电力电子技术课堂教学论文
电力电子技术课堂教学论文 1电力电子技术课堂教学知识点举例 由王兆安等主编和机械工业出版社出版的《电力电子技 术》，第三章的三相半波可控整流电路是学习三相桥式全控 整流电路的基础[3]，如果理解并掌握其工作原理，对学好 其他更加复杂的整流电路非常重要[3]，三相半波可控整流 电路的常规课堂教学如下：首先教师给出三相半波可控整流 电路原理图（如图1所示），为了便于教学过程分析，在图1 中所示的电路负载为纯电阻。图1中变压器二次侧接成星型， 是为了得到零线，而一次侧接成三角形，目的是为了避免3 次谐波流入电网。三个晶闸管VT1、VT2和VT3分别接入a、b、 c三相电源，它们的阴极连在一起，称为共阴极接法，这种 接法触发电路有公共端，连线方便。假设将电路中的晶闸管 VT1、VT2和VT3换作二极管VD1、VD2和VD3，该电路就成为三 相半波不可控整流电路。此时，三个二极管VD1、VD2和VD3 对应的相电压中哪一个的值最大，则该相所对应的二极管导 通，并使另两相的二极管承受反压关断，输出的整流电压即 为该相的相电压，电路波形如图2（a）所示。在一个周期中， 器件工作情况如下：在ωt1~ωt2期间，a相电压最高，VD1 导通，ud=ua；在ωt2~ωt3期间，b相电压最高，VD2导通， ud=ub；
在ωt3~ωt4期间，c相电压最高，VD3导通，ud=uc， 此后，在一个周期相当于ωt1的位置即ωt4时刻，VD1又导 通，重复前一周期的工作情况。如此，一周期中VD1、VD2和VD3轮流导通，每管各导通120°，波形为三个相电压的正半 周期的包络线。在相电压ωt1、ωt2和ωt3的交点处，均出 现了二极管换相，即电流由一个二极管向另一个二极管转移， 称这些交点为自然换相点。自然换相点是各相晶闸管能触发 导通的最早时刻，将其作为计算各相晶闸管触发角α的起点， 即α=0°，要改变触发角只能是在此基础上增大它。若在自 然换相点处触发相应的晶闸管导通，则电路的工作情况与二 极管整流工作情况一样。当触发角α＜30°时，负载电流处 于连续的状态，各相导通120°。当α=30°时，负载电流处 于连续和断续的临界状态，各相仍导电120°。如果α＞30°， 当导通一相的相电压过零变负时，该相晶闸管关断。此时下 一相晶闸管虽然承受正向电压，但它的触发脉冲还未到，不 会导通，因此输出负载电流出现断续的情况。若α角继续增 大，整流电压越来越小，α=150°时，整流输出电压为零。
其中图2(a)、(b)和(c)所示的波形为触发延迟角α分别为 0°、30°和60°的三相输入交流电压波形、触发脉冲波形、 输出负载波形、晶闸管的电流和电压波形。从图2可以很清 楚地看出改变触发延迟角α可以改变输出电压的波形，这就 是三相半波可控整流电路的工作原理，以上的教学过程都是 大部分教师采用的常规教学方法，这种方法的最大缺点就是 教学过程平淡无奇，对学生没有任何吸引力，另外海量知识 的讲解过程中很容易让学生反感，使他们不愿意认真听课， 造成的直接后果就是课堂教学质量差。此外在常规教学中，这些理论知识都是教师采用直接灌输的方法，向学生传递知 识，很多学生会提出这样的想法，任课教师有没有办法在课 堂上验证所讲的理论知识，如果能的话，那肯定能吸引学生 听课，从而提高学生课堂听课效率。为此，笔者尝试把 MATLAB/Simulink计算机仿真软件引入课堂教学过程中，取 得不错的教学效果。
2MATLAB/Simulink在三相桥式全控整流电路的应用 笔者在电力电子技术课堂教学中可以直接在 MATLAB/Simulink画出三相半波可控整流电路，其实也就是 搭建其仿真模型，其过程十分简单，不需占用很多课堂教学 时间，最重要的是这是一种新鲜事物，可吸引学生的注意力， 增加他们的好奇心，间接地可以提高课堂教学质量。三相半 波可控整流电路的仿真模型如图3所示[4-6]。仿真结果如图 4所示，其中图4(a)、(b)和(c)中的每个波形从上到下分别 为触发脉冲波形仿真波形、晶闸管电流仿真波形、晶闸管电 压仿真波形、输入负载电压和电流仿真波形。很容易看出， 图4中的各个仿真波形跟图2所示的理论分析波形完全一致。
在这个教学过程中可以得出以下结论：第一，将计算机仿真 软件引入课堂教学中达到了实验的目的，在教学过程中直接 对所学理论知识进行验证，可以完全等同于在实验室通过实 验方法验证理论的正确性，从而节省了实验资源。第二，将 计算机仿真软件引入课堂教学中，可以改变传统的授课方式， 改变“满堂灌”的教学方式，更能吸引学生的注意力，激发他们的学习兴趣，更重要的是在课后他们可以自己动手通过 计算机仿真软件对当天所学的知识进行验证，其实这个过程 就是学生学习和掌握所学课堂知识的过程，如果任课教师布 置一些任务，学生就可以做到学以致用，达到培养人才的目 的。
3结论 针对传统课堂教学中教师照本宣科的讲解方式，造成学 生课堂听课感觉索然无味的现象，笔者将计算机仿真软件 MATLAB/Simulink引入三相半波可控整流教学中，将刚学的 理论知识，通过仿真软件在课堂上当场验证，一方面节省了 实验资源，另一方面可以吸引学生的听课兴趣，更重要的是 能够促使学生在课后有兴趣去亲自动手，通过仿真软件去验 证课堂所学的新知识，从而激发对本专业的学习热情，提高 专业课的学习成绩。经过笔者多年实践，教师的教学效果和 学生的学习效率都得到了不小的提升，值得推广。