發(fā)布時(shí)間：2023-10-02 08:56:49
序言：寫(xiě)作是分享個(gè)人見(jiàn)解和探索未知領(lǐng)域的橋梁，我們?yōu)槟x了8篇的電力電子教學(xué)樣本，期待這些樣本能夠?yàn)槟峁┴S富的參考和啟發(fā)，請(qǐng)盡情閱讀。
關(guān)鍵詞： 《電力電子技術(shù)》 教學(xué)改革 慕課 翻轉(zhuǎn)課堂
1.引言
電力電子作為一項(xiàng)新興技術(shù)，因?yàn)槠渥儞Q和傳輸電能的功能，在生產(chǎn)生活的各個(gè)領(lǐng)域受到越來(lái)越多的關(guān)注。全球性的能源危機(jī)使人們的目光開(kāi)始轉(zhuǎn)向環(huán)保型能源，如太陽(yáng)能、風(fēng)能，不同形式的能量之間的轉(zhuǎn)換必須依賴(lài)電力電子技術(shù)。以上海為核心的長(zhǎng)江三角地區(qū)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，必然會(huì)帶動(dòng)電力電子技術(shù)的大力發(fā)展與應(yīng)用，同時(shí)電力電子技術(shù)的發(fā)展也相應(yīng)推動(dòng)長(zhǎng)三角地區(qū)經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展。
目前國(guó)內(nèi)外高等教育部門(mén)均已認(rèn)識(shí)到加強(qiáng)電力電子技術(shù)專(zhuān)業(yè)教育的重要性。通觀全球的電力電子技術(shù)教育現(xiàn)狀，“改革”的觀念滲透到從課堂教育、仿真、實(shí)驗(yàn)到專(zhuān)業(yè)論文的方方面面。近十年，當(dāng)高職完成規(guī)模建設(shè)的過(guò)程后，必然實(shí)現(xiàn)走內(nèi)涵發(fā)展的道路，實(shí)現(xiàn)人才培養(yǎng)目標(biāo)。我院人才培養(yǎng)目標(biāo)定位：立足不斷探索創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式，培養(yǎng)高素質(zhì)的技術(shù)技能型人才。因此，無(wú)論從該課程對(duì)國(guó)計(jì)民生的重要性還是從教學(xué)務(wù)實(shí)的角度講，對(duì)于該課程的建設(shè)和教學(xué)改革都具有重要的實(shí)際意義。
2.教學(xué)現(xiàn)狀
（1）學(xué)生方面。對(duì)于高職學(xué)生，本門(mén)課程一般在大二開(kāi)設(shè)，已有電學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)，但是本門(mén)課程涉及的電學(xué)知識(shí)，被遺忘和不扎實(shí)現(xiàn)象特別嚴(yán)重，在講授過(guò)程中因?yàn)闆](méi)有掌握基礎(chǔ)知識(shí)，所以學(xué)習(xí)這門(mén)課程很吃力，以致厭學(xué)。
（2）教學(xué)方面。近十年來(lái)電力電子技術(shù)得到飛速發(fā)展，新器件和新的控制方法不斷出現(xiàn)，《電力電子技術(shù)》教學(xué)內(nèi)容必須隨自身技術(shù)的發(fā)展及時(shí)更新，但實(shí)際授課教材大綱往往內(nèi)容滯后，與電力電子技術(shù)的發(fā)展不協(xié)調(diào)，造成課堂教學(xué)與工程實(shí)踐相脫節(jié)；基本沿用傳統(tǒng)的以課堂教學(xué)為主、驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)為輔的教學(xué)模式，與先進(jìn)的現(xiàn)代教學(xué)方法和教學(xué)手段不相適應(yīng)，不利于學(xué)生對(duì)本課程的深入理解；目前課時(shí)越來(lái)越少，給高職學(xué)生的學(xué)習(xí)和教師教學(xué)帶來(lái)難度。
3.教學(xué)方法改革
利用新的教學(xué)方法提高學(xué)生對(duì)電力電子課程的興趣，被視為電力電子教學(xué)改革的重要手段。迅速發(fā)展的信息技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)不僅被應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)室建設(shè)，而且被廣泛作為課程教學(xué)的新方法。國(guó)內(nèi)外許多大學(xué)都已開(kāi)發(fā)出電力電子的網(wǎng)上授課內(nèi)容，并以多媒體的形式呈現(xiàn)，其中以瑞士的iPES最著名。
通觀國(guó)內(nèi)外高校電力電子教學(xué)現(xiàn)狀，有很多值得我們學(xué)習(xí)和借鑒的新方式、新方法，在我國(guó)電力電子教學(xué)改革中，以下幾方面值得注意。
（1）建立系統(tǒng)的觀念。在教材編寫(xiě)與課程內(nèi)容組織的過(guò)程中，從電力電子系統(tǒng)的觀點(diǎn)出發(fā)，將相關(guān)知識(shí)有機(jī)融合，避免將各種電力電子器件、各種結(jié)構(gòu)功能的電路作孤立講解，因?yàn)殡娏﹄娮与娐吠ǔ６际菐追N電路組合在一起構(gòu)成一個(gè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)一定的功能的，僅僅孤立地講解其中的一個(gè)意義不大。
（2）注重電力電子電路的設(shè)計(jì)，培養(yǎng)學(xué)生的電路設(shè)計(jì)思想和能力。從電路設(shè)計(jì)的角度出發(fā)組織電力電子技術(shù)的教學(xué)內(nèi)容，是一種很好的教學(xué)方式。哪怕是最簡(jiǎn)單的電力電子電路的設(shè)計(jì)，也是一個(gè)很好的開(kāi)端。
（3）課堂教學(xué)、仿真、實(shí)驗(yàn)并重。在課堂教學(xué)中引入各種先進(jìn)的教學(xué)手段，在實(shí)驗(yàn)室中引入先進(jìn)的仿真軟件，如MATLAB、PSPICE等，同時(shí)下大力氣建立電力電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)室。通過(guò)各種實(shí)驗(yàn)電路搭建完整的電力電子系統(tǒng)，應(yīng)是實(shí)驗(yàn)室的基本功能，而不僅僅是對(duì)各種功能電路的驗(yàn)證。
（4）在教學(xué)中，為了跟上電力電子技術(shù)快速發(fā)展的步伐，僅僅講授教材中的內(nèi)容是不夠的，還應(yīng)采取調(diào)研、討論、講座、專(zhuān)題報(bào)告等各種形式，使學(xué)生對(duì)電力電子技術(shù)的前沿技術(shù)有所把握，為學(xué)生未來(lái)的科研與工作打好基礎(chǔ)。
（5）積極開(kāi)展電力電子及相關(guān)課程的網(wǎng)上教學(xué)，用動(dòng)畫(huà)、多媒體等先進(jìn)手段展示電力電子的課程內(nèi)容，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。通過(guò)交互式網(wǎng)頁(yè)設(shè)計(jì)使學(xué)生主動(dòng)參與學(xué)習(xí)，增強(qiáng)教學(xué)效果，如“慕課”（MOOC，大規(guī)模在線(xiàn)開(kāi)放課程）。
4.MOOC+翻轉(zhuǎn)課堂
近年興起的“慕課”已在全球高等教育界引發(fā)熱潮，我國(guó)北大、清華、復(fù)旦等高校相繼加入“慕課”平臺(tái)。同時(shí)，國(guó)內(nèi)高校認(rèn)識(shí)到，應(yīng)借勢(shì)“慕課”沖擊，努力提高教學(xué)質(zhì)量，還能用較低的成本進(jìn)一步均衡國(guó)內(nèi)高等教育優(yōu)質(zhì)資源。建設(shè)“中國(guó)式慕課”很快由理念變?yōu)樾袆?dòng)。
翻轉(zhuǎn)課堂是指重新調(diào)整課堂內(nèi)外的時(shí)間，教師不再占用課堂的時(shí)間講授信息，這些信息需要學(xué)生通過(guò)看視頻講座、聽(tīng)播客、網(wǎng)絡(luò)閱讀等形式課后自行學(xué)習(xí)。教師更多地利用課堂時(shí)間對(duì)學(xué)生進(jìn)行一對(duì)一的互動(dòng)和指導(dǎo)。
把基于MOOC的翻轉(zhuǎn)課堂法融入《電力電子技術(shù)》的教學(xué)實(shí)踐活動(dòng)中，使師生共同走進(jìn)課程，體驗(yàn)、思考，成為課程的創(chuàng)造者和主體，這種教學(xué)改革在全國(guó)范圍的課程改革中尚屬前沿。
參考文獻(xiàn)：
[1]陶生桂，胡兵.長(zhǎng)三角地區(qū)電力電子技術(shù)發(fā)展及應(yīng)用[J].變流技術(shù)與電力牽引，2007，1：38.
[2]關(guān)曉菡，趙徐森，張衛(wèi)平，劉元超.電力電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革探討[J].第四屆全國(guó)高校電氣工程及其自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)教學(xué)改革研討會(huì)論文集，2005：543.
關(guān)鍵詞：電力電子技術(shù)；MatlabGUI；虛擬仿真平臺(tái)；教學(xué)可視化平臺(tái)
電力電子技術(shù)是使用電力電子器件對(duì)電能進(jìn)行變換和控制的技術(shù)[1]。它是以高等數(shù)學(xué)、電路原理及模擬電子技術(shù)等課程為基礎(chǔ)，同時(shí)也是自動(dòng)控制原理，電機(jī)與拖動(dòng)等專(zhuān)業(yè)課程的基礎(chǔ)課，具有很強(qiáng)的實(shí)用性和綜合性，是電氣工程領(lǐng)域理論和實(shí)踐相結(jié)合的專(zhuān)業(yè)核心課程之一，因此電力電子技術(shù)教學(xué)質(zhì)量的好壞，將直接影響后續(xù)課程的學(xué)習(xí)[2⁃4]。電力電子課程概念多、知識(shí)面廣、實(shí)踐性強(qiáng)，這給老師講課和學(xué)生理解帶來(lái)很大的困惑，所以借助實(shí)驗(yàn)來(lái)加深學(xué)生對(duì)基本概念、基本理論和基本方法的理解很有必要。而傳統(tǒng)電力電子實(shí)驗(yàn)教學(xué)受場(chǎng)地、器材、時(shí)間等諸多因素的影響，難以讓學(xué)生達(dá)到基本的實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)投入小，不受時(shí)間、地點(diǎn)的限制，具有一定的開(kāi)放性，方便學(xué)生創(chuàng)新等優(yōu)點(diǎn)。所以借助虛擬仿真平臺(tái)來(lái)輔助課堂及實(shí)驗(yàn)教學(xué)會(huì)起到巨大的幫助作用[5⁃7]。本文借助Matlab/Simulink仿真環(huán)境，以及GUI（GraphicalUserInterface）設(shè)計(jì)友好的人機(jī)界面，通過(guò)GUI輸入框中數(shù)值的不同，改變電路參數(shù)，即可在界面觀察對(duì)應(yīng)的波形變化。同時(shí)在界面中添加不同的入口畫(huà)面，可以觀察仿真原理圖，以及該電路的原理分析。同時(shí)，在虛擬仿真平臺(tái)中加入電路的閉環(huán)實(shí)例分析，加深學(xué)生對(duì)該電路的理解，提高學(xué)生的積極性和學(xué)習(xí)效率[8⁃9]。
1電力電子虛擬仿真平臺(tái)的建立
1.1電力電子虛擬仿真平臺(tái)結(jié)構(gòu)
在設(shè)計(jì)GUI界面之前，首先需要確定虛擬仿真平臺(tái)的結(jié)構(gòu)。由于設(shè)計(jì)該平臺(tái)的主要目的是為電力電子課程提供一個(gè)教學(xué)和實(shí)驗(yàn)的仿真平臺(tái)，對(duì)電力電子課程中的一些常用電路進(jìn)行動(dòng)態(tài)仿真，幫助學(xué)生深刻理解電力電子課程中電路拓?fù)浜碗娐穼?shí)例。根據(jù)這些基本要求，并結(jié)合電力電子課程的特點(diǎn)，確定了虛擬仿真平臺(tái)的結(jié)構(gòu)框圖，如圖1所示。該平臺(tái)包含了電力電子技術(shù)中常用電路，如整流電路、逆變電路、直流⁃直流變流技術(shù)、交流⁃交流變流技術(shù)及PWM控制技術(shù)5個(gè)基本模塊。課程的其他內(nèi)容可在虛擬仿真平臺(tái)的基礎(chǔ)上擴(kuò)展，因此，該平臺(tái)具有很強(qiáng)的通用性。為了使每個(gè)模塊設(shè)計(jì)更加簡(jiǎn)單，虛擬仿真平臺(tái)采用了分層設(shè)計(jì)方法，將該平臺(tái)分為若干個(gè)模塊，每個(gè)模塊包括一些子模塊。圖2給出了直流⁃直流變流技術(shù)模塊的組成框圖，它包括原理分析、運(yùn)行界面和實(shí)例分析三個(gè)子模塊，其他模塊的設(shè)計(jì)思想同該模塊基本相同。
1.2Matlab圖形用戶(hù)界面設(shè)計(jì)
Matlab為用戶(hù)提供了強(qiáng)大的集成圖形用戶(hù)界面開(kāi)發(fā)環(huán)境（GUIDE），用戶(hù)可以方便地設(shè)計(jì)圖形用戶(hù)界面，開(kāi)發(fā)自己的用戶(hù)程序[10]。圖形用戶(hù)界面（GUI）是由窗口、菜單、文字說(shuō)明、標(biāo)簽等控件構(gòu)成。用戶(hù)通過(guò)提供的控件，如按鈕、滑塊、列表框等可以設(shè)計(jì)出易于理解的人機(jī)界面。一個(gè)圖形用戶(hù)界面必須包括控件（Compo⁃nent）、圖形窗口（Graphics）和回調(diào)函數(shù)（Callback）三個(gè)部分，利用GUIDE創(chuàng)建GUI是常用方法之一。使用GUIDE創(chuàng)建GUI的基本步驟如下：（1）選擇控件類(lèi)型。根據(jù)預(yù)期的界面設(shè)計(jì)，選擇控件類(lèi)型。電力電子教學(xué)虛擬仿真平臺(tái)中使用的控件主要包括按鈕、輸入框、標(biāo)簽、坐標(biāo)軸及面板等。（2）設(shè)置控件屬性?？丶幕緦傩园ㄗ址⊿tring）、標(biāo)簽（Tag）、字體大?。‵ontSize）、前景色（Fore⁃groundColor）等。通過(guò)設(shè)置控件屬性，實(shí)現(xiàn)預(yù)期的功能指標(biāo)。（3）編寫(xiě)回調(diào)函數(shù)。確定整個(gè)界面布局之后，需要編寫(xiě)控件的回調(diào)函數(shù)。鼠標(biāo)右鍵單擊控件，選擇“查看回調(diào)”“callback”，編寫(xiě)回調(diào)函數(shù)。在界面設(shè)計(jì)中用到的主要函數(shù)如下：get_param（′boostdianlu/Vin′，′Amplitude′）；%獲取電路輸入電壓幅值set_param（′boostdianlu/Vin′，′Amplitude′，a）；%設(shè)置輸入電壓幅值options=simset（′SrcWorkspace′，′current′）；%指定模型從當(dāng)前空間運(yùn)行，獲取編輯框中輸入電壓幅值參數(shù)sim（′boostdianlu′，[]，options）；%使用sim（）函數(shù)使仿真模型從當(dāng)前GUI函數(shù)空間進(jìn)行仿真plot（tout，yout）；%將輸出波形繪制到當(dāng)前坐標(biāo)軸對(duì)象上
1.3Simulink仿真模型
Simulink是Matlab的一個(gè)功能組件，為用戶(hù)提供建模和仿真的工作平臺(tái)。Simulink的SimPowerStems仿真工具箱提供電機(jī)與拖動(dòng)、電力系統(tǒng)與自動(dòng)化以及電力電子等仿真模塊，幾乎涵蓋所有電力電子電路的仿真模塊。按照電力電子電路的基本原理，利用工具箱提供的模塊可以進(jìn)行仿真電路的搭建[11]。以“升壓斬波閉環(huán)仿真電路”為例，說(shuō)明建立仿真模型的基本步驟：（1）調(diào)用功能模塊。根據(jù)升壓斬波電路原理圖，確定所需功能模塊，找到它們所在模塊庫(kù)。（2）創(chuàng)建并保存模型。建好模型后，使用Save命令保存，以便下次使用時(shí)直接調(diào)用。（3）連接模塊并設(shè)置參數(shù)。將各個(gè)功能模塊按照布局進(jìn)行連接，并設(shè)置每個(gè)模塊的參數(shù)。（4）運(yùn)行仿真并顯示結(jié)果。
2電力電子仿真平臺(tái)實(shí)例
根據(jù)圖1所示的虛擬仿真平臺(tái)結(jié)構(gòu)框圖和圖2所示的直流⁃直流變流技術(shù)模塊結(jié)構(gòu)框圖，采用GUIDE設(shè)計(jì)各基本模塊和子模塊的圖形用戶(hù)界面，編寫(xiě)各控件對(duì)應(yīng)的回調(diào)函數(shù)，響應(yīng)用戶(hù)操作。該GUI界面由主界面、原理分析界面、運(yùn)行界面以及仿真模型四個(gè)部分組成。
2.1直流⁃直流變流技術(shù)主界面
主界面是訪(fǎng)問(wèn)該節(jié)的第一個(gè)用戶(hù)界面，如圖3所示。直流⁃直流變流技術(shù)主界面由標(biāo)題和功能選擇按鈕組成。在主界面中列出了包括降壓斬波電路、升壓斬波電路、升降壓斬波電路等常用的六大類(lèi)基本斬波電路。每一類(lèi)電路中有三個(gè)按鈕，對(duì)應(yīng)三個(gè)入口，分別是“原理分析”、“運(yùn)行界面”以及“實(shí)例分析”。用戶(hù)點(diǎn)擊其中任意一個(gè)按鈕，即可進(jìn)入對(duì)應(yīng)的功能界面。
2.2升壓斬波電路原理分析界面
以升壓斬波電路為例，當(dāng)點(diǎn)擊“原理分析”按鈕后，通過(guò)按鈕對(duì)應(yīng)的回調(diào)函數(shù)，就可跳轉(zhuǎn)到升壓斬波電路的原理分析界面，如圖4所示。原理分析界面由三部分構(gòu)成，分別是電路原理圖、原理分析文字說(shuō)明以及主界面按鈕。學(xué)生通過(guò)原理分析界面鞏固所學(xué)內(nèi)容，進(jìn)一步加深對(duì)升壓斬波電路基本原理的理解，提高理論知識(shí)的學(xué)習(xí)效果。當(dāng)點(diǎn)擊“主界面”按鈕時(shí)即可返回圖3所示的直流⁃直流變流技術(shù)的主界面。
2.3升壓斬波電路運(yùn)行界面
當(dāng)點(diǎn)擊升壓斬波電路“運(yùn)行界面”按鈕后，跳轉(zhuǎn)到對(duì)應(yīng)的運(yùn)行界面，如圖5所示。運(yùn)行界面由參數(shù)設(shè)置欄，波形欄以及菜單欄三部分組成。在參數(shù)欄設(shè)置需要改變的參數(shù)，分別為電壓E、電容R、電感L、電阻R。在輸入框中輸入對(duì)應(yīng)的數(shù)值可改變仿真電路的參數(shù)[12]。波形欄共有三個(gè)坐標(biāo)軸，分別顯示輸出電壓，電感電壓以及開(kāi)關(guān)信號(hào)波形。菜單欄包括仿真按鈕和主界面按鈕兩部分。點(diǎn)擊“仿真”按鈕進(jìn)行電路仿真，點(diǎn)擊“主界面”按鈕返回圖3對(duì)應(yīng)的直流⁃直流變流技術(shù)的主界面。圖5運(yùn)行界面通過(guò)輸入框改變仿真電路參數(shù)，不用在仿真模型中雙擊元件改變，提高了仿真效率，同時(shí)該界面可直觀地觀察電路參數(shù)的改變而引起的波形的變化。
2.4實(shí)例分析電路
當(dāng)點(diǎn)擊“實(shí)例分析”按鈕后，打開(kāi)以升壓斬波電路為基礎(chǔ)的閉環(huán)仿真電路圖。“運(yùn)行界面”只是針對(duì)課本中開(kāi)環(huán)升壓斬波電路進(jìn)行操作，而在實(shí)際工程中，幾乎所有的電路均使用閉環(huán)模型，由于閉環(huán)仿真電路在課堂中不作講述重點(diǎn)，學(xué)生對(duì)閉環(huán)設(shè)計(jì)無(wú)從下手，不能將所學(xué)知識(shí)應(yīng)用于實(shí)際工程。因此，在虛擬仿真平臺(tái)添加“實(shí)例分析”入口，有助于學(xué)生從工程的角度理解閉環(huán)仿真電路的設(shè)計(jì)方法，以及閉環(huán)參數(shù)改變對(duì)電路的影響。
3結(jié)語(yǔ)
關(guān)鍵詞：電力電子技術(shù)；教學(xué)改革；仿真
作者簡(jiǎn)介：李林琳（1977-），女，遼寧沈陽(yáng)人，長(zhǎng)春工程學(xué)院電氣與信息工程學(xué)院，配電自動(dòng)化吉林省高校工程研究中心，講師；邢順濤（1976-），男，吉林延吉人，長(zhǎng)春工程學(xué)院電氣與信息工程學(xué)院，講師。（吉林 長(zhǎng)春 130012）
基金項(xiàng)目：本文系2011年長(zhǎng)春工程學(xué)院教學(xué)研究課題的研究成果。
中圖分類(lèi)號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-0079（2014）03-0064-02
“電力電子技術(shù)”是電氣工程及其自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課程，在人才培養(yǎng)方案和課程體系中起著至關(guān)重要的作用。通過(guò)“電力電子技術(shù)”課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生掌握電力變換的基本理論知識(shí)，為后續(xù)專(zhuān)業(yè)課程打下堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。本課程來(lái)源于工程實(shí)踐，理論與實(shí)踐并重，因此，本課程將實(shí)踐貫穿始終，具有層次性和互補(bǔ)性。通過(guò)理論教學(xué)、實(shí)踐鍛煉、MATLAB仿真等教學(xué)活動(dòng)，有助于提高學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際和應(yīng)用創(chuàng)新的能力。
一、“電力電子技術(shù)”課程教學(xué)改革的必要性
目前“電力電子技術(shù)”的教學(xué)仍然停留在傳統(tǒng)的教學(xué)模式上，即在課程教學(xué)中依照教材的內(nèi)容和順序講述各種電力變換原理。[1]這種傳統(tǒng)的教學(xué)模式存在以下弊?。旱谝?，傳統(tǒng)的教學(xué)思想重視學(xué)生對(duì)書(shū)本知識(shí)的掌握程度，忽視學(xué)生的素質(zhì)教育，忽視學(xué)生應(yīng)用創(chuàng)新能力的培養(yǎng)；第二，傳統(tǒng)的教學(xué)形式方法單一，課堂上教師講授課程，學(xué)生只是被動(dòng)參與，這樣很難激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣；第三，由于現(xiàn)行教材不能很好地體現(xiàn)電力電子技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展，且教材中講授的理論都只集中在技術(shù)層次，而忽略了現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用的實(shí)際因素。因此現(xiàn)有的教學(xué)存在與實(shí)際脫節(jié)的情況，從事電力系統(tǒng)及相關(guān)行業(yè)工作的學(xué)生走上工作崗位后，還需投入大量的時(shí)間去了解電力電子技術(shù)的新原理和在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用，以及電力變換對(duì)電力系統(tǒng)的影響。
本文主要是針對(duì)長(zhǎng)春工程學(xué)院（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“我?！保╇姎庾詣?dòng)化專(zhuān)業(yè)的“卓越工程師培養(yǎng)計(jì)劃”，在“電力電子技術(shù)”課程教學(xué)中探索科學(xué)合理的教學(xué)方法，加強(qiáng)實(shí)踐教學(xué)工程針對(duì)性，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維，提高學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際的能力，為成就未來(lái)的“卓越工程師”奠定基礎(chǔ)。
二、探索“電力電子技術(shù)”課程的教學(xué)方法
1.采用多媒體教學(xué)，增加教學(xué)的直觀性
由于“電力電子技術(shù)”課程中有很多電力變換的原理需要畫(huà)波形，受板書(shū)的限制，授課的信息量很有限，所以可將“電力電子技術(shù)”課程的有關(guān)內(nèi)容制作成多媒體課件進(jìn)行講解。講述時(shí)多媒體教學(xué)可與黑板手寫(xiě)教學(xué)同時(shí)進(jìn)行，將多媒體教學(xué)和手寫(xiě)的重點(diǎn)、難點(diǎn)知識(shí)相結(jié)合，增強(qiáng)教學(xué)效果。
現(xiàn)在“電力電子技術(shù)”課程的多媒體課件有很多，但是這些課件普遍存在一個(gè)共同的缺點(diǎn)：課件制作過(guò)于簡(jiǎn)單，缺少動(dòng)畫(huà)和過(guò)程講解，很多原理圖都是直接出現(xiàn)，很多結(jié)論也是直接給出，這樣對(duì)于剛剛接觸電力電子的學(xué)生來(lái)說(shuō)很生硬，很難提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。對(duì)于“電力電子技術(shù)”課程的改革，首先從課件入手，重新制作課件，在課件中增加大量動(dòng)畫(huà)和工程實(shí)例。比如在講授整流電路時(shí)，對(duì)于每一種整流變換的電路圖結(jié)合工作原理都制作了動(dòng)畫(huà)。教師在上課時(shí)，講到某一回路和器件時(shí)，該回路和器件都有明顯的標(biāo)注、聲音和動(dòng)畫(huà)變換。這樣，學(xué)生有更直觀的視覺(jué)和聽(tīng)覺(jué)感受，加深對(duì)工作原理的理解。
2.引入問(wèn)題教學(xué)法，激勵(lì)學(xué)生自主學(xué)習(xí)
該方法是指采用互動(dòng)學(xué)習(xí)的方式，在引出一個(gè)新的知識(shí)點(diǎn)時(shí)，教師首先將問(wèn)題提出，讓學(xué)生先進(jìn)行充分討論，通過(guò)問(wèn)題來(lái)激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的自主性，然后由老師進(jìn)行總結(jié)，得出一個(gè)正確的結(jié)論。例如，老師在課堂上給學(xué)生提出問(wèn)題：如果三相橋式整流電路中，某一相觸發(fā)電路的觸發(fā)信號(hào)丟失，整流電路負(fù)載側(cè)輸出的波形會(huì)是什么樣？先請(qǐng)學(xué)生闡述自己的觀點(diǎn)，然后由老師理論講解。教師還可以利用MATLAB程序，在課堂上演示，使學(xué)生加深對(duì)理論知識(shí)的理解。這種方法可以極大地激發(fā)學(xué)生的興趣，使學(xué)生成為主動(dòng)的學(xué)習(xí)者。問(wèn)題式教學(xué)方法與國(guó)際教育相接軌，國(guó)外的教育跟注重人的培養(yǎng)，老師不會(huì)每天給學(xué)生留作業(yè)，通常會(huì)讓學(xué)生準(zhǔn)備課題，上課進(jìn)行討論。國(guó)際教育更需要學(xué)生自己主動(dòng)學(xué)習(xí)，學(xué)習(xí)完全是自己的事，這樣更好地培養(yǎng)學(xué)生的邏輯思維、語(yǔ)言表述和創(chuàng)新意識(shí)。
3.推進(jìn)案例教學(xué)法，引領(lǐng)學(xué)生探究工程實(shí)踐
“電力電子技術(shù)”的理論教學(xué)應(yīng)與電力企業(yè)及日常生產(chǎn)、生活實(shí)例相結(jié)合。實(shí)例可根據(jù)教學(xué)內(nèi)容穿插引入，課堂上引用的例子盡可能是學(xué)生日常接觸過(guò)的或電力行業(yè)中的設(shè)備，這樣學(xué)生會(huì)更感興趣。相關(guān)章節(jié)舉出相應(yīng)實(shí)例，指出課本上的基本電路、基本原理是怎樣運(yùn)用的實(shí)際中去的。這樣一方面能深刻地講述教材上的基礎(chǔ)知識(shí)，另一方面能擴(kuò)大學(xué)生的專(zhuān)業(yè)應(yīng)用能力，將會(huì)有更好的教學(xué)效果。例如，在講完脈沖寬度調(diào)制技術(shù)（PWM）基本原理內(nèi)容后，通過(guò)風(fēng)力發(fā)電生產(chǎn)案例引入變頻器。首先給出變頻器的主電路及各部分參數(shù)要求，其次根據(jù)變頻器的主電路圖，結(jié)合理論課講過(guò)的整流、逆變和PWM控制理論給出變頻器的工作原理，最后可以利用MATLAB仿真軟件給出逆變器各參數(shù)波形圖。
同理，在講授電力電子各部分基本知識(shí)的基礎(chǔ)上，可以適時(shí)地引入電力企業(yè)生產(chǎn)實(shí)際案例，使學(xué)生對(duì)電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用和電力變換對(duì)電網(wǎng)穩(wěn)定性和電能質(zhì)量的提高、及電力電子新技術(shù)的發(fā)展對(duì)新能源、高壓直流輸電和柔流輸電技術(shù)等的影響有所了解，以提高學(xué)生的理論知識(shí)和實(shí)踐能力。
三、加強(qiáng)實(shí)踐教學(xué)
“電力電子技術(shù)”是一門(mén)實(shí)踐性很強(qiáng)的課程，實(shí)驗(yàn)實(shí)踐環(huán)節(jié)占據(jù)十分重要的位置。通過(guò)“電力電子技術(shù)”課程實(shí)驗(yàn)、實(shí)習(xí)、教學(xué)仿真及學(xué)生的科技創(chuàng)新活動(dòng)等活動(dòng)，構(gòu)成了螺旋上升式的實(shí)踐教學(xué)體系，逐步提高學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手及應(yīng)用創(chuàng)新能力。
1.課程實(shí)驗(yàn)
電力電子實(shí)驗(yàn)室實(shí)行開(kāi)放式管理，開(kāi)設(shè)近十個(gè)實(shí)驗(yàn)，教師教學(xué)中可根據(jù)需要從中選做5個(gè)的實(shí)驗(yàn)。每個(gè)實(shí)驗(yàn)每個(gè)班級(jí)分批、分組進(jìn)行，每組最多不超2人，每次實(shí)驗(yàn)都由任課教師和一名電力電子實(shí)驗(yàn)室老師共同指導(dǎo)，這樣教師可以對(duì)每組學(xué)生進(jìn)行詳細(xì)指導(dǎo)。通過(guò)課程實(shí)驗(yàn)，可以增加學(xué)生的感性認(rèn)識(shí)，提高學(xué)生的動(dòng)手能力，激發(fā)學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)的探索欲望，加深對(duì)理論知識(shí)的理解。
2.仿真教學(xué)
仿真實(shí)驗(yàn)?zāi)K主要是根據(jù)教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)了相關(guān)的仿真實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，要求學(xué)生完成簡(jiǎn)單的電路設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)所要求的電路功能。為完成“卓越工程師培養(yǎng)計(jì)劃”的目標(biāo)，現(xiàn)將MATLAB仿真引入到電力電子技術(shù)的理論與實(shí)踐教學(xué)中，培養(yǎng)學(xué)生分析解決問(wèn)題的能力，在掌握基本理論知識(shí)的前提下，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)。
在對(duì)比目前比較流行的仿真軟件后，發(fā)現(xiàn)MATLAB更適合電力電子仿真。用計(jì)算機(jī)仿真可以方便地進(jìn)行不同器件、不同參數(shù)的比較，進(jìn)行反復(fù)試驗(yàn)。MATLAB提供的仿真工具箱SIMULINK，是一個(gè)功能十分強(qiáng)大的仿真軟件，可以根據(jù)用戶(hù)的需要方便地為系統(tǒng)建立模型，并且十分直觀，它的仿真精度很高，仿真結(jié)果準(zhǔn)確。應(yīng)用計(jì)算機(jī)仿真來(lái)研究電力電子技術(shù)，有利于提高研究效率，降低研發(fā)成本。
“電力電子技術(shù)”仿真所用到的電氣、電子元件模型全部都包含在MATLAB元件庫(kù)里面。在MATLAB提示符下鍵入Powerlib命令，這個(gè)命令將打開(kāi)SIMULINK仿真窗口，同時(shí)顯示出電力系統(tǒng)模塊工具箱。電力系統(tǒng)仿真環(huán)境簡(jiǎn)稱(chēng)“psb”，它幾乎提供了組成電力系統(tǒng)的所有元件。其中包括：同步機(jī)、異步機(jī)、變壓器、直流機(jī)、線(xiàn)性和非線(xiàn)性模塊、傳輸線(xiàn)路、斷路器、負(fù)荷模型、電力半導(dǎo)體器件、控制元件、測(cè)量元件以及信號(hào)顯示模塊等等。
應(yīng)用MATLAB軟件，著重研究整流、逆變、斬波及變頻等基本電路的仿真及其波形結(jié)果分析，驗(yàn)證課本中的基本原理。例如整流電路中，對(duì)不同的觸發(fā)角、不同的負(fù)載時(shí)參量輸出波形會(huì)產(chǎn)生什么樣的差別等，使學(xué)生能夠?qū)@些比較難以理解的抽象內(nèi)容有一個(gè)直觀的認(rèn)識(shí)。如圖1單相橋式可控整流電路原理圖。
在仿真電路中，更改負(fù)載的參數(shù)就可以得到不同負(fù)載類(lèi)型，如電阻性負(fù)載和阻感負(fù)載。對(duì)于相位控制的整流電路來(lái)說(shuō)，控制角的相位直接影響輸出波形，可以利用MATLAB仿真調(diào)整控制角α數(shù)值，觀測(cè)單相橋式整流電路的輸出波形，及晶閘管兩端的電壓、電流的波形圖。當(dāng)α=60°時(shí)，各參量輸出如圖2。
MATLAB軟件也可以對(duì)一些復(fù)雜電路進(jìn)行模擬仿真，如改變觸發(fā)角對(duì)波形的影響、缺相對(duì)波形的影響等等，并對(duì)其波形結(jié)果進(jìn)行量化分析研究。通過(guò)改變各項(xiàng)輸入?yún)?shù)觀察其波形變化，從而使學(xué)生對(duì)電路模型能夠熟知和精通，加深印象，改善課堂教學(xué)效果。
3.體驗(yàn)式教學(xué)
根據(jù)卓越工程師培養(yǎng)計(jì)劃，為提高學(xué)生的實(shí)踐能力，部分課程的實(shí)踐環(huán)節(jié)可占總學(xué)時(shí)的50%，根據(jù)“電力電子技術(shù)”課程的特點(diǎn)，可將課堂直接搬到仿真實(shí)驗(yàn)室、實(shí)訓(xùn)基地甚至單位現(xiàn)場(chǎng)。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際設(shè)備結(jié)合所學(xué)的理論知識(shí)進(jìn)行講解，加深學(xué)生對(duì)電力電子技術(shù)一些抽象概念的理解，做到理論與實(shí)際相結(jié)合。
對(duì)一些有興趣的學(xué)生，可以組織參加教師的科研實(shí)踐、學(xué)?；蚴〖?jí)科技創(chuàng)新計(jì)劃、全國(guó)電子大賽等。很多學(xué)生在比賽中獲得優(yōu)異的成績(jī)，取得良好的效果。通過(guò)引領(lǐng)學(xué)生參與學(xué)科競(jìng)賽及科技創(chuàng)新活動(dòng)，使學(xué)生對(duì)于知識(shí)的應(yīng)用與創(chuàng)新有了完整的體驗(yàn)。
四、結(jié)論
電力電子技術(shù)在不斷地發(fā)展，教學(xué)內(nèi)容與方式也要相應(yīng)地變化。結(jié)合教學(xué)方法的改革，可引入新的教學(xué)內(nèi)容；理論授課結(jié)合仿真、工程案例和實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，使枯燥的理論變成體驗(yàn)式課程，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，使學(xué)生牢固地掌握電力變換的基本理論和當(dāng)今電力電子技術(shù)發(fā)展的新動(dòng)向，豐富知識(shí)面，為今后的工作打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
關(guān)鍵詞：電力電子技術(shù)；電氣工程；課程設(shè)置
作者簡(jiǎn)介：劉晉（1974-），男，河北涿州人，華北電力大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院，講師；牛印鎖（1973-），男，河北定州人，華北電力大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院，高級(jí)工程師。（北京100026）
基金項(xiàng)目：本文系華北電力大學(xué)2010年教改項(xiàng)目的研究成果。
中圖分類(lèi)號(hào)：G642.3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-0079（2012）06-0064-02
隨著電力電子器件制造技術(shù)和微機(jī)技術(shù)的發(fā)展，電力電子技術(shù)在電氣工程的各個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，電力電子技術(shù)在各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用帶來(lái)了相應(yīng)領(lǐng)域的技術(shù)革命。
在電力系統(tǒng)領(lǐng)域，電力電子技術(shù)除了廣泛地應(yīng)用于發(fā)電、輸電、配電和用電等環(huán)節(jié)，在太陽(yáng)能光伏發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電等可再生能源發(fā)電領(lǐng)域、電動(dòng)汽車(chē)應(yīng)用和節(jié)能等領(lǐng)域也得到廣泛的應(yīng)用。電力電子技術(shù)的廣泛應(yīng)用對(duì)電力電子技術(shù)教學(xué)和研究都提出了新的要求和內(nèi)容。
“電力電子技術(shù)”已經(jīng)成為電氣工程專(zhuān)業(yè)重要的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課。由于專(zhuān)業(yè)背景和就業(yè)方向的不同，國(guó)內(nèi)不同高校以及國(guó)外大學(xué)在“電力電子技術(shù)”的課程設(shè)置、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)重點(diǎn)、教學(xué)手段、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容以及后續(xù)專(zhuān)業(yè)課程設(shè)置等方面存在許多異同點(diǎn)。
本文對(duì)國(guó)內(nèi)外幾所大學(xué)“電力電子技術(shù)”本科教學(xué)方面的情況進(jìn)行了初步的對(duì)比，對(duì)其教學(xué)安排、教學(xué)內(nèi)容與手段和實(shí)驗(yàn)情況進(jìn)行了對(duì)比總結(jié)，希望這些對(duì)比和總結(jié)能夠幫助從事電力電子方面教學(xué)的教師開(kāi)拓教學(xué)思路、豐富教學(xué)手段、提高教學(xué)效果，為該課程的教學(xué)提供有益的參考和借鑒。
國(guó)內(nèi)大部分理工科院校都開(kāi)設(shè)了“電力電子技術(shù)”課程，本文選取了國(guó)內(nèi)的清華大學(xué)、西安交通大學(xué)、浙江大學(xué)、南京航空航天大學(xué)和華北電力大學(xué)進(jìn)行了比較分析；國(guó)外大學(xué)選取了美國(guó)麻省理工學(xué)院和英國(guó)曼徹斯特大學(xué)進(jìn)行了比較分析。
一、課程設(shè)置比較
清華大學(xué)電機(jī)工程與應(yīng)用電子系、信息科學(xué)技術(shù)學(xué)院自動(dòng)化系開(kāi)設(shè)了“電力電子技術(shù)”課程，機(jī)械工程學(xué)院汽車(chē)工程系開(kāi)設(shè)了“汽車(chē)電力電子學(xué)”。后續(xù)相關(guān)課程有“直流輸電技術(shù)”、“電力傳動(dòng)與控制”、“電力拖動(dòng)與運(yùn)動(dòng)控制”。
西安交通大學(xué)電氣工程學(xué)院、電子與信息工程學(xué)院自動(dòng)化科學(xué)與技術(shù)系開(kāi)設(shè)了“電力電子技術(shù)”課程，共56學(xué)時(shí)，包括8學(xué)時(shí)的4個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。
浙江大學(xué)電子信息工程、電氣工程及其自動(dòng)化和自動(dòng)化等專(zhuān)業(yè)開(kāi)設(shè)了“電力電子技術(shù)”課程，共56學(xué)時(shí)，包括16學(xué)時(shí)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)數(shù)相對(duì)較多。
南京航空航天大學(xué)電氣工程及其自動(dòng)化和自動(dòng)化等專(zhuān)業(yè)開(kāi)設(shè)了“電力電子技術(shù)”課程，共72學(xué)時(shí)，包括16學(xué)時(shí)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，總學(xué)時(shí)數(shù)和實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)數(shù)相對(duì)較多。
華北電力大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院電氣工程及其自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)、信息工程專(zhuān)業(yè)，控制與計(jì)算機(jī)工程學(xué)院自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)開(kāi)設(shè)了“電力電子技術(shù)”課程，共48學(xué)時(shí)，包括8學(xué)時(shí)的4個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。后續(xù)相關(guān)課程有“電力電子技術(shù)應(yīng)用”（專(zhuān)業(yè)選修）、“HVDC與FACTS技術(shù)”、“電力電子課程設(shè)計(jì)”和“電力電子綜合實(shí)驗(yàn)”。
國(guó)內(nèi)幾所高校課程開(kāi)設(shè)情況見(jiàn)表1。
美國(guó)麻省理工學(xué)院EECS（電氣工程與計(jì)算機(jī)科學(xué)）系開(kāi)設(shè)了“電力電子技術(shù)”（Power Electronics）課程。
英國(guó)曼徹斯特大學(xué)EE&E（電氣與電子工程）學(xué)院為電氣與電子工程專(zhuān)業(yè)、機(jī)械電子工程專(zhuān)業(yè)2年級(jí)開(kāi)設(shè)了“電機(jī)、拖動(dòng)與電力電子”（Machines，Drivers & Power electronics）課程，上述兩個(gè)專(zhuān)業(yè)在3年級(jí)開(kāi)設(shè)了“調(diào)速”（Variable Speed Driver）和“電力電子”（Power Electronics）課程。
英國(guó)諾丁漢大學(xué)EE&E（電氣與電子工程）系為電氣與電子工程專(zhuān)業(yè)2年級(jí)開(kāi)設(shè)Power Supply Electronics；為電氣工程與可再生能源系統(tǒng)專(zhuān)業(yè)2年級(jí)開(kāi)設(shè)Power Supply Electronics，3年級(jí)開(kāi)設(shè)Power Electronic Design，Renewable Generation Technologies and Control，F(xiàn)ACTS and Distributed Generation，Energy Conversion for Motor and Generator Drives，以及選修課程Advanced AC Drives，Technologies for Wind Generation，Advanced AC Drives with Project，Advanced Electrical Machines等相關(guān)課程。
從課程設(shè)置上看，國(guó)內(nèi)大多數(shù)高校電氣工程專(zhuān)業(yè)基本都將“電力電子技術(shù)”作為專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課程。但不同專(zhuān)業(yè)特色的學(xué)校在其后續(xù)課程設(shè)置上差別較大，該專(zhuān)業(yè)學(xué)生未來(lái)就業(yè)的方向和領(lǐng)域?qū)罄m(xù)課程的設(shè)置影響很大，這也是各個(gè)學(xué)校在電力電子技術(shù)教學(xué)上最具專(zhuān)業(yè)特色的地方。
二、教學(xué)內(nèi)容比較
國(guó)內(nèi)高校在“電力電子技術(shù)”課程教學(xué)內(nèi)容上相差不多，主要內(nèi)容有：電力電子器件、整流電路、逆變電路、直流斬波電路、交流―交流電力變換、電路脈寬調(diào)制（PWM）技術(shù)、軟開(kāi)關(guān)技術(shù)和電力電子應(yīng)用介紹等內(nèi)容。南京航空航天大學(xué)還增加了功率變換器中的磁性元件設(shè)計(jì)方面的教學(xué)內(nèi)容。
麻省理工學(xué)院EECS系“電力電子技術(shù)”課程內(nèi)容主要有：整流器，功率因數(shù)畸變檢測(cè)與校正，磁場(chǎng)，DC/DC變換器，隔離DC/DC變換器，DC/AC變換器，EMI濾波器，損耗與吸收電路，軟開(kāi)關(guān)，熱設(shè)計(jì)，控制，三相系統(tǒng)介紹，多相整流器，開(kāi)關(guān)電源，諧振變換器，實(shí)際的電力電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的相關(guān)問(wèn)題和課程設(shè)計(jì)等內(nèi)容。
英國(guó)曼徹斯特大學(xué)EE&E學(xué)院的“電機(jī)、拖動(dòng)與電力電子”（Machines，Drivers & Power electronic）課程內(nèi)容主要有：交流感應(yīng)電機(jī)、交流同步電機(jī)、變壓器、相控整流電路及其應(yīng)用?！罢{(diào)速”（Variable Speed Driver）的主要內(nèi)容有：感應(yīng)電機(jī)特性，變頻調(diào)速原理等。
通過(guò)對(duì)比可以看出，國(guó)內(nèi)外大學(xué)在“電力電子技術(shù)”課程內(nèi)容上差別比較大，側(cè)重點(diǎn)也各不相同。國(guó)內(nèi)使用的“電力電子技術(shù)”本科教材大都是在介紹電力電子開(kāi)關(guān)器件的基礎(chǔ)上，對(duì)各種交、直流電能變換電路的結(jié)構(gòu)和工作原理進(jìn)行定性和定量的分析，并涉及一些相關(guān)的應(yīng)用技術(shù)。國(guó)外教材則更注重最基本原理介紹和電力電子實(shí)際應(yīng)用電路系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和計(jì)算分析。
三、教學(xué)方法與手段比較
在教學(xué)手段上，國(guó)內(nèi)外大學(xué)大體相近，大都采用多媒體、動(dòng)畫(huà)技術(shù)與黑板相結(jié)合的教學(xué)手段。另外，國(guó)外大學(xué)采用手寫(xiě)、打印膠片投影授課也較為普遍，在課前把授課講義發(fā)放給學(xué)生。
國(guó)內(nèi)高校教學(xué)主要以課堂講授為主，由于學(xué)生人數(shù)比國(guó)外學(xué)生多，課堂的互動(dòng)性以及課堂討論比國(guó)外高校要少，且效果不好。另外，國(guó)內(nèi)學(xué)生課外查閱文獻(xiàn)資料和閱讀材料的環(huán)節(jié)常常被忽略，這點(diǎn)與國(guó)外高校差別較大。
在輔助教學(xué)方面，國(guó)內(nèi)外大學(xué)形式上差別不大，主要通過(guò)習(xí)題課、答疑、平時(shí)測(cè)驗(yàn)和復(fù)習(xí)課等方式幫助學(xué)生進(jìn)行課下的自學(xué)和考試前的復(fù)習(xí)。
四、實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)比較
在基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容上，國(guó)內(nèi)高?；旧弦噪娏﹄娮悠骷匦?、相控整流電路實(shí)驗(yàn)、直流斬波電路實(shí)驗(yàn)、交流電力控制電路實(shí)驗(yàn)、負(fù)載換相式逆變電路實(shí)驗(yàn)、交―直―交變頻電路實(shí)驗(yàn)、SPWM逆變實(shí)驗(yàn)等作為基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)。由于各個(gè)學(xué)校的實(shí)驗(yàn)條件和專(zhuān)業(yè)特色不同，開(kāi)放性和設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容和開(kāi)展情況差別較大。
曼徹斯特大學(xué)EE&E學(xué)院電力電子課程實(shí)驗(yàn)內(nèi)容較少，實(shí)驗(yàn)室條件（如實(shí)驗(yàn)室面積，實(shí)驗(yàn)臺(tái)套數(shù)等）不如國(guó)內(nèi)許多高校，但其學(xué)生對(duì)撰寫(xiě)的實(shí)驗(yàn)報(bào)告非常認(rèn)真，國(guó)外學(xué)生正是通過(guò)認(rèn)真撰寫(xiě)實(shí)驗(yàn)報(bào)告加深了對(duì)于實(shí)驗(yàn)原理和內(nèi)容的理解。
在后續(xù)課程實(shí)驗(yàn)中，各學(xué)校側(cè)重點(diǎn)各不相同。如華北電力大學(xué)在后續(xù)課程中開(kāi)設(shè)開(kāi)發(fā)了閉環(huán)直流電機(jī)脈寬調(diào)速實(shí)驗(yàn)、靜止無(wú)功補(bǔ)償（SVC）實(shí)驗(yàn)、高壓直流輸電（HVDC）實(shí)驗(yàn)等針對(duì)電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)應(yīng)用的專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，具有鮮明的電力系統(tǒng)專(zhuān)業(yè)特色。
國(guó)內(nèi)多數(shù)高校都存在學(xué)生人數(shù)多而實(shí)驗(yàn)室設(shè)備套數(shù)少，實(shí)驗(yàn)重復(fù)次數(shù)多和實(shí)驗(yàn)室教師工作量大的情況，這種情況在短期內(nèi)很難解決。電力電子網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)和虛擬實(shí)驗(yàn)室的研究和建設(shè)可以為該問(wèn)題的解決提供一定的思路。
五、啟發(fā)與體會(huì)
通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)外幾所大學(xué)在電力電子技術(shù)本科教學(xué)方面的對(duì)比，有很多值得我們學(xué)習(xí)和借鑒的思路和方法，在“電力電子技術(shù)”教學(xué)改革中，筆者認(rèn)為應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：
（1）建立系統(tǒng)教學(xué)的觀念。在課程體系的設(shè)置、教材編寫(xiě)、課程內(nèi)容組織和實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目安排的過(guò)程中，從電力電子系統(tǒng)的角度出發(fā)，結(jié)合本學(xué)校開(kāi)課專(zhuān)業(yè)未來(lái)的應(yīng)用領(lǐng)域，將相關(guān)的知識(shí)與未來(lái)實(shí)際應(yīng)用有機(jī)融合起來(lái)，使學(xué)生深入了解電力電子技術(shù)在未來(lái)工作中的應(yīng)用，從而提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，使學(xué)生學(xué)習(xí)做到有的放矢。
（2）注重電力電子基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)和設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)相結(jié)合，培養(yǎng)學(xué)生的電路系統(tǒng)設(shè)計(jì)思想和能力，根據(jù)本校專(zhuān)業(yè)發(fā)展和應(yīng)用的實(shí)際需要開(kāi)發(fā)相應(yīng)的專(zhuān)業(yè)應(yīng)用實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。
（3）注重課堂教學(xué)、仿真驗(yàn)證、實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證和電路設(shè)計(jì)有機(jī)的結(jié)合。豐富教學(xué)手段，通過(guò)仿真與實(shí)驗(yàn)的對(duì)比分析，使理論和實(shí)踐相結(jié)合，提高教學(xué)效果。
（4）建立電力電子教學(xué)資源平臺(tái)，為國(guó)內(nèi)各個(gè)高校相關(guān)專(zhuān)業(yè)的教師和學(xué)生提供一個(gè)互相學(xué)習(xí)、交流和資源共享的網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，從而不斷提高“電力電子技術(shù)”及其相關(guān)課程的教學(xué)水平，為廣大的師生營(yíng)造良好的學(xué)習(xí)和學(xué)術(shù)研討氛圍。
六、總結(jié)
本文對(duì)國(guó)內(nèi)外幾所大學(xué)“電力電子技術(shù)”本科課程設(shè)置、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法與手段、實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)等進(jìn)行了比較和分析，對(duì)“電力電子技術(shù)”教學(xué)提出了一些建議，希望為該課程的教學(xué)和教學(xué)改革提供一定啟發(fā)和有益的參考。
參考文獻(xiàn)：
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關(guān)鍵詞：電力電子技術(shù)；實(shí)驗(yàn)教學(xué)；教學(xué)改革
作者簡(jiǎn)介：姜風(fēng)國(guó)（1976-），男，山東煙臺(tái)人，煙臺(tái)大學(xué)機(jī)電汽車(chē)工程學(xué)院，講師。（山東 煙臺(tái) 264005）
基金項(xiàng)目：本文系煙臺(tái)大學(xué)教學(xué)改革與研究立項(xiàng)（項(xiàng)目編號(hào)：C044）的研究成果。
中圖分類(lèi)號(hào)：G642.423 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-0079（2013）02-0137-02
“電力電子技術(shù)”是煙臺(tái)大學(xué)機(jī)電汽車(chē)工程學(xué)院（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“我院”）測(cè)控技術(shù)與儀器專(zhuān)業(yè)本科生的一門(mén)重要的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課程，在整個(gè)專(zhuān)業(yè)課程體系中起著承上啟下的重要作用。電力電子技術(shù)具有很強(qiáng)的理論性、實(shí)用性和實(shí)踐性，[1-3]在做好理論教學(xué)的同時(shí)，加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)非常重要。實(shí)驗(yàn)教學(xué)對(duì)幫助學(xué)生理解和鞏固課堂理論知識(shí)，[4]培養(yǎng)學(xué)生的操作技能、創(chuàng)新意識(shí)和探索精神具有重要的作用。目前我院在電力電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)中仍在使用2002年購(gòu)買(mǎi)的杭州天煌教儀的“TKDD-1型電力電子技術(shù)及電機(jī)控制實(shí)驗(yàn)裝置”，該實(shí)驗(yàn)裝置經(jīng)過(guò)多年使用，器件老化，故障率高，燒壞設(shè)備的情況經(jīng)常出現(xiàn)；實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與理論值之間的誤差很大，嚴(yán)重影響了實(shí)驗(yàn)效果；能做的實(shí)驗(yàn)數(shù)量少，而且多數(shù)為驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，學(xué)生只能被動(dòng)地接受實(shí)驗(yàn)結(jié)果，學(xué)習(xí)興趣不大。這種單調(diào)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式無(wú)法滿(mǎn)足新形勢(shì)下電力電子技術(shù)教學(xué)的需要，為此，對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法進(jìn)行改革迫在眉睫。教研組嘗試將以往純粹的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)教學(xué)改為多種模式相結(jié)合的方式來(lái)進(jìn)行教學(xué)，取得了很好的教學(xué)效果。
一、保留必要的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)
在實(shí)驗(yàn)初級(jí)階段，學(xué)生剛接觸電力電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)，對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)備和儀器還很陌生，此時(shí)采用傳統(tǒng)的“老師講、學(xué)生聽(tīng)”的方式，通過(guò)教師操作演示給學(xué)生看，對(duì)學(xué)生掌握實(shí)驗(yàn)設(shè)備和儀器的正確使用方法、強(qiáng)電實(shí)驗(yàn)中安全用電的基本知識(shí)和注意事項(xiàng)以及進(jìn)行規(guī)范操作很有好處。因此，需保留“三相橋式全控整流電路”驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，通過(guò)該實(shí)驗(yàn)可對(duì)學(xué)生起到良好的引導(dǎo)作用。
二、利用仿真軟件增加虛擬實(shí)驗(yàn)
計(jì)算機(jī)仿真具有生動(dòng)直觀、經(jīng)濟(jì)、靈活的特點(diǎn)，[5]不但可以彌補(bǔ)實(shí)驗(yàn)設(shè)備數(shù)量不足的缺陷，而且不用擔(dān)心實(shí)驗(yàn)設(shè)備損壞和學(xué)生的人身安全問(wèn)題。在電力電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中引入計(jì)算機(jī)仿真，可以使枯燥的理論知識(shí)變得生動(dòng)有趣，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和積極性，加深學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的理解，有利于學(xué)生開(kāi)展探索性、研究性實(shí)驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)理論與實(shí)踐的緊密結(jié)合，在提高教學(xué)質(zhì)量和改善實(shí)驗(yàn)效果方面起到了很好的作用，而且仿真實(shí)驗(yàn)不受時(shí)間和地點(diǎn)的限制，學(xué)生也可以在課外用計(jì)算機(jī)仿真，克服了實(shí)驗(yàn)課時(shí)有限的限制。
例如，圖1是運(yùn)用Multisim10軟件對(duì)三相半波可控整流電路帶電阻性負(fù)載時(shí)的仿真電路。電源為220V、50Hz的三相對(duì)稱(chēng)正弦電源，晶閘管選用2N3898，采用脈沖發(fā)生器作為晶閘管的觸發(fā)信號(hào)。控制角α=0°時(shí)的仿真結(jié)果如圖2所示。示波器XSC1顯示的是輸出整流電壓的波形和晶閘管兩端的電壓波形，仿真結(jié)果與教材一致。學(xué)生可以很方便地仿真不同控制角α和不同負(fù)載情況下輸出電壓的波形，甚至可以模擬電路出現(xiàn)的故障，如開(kāi)路、短路或脈沖丟失時(shí)的情況，在很大程度上滿(mǎn)足了學(xué)生的探索性要求。仿真實(shí)驗(yàn)克服了傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)調(diào)試過(guò)程中控制角α調(diào)節(jié)不準(zhǔn)而導(dǎo)致的理論值與實(shí)測(cè)值不符的問(wèn)題以及由于晶閘管兩端電壓較高（峰值為539V），考慮到學(xué)生和設(shè)備的安全而一般不允許學(xué)生操作的缺陷。
三、增加課程設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)
課程設(shè)計(jì)是學(xué)生在整個(gè)學(xué)習(xí)過(guò)程中的一項(xiàng)綜合性實(shí)踐環(huán)節(jié)，是實(shí)驗(yàn)教學(xué)的一個(gè)重要組成部分。過(guò)去的教學(xué)內(nèi)容中沒(méi)有課程設(shè)計(jì)這個(gè)環(huán)節(jié)，部分學(xué)生學(xué)完該課程后，只了解了課本上的一些原理知識(shí)，對(duì)電力電子技術(shù)的具體應(yīng)用并不清楚。通過(guò)增加課程設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，選取日常生活中比較熟悉、比較有代表性的一些產(chǎn)品，如可調(diào)光臺(tái)燈、可調(diào)直流穩(wěn)壓電源、手機(jī)充電器等作為設(shè)計(jì)題目，把抽象的理論知識(shí)轉(zhuǎn)變?yōu)榛钌膶?shí)物，以拉近理論與實(shí)際生活的距離，從而激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生對(duì)該課程的重視程度。通常2～3名學(xué)生做一個(gè)題目，學(xué)生們既有分工又相互協(xié)作，以共同完成設(shè)計(jì)題目。由于時(shí)間有限，不一定所有的學(xué)生都能做出實(shí)物，但要求每個(gè)題目都要用仿真軟件仿真出結(jié)果。通過(guò)課程設(shè)計(jì)，可以使學(xué)生全面、綜合地運(yùn)用在“電力電子技術(shù)”和其他課程中學(xué)到的理論知識(shí)，讓學(xué)生意識(shí)到各個(gè)課程之間不再是相互孤立的，而是一個(gè)緊密聯(lián)系的整體，從而培養(yǎng)學(xué)生綜合分析問(wèn)題、發(fā)現(xiàn)問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。
四、開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室，開(kāi)設(shè)綜合與設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)
煙臺(tái)大學(xué)自2011年開(kāi)始實(shí)施教學(xué)實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放工作，設(shè)立了實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放專(zhuān)項(xiàng)基金，在教學(xué)計(jì)劃外安排時(shí)間向?qū)W生開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室，為學(xué)有余力、有興趣做探索性實(shí)驗(yàn)的學(xué)生提供了良好的條件。同時(shí)，教師可利用此機(jī)會(huì)，積極申報(bào)與電力電子技術(shù)相關(guān)的課題，鼓勵(lì)學(xué)生走進(jìn)實(shí)驗(yàn)室參與綜合、設(shè)計(jì)、創(chuàng)新性開(kāi)放實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。學(xué)生可以自主設(shè)計(jì)產(chǎn)品，也可以選作教師提供的課題，設(shè)計(jì)過(guò)程中教師要給予一定的指導(dǎo)，學(xué)生可自行查閱資料，購(gòu)買(mǎi)元器件，設(shè)計(jì)、焊接和調(diào)試電路。學(xué)生在采購(gòu)過(guò)程中了解了元件的參數(shù)和特性，在調(diào)試過(guò)程中學(xué)會(huì)了使用示波器，培養(yǎng)了分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力，這樣做不僅有利于因材施教，為學(xué)生的自由發(fā)展創(chuàng)造良好條件，而且可以提高實(shí)驗(yàn)室的利用率，同時(shí)還開(kāi)發(fā)了學(xué)生的潛力，為學(xué)校組織山東省機(jī)電產(chǎn)品創(chuàng)新大賽、全國(guó)電子設(shè)計(jì)大賽等培養(yǎng)了人才。如學(xué)生制作的數(shù)字晶閘管觸發(fā)器、三相橋式全控整流電路實(shí)驗(yàn)裝置等產(chǎn)品實(shí)際使用效果很好，完全可以取代TKDD-1型實(shí)驗(yàn)臺(tái)上的相應(yīng)掛件，還可以供下一屆學(xué)生做實(shí)驗(yàn)時(shí)使用。
通過(guò)開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室項(xiàng)目的實(shí)施，實(shí)現(xiàn)了理論與實(shí)踐相結(jié)合的實(shí)驗(yàn)教學(xué)理念，充分調(diào)動(dòng)了學(xué)生的興趣和積極性，達(dá)到了培養(yǎng)其創(chuàng)新能力和動(dòng)手能力的目的。
五、結(jié)束語(yǔ)
通過(guò)多種實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法的綜合運(yùn)用，改變了傳統(tǒng)的照葫蘆畫(huà)瓢式的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，使實(shí)驗(yàn)變得生動(dòng)有趣，富有創(chuàng)造力，對(duì)激發(fā)學(xué)生做實(shí)驗(yàn)的興趣，更好地理解課堂上所學(xué)的理論知識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維、探索精神和動(dòng)手能力，培養(yǎng)符合社會(huì)需求的專(zhuān)業(yè)應(yīng)用型人才具有積極的促進(jìn)作用。
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關(guān)鍵詞：電力電子技術(shù)；虛實(shí)結(jié)合；考核方式
中圖分類(lèi)號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2014）30-0211-02
一、引言
“電力電子技術(shù)”是多學(xué)科交叉而形成的一門(mén)新興技術(shù)，在工程實(shí)踐中，該技術(shù)高速發(fā)展，不斷有新的器件、新的電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)與新的控制方法問(wèn)世?！半娏﹄娮蛹夹g(shù)”課程是電氣工程及其自動(dòng)化與自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)的重要專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課，也是實(shí)用性、工程性和綜合性很強(qiáng)的課程。該課程的特點(diǎn)是內(nèi)容多，課時(shí)少，在新形勢(shì)下，如何在有限學(xué)時(shí)內(nèi)獲得最好的教學(xué)效果，使學(xué)生在有限的課堂時(shí)間內(nèi)較好地掌握課程內(nèi)容，培養(yǎng)學(xué)生的工程實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力，是一個(gè)亟待解決的問(wèn)題。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的“電力電子技術(shù)”課程的教學(xué)摸索，筆者從理論教學(xué)內(nèi)容與方法、實(shí)踐教學(xué)和考核方式三個(gè)方面對(duì)課程進(jìn)行了教學(xué)改革的嘗試。
二、理論教學(xué)內(nèi)容與方法
“電力電子技術(shù)”是以電力電子開(kāi)關(guān)器件為基礎(chǔ)，以四類(lèi)基本變換器和兩種控制方法為核心，以四類(lèi)應(yīng)用為目標(biāo)的一門(mén)科學(xué)。隨著電力電子技術(shù)的飛速發(fā)展，新器件和新的控制方法不斷出現(xiàn)，因此“電力電子技術(shù)”的教學(xué)內(nèi)容必須根據(jù)自身的發(fā)展及時(shí)更新。目前全控型器件已逐步取代晶閘管而成為電力電子技術(shù)的核心。因此，教學(xué)內(nèi)容中適度壓縮和刪減了半控型器件及控制電路的學(xué)習(xí)，強(qiáng)化全控型器件及控制電路的教學(xué)。
教學(xué)方式有傳統(tǒng)板書(shū)與多媒體教學(xué)兩種方式。板書(shū)方式可以使學(xué)生對(duì)知識(shí)理解的更深刻，但是較死板。為了更好地提高教學(xué)質(zhì)量，增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，充分利用多媒體教學(xué)形象、直觀、信息量大的優(yōu)點(diǎn)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。課程組開(kāi)發(fā)了集PPT、Flas為一體的課件，通過(guò)直觀、形象和交互性的演示，使得電力電子技術(shù)當(dāng)中難懂的電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)變換和波形變得簡(jiǎn)單易懂。另一方面，注重與工程相結(jié)合，與其前修課“電機(jī)與電力拖動(dòng)基礎(chǔ)”課程相結(jié)合提出問(wèn)題，調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，主動(dòng)去思考問(wèn)題，解決問(wèn)題。如圖1所示，在講解直流降壓斬波電路之前，以直流電機(jī)調(diào)速在課堂上演示給學(xué)生看，激發(fā)學(xué)生的興趣。接下來(lái)就進(jìn)一步提出問(wèn)題，怎么調(diào)速？以增強(qiáng)學(xué)生的求知欲望。然后再和學(xué)生一起學(xué)習(xí)相關(guān)知識(shí)，在講解過(guò)程中，始終緊扣相關(guān)問(wèn)題，增加其對(duì)電力電子技術(shù)的理解。
三、實(shí)驗(yàn)教學(xué)的措施
隨著高等教育規(guī)模的不斷擴(kuò)大，原有教學(xué)儀器設(shè)備資源相對(duì)短缺，無(wú)法滿(mǎn)足實(shí)驗(yàn)教學(xué)的需要；儀器設(shè)備陳舊老化，不能適應(yīng)新的教學(xué)要求；大部分院校都僅用掛件結(jié)構(gòu)或?qū)嶒?yàn)箱來(lái)完成實(shí)驗(yàn)，幾乎所有的電路和系統(tǒng)都是封閉式的。教學(xué)采用課堂教學(xué)加驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)的教學(xué)模式。實(shí)驗(yàn)過(guò)程，學(xué)生幾乎是在老師或?qū)嶒?yàn)指導(dǎo)書(shū)的指導(dǎo)下機(jī)械式連線(xiàn)、讀取實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和波形，對(duì)原理不求甚解，缺乏獨(dú)立分析解決問(wèn)題能力。為了彌補(bǔ)傳統(tǒng)教學(xué)方式的不足，提高學(xué)生分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力，在傳統(tǒng)教學(xué)方式的基礎(chǔ)上，開(kāi)展了“電力電子技術(shù)”的計(jì)算機(jī)仿真輔助教學(xué)。雖然目前能夠進(jìn)行電力電子仿真的專(zhuān)業(yè)軟件很多，如Matlab/Simulink、Pspice等，需要專(zhuān)門(mén)開(kāi)設(shè)相關(guān)的課程才能夠應(yīng)用。為了使學(xué)生既能進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，不用花費(fèi)更多精力學(xué)習(xí)新的軟件，為此專(zhuān)門(mén)開(kāi)發(fā)了電力電子技術(shù)仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，其界面如圖2、圖3所示。通過(guò)該實(shí)驗(yàn)軟件，學(xué)生利用課下時(shí)間，在充分理解電路工作原理的基礎(chǔ)上，自己搭建實(shí)驗(yàn)電路，進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，即可得到直觀的動(dòng)態(tài)效果。實(shí)踐證明，實(shí)驗(yàn)軟件的應(yīng)用，課本上大篇幅的過(guò)程描述與復(fù)雜的運(yùn)行曲線(xiàn)用仿真波形表現(xiàn)出來(lái)，能夠變抽象為具體，變枯燥為生動(dòng)，形象直觀地進(jìn)行教學(xué)，有助于激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，提高教學(xué)質(zhì)量。并且節(jié)省了實(shí)驗(yàn)箱上操作的時(shí)間。
在實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容方面，以驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)，通過(guò)該類(lèi)實(shí)驗(yàn)可以使教材上的基本理論得到充分的驗(yàn)證，加深學(xué)生對(duì)理論教學(xué)中各個(gè)知識(shí)點(diǎn)的理解，使學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)儀器的使用及注意事項(xiàng)有比較清楚的了解，同時(shí)也可以培養(yǎng)學(xué)生的基本操作、數(shù)據(jù)處理和計(jì)算技能。在此基礎(chǔ)上增加了綜合性實(shí)驗(yàn)，例如與“電機(jī)與電力拖動(dòng)基礎(chǔ)”課程相結(jié)合的“直流電動(dòng)機(jī)可逆調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)”，該綜合性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目專(zhuān)業(yè)實(shí)踐性很強(qiáng)且與生產(chǎn)緊密聯(lián)系，培養(yǎng)學(xué)生把專(zhuān)業(yè)理論知識(shí)綜合運(yùn)用于工程實(shí)踐的能力，提高學(xué)生的綜合素質(zhì)水平。還可以與“單片機(jī)原理與應(yīng)用”課程相結(jié)合的“基于單片機(jī)的交流恒流源設(shè)計(jì)”，是利用單片機(jī)控制全控型器件，實(shí)現(xiàn)斬控式交流電路的要求，教師提出實(shí)驗(yàn)要求，學(xué)生自己設(shè)計(jì)并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)調(diào)試。通過(guò)這些實(shí)驗(yàn)的設(shè)置使學(xué)生能充分理解相關(guān)課程之間的關(guān)系與其應(yīng)用，而且培養(yǎng)學(xué)生解決實(shí)際問(wèn)題的工作能力，提高其綜合素質(zhì)，為今后的設(shè)計(jì)或工作積累經(jīng)驗(yàn)。
四、考核方式的探索
傳統(tǒng)采用閉卷考試的方式，考核學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解和記憶具有效果，但是這種方式使學(xué)生機(jī)械式學(xué)習(xí)，不利于激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造性和探索新知識(shí)的主動(dòng)性。因此，探索合理的考核方式對(duì)提高學(xué)生學(xué)習(xí)積極性和主動(dòng)性有很大意義。為此，采取了理論與實(shí)踐相結(jié)合的考核方式，以其能夠更加公平、真實(shí)地反應(yīng)學(xué)生的學(xué)習(xí)水平。理論考核成績(jī)占70%與實(shí)踐考核成績(jī)占20%，平時(shí)成績(jī)占10%。理論考核重點(diǎn)考察學(xué)生對(duì)相關(guān)知識(shí)的理解和記憶能力。實(shí)踐考核以實(shí)際電路實(shí)驗(yàn)，考察學(xué)生的創(chuàng)造性和動(dòng)手能力。平時(shí)成績(jī)反應(yīng)學(xué)生學(xué)習(xí)該課程時(shí)所表現(xiàn)的狀態(tài)，包括探索新知識(shí)的主動(dòng)性、查閱資料的廣泛性等。實(shí)踐證明，通過(guò)這種多元化的考核方式，提高教學(xué)質(zhì)量。這樣一來(lái)，就能改變課程結(jié)束時(shí)“一考定成績(jī)”的做法，防止考前突擊的行為。學(xué)生反映良好，教學(xué)效果甚佳。
五、結(jié)束語(yǔ)
本文從理論教學(xué)內(nèi)容與方法、實(shí)踐教學(xué)和考核方式三個(gè)方面對(duì)該門(mén)課程的教學(xué)改革進(jìn)行的探討。隨著電力電子技術(shù)的不斷發(fā)展，為了適應(yīng)人才創(chuàng)新能力培養(yǎng)的需要，不斷調(diào)整、更新教學(xué)內(nèi)容，及時(shí)補(bǔ)充該學(xué)科的前沿知識(shí)，如軟開(kāi)關(guān)技術(shù)、電網(wǎng)諧波抑制技術(shù)等內(nèi)容，以增強(qiáng)對(duì)學(xué)生的吸引力。將繼續(xù)不斷地改進(jìn)教學(xué)方法加強(qiáng)實(shí)踐訓(xùn)練，充分發(fā)揮學(xué)生在學(xué)習(xí)中的主動(dòng)性和創(chuàng)造性，以適應(yīng)培養(yǎng)應(yīng)用型本科人才的需要。
參考文獻(xiàn)：
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關(guān)鍵詞：電力仿真軟件；電力電子技術(shù)；仿真效果；軟件選擇
作者簡(jiǎn)介：馮興田（1978-），男，山東廣饒人，中國(guó)石油大學(xué)（華東）信息與控制工程學(xué)院，講師；王艷松（1965-），女，山東蓬萊人，中國(guó)石油大學(xué)（華東）信息與控制工程學(xué)院電氣工程系主任，教授。（山東 青島 266580）
基金項(xiàng)目：本文系中國(guó)石油大學(xué)（華東）教學(xué)改革項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)：JY-A201210）的研究成果。
中圖分類(lèi)號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-0079（2013）13-0065-02
“電力電子技術(shù)”課程作為電力學(xué)、電子學(xué)和控制理論的交叉學(xué)科，是電氣工程專(zhuān)業(yè)非常重要的必修課。隨著電力電子器件的迅速發(fā)展，變流技術(shù)的發(fā)展也是日新月異，使得“電力電子技術(shù)”在電氣類(lèi)本科教學(xué)中的地位和作用越來(lái)越突出。然而，該課程涉及的內(nèi)容較多且復(fù)雜，并在不斷更新，如何能夠讓學(xué)生較快、較好地掌握所學(xué)內(nèi)容成為教師們面臨的一大難題。
電力仿真軟件走進(jìn)“電力電子技術(shù)”的教學(xué)課堂在很大程度上有效地解決了這一難題。電力仿真軟件通過(guò)數(shù)字仿真實(shí)現(xiàn)電力電子電路的分析、設(shè)計(jì)、調(diào)試等，直觀的仿真結(jié)果給學(xué)生帶來(lái)了濃厚的學(xué)習(xí)興趣，并為將來(lái)的電路設(shè)計(jì)、科學(xué)研究打下一定的基礎(chǔ)，因?yàn)樾〉奖究茖W(xué)習(xí)中的基本實(shí)驗(yàn)、畢業(yè)設(shè)計(jì)，大到科研中的課題研究、設(shè)備裝置的開(kāi)發(fā)，通常都要通過(guò)仿真結(jié)果提供實(shí)驗(yàn)參數(shù)的參考依據(jù)。然而，面臨眾多電力仿真軟件，如何根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行合理的選擇成為另一難題。本文將通過(guò)分析“電力電子技術(shù)”教學(xué)中常用的幾種電力仿真軟件提供合理選擇的依據(jù)。
一、常用電力仿真軟件
“電力電子技術(shù)”教學(xué)中常用的電力仿真軟件主要有以下幾種：MATLAB、PSIM、PSpice、PSCAD。MATLAB是主要面對(duì)科學(xué)計(jì)算、可視化以及交互式程序設(shè)計(jì)的高科技計(jì)算環(huán)境，功能全面，能夠用于各個(gè)行業(yè)的建模仿真分析。MATLAB最重要的組件之一Simulink提供一個(gè)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)建模、仿真和綜合分析的集成環(huán)境。其中，電力系統(tǒng)Power System工具箱包含的模組側(cè)重電力系統(tǒng)方面的建模仿真，而電力電子元件模組則是專(zhuān)門(mén)針對(duì)電力電子電路的仿真設(shè)計(jì)的。
PSIM是針對(duì)電力電子領(lǐng)域以及電機(jī)控制領(lǐng)域的仿真應(yīng)用包軟件。它具有仿真高速、用戶(hù)界面友好、波形解析等功能，為電力電子電路的解析、控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、電機(jī)驅(qū)動(dòng)研究等有效提供強(qiáng)有力的仿真環(huán)境。
PSpice軟件具有強(qiáng)大的電路圖繪制功能、電路模擬仿真功能和圖形后處理功能等，以圖形方式輸入，自動(dòng)進(jìn)行電路檢查，生成圖表，模擬計(jì)算電路。它不僅可以用于電路分析和優(yōu)化設(shè)計(jì)，還可與印制版設(shè)計(jì)軟件配合使用，實(shí)現(xiàn)電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化，并且適用于“電力電子技術(shù)”課程的計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)。
PSCAD可以較為簡(jiǎn)單地模擬復(fù)雜電力系統(tǒng)，包括直流輸電系統(tǒng)和其相關(guān)的控制系統(tǒng)，并能夠顯著地提高電力系統(tǒng)電磁暫態(tài)模擬研究的效率。它還可通過(guò)聯(lián)合使用實(shí)時(shí)數(shù)字模擬器RTDS硬件來(lái)開(kāi)發(fā)模擬器，用以模擬包含高壓直流輸電系統(tǒng)的大型互聯(lián)電力系統(tǒng)。
二、常用電力仿真軟件的特點(diǎn)
比較分析上述幾種電力仿真軟件的性能及其在“電力電子技術(shù)”教學(xué)中的實(shí)際仿真應(yīng)用情況，其特點(diǎn)如下：
1.圖形界面友好，操作簡(jiǎn)單易用
通過(guò)拖曳相應(yīng)的功能模塊，按照電氣聯(lián)結(jié)關(guān)系進(jìn)行連接，操作過(guò)程非常簡(jiǎn)單，而且緊密結(jié)合“電力電子技術(shù)”的內(nèi)容，只要具備基本的計(jì)算機(jī)軟件操作水平和電力電子技術(shù)知識(shí)就很容易上手。
2.建立仿真工程的步驟類(lèi)似
采用這些軟件進(jìn)行仿真工作，其基本步驟主要包括：建立仿真工程文件、放置電路元件、設(shè)置元件參數(shù)、電氣連接元件、設(shè)定仿真步長(zhǎng)和仿真時(shí)間等參數(shù)、運(yùn)行仿真操作、觀察各點(diǎn)波形結(jié)果、分析仿真數(shù)據(jù)等，使用過(guò)程大致相同。
3.節(jié)省時(shí)間和儀器設(shè)備
進(jìn)行實(shí)際電路設(shè)計(jì)之前，先采用這些軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)分析，可以隨意設(shè)置電路參數(shù)、更換電路元件，并在軟件中反復(fù)調(diào)試、“實(shí)驗(yàn)”，簡(jiǎn)化實(shí)際電路操作中的一些步驟，大大縮減電路設(shè)計(jì)人員的設(shè)計(jì)周期；通過(guò)采用軟件中的功能元件還可省去一些測(cè)量?jī)x器的使用，并能夠避免實(shí)際電路實(shí)驗(yàn)中的元器件消耗，能夠盡可能接近實(shí)際電路的雛形。
4.軟件升級(jí)迅速及時(shí)
仿真軟件的產(chǎn)品升級(jí)緊跟科技的發(fā)展。諸如，隨著新能源的快速發(fā)展，這些仿真軟件中也及時(shí)增加了風(fēng)機(jī)、光伏發(fā)電等模型，滿(mǎn)足廣大科技工作者的使用。而且，軟件版本也在不斷升級(jí)換代，各個(gè)方面針對(duì)用戶(hù)在不斷完善。
三、常用電力仿真軟件選擇與應(yīng)用
綜合分析上述幾種電力仿真軟件的特點(diǎn)，結(jié)合多年來(lái)在“電力電子技術(shù)”教學(xué)中的仿真應(yīng)用實(shí)踐，總結(jié)了幾點(diǎn)區(qū)別，以期提供選擇和應(yīng)用合適軟件的依據(jù)。
1.元件模型及參數(shù)設(shè)置
這四種軟件的元件模型不盡相同，特別是對(duì)于一些較為復(fù)雜的元件，諸如變壓器、晶閘管等，其仿真過(guò)程中的暫態(tài)變化曲線(xiàn)并不一致。而且，其參數(shù)設(shè)置也不盡相同，MATLAB/Simulink里的元件參數(shù)設(shè)置較為細(xì)致全面，尤其是對(duì)于“電力電子技術(shù)”中涉及的晶閘管、IGBT等大功率器件，對(duì)它們本身的性能參數(shù)有詳細(xì)的設(shè)置，比如器件的上升時(shí)間、下降時(shí)間等，因而MATLAB/Simulink常用于仿真一些暫態(tài)響應(yīng)過(guò)程，比如變壓器的磁飽和特性、晶閘管的強(qiáng)制關(guān)斷過(guò)程、狀態(tài)切換的暫態(tài)響應(yīng)等。其余幾種軟件主要適用于仿真一些常用的電力電子電路，諸如整流電路、逆變電路、DC/DC變換電路等，對(duì)于元件本身性能參數(shù)沒(méi)有嚴(yán)格的要求，或者說(shuō)主要用于仿真電力電子電路的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)過(guò)程。
2.具體仿真操作
在實(shí)際的仿真操作中，幾種軟件也略有差異。像連接元器件的方式上，MATLAB/Simulink的元件大多具有輸入輸出順序，要根據(jù)元件在電路中的位置選擇合適的元件。如果選擇不正確，元件之間不會(huì)實(shí)現(xiàn)電氣連接，搭建電路的過(guò)程相對(duì)復(fù)雜。而其他幾種軟件的連接方式較為簡(jiǎn)單，通常元件都可實(shí)現(xiàn)電氣連接，當(dāng)然，這就需要用戶(hù)自己判斷元件之間的電路連接關(guān)系了。另外，各種軟件的波形顯示窗口、數(shù)據(jù)文件處理、波形拷貝使用、波形暫態(tài)特性、特殊功能部件、THD及損耗測(cè)量等只是細(xì)節(jié)的操作不同。特別指出的是，鑒于MATLAB在數(shù)據(jù)處理方面的強(qiáng)大功能，而有些軟件的仿真波形不適合在文章中使用（比如清晰度不夠、橫縱坐標(biāo)難設(shè)置等），用戶(hù)可采用其他軟件進(jìn)行仿真工作，最后生成數(shù)據(jù)文件之后再將該數(shù)據(jù)文件導(dǎo)入MATLAB進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，以得到較好波形效果和處理操作，也不失為一種方法。
3.仿真精度、速度和準(zhǔn)確度
仿真精度與仿真步長(zhǎng)有直接的關(guān)系，各軟件的步長(zhǎng)設(shè)置定義不盡相同，因而仿真精度難以直接比較。然而，MATLAB/Simulink里可以選擇不同的數(shù)學(xué)算法，從某種程度上講，其仿真精度較高；而且，MATLAB也是各行業(yè)較為認(rèn)可的仿真軟件之一。從仿真速度來(lái)講，針對(duì)“電力電子技術(shù)”中的電路，通常情況下PSIM和PSCAD的仿真速度相對(duì)較快一些，其次是PSpice，當(dāng)然，這也跟用戶(hù)搭建電路的風(fēng)格特點(diǎn)以及實(shí)際情況有關(guān)。而MATLAB/Simulink如果采用圖庫(kù)的電路元件按照實(shí)際電力電子電路搭建電路仿真，速度會(huì)很慢。如果自己建立數(shù)學(xué)模型仿真，速度會(huì)很快。比如，在一個(gè)具有光伏發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電、傳統(tǒng)同步機(jī)發(fā)電源的電網(wǎng)系統(tǒng)中，包含了“電力電子技術(shù)”中的整流器、逆變器、DC/DC變換器等典型電力電子電路。如果采用圖庫(kù)中的大功率器件晶閘管、IGBT等搭建電路實(shí)現(xiàn)整流器、逆變器、DC/DC變換器時(shí)，仿真速度會(huì)大大降低；若自己建立整流器、逆變器、DC/DC變換器的數(shù)學(xué)模型或者采用向量模型進(jìn)行仿真時(shí)，速度會(huì)大幅提高。當(dāng)然，這就增加了建立數(shù)學(xué)模型的過(guò)程，讀者可根據(jù)實(shí)際情況選擇。另外，對(duì)于仿真確定的參數(shù)雖然可以提供實(shí)際電路參數(shù)的依據(jù)，但與實(shí)際電路參數(shù)之間還是有一定的差距，還需要綜合分析比較計(jì)算數(shù)據(jù)、仿真數(shù)據(jù)和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況來(lái)定，當(dāng)然最終還需要實(shí)驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證，但這畢竟大大減小了實(shí)驗(yàn)的風(fēng)險(xiǎn)和不確定性。
4.復(fù)合功能和應(yīng)用領(lǐng)域
Simulink 依托于MATLAB，能夠利用MATLAB強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理功能并結(jié)合其他的功能函數(shù)等進(jìn)行電力電子電路的仿真，復(fù)合功能相對(duì)豐富，應(yīng)用領(lǐng)域也更寬廣，而且易于實(shí)現(xiàn)與其他設(shè)備、軟件的銜接。比如RTLAB仿真系統(tǒng)就將實(shí)際功率設(shè)備通過(guò)MATLAB進(jìn)行銜接控制，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)仿真。PSIM仿真系統(tǒng)不只是回路仿真單體，還可以和其他公司的仿真器連接，為用戶(hù)提供高開(kāi)發(fā)效率的仿真環(huán)境。例如，在電機(jī)驅(qū)動(dòng)開(kāi)發(fā)領(lǐng)域，控制部分用MATLAB/Simulink實(shí)現(xiàn)，主回路部分以及其周邊回路用PSIM實(shí)現(xiàn)，電機(jī)部分用電磁界解析軟件JMAG實(shí)現(xiàn)，由此進(jìn)行連成解析，實(shí)現(xiàn)更高精度的全面仿真系統(tǒng)。PSpice集成度高，集成了許多仿真功能，如直流分析、交流分析、噪聲分析、溫度分析等；而且，PSpice程序采用改進(jìn)節(jié)點(diǎn)法列電路方程，用牛頓-萊普生方法的改進(jìn)算法進(jìn)行非線(xiàn)性分析，用變節(jié)步長(zhǎng)的隱式積分法進(jìn)行瞬態(tài)分析，在求解線(xiàn)性代數(shù)方程組時(shí)采用了稀疏矩陣技術(shù)，大大提高了仿真結(jié)果的準(zhǔn)確性。PSCAD則適用于富含電力電子電路的復(fù)雜電力系統(tǒng)，包括現(xiàn)今發(fā)展迅速的高壓直流輸電系統(tǒng)及其相關(guān)控制系統(tǒng)、含有各種分布式能源的大型互聯(lián)電力系統(tǒng)等等。
5.故障模擬與功率器件性能
對(duì)于初學(xué)“電力電子技術(shù)”的同學(xué)來(lái)說(shuō)，搭建實(shí)際電力電子電路實(shí)驗(yàn)容易帶來(lái)一些問(wèn)題，如觸發(fā)脈沖不合適帶來(lái)的功率器件上下直通現(xiàn)象、功率器件耐壓耐流參數(shù)選擇不合適等都會(huì)帶來(lái)器件的損壞、系統(tǒng)的崩潰。通過(guò)采用仿真軟件仿真可以事先發(fā)現(xiàn)這些問(wèn)題，及時(shí)解決。從另一方面說(shuō)，學(xué)生亦可借助電力仿真軟件進(jìn)行故障模擬，直觀地觀察波形變化情況，注意出現(xiàn)的問(wèn)題，強(qiáng)化認(rèn)識(shí)，比如可以人為設(shè)置IGBT等功率器件的直通現(xiàn)象、耐壓參數(shù)、擊穿電流等，通過(guò)觀察各點(diǎn)波形變化情況，達(dá)到教學(xué)與實(shí)踐結(jié)合的效果。這種故障模擬和器件性能測(cè)試方面的仿真通常通過(guò)MATLAB/Simulink實(shí)現(xiàn)，能夠達(dá)到較好的仿真觀察效果。
“電力電子技術(shù)”教學(xué)中可參考上文對(duì)學(xué)生給予指導(dǎo)，可以先介紹簡(jiǎn)單易操作的軟件，如PSIM、PSCAD等，結(jié)合各種軟件的特點(diǎn)與適用范圍，針對(duì)不同的仿真對(duì)象和問(wèn)題進(jìn)行適當(dāng)?shù)倪x擇，也可以多種軟件結(jié)合使用，效果更佳。
四、結(jié)語(yǔ)
電力仿真軟件在“電力電子技術(shù)”教學(xué)中發(fā)揮重要的作用，有針對(duì)性地選擇電力仿真軟件可以提高仿真速度、精度及準(zhǔn)確度。本文通過(guò)詳細(xì)分析比較常用的四種電力仿真軟件的特點(diǎn)和適用領(lǐng)域，結(jié)合教學(xué)仿真中的一些實(shí)際問(wèn)題與使用操作，給出了它們具體應(yīng)用的選擇依據(jù)。
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【關(guān)鍵詞】電力電子 檢測(cè) 教學(xué)設(shè)計(jì)
IGBT為絕緣柵雙極型晶體管，是能源變換與傳輸?shù)暮诵钠骷追Q(chēng)電力電子裝置的“CPU”。 IGBT模塊是由IGBT與FWD（續(xù)流二極管芯片）通過(guò)特定的電路橋接封裝而成的模塊化半導(dǎo)體產(chǎn)品，一般所說(shuō)的IGBT即指IGBT模塊，封裝后的IGBT模塊直接應(yīng)用于變頻器、UPS不間斷電源等設(shè)備上。隨著節(jié)能環(huán)保等理念的推進(jìn)，此類(lèi)產(chǎn)品在市場(chǎng)上將越來(lái)越多見(jiàn)。在高職電力電子課程教學(xué)中如何讓學(xué)生自覺(jué)用理論指導(dǎo)實(shí)踐，理解并掌握IGBT的檢測(cè)方法，教學(xué)設(shè)計(jì)尤為重要，本文從IGBT檢測(cè)的角度探討如何進(jìn)行相關(guān)內(nèi)容的教學(xué)設(shè)計(jì)。
一、從構(gòu)造理解IGBT的管腳測(cè)量與柵極保護(hù)
1、IGBT的構(gòu)造
IGBT有三個(gè)管腳：柵極G、集電極C和發(fā)射極E，在構(gòu)造上是由一個(gè)N溝道的絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管MOSFET和一個(gè)PNP型三極管GTR組成，它實(shí)際是以GTR為主導(dǎo)元件，以MOSFET為驅(qū)動(dòng)元件的復(fù)合管。IGBT的理想等效電路及實(shí)際等效如圖1所示。
IGBT除了內(nèi)含PNP晶體管結(jié)構(gòu)，還有NPN晶體管結(jié)構(gòu)，內(nèi)含的PNP與NPN晶體管形成了一個(gè)可控硅的結(jié)構(gòu)，有可能會(huì)造成IGBT的擎柱效應(yīng)，使柵級(jí)失去對(duì)集電極電流的控制作用，因此IGBT有集電極最大電流的限制。
IGBT與MOSFET不同，內(nèi)部沒(méi)有寄生的反向二極管，因此在實(shí)際使用中若輸出端連接感性負(fù)載時(shí)需在集電極和發(fā)射極間搭配適當(dāng)?shù)目旎謴?fù)二極管，構(gòu)成IGBT模塊。
2、從IGBT構(gòu)造認(rèn)識(shí)柵極保護(hù)
IGBT的柵極通過(guò)一層絕緣氧化膜與發(fā)射極實(shí)現(xiàn)電隔離，由于此氧化膜很薄，若靜電聚積在柵極引起過(guò)壓或電容密勒效應(yīng)引起柵極過(guò)壓，均會(huì)導(dǎo)致絕緣層擊穿損壞，其擊穿電壓一般達(dá)到20～30V。因此使用中要注意以下幾點(diǎn)：
（1）在使用模塊時(shí)，盡量不要用手觸摸驅(qū)動(dòng)端子部分，當(dāng)必須要觸摸模塊端子時(shí)，要先將人體或衣服上的靜電用大電阻接地進(jìn)行放電后，再觸摸。
（2）在用導(dǎo)電材料連接模塊驅(qū)動(dòng)端子時(shí)，在配線(xiàn)未接好之前請(qǐng)先不要接上模塊。
（3）盡量在底板良好接地的情況下操作。
3、從IGBT構(gòu)造解釋管腳間測(cè)量電阻
使用指針式萬(wàn)用表測(cè)量IGBT管腳間電阻時(shí)，一般是將萬(wàn)用表?yè)茉赗×1KΩ擋。當(dāng)驅(qū)動(dòng)元件無(wú)外加電壓時(shí)，管子集電極C與發(fā)射極E之間處于關(guān)斷狀態(tài)，同時(shí)因柵極絕緣，故測(cè)量IGBT兩兩管腳間正反向電阻時(shí)，阻值均為無(wú)窮大。針對(duì)集電極和發(fā)射極間并聯(lián)了二極管的IGBT模塊，柵極與其它兩腳間正反向電阻仍為無(wú)窮大，集電極與發(fā)射極間正向電阻為無(wú)窮大，反向電阻較小，此時(shí)較小的反向電阻實(shí)為內(nèi)部并聯(lián)二極管的導(dǎo)通電阻，由此結(jié)果也可識(shí)別IGBT模塊的管腳。使用數(shù)字式萬(wàn)用表時(shí)可使用二極管專(zhuān)用檔位測(cè)量正反向電壓。
二、從基本工作原理理解IGBT開(kāi)關(guān)作用檢測(cè)及好壞判斷方法
IGBT和功率MOSFET一樣，屬于電壓控制型器件。在柵極-發(fā)射極間施加電壓UGE大于開(kāi)啟電壓UGE（th）時(shí)，MOSFET內(nèi)形成溝道，為晶體管提供基極電流，IGBT導(dǎo)通。在柵極-發(fā)射極間施加電壓UGE為負(fù)電壓時(shí)，MOSFET內(nèi)溝道消失，IGBT關(guān)斷。溫度為25℃時(shí)，開(kāi)啟電壓為2～6V，加于柵極-發(fā)射極間的最佳工作電壓可取15V左右。
使用指針式萬(wàn)用表用于檢測(cè)IGBT開(kāi)關(guān)作用并判斷好壞時(shí)，一定要將萬(wàn)用表?yè)茉赗×10KΩ擋，因R×1KΩ擋以下各檔萬(wàn)用表內(nèi)部電池電壓太低，檢測(cè)好壞時(shí)不能使IGBT導(dǎo)通，而無(wú)法判斷IGBT的好壞。當(dāng)指針式萬(wàn)用表?yè)茉赗×10KΩ擋時(shí)，用黑表筆接IGBT的集電極（C），紅表筆接IGBT的發(fā)射極（E），此時(shí)萬(wàn)用表的指針指示阻值為無(wú)窮大。用手指同時(shí)觸及一下柵極（G）和集電極（C），這時(shí)IGBT被觸發(fā)導(dǎo)通，萬(wàn)用表的指針擺向阻值較小的方向，并能站住指示在某一位置。然后再用手指同時(shí)觸及一下柵極（G）和發(fā)射極（E），這時(shí)IGBT被阻斷，萬(wàn)用表的指針回?zé)o窮大位置。此時(shí)即可判斷IGBT是好的。
三、從逆變電路的組成理解IGBT模塊檢測(cè)方法
在交-直-交變頻器主電路中，由整流電路將交流變?yōu)橹绷骱螅儆赡孀冸娐穼⒔涣髯優(yōu)轭l率和電壓可調(diào)的交流，實(shí)現(xiàn)電機(jī)的變頻調(diào)速。圖2所示為六個(gè)IBGT模塊構(gòu)成的逆變器電路，圖中P為變頻器內(nèi)部直流的正端， N即為直流的負(fù)端，輸出U、V、W端子是接到電機(jī)的端子。
逆變器IGBT模塊檢測(cè)：將數(shù)字萬(wàn)用表?yè)艿蕉O管測(cè)試檔，測(cè)試IGBT模塊C、E之間以及柵極G與E之間正反向二極管特性，來(lái)判斷IGBT模塊是否完好。以圖所示的六相逆變器為例，將負(fù)載側(cè)U、V、W相的導(dǎo)線(xiàn)拆除，在直流端P、N無(wú)電壓時(shí)，使用數(shù)字萬(wàn)用表二極管測(cè)試檔，紅表筆接P（集電極C1），黑表筆依次測(cè)U、V、W，萬(wàn)用表顯示數(shù)值為超量程；將表筆反過(guò)來(lái)，黑表筆接P，紅表筆測(cè)U、V、W，萬(wàn)用表顯示數(shù)值為400mV左右的電壓。再將紅表筆接N（發(fā)射極E2），黑表筆測(cè)U、V、W，萬(wàn)用表顯示數(shù)值為400mV左右；黑表筆接P，紅表筆測(cè)U、V、W，萬(wàn)用表顯示數(shù)值為超量程。各相之間的正反向特性應(yīng)相同，若出現(xiàn)差別說(shuō)明IGBT模塊性能變差，應(yīng)予更換。IGBT模塊損壞時(shí)，只有擊穿短路情況出現(xiàn)。紅、黑兩表筆分別測(cè)柵極G與發(fā)射極E之間的正反向特性，萬(wàn)用表兩次所測(cè)的數(shù)值都為超量程，這時(shí)可判定IGBT模塊柵極正常。如果有數(shù)值顯示，則柵極性能變差，此模塊應(yīng)更換。當(dāng)正反向測(cè)試結(jié)果為零時(shí)，說(shuō)明所檢測(cè)的柵極已被擊穿短路。柵極損壞時(shí)電路板保護(hù)柵極的穩(wěn)壓管也將擊穿損壞。
參考文獻(xiàn)：
