軟件在教學中的應用

2.1 仿真教學實例

教學實際中可使用Matlab提供的動態(tài)仿真工具Simulink對電子電路系統(tǒng)進行仿真。在Simulink環(huán)境中，一個電力系統(tǒng)工具箱含有電力電子器件模塊庫，它包括了理想開關(guān)元器件、絕緣柵極晶體管及附加庫等基本模塊。下面我們以三相橋式全控整流電路為例說明仿真軟件在教學中的應用。

首先建立仿真模型新文件，以存放仿真電路模型;選擇電路元器件模塊，在仿真窗口的菜單欄上調(diào)出模型瀏覽器，提取合適的模塊放在仿真平臺上;將電路元器件模塊按需要的原理圖連接起來。三相橋式全控整流電路仿真圖如圖2所示。

圖2 三相橋式全控整流電路仿真圖

仿真圖畫好后，有必要對電路模型參數(shù)進行設置，圖2各模型參數(shù)設置如下:

(1)三相電源相角差設為120°，相電壓峰值200V，f=50Hz。

(2)負載參數(shù)設置為R=45Ω，L=1H，C=1nF。

(3)變換器橋設置為默認值。

(4)采用雙脈沖觸發(fā)方式，其參數(shù)為f=50Hz，脈寬100ms。

(5)常數(shù)模塊Constant2觸發(fā)角設置為0°，開放同步6脈沖觸發(fā)器。

2.2 仿真結(jié)果顯示

將常數(shù)模塊Constant1觸發(fā)角設置為0°，即把觸發(fā)角 α改變?yōu)?0°。打開仿真參數(shù)窗口，選擇ade23tb算法，誤差設為1e-3，仿真開始時間為0，停止時間為0.02s。點擊工具欄上的開始按鈕，可得圖3(a)所示的仿真結(jié)果。當需要觀察改變觸發(fā)角α波形變化時，只需將常數(shù)模塊Constant1的觸發(fā)角設置為不同值即可。如將常數(shù)模塊Constant1觸發(fā)角設置為60°，即可得圖3(b)所示仿真結(jié)果。

從圖3中可以非常直觀的看到三相電源電壓/流、觸發(fā)信號、負載電流/壓的波形。

圖3 三相橋式全控整流電路仿真結(jié)果圖

3 結(jié)語

本文在充分利用現(xiàn)代教育設備，對“電力電子技術(shù)”課程的教學方式進行了改革。其主要改進點是:

(1)通過使用Flash動態(tài)演示課件，直觀生動的再現(xiàn)電路的動態(tài)特性，有利于學生認識電路的動態(tài)特性和各種參數(shù)變化對電路波形圖的影響。

(2)利用Matlab電力系統(tǒng)工具箱對電力電子電路進行仿真分析，只需把相關(guān)模塊拖入仿真平臺，設置模塊參數(shù)便可得出現(xiàn)象生動的仿真結(jié)果，有利于擺脫課堂學時少的制約。

［1］ 劉曉蘭，王東署.電力電子技術(shù)課程的教學方法改革與實踐，北京:中國科教創(chuàng)新導刊［J］，2010(28):206

［2］ 李久勝，王明彥，孫鐵成等.研究型大學中電力電子技術(shù)基礎課程改革，南京:電氣電子教學學報［J］，2010(32):79 ～82

［3］ 王莉，龔春英，謝少軍.基于Flash MX電力電子技術(shù)教學軟件開發(fā).西安:電力電子技術(shù)［J］，2007Vol29(4):66 ～62