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。
作者：万军华 荣军 涂兵 安琪 李武 单位：南理工学院信息与通信工程学院