电力电子技术课程教学改革与探索

郭 玮 吴 锴 李志伟

山西农业大学工学院 山西太谷 030801

目前电力电子技术的发展日新月异，新器件、新工艺、新技术不断涌现，特别是全控型电力电子器件的涌现，电力电子电路的工作频率不断提高。然而以往的电力电子技术教学方法和内容都无法跟上现在电力电子技术的发展，培养出的人才不能满足现代化市场的需要。为此，必须进行电力电子技术课程教学改革，建立适应新时代背景下电力电子课程教学体系，使电力电子技术课程与时代发展同步，培养出满足市场需求的现代化人才。

本课程具备工程性和实践性的特点，电力电子技术迅猛发展，器件更新换代频繁，大集成度器件广泛使用，电路图和波形图较多，实践性强[1]。而从学生的思维习惯看，习惯被动接受，不习惯主动解决工程问题，与实践脱轨，这样就导致很多学生能听懂而不会用，不能学以致用。随着电力电子器件不断改进，内容不断增加，如何高效率地利用课堂时间，将传统课堂教学融入实践，使理论课和实践课相互渗透、相互交融，让学生在短时间内掌握基本的电力电子器件和变流技术，构建具有一定稳定性和灵活性、又体现学科发展的教学体系势在必行。

1 课程性质与要求

电力电子技术是一门综合电子技术、控制技术和电力技术的新兴交叉学科，它是弱电控制强电的技术，是弱电和强电的接口，是电气工程与自动化专业的一门重要的专业基础课，在该类专业学生的知识结构中占有不可缺少的重要地位。其目的是使学生能了解电力电子电路的功能和主要技术指标，学会分析整流电路、斩波电路、交流电力控制电路、逆变电路；掌握PWM控制技术的基本方法，为进一步学习专业课以及毕业后从事专业工作打下必要的基础。

电力电子技术课程主要包括电力电子器件和变流技术两部分，根据电力电子技术课程本身的特点，以山西农业大学电气专业课程体系为背景，确立了电力电子技术课程的教学要求：(1)了解电力电子器件的概念、特点和分类、工作原理和参数选择。(2)了解并掌握各种变流电路。(3)掌握电力电子电路的设计方法，将其用于实践。

2 课程教学中存在的问题

山西农业大学电气工程及其自动化、农业电气化专业电力电子教学中存在的主要问题如下。

(1)课时少，内容多。课时40学时(其中课堂34学时，实验6学时)。随着新器件的涌现，新技术的发展，内容越来越多，学时却没有增加。

(2)电力电子技术课程中电流波形绘图比较多，传统的教学模式采用课堂板书教学，画电路图会耽误较长课堂时间，而且不够形象生动，使得学生对电力电子技术缺乏兴趣，觉得不仅难而且枯燥无味[2]。

(3)学生动手能力差[3]，实验学时少，而且实验条件有限，实验设备老化，在实验教学中，动手能力相对较差。

3 课程教学改革几点建议

针对山西农业大学电气、农电专业目前存在的问题，提出几点建议。

3.1 修订教学计划 增加学时

由原来的40学时增加为48学时，其中课堂教学38学时，实验教学10学时。教学大纲也做相应的修改。把电力电子技术分为“精讲”和“泛讲”两部分[3]。对于基本电力电子器件部分，把基本器件和分析方法作为精讲内容重点讲解，必须讲清、讲透，举一反三，让学生在学习掌握基本电力半导体器件的基础上，能够掌握其他新型电力电子器件。对于一些新型电力电子器件，可以“泛讲”，引导性地介绍，以拓宽学生的知识面。对于电力电子电路部分，将整流电路、直流斩波电路、交流电力控制电路和交-交变频电路、逆变电路作为重点内容重点讲解，在教学过程中反复强化，把各种电路原理和所对应的电力波形讲透彻，并且将各种电路融会贯通，以引起学生的重视，从而加深学生对各种变流电路的理解。

3.2 开展多媒体与板书相结合的教学模式

电力电子技术课程中，电路图和输出波形图多，随着电力电子技术的不断发展，内容不断增加，如何充分有效地利用课堂时间，在传统教学中融入创新教育，让学生能够在短时间内掌握基本电力电子器件和变流技术势在必行。因此采取多媒体与板书相结合的教学模式，充分发挥二者的优点[4]。对重点问题，边推导边讲解，通过板书引导学生，增加互动。而对于复杂的波形图，则通过多媒体展示，增加动态效果，使枯燥的波形变得生动，从而更容易理解。

3.3 EDA仿真技术应用于实验教学

山西农业大学工学院是应用型学院，着重培养学生的实践能力和动手能力。所以应加大实验教学力度，将原来的6学时增加为10学时。每讲完一种基本变流电路，紧跟着做相应的实验，通过示波器观察波形，加深学生对知识点的掌握。精选了5个最基本的实验作为基础性实验，分别是：三相桥式全控整流电路的性能研究、直流斩波电路的性能研究、单相交流调压电路的性能研究、单相交-直-交变频电路的性能研究、半桥型开关稳压电源的性能研究。以往的实验教学是通过实验台操作来完成。工学院采用的是浙江求是的MCL-Ⅱ实验台，设备数量少，设备老化，尽管每年都维修，但是在实验中，经常会出现接触不良的现象。而且电压是200 V，带电连接电线非常不安全，极易触电。

为了解决此类问题，在硬件实验的同时，开设EDA教学，将EDA带入课堂，将EDA的应用既作为理论课的工具，又作为学生进行硬件实验的前提[5]。在讲授完理论知识之后，先进行EDA仿真。将课堂教学与实验教学结合起来，不仅可以加深学生对理论课的理解，还可以避免实验台操作的一些弊端[6]。采用MatLab/Simulink中的电力电子工具包Sim Power System对教材中各种电路进行仿真，然后再分别将单相半波、全波、三相半波、全波和桥式电路、斩波电路、逆变电路在实验台演示并让学生动手操作进行电路调试，通过示波器观察，验证是否与课堂理论教学波形一致。这样不仅节省了硬件资源和实验室资源，还加大了实验教学力度。通过以上5个基础性实验，不仅让学生完成理论的验证，还通过实验掌握电力电子仪器的使用，并且在完成基础性实验的前提下，设计一些综合性实验，将各种变流电路融合，全面地分析电力电子电路。另外还可增加一些设计性的实验作为选作内容，给学生提供更广阔的空间。

与模拟电子技术、数字电子技术一样，电力电子实验环节包括软件仿真实验和硬件实物实验[7]，两者相辅相成。硬件实验旨在让学生掌握各种变流电路的连线，培养基本实验技能，记录实验数据，观察输出波形，分析实验结果与理论是否一致。

将EDA技术引入课堂后，使用EDA可以随时以图形、表格及曲线的形式来显示电力电子电路中复杂的电压电流变化波形，并且可以不断修改参数，在基本电路的基础上，创新设计电路，加深学生对变流电路本质的理解。在课堂教学中可以将一些抽象、难懂的内容作为课堂重点演示内容，学生也可以在课后进行具体电路的上机仿真。

4 结语

经过研究实践，建立了基于EDA教学的电力电子课程教学模式，并用于实践。让学生更容易理解和掌握课程要求的知识和技能，体验动手的乐趣，培养学生在实际操作中分析问题和解决问题的能力，积累实践经验，为进一步学习其他专业课以及毕业后从事电气自动化工作打下必要的基础。电力电子技术课程的教学是一门艺术，讲好这门课是不容易的，今后还应继续加大实践课程的力度，将EDA技术不仅用于变流电路的仿真，还将用于电路设计。