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一、電力電子技術的發展及應用

電力電子技術是以電力為對象的電子技術，它將電子技術和控制技術引入傳統的電力技術領域，利用半導體電力開關器件組成各種電力變換電路實現電能的變換和控制，構成了一門完整的學科，該學科被國際電工委員會命名為電力電子學（PowerElectronics）或稱為電力電子技術。它是一門綜合了電子技術、控制技術和電力技術的新興交叉學科。電力電子技術包括電力電子器件、電力電子電路和控制技術三個部分，它的研究任務是電力電子器件的應用、電力電子電路的電能變換原理、控制技術以及電力電子裝置的開發與應用。

1.電力電子器件的發展

電力電子技術的發展取決于電力電子器件的研制與應用。電力電子器件是電力電子技術的基礎，也是電力電子技術發展的動力，電力電子技術的每一次飛躍都是以新器件的出現為契機的。1947年，美國的貝爾實驗室發明了晶體管，引發了電子技術的一場革命。以此為基礎，美國在1956年研制出了最先用于電力領域的半導體器件——硅整流二極管（SemiconductorRectifier，SR），又稱為電力二極管（PowerDiodes，PD）。20世紀80年代中后期，為了進一步減少低壓高頻開關電源中電力半導體器件的管壓降和損耗，同步整流管也應運而生。1957年，美國通用電氣公司（GE）發明了普通反向阻斷型可控硅整流管（SilliconControlledRectifier，SCR），以后稱為晶閘管（Thyristor）。它標志著電力電子技術的誕生。經過工藝完善和應用開發，到了20世紀70年代，晶閘管已形成從低壓小電流到高壓大電流的系列產品。以晶閘管為主要器件的電力電子技術很快在電化學工業、鐵道電氣機車、鋼鐵工業（感應加熱）、電力工業（直流輸電、無功補償）中獲得了廣泛的應用。由晶閘管及其派生器件構成的各種電力電子系統在工業應用中主要解決了傳統的電能變換裝置中所存在的能耗大和裝置笨重的問題，因而大大地提高了電能的利用率，同時也使工業噪聲得到了一定程度的控制。電力半導體器件經過了五十多年的發展，器件制造水平不斷提高，已經歷了以硅整流管（SR）、晶閘管（SCR）、可關斷晶閘管（GTO）、巨型晶體管（GTR）、功率MOSFET、絕緣柵雙極型晶體管（IGBT）為代表的分立器件時期，現在已發展到由驅動電路、控制電路、傳感電路、保護電路、邏輯電路等集成在一起的高度智能化的PIC和IPM時期。電力半導體器件實現了器件與電路的集成，強電與弱電、功率流與信息流的集成，成為機和電之間的智能化接口，它是機電一體化的基礎單元。按照其控制特性來說，電力半導體器件可分為以硅整流管（SR）為代表的不可控器件，以晶閘管（SCR）為代表的只能通過門極電流控制其開通而不能控制其關斷的半控型器件和以可關斷晶閘管（GTO）、絕緣柵雙極型晶體管（IGBT）為代表的既能控制其開通又能控制其關斷的全控型器件三大類。在器件的控制模式上，電力半導體器件已經從電流型控制模式發展到電壓型控制模式，這不僅大大降低了門極的控制功率，而且大大提高了器件導通與關斷的轉換速度，從而使器件的工作頻率由工頻→中頻→高頻不斷提高。在電力電子技術走向智能化、高頻化、大功率化、模塊化、綠色化的進程中，作為其基礎的新型電力半導體器件不斷涌現，為電力電子技術的發展作出新的貢獻。電力電子器件已經與計算機控制技術相結合，在各行各業發揮了重要作用，給電力電子技術注入了強大的生命力。

2.電力電子技術應用領域

電力電子學與裝置的市場需求與日俱增，其主要應用領域包括以下幾個方面。

（1）一般電源。包括不停電電源、電解電源、電鍍電源、開關電源、機車輔助電源、微機及儀器儀表電源、航空電源、通信電源。

（2）專用電源。包括電化學電源、微弧氧化電源、蓄電池充電放電、電子模擬負載、電解水電源、交流電子穩壓電源、脈沖功率電源、電力測功機。

（3）電力牽引及傳動控制。包括電力機車、電傳動內燃機車、礦井提升機、軋鋼機傳動。

（4）電力系統應用。高壓直流輸電（HVDC）。

（5）有源濾波器。傳統的無源濾波器由于其濾波性能較差，難于應付日益嚴重的電網“公害”。人們從電力電子學本身找到了解決的途徑，這就是有源濾波器。

（6）新能源利用。包括光電池、風力發電等，電力電子裝置還將用于太陽能發電及風力發電裝置與電力系統的連接。（7）節能。采用電力電子裝置實現電機調速可以達到很高的效率。

（8）電氣工藝應用。包括在焊接設備及感應加熱中的應用。

（9）家用電器。種類繁多的家用電器，小至一臺調光燈具、高頻熒光燈具，大至通風取暖設備、微波爐及眾多的電動機驅動設備，都離不開電力電子交流電路。

（10）靜止無功補償器（STATCOM）（串聯）和典型功率應用100MW。用于電網的電壓控制和無功補償。

（11）柔性輸電技術。柔性交流輸電系統（flexibleACtransmissionsystem，FACTS）是指裝有電力電子型或其他靜止型控制器以加強系統可控性和增加功率傳輸能力的交流輸電系統。

（12）電動汽車和混合動力電動汽車（EV/HEV）。

二、教學內容應注重實際應用、傳授先進教學內容

“電力電子技術”是一門專業基礎性較強且與生產實際緊密結合的課程，自誕生以來已形成了豐富的器件系列、變換技術和控制技術，特別是電力電子裝置在工業、交通運輸、電力系統、通信系統、計算機系統、新能源系統中的應用更加廣泛。在教學中應合理選擇內容，特別是先進的教學內容，使學生既要打好理論基礎，又要注重實際應用。知識是相互聯系、相互滲透的。在學習“電力電子技術”之前，應首先學好“電路”和“電子技術基礎”兩門課程。電力半導體器件是現代電力電子技術的基礎核心。電力電子器件的基本特點之一是能以信號輸入控制很大的輸出，這就使電力電子設備成為強、弱電之間接口的基礎。講解器件原理及特性，目的是為了應用器件組成電路，故應掌握器件外部特性、極限參數和使用注意事項，三方面的內容應以電路為主。

三、采用現代化的教學方法和教學手段

隨著教學手段和方法的不斷更新，學生應注重綜合能力的培養。因此，教師在課堂的教學中，不僅要傳授理論知識，而且要訓練學生的動手能力，培養他們分析問題和解決問題的能力。這樣，學生畢業后可通過實際鍛煉和自我學習來提高實際工作能力。由于電力電子技術涵蓋的知識內容多、難度大、實用性強，教學的內容應著重基本原理和分析方法的講授，加強知識的系統性，培養學生融會貫通知識的能力。講授時采用啟發式教學方法，將有助于培養學生的思維能力，有助于學生理解和掌握教學內容。在課堂上采用討論式教學方法讓學生自己講，自己評，效果十分理想。由于學生在入學時分數的差異和接收問題的能力不同，教師在教學中應注重因材施教，分層教學。實現教學手段現代化可以加大授課的信息量，節約課時，是增強教學效果的重要措施。“電力電子技術”課程教學的最大特點就是借助于波形，分析電力電子器件和電路的工作狀態，以確定電路中能量的變換和傳遞。在“黑板+粉筆”傳統的授課方式中，教師畫電路圖和波形圖時，時間用的比較多，而運用多媒體教學可以形象地表達一些語言難以描述清楚的問題。對學生理解電路的工作原理有事半功倍的效果，因此，將多媒體教學應用到該課程的教學中，通過多媒體技術將實際應用中的電路和電力電子裝置做成影音資料帶到課堂上，可以提高學生的感性認識，激發學生學習的興趣。隨著計算機網絡技術的發展，還可以利用網絡教室開展多媒體教學，是一種更有發展前景的現代化教學手段。

四、加強實驗、實踐環節，注重學生綜合能力培養

電力電子技術具有很強的實踐性，而實驗是培養理論聯系實際、動手能力、嚴謹的科學態度和科學方法的重要手段，因此，應精選最基本的也有較高實用價值的實驗項目。在實驗教學中，教師應選擇教材上具有代表性的實驗來組織教學，例如，選擇在計算機、通信設備及家用電器等廣泛應用的半橋型開關穩壓電源作為實驗項目，介紹典型的開關電源電路結構、元器件和工作原理，使學生對開關電源有了深刻的理解，增強學生的學習興趣。由于電力電子電路具有強、弱電結合的特點，要特別強調操作的規則、保證實驗安全。在實驗教學中，教師還可以采用虛實結合的教學方式，即部分實驗采用計算機仿真軟件來實現，特點是具有精度高、重復性好的優點，是進行科學研究和教學的重要手段之一。將仿真軟件引入教學中，可以讓學生自己去動手設計和開發實用電路模型，并對電路運行效果進行模擬實驗。使學生充分發揮想象力，極大地提高了學生的思維能力和動手能力。

五、結束語

隨著社會科學技術的發展，電力電子技術也在不斷地更新，教師應在教學中應跟上時代的步伐，不斷地更新和充實教學內容，改進教學方法和手段。在教書的同時也要育人。教書育人是教師的神圣職責，在教學思想上確立學生的主體地位，發揮教師的主導作用，抓好教學的各個環節，重視學生的全面發展，結合教學工作言傳身教，以教師嚴謹的教風帶動學生良好的學風。注重教學方法的研究，教學中既注重科學的嚴密性，又要注重表達的生動性。激發學生積極思維，融會貫通所學知識，培養學生科學的思維方法和能力。在完成教學工作的同時，刻苦鉆研業務，努力提升自己的業務水平和專業研究能力，這樣才能以自己的廣博知識去引導學生，更好地提高教學質量。