前言:一篇好文章的诞生,需要你不断地搜集资料、整理思路,本站小编为你收集了丰富的电力电子技术总结主题范文,仅供参考,欢迎阅读并收藏。
作者简介:刘晋(1974-),男,河北涿州人,华北电力大学电气与电子工程学院,讲师;牛印锁(1973-),男,河北定州人,华北电力大学电气与电子工程学院,高级工程师。(北京100026)
基金项目:本文系华北电力大学2010年教改项目的研究成果。
中图分类号:G642.3 文献标识码:A 文章编号:1007-0079(2012)06-0064-02
随着电力电子器件制造技术和微机技术的发展,电力电子技术在电气工程的各个领域得到了广泛的应用,电力电子技术在各个领域的应用带来了相应领域的技术革命。
在电力系统领域,电力电子技术除了广泛地应用于发电、输电、配电和用电等环节,在太阳能光伏发电、风力发电等可再生能源发电领域、电动汽车应用和节能等领域也得到广泛的应用。电力电子技术的广泛应用对电力电子技术教学和研究都提出了新的要求和内容。
“电力电子技术”已经成为电气工程专业重要的专业基础课。由于专业背景和就业方向的不同,国内不同高校以及国外大学在“电力电子技术”的课程设置、教学内容、教学重点、教学手段、实验内容以及后续专业课程设置等方面存在许多异同点。
本文对国内外几所大学“电力电子技术”本科教学方面的情况进行了初步的对比,对其教学安排、教学内容与手段和实验情况进行了对比总结,希望这些对比和总结能够帮助从事电力电子方面教学的教师开拓教学思路、丰富教学手段、提高教学效果,为该课程的教学提供有益的参考和借鉴。
国内大部分理工科院校都开设了“电力电子技术”课程,本文选取了国内的清华大学、西安交通大学、浙江大学、南京航空航天大学和华北电力大学进行了比较分析;国外大学选取了美国麻省理工学院和英国曼彻斯特大学进行了比较分析。
一、课程设置比较
清华大学电机工程与应用电子系、信息科学技术学院自动化系开设了“电力电子技术”课程,机械工程学院汽车工程系开设了“汽车电力电子学”。后续相关课程有“直流输电技术”、“电力传动与控制”、“电力拖动与运动控制”。
西安交通大学电气工程学院、电子与信息工程学院自动化科学与技术系开设了“电力电子技术”课程,共56学时,包括8学时的4个实验项目。
浙江大学电子信息工程、电气工程及其自动化和自动化等专业开设了“电力电子技术”课程,共56学时,包括16学时的实验项目,实验学时数相对较多。
南京航空航天大学电气工程及其自动化和自动化等专业开设了“电力电子技术”课程,共72学时,包括16学时的实验项目,总学时数和实验学时数相对较多。
华北电力大学电气与电子工程学院电气工程及其自动化专业、信息工程专业,控制与计算机工程学院自动化专业开设了“电力电子技术”课程,共48学时,包括8学时的4个实验项目。后续相关课程有“电力电子技术应用”(专业选修)、“HVDC与FACTS技术”、“电力电子课程设计”和“电力电子综合实验”。
国内几所高校课程开设情况见表1。
美国麻省理工学院EECS(电气工程与计算机科学)系开设了“电力电子技术”(Power Electronics)课程。
英国曼彻斯特大学EE&E(电气与电子工程)学院为电气与电子工程专业、机械电子工程专业2年级开设了“电机、拖动与电力电子”(Machines,Drivers & Power electronics)课程,上述两个专业在3年级开设了“调速”(Variable Speed Driver)和“电力电子”(Power Electronics)课程。
英国诺丁汉大学EE&E(电气与电子工程)系为电气与电子工程专业2年级开设Power Supply Electronics;为电气工程与可再生能源系统专业2年级开设Power Supply Electronics,3年级开设Power Electronic Design,Renewable Generation Technologies and Control,FACTS and Distributed Generation,Energy Conversion for Motor and Generator Drives,以及选修课程Advanced AC Drives,Technologies for Wind Generation,Advanced AC Drives with Project,Advanced Electrical Machines等相关课程。
从课程设置上看,国内大多数高校电气工程专业基本都将“电力电子技术”作为专业基础课程。但不同专业特色的学校在其后续课程设置上差别较大,该专业学生未来就业的方向和领域对后续课程的设置影响很大,这也是各个学校在电力电子技术教学上最具专业特色的地方。
二、教学内容比较
国内高校在“电力电子技术”课程教学内容上相差不多,主要内容有:电力电子器件、整流电路、逆变电路、直流斩波电路、交流―交流电力变换、电路脉宽调制(PWM)技术、软开关技术和电力电子应用介绍等内容。南京航空航天大学还增加了功率变换器中的磁性元件设计方面的教学内容。
麻省理工学院EECS系“电力电子技术”课程内容主要有:整流器,功率因数畸变检测与校正,磁场,DC/DC变换器,隔离DC/DC变换器,DC/AC变换器,EMI滤波器,损耗与吸收电路,软开关,热设计,控制,三相系统介绍,多相整流器,开关电源,谐振变换器,实际的电力电子系统设计中的相关问题和课程设计等内容。
英国曼彻斯特大学EE&E学院的“电机、拖动与电力电子”(Machines,Drivers & Power electronic)课程内容主要有:交流感应电机、交流同步电机、变压器、相控整流电路及其应用。“调速”(Variable Speed Driver)的主要内容有:感应电机特性,变频调速原理等。
通过对比可以看出,国内外大学在“电力电子技术”课程内容上差别比较大,侧重点也各不相同。国内使用的“电力电子技术”本科教材大都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定性和定量的分析,并涉及一些相关的应用技术。国外教材则更注重最基本原理介绍和电力电子实际应用电路系统的设计和计算分析。
三、教学方法与手段比较
在教学手段上,国内外大学大体相近,大都采用多媒体、动画技术与黑板相结合的教学手段。另外,国外大学采用手写、打印胶片投影授课也较为普遍,在课前把授课讲义发放给学生。
国内高校教学主要以课堂讲授为主,由于学生人数比国外学生多,课堂的互动性以及课堂讨论比国外高校要少,且效果不好。另外,国内学生课外查阅文献资料和阅读材料的环节常常被忽略,这点与国外高校差别较大。
在辅助教学方面,国内外大学形式上差别不大,主要通过习题课、答疑、平时测验和复习课等方式帮助学生进行课下的自学和考试前的复习。
四、实验环节比较
在基础实验内容上,国内高校基本上以电力电子器件特性、相控整流电路实验、直流斩波电路实验、交流电力控制电路实验、负载换相式逆变电路实验、交―直―交变频电路实验、SPWM逆变实验等作为基础实验。由于各个学校的实验条件和专业特色不同,开放性和设计性实验的内容和开展情况差别较大。
曼彻斯特大学EE&E学院电力电子课程实验内容较少,实验室条件(如实验室面积,实验台套数等)不如国内许多高校,但其学生对撰写的实验报告非常认真,国外学生正是通过认真撰写实验报告加深了对于实验原理和内容的理解。
在后续课程实验中,各学校侧重点各不相同。如华北电力大学在后续课程中开设开发了闭环直流电机脉宽调速实验、静止无功补偿(SVC)实验、高压直流输电(HVDC)实验等针对电力电子技术在电力系统应用的专业实验内容,具有鲜明的电力系统专业特色。
国内多数高校都存在学生人数多而实验室设备套数少,实验重复次数多和实验室教师工作量大的情况,这种情况在短期内很难解决。电力电子网络实验平台和虚拟实验室的研究和建设可以为该问题的解决提供一定的思路。
五、启发与体会
通过对国内外几所大学在电力电子技术本科教学方面的对比,有很多值得我们学习和借鉴的思路和方法,在“电力电子技术”教学改革中,笔者认为应注意以下几点:
(1)建立系统教学的观念。在课程体系的设置、教材编写、课程内容组织和实验项目安排的过程中,从电力电子系统的角度出发,结合本学校开课专业未来的应用领域,将相关的知识与未来实际应用有机融合起来,使学生深入了解电力电子技术在未来工作中的应用,从而提高学生的学习兴趣,使学生学习做到有的放矢。
(2)注重电力电子基础实验和设计性实验相结合,培养学生的电路系统设计思想和能力,根据本校专业发展和应用的实际需要开发相应的专业应用实验项目。
(3)注重课堂教学、仿真验证、实验验证和电路设计有机的结合。丰富教学手段,通过仿真与实验的对比分析,使理论和实践相结合,提高教学效果。
(4)建立电力电子教学资源平台,为国内各个高校相关专业的教师和学生提供一个互相学习、交流和资源共享的网络平台,从而不断提高“电力电子技术”及其相关课程的教学水平,为广大的师生营造良好的学习和学术研讨氛围。
六、总结
本文对国内外几所大学“电力电子技术”本科课程设置、教学内容、教学方法与手段、实验环节等进行了比较和分析,对“电力电子技术”教学提出了一些建议,希望为该课程的教学和教学改革提供一定启发和有益的参考。
参考文献:
[1]关晓菡,张卫平,张东.国内外高校电力电子技术教育现状综述[J].电气电子教学学报,2006,(2).
[关键词]电力电子技术;CDIO模式;教学改革
[中图分类号] G642.0 [文献标识码] A [文章编号] 2095-3437(2017)03-0077-02
电力电子技术课程是一门理论和实践紧密联系的课程,包括电力学、电子学和控制理论,这是课程的三大支柱。电力电子技术课程是自动化专业、电气通信专业的核心技术课程,在工业技术领域有极其广泛的应用。学生通过学习电力电子技术课程,掌握扎实的基础理论知识,具备极强的实际操作能力,熟悉构思、设计、实现、运行的产品研发过程,并具有相应的沟通协作能力和人际交往能力。在我国社会经济迅猛发展的背景下,电力电子专业学生就业态势良好,主要从事各大机关单位配电、配电设备生产及销售、建筑电气、电路开发工程师、PLC及控制、中国石化及相关企业、地铁公司等领域的技术工作。因此,如何教好电力电子技术课程,让学生有所学、有所用,成为大学生人才培养的重点问题。
CDIO模式是一种在全球各国广泛推行的工程教育模式,以产品或项目“构思-设计-实现-运行”为载体,为大学生创建企业模拟环境,帮助大学生掌握课程理论知识,培养大学生产品过程能力。CDIO模式以产品、项目的全生命周期为系统教育背景,制订CDIO课程教学标准和体系,让学生主动参与学习,在理论中学习,在学习中实践,通过CDIO模式提高工程能力。
因此,如何结合我国高校教育改革与创新趋势,把握高校电力电子技术课程应用型人才培养定位,融合CDIO模式理念,构建电力电子技术课程体系和培养方案,探索CDIO模式下电力电子技术课程教学方法成为广大教师需要思考的问题。电力电子课程是自动化专业、电气通信专业的核心技术课程,符合CDIO模式教学支撑的课程特点,对电力电子技术课程展开CDIO模式课堂教学和实验教学的改革与探索,能为电力电子技术课程教学改革提供支撑和助推作用。
一、CDIO模式下电力电子技术课程教学改革
CDIO模式理念涵括了产品、项目全生命周期,注重理论和实践的联系,体现了“基于项目的教学”理念,和电力电子技术课程相结合,整合课程传统教学模式,形成电力电子技术课程CDIO教学模式。本文以“CDIO模式”为主线,构建贯穿电力电子技术课堂理论教学和实验教学的新型教学模式,并对此进行有益尝试。
(一)基于CDIO模式的电力电子技术课堂教学
1.教学课程规划
在电力电子技术课程理论教学中,为了更好地开展理论教学,笔者建议有计划地将实践教学融入课堂教学全过程。在电力电子技术课堂教学中,教师向学生讲解理论基础知识,提出重难点,抛出问题,让学生进行仿真分析和总结。学生按照小组划分组建项目团队,对课堂理论知识进行讨论学习,从总体设计理论知识和项目任务,深入理解项目目标,主动发现问题。教师针对学生存在的学习问题进行引导,动态掌握学生理论知识学习情况,及时纠正学生理解中的错误。同时,教师还应全面开放电力电子技术实验室,开放电力电子技术项目实施环节,为学生项目团队设计项目任务。
笔者以“三相桥式全控整流电路”为例,为学生设计全控桥整流项目任务,结合三相交流变压、晶闸管工作特性、阻感式电路、纯阻性电路、触发电路等内容进行电力电子技术课程教学规划。
2.课堂教学方法
教师引а生查找相关资料,对项目任务进行工作分解,以“自上而下”为项目设计导向,构思项目整体概念,从整体到局部,从宏观到微观,整合涉及的所有课程基础知识,结合“三项全控桥”设计、“触发电路”设计的工作结构和原理,构建模型,分析模型,计算参数,评估设计,模拟故障等,让学生实践“原理思考-分解任务-小组探讨-模型构建-课程讲解”,在教师的启发下主动学习,带着问题学习理论基础知识,带着目的和方向学习,绘制出电路原理图和集成出发电路图,能收获较好的课堂教学效果。
在电力电子技术课堂教学中,教师要将课堂教学和模型仿真并行,为学生创设“学习-构思-设计-仿真”的一体化电力电子技术课堂教学模式,培养学生电路设计思维和能力。
(二)基于CDIO模式的电力电子技术实验教学
1.基础实验验证
电力电子技术课程在理论知识课堂讲解结束后,需要结合课堂教学内容,设计理论知识基础实验验证,帮助学生巩固基础理论知识,并结合实验过程中遇到的问题进行讨论学习,提高学生问题解决能力,让学生能够在实验构思、设计、实现、运行中巩固理论知识,操练电路设计实践能力。
笔者以“反激变换器”为例,在给学生讲解介绍了反激变换器设计内容和实施步骤后,要求学生应用“电流型脉宽调制器芯片(UC3842)”设计反激变换器,在设计中正弘交流输入是给定的110V/50Hz,经过降压、整流后,输出功率实际为Pout=60W,开关频率为fs=64kHz,输出电压为Vo=15V,要求学生结合电路设计中的各元件参数,确定各参数的选取原则与计算公式,设计仿真方案,制作版图和电路板调试电路,撰写项目设计结果分析报告。
2.创新实验设计
在电力电子技术课程内容教学结束后,教师应梳理电力电子技术发展前沿,紧随时代步伐,更新课程教学内容,制订创新实验设计,让学生结合时代要求调整实验设计方案,遵循“理论学习-实验设计-仿真验证-实验”的流程,按照“基础-实践-综合-创新”的教学主线,创新设计电力电子技术综合实验。
“反激变换器”实验设计中的变换器电路设计包括主电路参数设计、控制电路参数设计。第一,主电路参数设计包括整流桥、变压器、滤波器、开关管等参数的选取,钳位电路、启动电路、供电电路等设计。其中,电感和变压器等磁性元件设计是反激变换器设计中最复杂的难点。在可变的电磁变换环境下,高频变压器工作发挥着变压器和电感双重作用,变换器性能受原副边匝数比、线圈电感、磁芯参数等参数关键影响,学生需要计算这些参数,然后结合计算结果绕制变压器。第二,控制电路参数设计包括振荡电路参数设计、光耦隔离部分参数设计、反馈采样电阻设计、驱动电路设计。通过设计控制系统,学生有机结合自动控制理论和电力电子技术,深入理解PID控制理论,这样可培养学生电力电子技术知识运用能力和问题解决能力。
二、CDIO模式下电力电子技术课程教学考核评价
CDIO模式下电力电子技术课程教学考核评价包括过程考核和结果考核。
电力电子技术课程过程考核应构建“自评+互评+师评”的评价指标。其中,自评指标需要学生在正确认识自我基础上,对自己学习态度、操作能力、创新能力进行客观评价;互评指标是在项目小组分工下,由小组成员对学生的学习态度、操作能力、团队参与、项目报告等能力进行客观评价;师评是教师结合学生在学期内的课堂和实验表现,对学生学习态度、操作能力、团队参与、实验设计等能力进行评价,全面提高学生专业素养。
电力电子技术课程结果考核是试卷考核,教师为学生创新课程试卷,设计“理论知识+实验设计”的新型试卷,以“理论+实验”的试卷模式取代“理论+计算”的试卷模式,全面考核学生知识应用和创新能力。
教师应该结合学校专业人才培养方案,在过程考核和结果考核之间设定科学权重,制订课程教学考核标准,以计算最终课程成绩。
三、结论
本文提出CDIO模式下的电力电子技术课程教学改革模式和实施“构思-设计-实现-运行”的流程,帮助学生应用理论知识实施实验,掌握电力电子技术课程知识,掌握课程实验操作方法,使课程理论和实践融会贯通。笔者在电力电子技术课程内容和就业去向分析的基础上,结合CDIO模式理念,指明力电子技术课程教学改革趋势,提出“基于项目教学”的电力电子技术课程CDIO教学模式。本文从教学课程规划和课堂教学方法,论述了基于CDIO模式的电力电子技术课堂教学改革,从基础实验验证和创新实验设计,论述了基于CDIO模式的电力电子技术实验教学。最后,笔者给出CDIO模式下电力电子技术课程教学考核的新办法,包括“自评+互评+师评”的电力电子技术课程过程考核和“理论知识+实验设计”的电力电子技术课程结果考核,形成“CDIO”模式下电力电子技术课程新型教学模式,培养应用型专业化人才。
[ 参 考 文 献 ]
[1] 胡静波. “电力电子技术”课程的CDIO教学改革[J].高教学刊,2015(6):34-35.
【关键词】电力电子技术 发展 作用 方法
电力电子技术是一门新兴的、应用于电力领域的电子技术,具体来说就是使用电力电子器件,控制和变换电能的技术,而且,电力电子技术可以变换出小到数W甚至1W及以下,大到数百MW甚至GW以上的“电力”,由此可以看出,其具体的用途就是电力变换。而且,近年来,电力电子技术被广泛应用于实际生活中,极大的提高了人们的生活质量,例如,电力电子技术中的新能源发电技术,不仅为广大居民提供了更加优质的电能,而且有效缓解了我国的能源危机、环境危机。
1 简要介绍电力电子技术
电力电子技术分电力电子器件技术、变流技术两个分支,是现代电气化与自动化专业的专业基础课。一般认为,1957年美国通用电气公司研制出的第一个晶闸管是电力电子技术产生的标志,此后,电力电子技术逐渐成熟和发展。而今的电力电子技术是建立在电工原理、电子学、自动化控制三大学科上的一门新兴学科,属于电工类范畴,其内容主要包括电力电子电路、电力电子器件、电力电子装置及其系统,并且在一般工业、电力系统、电子装置电源、交通运输和家用电器等领域得到了广泛的运用,极大的推动了我国经济的进步与发展。
2 电力电子技术的积极作用
2.1 改善电力输送的现状
电力是现代文明社会中的主要动力源之一,电厂发出电力,输送给电网的交流电,然后传送给用户,一般在电压、频率较为稳定的时候,电力呈现出波形正弦的形式,但是,在实际情况中,由于不同用户使用的电力设备有着差异,在无形中增加了电网的无功损耗,如果再受到一些自然因素或者人为因素的干扰,电力输送可能会出现瞬间停电、电压跌落闪变等现象,而且,非线性故障的大量使用,会使电网中出现有害的谐波波形,不仅降低了电能的质量,而且造成电网严重畸变,影响电网的正常运行。然而,使用由电力电子器件构成的各种控制器、补偿器,则可以在提高电能质量的同时,维护电网的正常运行。近年来,我国研究并且使用的柔流输电系统,有效的解决了电力输送中存在的问题,极大的改善了电力输送的现状。
2.2 优化电能的使用结构
电力电子技术,能够不断的优化电能的处理装置结构,实现高效、合理、节约的电能使用目的,进而促使电能利用朝着最佳化的方向发展。例如,在节能节电方面,通过调查、分析风机水泵、化工电焊、轧机冶炼、轻工造纸、电力牵引、工业窑炉和感应加热等方面的资料,可以看出,一般情况下,电力电子技术可以达到10%-40%的节能效果,因此,国家已经大力推广和试用节能节电项目。而且,电力电子技术可以有效缓解能源危机、环境危机和资源危机,促进人与自然环境的和谐发展。
2.3 转变产业结构
随着电力电子变频技术以及高频化技术的不断进步与快速发展,机电设备不再受传统工频技术的限制,转而向高频化方向发展,因为,电力电子技术,缩小了机电设备的体积,提高了机电设备的响应速度,在提供全新的功能和用途的同时,提高了工作效率,实现了无噪音化的发展目标。
3 应用电力电子技术的具体方法
3.1 应用于可再生能源的发电
当前,虽然污染严重、储量有限的化石燃料依然是主要的电力能源,是世界能源结构的主要组成部分,但是,像风能、地热能、海洋能、太阳能、水能、生物质能等干净清洁、污染少、可再生的新能源的开发利用工作,也开始进入快速发展的阶段,这些清洁干净、可再生、不受地域资源限制的新兴绿色能源,正在被迅速的推广和使用。
3.2 应用于节约电能
目前,电力是现代工业的主要能源,利用电能不仅可以节约成本,而且能够提高工作效率。在现代工业中,电力以其稳定、利用率高、清洁、适用范围广等优点,逐渐广泛应用于现代工业中的各个领域,极大的推动了现代工业的发展。然而,从世界各国工业领域运用电力电子技术的情况来看,许多发展中国家的工业用电还不太合理,存在着用电效率较低、浪费严重等问题。在面临着资源危机、能源危机和环境危机的今天,提高用电效率,降低电能的消耗,是解决能源问题的有效手段之一。因此,利用电力电子技术,提高电源效率,降低电能消耗,节约能源资源,可以极大的推动社会的发展和进步。
3.3 应用于改造传统产业
电力电子技术是连接弱电和强电之间的纽带,使得传统产业和新兴产业能够更加便捷的利用微电子技术。在应用电力电子技术时,传统产业中的劳动环境恶劣、劳动强度大等问题得到解决,而通过工业控制系统,把电能转化为劳动力,改变工人的工作环境,可以极大的提高劳动效率,节省人力资源,解决企业的安全隐患和环境问题。
3.4 应用于家用电器之中
现代工业制成品中广泛使用电力电子技术,给让人们的日常生活带来了极大的便利,例如,利用电力电子变频技术,可以使家用电器做到方便、节能,节省使用成本,提高电能的利用率。
4 总结
总而言之,电力电子技术是一门新兴的电子技术,是信息、智力和知识密集型的技术,能够有效的解决社会发展中所面临的诸多问题,具有广阔的发展前景,因此,在知识经济的时代,充分发挥电力电子技术的优势,解决能源问题、环境问题、资源问题,提高电能的利用率,是电力电子技术发展和进步的前提和基础。
参考文献
[1]侯圣语,刘建坤.电力电子技术的发展及应用[J].企业技术开发,2011,12:87.
[2]刘增金.电力电子技术的发展及应用探究[J].电子世界,2011,09:19+25.
[3]王素芹.电力电子技术的发展及应用[J].科技创新导报,2010,08:67.
[4]张娜.电力电子技术的发展及应用探究[J].电子技术与软件工程,2015,03:247.
[5]周鹏.电力电子技术的发展及应用探究[J].品牌,2015,03:192.
[6]张秀菊,张剑枢.电力电子技术的发展及应用探究[J].山东工业技术,2015,21:179.
作者简介
吕鹏飞(1993-),丰镇人。现为中国人民石家庄机械化步兵学院学员。研究方向为电气工程。
论文摘要:“电力电子技术”是我国高等院校电气工程与自动化类本科专业最为重要的学科基础课之一。主要介绍浙江工业大学多年来在电力电子技术本科生教学方面取得的一些有益的实践经验,如注重建设优秀的教学团队和培养有前途的青年教师、完善适合学校实际情况的课程设计、以学生为本安排内容丰富的教学活动、运用灵活多样的教学方法和教学手段等。为了更充分地发挥“电力电子技术”课程的作用,在现有实践经验的基础上提出今后继续深化电力电子技术本科生教学改革创新的若干设想,如循序渐进地推进电力电子技术的本科生双语教学模式、继续完善电气工程与自动化类本科专业教学链等。
论文关键词:电力电子技术;课程设计;教学方法
电力电子技术始于20世纪50年代末、60年代初,主要研究电力领域中使用电力电子器件对电能进行高效的变换和控制,是电力、电子、控制三大学科的交叉学科。目前,“电力电子技术”课程已成为我国高等院校电气工程与自动化类本科专业最为重要的学科基础课之一,教学内容涵盖电力电子器件、四大类电力变换电路、控制技术以及电力电子新技术等多方面知识,理论性和实用性都非常强。为实现良好的教学效果,该课程要求教师能结合各自学校的实际情况合理地设计课程,均衡理论和实验教学的比例,针对具体不同的授课内容灵活运用多种教学方法和教学手段,注重激发学生的学习兴趣,使学生通过学习掌握相关的基本概念、基本分析方法等理论知识并提高他们理论联系实际和分析解决问题的实践能力。
浙江工业大学(以下简称“我校”)“电力电子技术”课程是全校电气工程与自动化类本科专业教学链中一个承上启下的重要环节。它的前续课程有“电路原理与实验”、“模拟电子技术”、“电机学”、“数字电路与数字逻辑”、“电气工程基础等”,后续课程有“开关电源设计”、“控制电机及应用”、“现代电气传动控制技术”、“DSP原理及应用”、“毕业设计”等。多年来,我校在不断学习国内外高校教学经验的同时不断实践,丰富自身的教学经验,积极改革创新,追求高质量和高水平的教学。
本文将主要介绍我校多年来在电力电子技术本科生教学方面所取得的一些实践经验以及关于今后如何继续提高教学质量和水平的一些设想。
一、注重建设教学团队和培养青年教师
在整个教学过程中,教师不但是知识的教授者、教学活动的组织者,同时还是学生学习效果的评估者。优秀的教师是保证教学高质量和高水平的关键,他们为人师表、具有丰富的知识和经验、富有爱心,能够激发学生求知的热情,既教会学生学习方法,又让学生掌握科学知识。 我校电力电子技术本科生教学团队自组建以来一直定期召开会议讨论并解决教学中遇到的问题,交流并总结教学经验,共同开展教学和科研课题项目,促进各成员教师特别是青年教师在业务上的进步。在培养教学新生力量上,该教学团队引入青年教师导师制度,由多位(副)教授级的教师担任指导教师,对经验尚浅的青年教师进行全程、全方位的培训,包括写教案、制作PPT课件、课堂试讲、实验指导、批改作业、学生答疑、拟考试卷、指导毕业设计等。每个阶段,指导教师都会对青年教师的表现做出中肯的评价,帮助他们尽快熟悉业务、提高水平。在整个团队的关心下,青年教师成长很快,在由学院组织的学评教和教学技能比赛中都取得了良好的成绩。
二、完善适合学校实际情况的课程设计
三、以学生为本的教学活动实践
在具体实施电力电子教学的过程中,教师激发学生的学习兴趣,创造良好的互动教学氛围是非常重要的。这就需要教师以学生为本结合具体的授课内容灵活运用多种教学方法和教学手段。
我校“电力电子技术”是“电路原理与实验”等课程的后续课程,理论性很强。在教授该课程新知识点时,若涉及到相关前续课程重要的旧知识点,教师会采用先温故后知新的教学方法,通过学生回答问题的方式复习旧知识点,由浅入深帮助学生进入状态以便教授新知识点。比如,在讲述变压器漏感对整流电路的影响这一节内容的最开始,先温习理想变压器的特性和非理想变压器的等效电路模型,再把简化后的非理想变压器等效电路模型代入到已学的整流电路中,然后进入正题——分析电路的工作原理。教师在讲授电路工作原理时,会一再强调电力电子器件的开关工作状态和电力电子电路的分段线性分析方法这两个贯穿整个课程始终的基本概念和基本方法,并现场指导学生独立完成一部分电路的分析工作,通过加强学生的参与感来促使他们更积极地把外在的基本知识点转化为内在的电路分析能力。
在传统的口头讲授过程中,教师会适当地借助“静动相宜”的PPT课件、具体的实物教具和灵活的板书等来提高“电力电子技术”课程的理论教学效果。此外,教师还会适当地扩充一些教科书以外的电力电子技术内容,如仿真技术等。教师利用仿真软件PSPICE、MATLAB等在课堂上虚拟地实时演示电路更真实的工作过程,既拓展了学生的视野又能很形象地解说课程中的知识难点,如三相半波可控整流电路中晶闸管的正向耐压问题。电力电子器件的封装材料及形式多种多样,性能也不尽相同。为了让学生更真实、更立体地认识电力电子器件,教师除了展示器件照片外还会提供一些器件的样品让学生亲身接触。关于教材中重要公式的推导,教师会采用PPT课件与板书相结合的方式帮助学生更容易理解和掌握。
“电力电子技术”课程包含很多基本概念,在讲述时教师会根据听课学生的实际英语能力,有意识地就专业术语部分进行中英文双语教学。这不但能增强学生的专业英语水平,而且还可以提高学生使用中英文关键词检索科技文献的能力,为该课程的后续课程特别是“毕业设计”的教学打下良好的基础。
在“电力电子技术”的理论教学过程中,强调电力电子技术对国计民生的重要性是非常必要的。比如,在举例说明电力电子技术的实际应用时,教师会尽量多举些与学生日常生活以及当前社会热点相关的例子(如手机电池充电器、笔记本电脑电源适配器、未来的“光源之星”LED照明、节能环保的电动汽车等)。先抛砖引玉让学生有些感性的认识,再通过启发性的提问鼓励学生积极地去发现身边所遇到的科学技术。在增加学生学习兴趣的同时,提高学生对该课程的重视程度。
“电力电子技术”是一门理论性和实践性都很强的课程。为了更好地衔接理论知识和实验内容,教师在课堂上除了提供电力电子电路的理想波形图,还会提供一些电力电子电路的实际波形图,让学生自己去发现和思考它们之间的异同。用一连串的疑问激发起学生的强烈求知欲,令他们更主动地去预习实验,更认真地进行实验,并且更努力地去尝试着寻找答案。比如,反激式电路在电流断续工作模式下,由教科书提供的开关管S两端电压的理想波形和在实验中用示波器观察到的S两端电压的实际波形在S关断的部分是有很大差别的。在理论课堂上,当教师同时给出理论和实验波形图加以对照时,学生表现出极大的兴趣,跃跃欲试地去寻找实际电路中S两端电压在S关断时刻出现阻尼振荡现象的原因。此时,教师正好因势利导,鼓励他们认真地去完成相关的实验,通过实验再结合已学理论知识自主地找出答案。实践结果表明该教学效果很好。
四、关于今后教学的一些设想
电力电子技术的发展日新月异,关于“电力电子技术”的教学也需要与时俱进,紧跟潮流,与社会接轨。目前,在我校采用全英文教学电力电子技术的条件还不够成熟。但是,教师可采用循序渐进的方法,从目前以中文为主的双语授课,到中英文各半的双语授课,再到以英文为主的双语授课,最后过渡到全英文授课。目前,最适合我校的办法是课程的重要章节主要采用中文教学,务必让学生掌握必要的基本知识;而次重要章节则可主要采用英文教学,这对扩展学生视野很有利。
层出不穷的电力电子新技术不断丰富着“电力电子技术”的教学内容。全面而系统的“电力电子技术”教学是无法仅通过一门课程来完成的,但它可以通过一系列课程来不断深化。在现有“电力电子技术”课程的基础上,按社会就业的需求配套完善其后续课程。除了强化这些课程之间的内在联系、完善整个教学链,教师还应多鼓励优秀的学生积极参加各类电子设计竞赛、申请由学院提供的建龙基金等,在教师指导下开展一些与电力电子技术相关的小课题。通过一系列课程的学习和科研课题的参与,学生能更深入地了解和掌握电力电子技术,对他们今后从事与电力电子技术相关的工作具有积极的意义。
关键词:IEET工程认证;电力电子;项目教学改革
中图分类号:G642 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2016)04(c)-0000-00
1前言
中华IEET工程认证学会简称IEET,评估受认证的课程或机构是否符合认证机构的学术或专业标准,通过认证的大学院系毕业生,代表其已具备执行工程专业所需之基础教育,且国内学历将为各会员国所承认,扩大国内毕业生的学历适用地区。
电力电子技术这门课程在“机械电子工程专业人才需求”企业调研活动中,84.66%的毕业生主要从事与电力电子技术课程相关的产品开发与设计工作,一般从事机械工业及维修、电子传动、汽车、车床、电路设计、售后服务,产品检修与分析、产品测试以及产品研发等行业,说明了这门课程的工程认证的必要性。
2教学现状
电力电子技术是一门横跨电力、电子、自动控制三门课程的交叉边缘学科,是利用大功率半导体器件对电能进行变换与控制的专业基础课程。
基于种种原因,以往电力电子技术理论学习难较大,课堂教学将学生置于一种被动地位,不利于学生主动进行知识建构,所以急需一种新的教学模式,以此来吸引学生的关注,加强基础理论与工程实例的结合应用,结合电力电子领域的新技术和工程应用技术,为专业模块化课程“机电传动控制”、“机电产品创新设计”、“工业机器人”、“机电一体化系统设计”,以及复合型课程“电动汽车”、“汽车电器与电子技术”、“电动汽车驱动技术”、“智能装置设计”、“智能家居”做知识储备。
随着各高校教学改革的深入,电力电子技术课程的课时量越来越少,实验学时也不断压缩,同时实体的实验设备极易损坏,软件仿真又不能让学生完全的理解概念。只是仿真,见不到实物,对驱动模块和控制模块没有研究,对课程的学习效果大打折扣。例如:简单的整流桥电路,仿真只要选择模块即可,学生根本不知道做实物整流桥用电力电子器件应该如何搭建,若是选集成的芯片也不知道应该选择哪一个,是半控芯片还是全控芯片,控制引脚该如何连接,芯片需要不需要驱动?这些问题都是软件仿真无法解决的,不是单纯改革实验教学就可以解决的,因此需要一种工程认证的思路来进行教学改革,让学生学有所得。
3 教学改革
3.1IEET理念下教师角色的转变
IEET强调七大核心能力:具备资讯工程相关知识的能力,具备设计与执行实验及分析解释数据的能力,具备工程实务流程规划及资讯软硬体系统整合的能力,具备协调、领导及沟通、整合的能力,具备适应职场变化的能力及持续终身学习的习惯,具备第二外语沟通与表达的能力,具备工程伦理与善尽社会责任的能力。这些不是对教师主导作用的弱化,而是对教师在整个教学活动中的掌控能力、自身的知识水平提出了更高的要求,老师的角色要求既不能一味的灌输知识也不能完全的不干涉,而是要作为一名引路人,为学生设计短期或是长期的学习目标,激励学生寻找到达目标的路径和方法,这就要求理论知识的掌握不仅要有广度还要有深度,并且具备解决问题的能力。例如讲解“电力电子器件”时,应当重视各种器件的外部特性的讲解,从使用角度让学生了解其应用的场合,参数的含义,设置这几个参数的意义。而内部结构和工作原理的详细分析可以让学生自行查阅资料深入了解。介绍国内一些大型企业(“株洲南车时代电气股份有限公司”)的最新电力电子器件―脉冲功率组件、集成门极换流晶闸管,然后让学生自己查资料了解这些器件的具体应用范围,扩展学生的知识面。在讲每一种电量变换电路之前,应当把学生引导到某一个应用场景下,这时学生会主动思考在这种情境下电量要如何变换才能满足应用需求。例如,在讲解整流电路之前,可以先引出大家日常会用到的“手机充电器”的场景。手机充电器是从城市电网当中获得交流电,在充电器内部通过整流电流转化成直流电给手机充电的设备,目前手机充电器的充电时间如何缩短?各种不同型号的手机充电器是否可以通用?又有怎样的缺陷?野外如何充电?没有充电线的情况下又是怎样的充电结构?针对这结问题学生会积极的思考,并且和复合型的课程紧密结合在一起,知识点的讲解也就更显通俗易懂。
3.2运用项目
项目教学法是将传统的学科体系中的章节内容转化为若干个教学项目,围绕项目组织和展开教学,使学生直接参与项目全过程的一种教学方法。学生在项目实践的过程中,理解知识点的要求,掌握知识点的技能,体验项目建立和实现的艰难与乐趣,培养分析问题与解决问题的能力,建立团队意识和组织协调能力,这正是IEET工程认证理念的完整体现。
恰当设置项目的题目:巧妙的设计题目是项目教学法运用成功的保证,这要求教师平时的知识更新以及积累,才能既涵盖知识点,又符合社会实际需求,所以项目的题目类型要从―跨学科理论验证、校企结合、创新设计等方面入手,题目层次要分明--包括易、适中、难几个难度。例如:A.每一章节可以首先给学生提出一个设计要求,比如在学习逆变电路时,要求设计一个基于SPWM的三相电压型逆变电路,给出具体性能指标,把问题抛给学生,等课堂知识点讲完之后,学生已经有了大体的调剂思路,完成主电路的设计。B.全部课程上完之后的课程设计的项目会与企业需求相结合,完成时间周期长,如“直流脉宽调速系统驱动电源的设计”。C.此外,项目的题目可以跨学科综合,如“模糊控制下家电产品的电子设计”。
项目完成的考核方法:IEET工程认证模式,更关心的是项目完成的过程而不是结果,所以可以以小组讨论的形式来完成考核。教师从项目组织情况、设计思路、设计文档、技术指标、创新性、项目完成情况等各方面来给学生打分,并且可以在小组讨论时,评出组织者、设计能力者、文档编撰者等有不同优势的同学,检测学生技术层面和团队协作层面的差异。
Matlab、Simplorer等仿真软件的应用:随着新技术的发展,目前高校实验室条件跟不上新技术发展的步伐,学生动手做实验的机会少,许多理论需要通过实验来验证,除了项目教学法的运用,采用软件对电力电子进行仿真可以解决这些矛盾。这两个软件强大的协同仿真功能,建模更容易,和实际电路模型极为相似,易为学生所接受
3.3拟解决的关键问题
按照上述设想,本课程拟解决的主要问题如下:
(1)锻炼学生团队协同合作的能力,为各级比赛提供一批有电子设计基础的学生;
(2)设置电力电子技术的课程设计环节;
(3)调整教学大纲;
(4) 通过项目,培养较强的项目开发、设计和建造的能力;
(5)组织兴趣小组进行实际工程项目作业,理论联系实际,加强对理论内容的理解。以社会需求为教学依据,让学生学有所需,学能所用。
3.4实施计划及可行性分析
电力电子技术课程为专业限选课,一般机电专业学生必选,学生数约100人,拟打算在每年的电力电子技术课程中,分别按照教学改革思路进行对照教学,观察其教学效果,具体实施计划如下:
1)去同类独立院校调研,学习他们电力电子技术类课程的建设经验;
2)调研本专业毕业生就业情况;以毕业生就业行业分布,就业难易程度等情况为依据讨论电力电子技术课程建设,并对教学大纲做相应修正;
3)以企业用人需求情况统计表的统计情况,来设置课程项目的题目,决定以下三个方向的题目“电子电工产品生产与加工”、“机电产品开发与设计”以及“企业工程项目管理工作”的侧重点和比例。
4)通过教学日历的完成情况和就业趋势对项目的题目进行微调,令学生自行组织项目合作小组,通过做电力电子技术项目的形式,把课堂理论直接与实践相结合,通过结合实践课程增加学生动手能力、协同合作能力、提高专业素养。
5)对整个教改过程进行总结分析,整合课程项目的题目,根据学生的反馈改进教学方式,为本课程深入教改做准备。
6)作品展示:进行电力电子技术课程的项目实物展示活动,从电力电子的课程项目成品当中,选择具有创新性和实用性的作品进行公开答辩和实物展示,为大学生创新创业项目提供作品,丰富毕业设计作品的内容,也提升了本专业在学校的影响力。
4创新点
特色与创新:
1)电力电子技术是一门理论与实践紧密结合的课程,为了解决理论知识学习难度大的问题,设立项目教学环节。针对理论学科性质拓展了课堂教学的问答环节、实验教学的软件仿真环节、课程设计的项目研发等环节,使该课程教学过程更加生动,使学生主动地学习,加强基础理论与工程实例的结合应用,拓宽学生知识面宽,培养学生创新意识和实践能力,从实践过程中通过项目学习来获取工程能力;
2)形成了校内首个将电力电子技术课程IEET工程模式下的理论与实践相结合的教学模式;
3)本课程所设的项目为“毕业设计选题”、“大学生创新创业的项目”以及“校、企合作的项目”提供了丰富的题目资源,丰富毕业设计作品的内容,也提升了本专业在学校的影响力。
5总结
本论文旨在通过IEET工程认证模式的培养和锻炼,以产品研发到产品运行的生命周期为载体,让学生以主动的、实践的、课程之间有机联系的方式学习工程。从资讯工程相关知识的能力,设计与执行实验及分析解释数据的能力,工程实务流程规划及资讯软硬体系统整合的能力,协调、领导及沟通、整合的能力,适应职场变化的能力及持续终身学习的习惯,第二外语沟通与表达的能力,工程伦理与善尽社会责任的能力等七个层面达到预定目标。学生可以直接参与本专业的最新应用与工程项目,培养出的学生得到企业的认同,该成果可在独立学院相近专业推广,对本校其它专业也有一定的参考意义。
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,2002
[2]刘海波.《电力电子技术》实验教学改革探索与实践[J].实验科学与技术.2012
关键词:等离子体双击电切术;前列腺增生;高危患者
Abstract:objective: combined with clinical diagnosis experience, analysis conclusion transurethral plasma arc cutting technique experience for the treatment of high risk patients with hyperplasia of prostate. Methods: a retrospective analysis, from June 2004 to June 2014 alone, 120 cases of the treatment of bipolar transurethral plasma cutting high risk patients with hyperplasia of prostate as the research object. Combined with patients before and after treatment the international prostate symptom score, quality of life score, maximum urinary flow rate to improve the situation, analysis of therapeutic effect. Results: compared with before treatment, the treatment of patients after the prostate score, quality of life score, and the patients gained significant improvement in maximum urinary flow rate, contrast before and after significant difference (P < 0.05), with statistical significance. Conclusion: bipolar transurethral plasma cutting technique is a high risk of prostate hyperplasia with obvious therapeutic effect, can effectively improve patient quality of life, is suitable for clinical application.
高危前列腺增生症患者通指年龄超过70岁以上,且伴有多系统疾病的前列腺增生症患者。该疾病的发生,会给患者生活质量带来诸多负面影响。目前临床针对该疾病保守治疗无效的情况下,需采取手术治疗。但老年人本身合并多种原发性疾病,机体组织功能严重退化,手术耐受性低,因此在治疗方面颇为棘手。经尿道等离子体双极电切术(trunsurethral plasmakinetic prostateccto-my ,TUPKRP)自问世以来受到广泛关注,投入使用后取得不错反响[1]。本文采取回顾性分析,将我院接诊患者作为研究对象,结合临床就诊经验,分析总结经尿道等离子体双极电切术治疗高危前列腺增生症患者的体会。具体情况汇报如下。
1资料与方法
1.1一般资料
采取回顾性分析,将我院2004年6月~2014年6月接诊的120例经尿道等离子体双极电切术治疗高危前列腺增生症患者作为研究对象。患者年龄范围为:70~91岁,平均年龄(80.5±5.4)岁;病程3~13年,平均病程(8.0±3.6)年。其中重度高血压合并冠心病者36例,心功能不全者27例,糖尿病合并心脏疾病者21例,重度阻塞性肺病19例,中风后17例。术前结合患者个人病情,采取对症干预,稳定血糖、血压等生命体征,改善心功能、通气功能。
1.2方法
正式手术前,针对患者合并疾病给予对症干预,直至患者生命体征维持在稳定水平方可实施手术。TUPKP手术使用英国产佳乐等离子体双极电切内窥镜系统,术前对患者行硬膜外麻醉或气管插管全麻,监测血压、心电、中心静脉压等生命体征。将等离子体双极电切镜经尿道伸入膀胱,查看病灶,确定输尿管开口位置,了解精阜和前列腺增生情况。倘若前列腺中叶增生严重,则在5、7点处,使用环状电切襻于精阜处切两条标志沟后,切除中叶。随后,于12点处切另一条标志沟,顺包膜切除左侧叶与右侧叶。倘若发现前列腺两侧叶增生比较严重,则需于6点处切除中叶,依术中情况采用前列腺尖部包膜内朝膀胱方向游离然后分块状切割,切除完毕后,查看前列腺尖部有无异样,彻底清除切割下的前列腺组织,插入22Fr或24Fr三腔气囊导尿管。
1.3疗效评估标准[2]
观察并记录患者治疗前后,国际前列腺症状评分(IPSS)、生活质量评分(QOL)以及最大尿流率(QMAX)。IPSS量表共计7个条目,每个条目六个选项,各选项0~5分不等,总分35分。总分0~7分表示症状较轻、8~19分为中度症状,20~35分为重度症状。生活质量评分(QOL)量表共计1个条目,共有7个选项,各选项0~6分不等,总分6分,得分越高代表生活质量越佳。最大尿流率(QMAX)使用尿流率计,记录排尿过程中连续的即刻尿流率数值曲线峰值。并统计患者治疗前后的剩余尿量变化情况;同时,自制满意度调查量表(执行百分制),对患者进行3个月随访,分数越高表明满意度越高,统计患者对治疗效果的满意度评分。
1.4统计学处理
使用SPSS17.0软件对采集数据进行统计学处理,计量资料以均数±标准差(一(一对)X±s)表示,组间对比行t检验。P
2结果
2.1治疗前后,患者国际前列腺症状评分、生活质量评分以及最大尿流率差异明显(P
表1.患者治疗前后国际前列腺症状评分、生活质量评分、最大尿流率对比(一(一治)X±s)
2.2患者治疗前后的剩余尿量以及对治疗效果满意度有显著差异(P
表2 治疗前后患者的剩余尿量以及对治疗效果满意度(一(一前)X±s)
3讨论
高危前列腺增生为泌尿科常见老年性疾病,考虑到老年患者手术耐受性低,因此实施手术治疗难度系数大。高危前列腺增生的发生,仅通过药物治疗很难控制病情。在过去,临床采用经尿道前列腺电切术治疗该疾病,不过该手术方法术中出血量大,容易引起电切综合症,并不能取得理想的治疗效果。TUPKRP的诞生是近年来医学技术的一个重大突破,在该技术所具有的汽化切割效应,有助于促进表层组织汽化以及表层下组织均匀凝固,能够使深层小静脉、小动脉等迅速闭合,减少术中出血量。同时,TUPKRP为低温操作,不会对手术皮肤的周边组织造成二次伤害,相较与传统手术明显更具优势。
患者进行手术前,医生应充分与患者及家属沟通,完成各项相关辅助检查。保持水、电解质酸碱平衡,改善贫血、低蛋白血症,治愈并发症等。对存在合并疾病患者,联合相关科室会诊并制定治疗计划,严格按照正规程序进行内科治疗,充分了解患者全身情况,全面评估其手术耐受性。
术中应注意为保术后排尿通畅,改善患者症状,对于高危巨大BPH患者,不应强求完全切除腺体,依据术中情况尽最大程度切除增生腺体,必要时只安全切除腺体梗阻部分;手术时尽量保留膀胱颈的内括约肌,以防术后逆向。
术后应冲净膀胱内前列腺组织碎块,防止术后冲洗组织堵塞尿管,留置22-24F三腔气囊导尿管,持续点滴行膀冲洗胱,采用抗菌药物常规抗炎治疗,同时治疗合并症。
本文通过对经尿道等离子体双极电切术治疗高危前列腺增生患者10年临床经验的总结,最终发现,经尿道等离子体双极电切术治疗高危前列腺增生,患者治疗前后,国际前列腺症状评分、生活质量评分、最大尿流率均有明显改善,治疗前后各指标差异对比显著(P
综上所述,经尿道等离子体双极电切术治疗高危前列腺增生症患者,能有效改善患者前列腺增生引起的下尿路梗阻症状,获得更为理想的治疗效果,进而促进老年患者生存质量的提升。由此可知,经尿道等离子体双极电切术治疗高危前列腺增生症,具备临床推广应用的意义与价值。
参考文献:
论文摘要 在人类所利用的能源当中,电能是最清洁最方便的;电气传动无疑有着很大的意义,随着电力电子技术、计算机技术以及自动控制技术的迅速发展,电气传动技术也得到了长足的发展。本文在对大量国内外文献分析的基础上,总结和论述了我国在电力电子和电力传动系统领域的研究现状。
从学术的角度来看,电力电子技术的主要任务是研究电力电子器件(功率半导体)设备,转换器拓扑结构,控制和电力电子应用,实现电力和磁场的能量转换、控制、传输和存储,以便实现合理和有效使用的各种形式的能源,高品质的人力的电力和磁场的能量。
1 电力电子的研究方向
就目前情况而言,我国电力电子的研究范围与研究内容主要包括:1)电力电子元器件及功率集成电路;2)电力电子变换器技术的研究主要包括新的或电力能源的节约和新能源电力电子,军事和空间应用等作为特殊的电力电子转换器技术的智能电力电子变换器技术,控制电力电子系统和计算机仿真建模;3)电力电子技术的应用,其研究内容包括超高功率转换器,在能源效率,可再生能源发电,钢铁,冶金,电力,电力牵引,船舶推进应用,电力电子系统的信息化和网络;电力电子系统的故障分析和可靠性;复杂的电力电子系统的稳定性和适应性;4)电力电子系统集成,其研究内容包括标准化电力电子模块;单芯片和多芯片系统设计,集成电力电子系统的稳定性和可靠性。
2 我国电力电子发展中存在的问题
当前的主要问题是:中国的电力电子产品和设备目前生产的大部分是也主要是晶闸管,虽然它可以创造一些高科技电子产品和电气设备,但他们都使用电力电子外国生产设备和多组分组装集成的制造方法,尤其是先进的全控型电力电子器件全部依赖进口,而许多关系到国民经济和国家安全,在一些关键领域的核心技术,软件,硬件和关键设备,我国的外资控制和封锁。特别是在关系国民经济和国家安全,更多先进水平的核心技术差距的关键领域,这种情况正在迅速变化的挑战和我们的道德律令。
在过去,虽然我国国民经济的各个部门,先后引进了国外先进技术,已开始注意到国内突出的问题,从表面上看,虽然对引进技术的绝大多数可以在几年后达到国产化率70%的要求,但只要仔细分析,不难发现,并最终拒绝外国公司转让技术和关键部件,都涉及到高科技的电力电子技术和动力传动产品在核心技术。
目前国外和问题的主要区别是:电力电子器件的全面控制,不能制造国内制造的高功率转换器,低技术,设备可靠性差,电力电子数字控制技术水平仍处于初级阶段;应用程序的控制技术和系统控制软件的水平较低;缺乏经验的重大项目等。高性能高功率转换器设备几乎全部从国外进口。
3 电力传动系统的发展现状分析
目前我国电力传动系统的研究主要围绕交流转动系统展开,随着交流电动机调速理论的突破和调速装置(主要是变频器)性能的完善,电动机的调速从直流发电机-电动机组调速、晶闸管可控整流器,直流调压调速逐步发展到交流电动机变频调速。交流传动系统之所以发展得如此迅速,和一些关键性技术的突破性进展有关。它们是功率半导体器件(包括半控型和全控型)的制造技术、基于电力电子电路的电力变换技术、交流电动机控制技术以及微型计算机和大规模集成电路为基础的全数字化控制技术。为了进一步提高交流传动系统的性能,国内有关研究工作正围绕以下几个方面展开:
1)输入电流为正弦和四象限运行开辟了新的途径
高性能交流驱动系统电压型PWM逆变器中的应用日益广泛,PWM技术的研究更深入。 PWM功率半导体器件采用高频开启和关闭,成为一个在一定宽度的电压脉冲序列法律的变化,为了实现频率,变压器,有效地控制和消除谐波的直流电压。 PWM技术可分为三类:正弦PWM,优化PWM及随机PWM。正弦PWM的电压,电流和磁通正弦PWM计划的目标包括。正弦PWM普遍提高功率器件的开关频率将是一个非常出色的表现,在中小功率交流驱动系统等被广泛使用。但为大容量的电源转换设备,高开关频率将导致大的开关损失,以及高功率设备,如GTO的开关频率仍不做的非常高的在这种情况下,在最佳的PWM技术只是满足的需求该设备。
2)应用矢量控制技术、直接转矩控制技术及现代控制理论
交流电机交流驱动系统是一个多变量、非线性、强耦合、时变控制对象,变频调速控制,电机控制的稳定状态方程的研究动态控制非常令人满意的结果的特点。 70年代初提出研究交流电机的控制过程的动态,不仅要控制每个变量的振幅,而控制的阶段,为了实现交流电机磁通和转矩的解耦矢量变换方法,促使高性能交流驱动系统逐渐向实际使用。高动态性能的电流矢量控制变频器已成功应用于轧机主传动,电力牵引系统和数控机床。此外,为了解决系统的复杂性和控制精度之间的矛盾,但也提出一个新的控制方法,如直接转矩控制,方向控制电压,特别是与微处理器控制技术,现代控制理论在各种控制方法也得到了应用,如二次型性能指标最优控制和双位模拟调节器控制,可以提高系统的动态性能,滑(滑模)变结构控制可以提高系统的鲁棒性,状态观测器和卡尔曼滤波器可以得到状态信息不能测量,自适应控制能够全面提高系统的性能。此外,智能控制技术,如模糊控制,神经网络控制,也开始在交流变频调速驱动系统用于提高控制精度和鲁棒性。
3)广泛应用微电子技术
随着微电子技术的发展,数字式控制处理芯片的运算能力和可靠性得到很大提高,这使得全数字化控制系统取代以前的模拟器件控制系统成为可能。目前适于交流传动系统的微处理器有单片机、数字信号处理器(Digital Signal Processor——DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit——ASIC)等。其中,高性能的计算机结构形式采用超高速缓冲储存器、多总线结构、流水线结构和多处理器结构等。核心控制算法的实时完成、功率器件驱动信号的产生以及系统的监控、保护功能都可以通过微处理器实现,为交流传动系统的控制提供很大的灵活性,且控制器的硬件电路标准化程度高,成本低,使得微处理器组成的全数字化控制系统达到了较高的性能价格比。
4 结论
虽然我国电力电子与电力系统传动系统技术得到了长足的发展,但与发达国家相比仍然存在较大差距,许多关键技术有待突破,关键部件还长期依赖进口的局面还没有打破。
参考文献
新形势下课程的解构
铁道类职业院校电力电子技术所涉及的专业主要是电气化铁道技术专业。国家“十二五”规划明确提出要大力发展职业教育,加快培养高素质技能型人才。“十二五”期间,以高速铁路网络、区际干线快速铁路网络、重载铁路货运网络、西部铁路网络等为重点的大规模铁路建设和城市轨道交通建设全面展开。铁路建设大力发展电力牵引,推进铁路技术装备现代化。以中国南车集团等骨干企业为依托,重点发展大功率交流传动电力机车、动车组牵引电机与电器、城市轨道交通车辆、高速铁路配件等高技术产品。从1996年AC4000型交流传动技术的引进,到2006年CRH2型动车组整车下线,目前已完全拥有高铁制造技术的自主知识产权。2011年中国南车联合美国GE公司进军美国高铁市场。标志着轨道交通装备制造行业实现了从“中国制造到中国创造”的转变。新的形势对专业人才职业素质、职业能力和可持续发展提出更高要求。电力电子技术在机车上的应用越来越广泛,越来越灵活多变。电气化铁道技术专业学生的培养要求也随着变化,这也促使我们任教课程的老师们深入到企业生产一线,开展丰富地调研,将实际应用的经验带入到课堂中来。在设计电气化铁道技术《电力电子技术》这门课程之前,我根据机车交流传动技术,机车电气制动控制技术等实际运用,对南车集团相关的技术人员及一线操作人员,广铁集团的司乘和检修人员等进行了调研,了解到这些岗位对电气化铁道技术专业的要求,也了解到他们在实际工作中对电力电器件的选型,筛选优劣,维修控制设备等对电力电子技术相关知识的要求。这些宝贵的经验与建议对于我对电气化铁道技术专业的学生讲授《电力电子技术》这门课程来说,专业针对性强,学生学起来也很感兴趣。以前不知道学了这些电力电子器件,电力电子电路拓扑结构将来有什么用,这些知识与自己的专业到底有多少关系。利用职教新干线平台,将现场的部分作业过程直接展示在学生课堂,将现实生活中的实例直接带入课堂,利用现场实例,实现了基于工作过程的解构,也丰富了我的教学。
2基于互联网教学平台的课程资源重构的目标
在互联网技术高速发展的形式下,对课程的重构主要是依托职教新干线网络平台,以《电力电子技术》的实际应用为突破口,不断的应用理论知识对实践的各个环节进行指导,同时根据实践中发生的问题和解决问题的方法和技巧不断更新和完善理论体系,最终探索出一套行之有效的一般规律和方法来,使《电力电子技术》这一课程的教学更加切合实际。通过不断的努力,课程重构后最终要实现的目标是:(1)使学生掌握学习新知识的方法,提高学习能力。让学生在真实的环境中学会应用电力电子技术进行电路故障分析、处理,合理选择电力电子器件,筛选优劣电力电子器件的方法,以教学情境与工作过程相结合的方式增强学生实际动手操作能力,培养学生的自学能力、设计能力、创新能力和适应能力,逐步达到相关职业岗位的能力和素养要求。(2)提高教师教的效果。目前我们院校的《电力电子技术》教学还是以传统的理论教材为主,同时老师教学过程也仍应用传统理论教学模式,以分析电路原理,讲解参数计算过程和计算方法为主,这种教学方式的弊端是使学生感觉枯燥和乏味,就更谈不上培养学生的学习兴趣,加上电力电子技术的抽象难懂,也就容易使其产生厌学和放弃的心态。通过结合职教新干线互联网教学平台对本课程的重构,我们要通过真正的实践案例指导老师的教学过程;同时,利用互联网技术与多媒体技术,提供更多的形象化的电路效果演示,更多的实践案例,以提高教师的教学效果。
基于互联网教学平台的课程教学实施
关键词:教学改革;电气工程概论;互动式教学法;教学效果
作者简介:韩杨(1982-),男,四川成都人,电子科技大学机电学院,讲师。(四川 成都 611731)
基金项目:本文系电子科技大学中央高校基本科研项目(项目编号:2672011ZYGX2011J093)的研究成果。
中图分类号:G642.0 文献标识码:A 文章编号:1007-0079(2013)10-0057-02
“电气工程概论”课程是电气工程及其自动化专业的专业基础课。课程围绕电气工程领域的几个主要分支——电机电器及其控制、电力系统及其自动化、高电压与绝缘技术、电力电子与电力传动、电工新技术等方面进行全面系统的介绍。通过该课程的学习,学生对电气学科的发展历史和应用现状有全景式的了解,对进一步深入电气工程学科类专业学习起到导航作用,并逐步培养对电气科学与工程的崇尚与追求的专业精神以及创新意识。[1,2]
实践表明,学生总是习惯于知识的“定量”化灌输模式,而对于这样一门以“定性”介绍为主、没有公式讲解和详细专业理论分析的课程,最初还有些不适应。如何激发学生对电气专业的兴趣,引导学生通过网络搜索和图书馆资料查询等手段,去主动了解和掌握一些专业知识背景,是课堂教学中需要着重思考和实践的课题。[3-5]笔者经过两三年的电气工程概论教学后,在重点讲述电力系统自动化、电力电子与电力传动等的基础上,把互动式教学方法成功应用到教学实践中。课堂教学表明,这对于提升学生学习兴趣和培养学生自主学习能力方面是非常有效的。
一、 采用互动式教学方法,探索改革教学模式
“电气工程概论”课程涵盖内容多,采用传统满堂灌式教学方法,效果不佳。笔者通过教学实践,摸索出一套有效的方法,教学安排按照如下顺序:教师理论讲解—多媒体PPT展示—视频演示—给学生布置课后调研题目—学生自主学习、分组研讨、制作PPT—学生课堂专题演讲—同学问答互动、教师总结—教师提出整改意见—学生课后再次收集资料、完成研究报告。这种互动式方法培养了学生对课程的兴趣,使他们在PPT演讲、书面表达、创新能力培养方面都起到积极作用。
二、调整更新教学内容,提升课堂教学质量
1.课程绪论
(1)主要内容:电气工程在国民经济中的地位;电气科学与工程的发展简史、前景、理论基础和常用计算机程序,譬如EMTP、MATLAB、BPA、EMTDC、PSPICE等。应达要求:了解电气科学与工程的产生过程;了解电气工程及其自动化专业的二级学科分布;了解电气工程学科的发展前景和在国民经济中的主要应用和作用。
(2)教学设计:围绕使学生对本课程的专业背景、主要应用前景有一个清晰的认识和激发其对本专业的热爱这一目标来展开。在讲授过程中,补充智能电网、新能源的开发利用技术等当前国内外的研究热点,扩展学生的专业视野。
2.电机电器及其控制技术
(1)主要内容:电机的作用及其发展简史;电机的分类与结构、应用领域、选用与运行控制;电机学的研究内容概要;电器的发展历史和分类。应达要求:了解电机的基本作用、发展简史、电器的发展历史;理解电机在国民经济中的应用领域;掌握电机的可逆原理;理解电机学的主要研究内容、高压电器与低压电器的基本结构与作用;掌握电机分类方法和不同类别的电机特点。
(2)教学设计:介绍电机与电器学科的概况、发展简史,使学生对电机学等后续专业基础课程以及电机的微机控制技术等专业课程的学习建立初步的感性认识。通过FLASH制作的同步电机励磁过程和旋转磁场模拟动画来加强学生对电机学理论知识的理解。对于电器部分,通过图片的形式向学生展示各种电器,增强学生的感性认识;对于高压电器部分,由于装置体积庞大,采用视频录相讲解的方法,拉近学生对高压电器的感性距离。
3.电力系统及其自动化技术
(1)主要内容:电力系统发展简史;电力系统简介;发电厂、电网概述;电力市场简介;电力新技术与发展趋势。应达要求:了解电力系统的发展简史和我国电力工业的发展概况、交直流输电技术的发展过程、各种类型的能源发电原理及其特点;了解电力市场的概念、电力新技术的发展趋势;理解电力系统的功能与作用、现代电力系统的主要特点和运行过程。
(2)教学设计:主要讲授电力系统的概况、基本概念,内容涉及发、输、供、配、用几大部分,按发电部分、电网运行与调度、电力应用三个环节顺序介绍。教学过程中首先从系统的角度对电力系统进行介绍,使学生建立对电力系统整体功能及结构的认识,在此基础上,进一步对各个组成部分分别阐述。在讲述电力系统发展前沿技术的时候,本着自动化、数字化、智能化的发展主线,将智能电网的概念引入课堂。
4.电力电子技术与电力传动
(1)主要内容:电力电子技术的作用与发展简史;电力电子技术的特点和研究内容、应用领域;电力电子技术的地位、发展方向和电力传动概况。应达要求:了解电力电子技术的作用、发展历史;了解电力电子技术的主要应用领域和新技术的发展趋势;了解电力传动的主要应用领域;理解电力电子技术的概念与特点和直流电机、交流电机传动的基本原理。
(2)教学设计:介绍电力电子技术的作用、历史、主要特点及其发展趋势。电力电子技术是我院电气专业一门重要的专业课程。对半导体变流技术的发展历程进行讲授,让学生明确电力电子技术的本质和重要意义;将实验室电力电子器件作为道具,在课堂上实物演示,让学生建立感性认识。在讲述电力传动部分时,结合工程实践进行案例教学,使学生明确电力传动在工业中的应用概况;结合科研课题,将典型案例通过PPT向学生展示。
5.高电压与绝缘技术
(1)主要内容:高电压与绝缘技术发展简史及主要内容;高电压新技术及其在各领域的应用。应达要求:了解高电压与绝缘技术的作用;了解高电压的产生原理和试验设备;了解高电压新技术及其在各领域的应用;理解基本的高电压及绝缘试验操作。
(2)教学设计:介绍高电压与绝缘技术的发展历程、应用领域及其试验技术。本章具有很强的专业背景,因此在教学时,采用了PPT讲授和视频演示相结合的教学手段,突出高电压技术的产生背景、发展历程、试验条件和环境等,达到让学生建立一个感性认识的目的。
6.电工新技术
(1)主要内容:电工新技术发展趋势、超导电工技术、聚变电工技术、磁流体技术、可再生能源技术、磁悬浮列车技术、燃料电池技术、飞轮储能技术和微机电系统。应达要求:了解电工新技术的发展趋势、超导电工技术、磁聚变电工技术的基本原理及应用,磁流体发电和推进技术、磁悬浮列车技术、燃料电池技术及应用,飞轮储能技术及应用和微机电系统的基本概念。
(2)教学设计:主要以PPT讲授为主。对超导电工、聚变电工、可再生能源发电、燃料电池技术和微机电系统等前沿技术进行专题概述。
三、改革教学方法,创新互动式教学模式
1.注重课堂引导,激发学生学习兴趣
在教学过程中,借助网络资源,向学生介绍电气行业的应用情况和相关企业的产品和市场情况,譬如给学生介绍联合证卷行业深度分析“电力电子,我们可以看得更远”,重点介绍电力电子变频器、整流设备、无功补偿设备SVG、开关电源、直流输电装备等技术的实际工程应用,介绍相关企业和上市公司产品和市场概况,激发了学生的学习兴趣。
2.加强课堂互动,调动学生积极性
为了加强课堂互动,采用了PPT讲解和视频教学相结合的方法,进行多个专题介绍。譬如:核裂变之历史回顾、中广核集团介绍、日本核事故回顾、欧洲核聚变装置、中国托克马克聚变装置、日本新干线与中国高速铁路、国家电网、南方电网公司宣传片;汽轮发电机、水轮发电机安装视频和三峡发电厂简介。学生观看完视频后,进行提问:裂变和聚变的区别是什么?日本核泄漏事故的原因是什么?避免核事故的方法有哪些?日本新干线和中国高铁的技术要点有哪些?汽轮机和水轮机的原理是什么等等。鼓励学生回答问题,凡是举手回答问题的学生,在平时成绩上加2分,调动了学生的积极性。随后,教师进行总结评论。
3.推行专题报告,活跃课堂气氛
采用学生专题演讲方法,激发自主学习兴趣和收集整理资料的能力。学生3人一组,分工协作完成资料收集、PPT制作和课后研究报告撰写。学生报告题目有:智能电网概述、电气化铁路接触网介绍、电能存储技术的发展概况、地热发电的现状与技术要点、PLC的原理与应用、国内外智能电网发展趋势、柔性太阳能电池、国内外高压直流输电工程简介、电力系统柔性输配电技术、城市轨道交通供电系统和电动汽车电源系统等等。学生报告后,其他学生提3~5个问题,报告者首先作答,教师随后总结,并对相关技术问题进行详细讲解。对提问的同学,在平时成绩上加2分。这样课堂气氛非常活跃,学生争先恐后举手发言。
四、结束语
通过和学生的沟通发现,学生非常喜爱这种互动式教学方法,感觉课堂不再枯燥,而是充满活力,在知识获取和创新、演讲能力和书面表达方面都得到全面的锻炼,收获颇丰。学生的积极性被充分调动起来了,课堂气氛活跃,学生学习中找到了快乐,对电气工程专业提升了兴趣。教学实践表明,互动式教学方法在电气工程概论课程的应用是成功的。
参考文献:
[1]刘晋,牛印锁,文俊.国内外“电力电子技术”课程教学研究[J].中国电力教育,2012,(6):64-65.
[2]杨鸿波,高晶敏,侯霞,等.“电路分析”课程教学改革的探索与实践[J].中国电力教育,2011,(2):99-100.
[3]蒋陆萍,蒋宇琦.自主教学法在“电力生产概论”课程教学中的应用[J].中国电力教育,2012,(15):67-68.