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电力电子课程设计总结 篇一
关键词： 电力电子技术；教学改革；教学方法
中图分类号：G42 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2012）06-0237-02
0 引言
电力电子技术是应用在电力领域的一门技术，主要是通过运用电力电子器件对电能实现变换和控制的技术。电力电子技术与信息电子技术合称为电子技术，但二者又有本质的区别。电力电子技术是电力、电子与控制三大领域的交叉学科[1]。目前，电力电子技术作为节能、环保、自动化、智能化、机电一体化的基础，正朝着应用技术高频化，硬件结构模块化，产品性能绿色化的方向发展，有着广阔的发展前景1[2]。
《电力电子技术》作为电气工程及其自动化专业的一门很重要的专业基础课，与生产实际联系非常紧密，其内容繁杂，原理抽象，图形复杂，同时又涉及电子，电力，控制理论等多学科内容，是学生一直认为比较难学、难懂的一门课程。随着电力电子技术的发展，内容不断增加，那么如何在有限的学时内获得更好的教学效果，让学生较好地掌握课程内容，并培养学生的工程实践能力和科学创新精神，增强学生的学习兴趣，是一项迫切须解决的问题。本文就笔者在《电力电子技术》教学方面的经验来谈谈《电力电子技术》教学改革的一些措施。
1 教学现状及存在的问题
1.1 理论教学方面 传统的课堂教学中，教师主要是按照电力电子技术的知识体系按照教学计划以板书的方式进行课堂教学。这种教学方式的缺陷是对于电力电子技术器件的原理，结构以及电力变换电路的波形分析等不能明确、详细地进行分析。虽然后来在理论课堂上采用了多媒体课件教学方式，但是大多数老师还是采用了“读”课件的方式，使得学生总是被动接受，同时也不易理解。
1.2 实验实训教学方面 随着我院招生规模的扩大，实验室现有设备已经远不能满足所有的教学任务。就《电力电子技术》课程方面而言，所带来的问题是：课内实验不能及时完成，更不能完成一些创新性实验。《电力电子技术》课程设计以及毕业设计方面，更是“纸上谈兵”，实践操作机会的缺乏，加之由于学生人数较多，题目比较集中，因此抄袭现象严重。
2 《电力电子技术》的课程改革
2.1 教学手段的改革
2.1.1 提高学生学习的积极性 经验证明，要取得良好的教学效果，关键是要激发学生的学习兴趣，兴趣是最好的老师。让学生保持对所学知识的兴趣和渴求，其才会主动、认真地去学习。
例如，在讲“绪论”的时候，重点给学生介绍电力电子技术的应用部分，比如充电器、节能灯、变频空调等等，让学生明确电力电子技术就用在自己身边。这些看得见、摸得着的例子大大激发了学生的兴趣，激发了学生的求知欲望[3]。
2.1.2 教学手段的改革 总结以往的教学经验，我们采用多媒体+板书的教学手段。多媒体课件PPT是提纲性质的，给出关键性的图，公式及语句即可。那么在讲授的过程中，对于这些图的分析，公式的推导就要借助于黑板，将重点内容进行详细讲解。这样才能既提高教学效率，又使学生更容易接受。再者，多媒体课件要适当体现教材里没有体现出来的内容，比如利用一些仿真软件，动态地对电路进行仿真。提高学生的接收兴趣。例如在讲解直流斩波电路的时候，可以对Buck变换器进行仿真，观察其纹波电压的变换情况，在滤波电路前后，纹波电压波形变化情况如图1所示。
通过演示，让学生对纹波电压波形有了更深一层次的了解。这样的演示可以激发学生学习仿真软件的兴趣，比如PSpice软件[4]，让每个人都能亲自动手接触电路，进行器件接线、参数设置。边连线、边测试、边修改、边分析，并与理论计算结果进行对照，分析各元件参数对电路的作用和影响，调试和测量过程就是最好的学习过程。这样不仅让学生对所学的知识有了更深的认识，还能锻炼其自学能力、动手能力、分析问题的能力，也提高了学生利用现代教育技术手段进行创新学习的能力。
同时在讲授的过程中，不能一贯采用“满堂灌”的形式，要加强训练学生通过对比、总结的形式来加深理解知识的能力。例如在三相整流电路中，各电路的主要参数如表1所示。
这样既便于学生的理解，也能节省课时，给讲授新知识、新技术、新产品腾出时间。有效利用课堂教学，有利于启发和培养学生的创新意识和创新能力，增强学生的发展后劲。
2.2 教学内容的重新调整
2.2.1 教学重点的改革 《电力电子技术》主要分三大部分：器件、电路、控制[1]。器件是基础，电路是主体，控制是拓展，三者相互支撑，相互配合，构成一个整体。
教学重点应根据各专业学生毕业后所从事的领域进行适当调整。根据调查统计，我校电气工程及其自动化专业学生毕业后多从事供配电系统及电力传动领域。
本课程原以晶闸管器件为重点，分析其器件特点以及各种控制电路的原理及特性。但目前晶闸管逐渐退出中小容量系统，被电力MOSFET及IGBT等全控型器件取代。所以根据实际情况适当减少讲授晶闸管的课时，增加讲授全控型器件的课时，减少由晶闸管组成的变流电路的课时，增加由全控型器件组成的变流电路的课时。
电力电子课程设计总结 篇二
关键词：电力电子技术；电气工程；课程设置
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).
[2]王娟娟。国内外电气工程专业课程设置的特点及比较研究[J].理工高教研究，2007,(3).
电力电子课程设计总结 篇三
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
[3]梁秀满，刘振东。《电力电子技术》教学改革实践[J].河北理工大学学报（社会科学版）.2008
电力电子课程设计总结 篇四
综合性开放式实验平台的结构与设计方法
结合电力电子技术的发展趋势，基于现代电力电子器件的电能变换与控制实验平台一方面与现有电力电子技术及电机实验装置进行对接，实现对现有实验装置的升级和改进，挖掘现有实验平台的资源潜力；另一方面作为独立的电能变换与控制系统，将现代电力电子器件应用于电力电子新技术中，从广度和深度两方面扩充实验内容，比如从全控型器件的应用扩展到复合型器件、智能型器件的应用，从器件特性和工作原理的验证性实验扩展到电动机驱动、电阻网络控制以及电能回馈设计等探究性实验。基于现代电力电子器件的电能变换与控制实验平台的设计如图1所示。其设计思想遵循三个方面的原则：一是综合性，可以融合自动控制原理、可编程控制器以及电机学等课程教学资源。在实验平台中不仅要体现单一学科的实践和应用，而是要树立学生系统的观念，将多门学科的专业知识综合应用；二是开放式，留有兼容与升级的接口。如其中的实验平台中电能变换模块的控制器单元，在设计时考虑平台的扩容与升级，为今后功能扩展以及更换预留接口；三是模块化，分级模块化，不仅能够在器件的驱动使用上更加方便，而且有利于维修。
项目采用模块化设计方法，选用多种现代电力电子器件开发一种电能变换与控制实验平台。该实验平台由电力电子器件、驱动模块、保护模块、脉冲宽度调制模块以及电能输入和输出接口模块等组成，通过对输出电能参数的控制，可以改变电动机等运动负荷或电阻网络等静止负荷的工作特性，如图1所示。电能变换与控制平台在电力电子应用系统（如图1）中，起着衔接原始的供电电源与最终负载之间的桥梁作用，把电源提供的粗电（coarsepower）转换成符合负载要求的精电（refinedpower）。其中，精电的电能质量指标主要取决于电能变换与控制平台的特性。研究成果的具体指标为：选用现代电力电子器件的覆盖范围，包括全控型、复合型与智能型电力电子器件的典型代表，如MOSFET、IGBT、MCT、IGCT和IEGT等。电力电子器件的驱动电路和保护电路的功能。由于电力电子器件是以弱电信号控制强电能量的形式，驱动电路和保护电路是不可或缺的组成部分。实验平台需对每一电力电子器件设计驱动电路和保护电路。能够实现电能的变换与控制。本实验平台的重要应用领域是对电能进行变换和控制。作为基本功能实现与否的评价标准，是检测该实验平台可否实现电能的变换与控制。电力电子器件的控制方法是通过PWM脉冲序列控制。作为普遍适用的一种重要控制方法，PWM脉冲序列发生电路为各器件提供控制信号。与现有实验平台的兼容性。拟开发的实验平台具备与有源负荷及无源负荷的接口，能够驱动无源负荷及有源负荷，体现出在负荷匹配方面的灵活性与开放性。
实验平台采用模块化的设计，不仅可以适应现有的实验装置，实现对现有实验装置的升级改进，而且有利于在今后的进一步技术升级。主要研究内容包括：针对所选用的多种现代电力电子器件，包括电力MOSFET、IGBT、MCT、IGCT和IEGT等，分别设计每种器件相应的驱动电路和保护电路。由脉冲宽度调制（PulseWidthModulation，PWM）控制芯片SG3525为核心设计PWM波形发生单元，为各驱动电路提供驱动波形。设计电能的输入、测试与输出接口电路。不仅实现与外部电源和负载接口的匹配，而且可以对变换及控制过程中电能的形式进行检测。电能输出接口的兼容性设计。经过变换与控制的电能，所连接负荷包括有源负载，如电网，及无源负载，如电动机等电动设备或阻抗元件等。实验平台的电磁兼容设计和安全保护设计。一方面满足实验室环境下电磁兼容的需要，另一方面保证在操作过程中的人身、设备安全保护。
以实验平台为基础的教学改革
以现代电力电子器件的电能变换与控制实验平台为基础所进行的实验教学体系改革主要从教学内容、教学方法和考核方法等三个方面进行。目前，国内普遍采用的商业开发实验教学平台可实现的教学内容包括单结晶体管触发电路及单相半波可控整流电路实验、锯齿波同步移相触发电路及单相桥式全控整流及有源逆变电路实验、三相桥式全控整流及有源逆变电路实验、三相交流调压电路实验、直流斩波电路原理实验、GTO和GTR驱动与保护电路实验等，这些实验内容多属验证性实验。而现代电力电子器件的电能变换与控制实验平台不仅能够对电力电子技术课程的现代电力电子器件特性、主要电路拓扑结构的工作过程以及新型控制技术的原理性验证，还能够实现从器件、到结构直至整个系统的整合，给学生提供一个从下到上，包含各个层次的电力电子系统。此外，该实验平台还可以综合自动控制原理、计算机网络和可编程控制器等课程内容，实现以电力电子技术为主的综合性探究实验，体现学科交叉及课程体系间的联系。
在传统的电力电子技术实验教学过程中是以教师讲授为中心，力图对实验平台上的每一个元件或者按钮都讲得很细，力求在实验课上的有限时间内解决所有问题，实际上学生总是处于被动接受的地位，极大地妨碍了其主动性和积极性的发挥，不利于学生素质和能力的培养。与此同时，实验课时压缩客观上迫使实验教学方法进行必要改革。因此，在教学中教师应当在保持实验教学内容的系统性和完整性的同时，力求突出实验内容的重点和难点；革新实验室管理方法，保持实验平台的开放与正常运行，使得学生可以在更大的时间范围内自由选择进行实验操作的可能性。此外，大胆引入学生自学方法，即精心选择一部分内容让学生课外去自学。例如，在讲解电能质量控制装置时，课堂上可以重点介绍并联型电力有源滤波器这一典型装置的工作原理、控制方法和应用设计，而将其他类型的有源滤波器（包括串联型和混合型）等装置技术留给学生去自学[5]。为了督促学生重视实验，除了在实验时教师严格管理、多方教育外，我们在期末考试的试题中引入与实验相关的内容，平时对每位学生的每个实验进行评分，并将实验成绩按一定比例记入课程总成绩。电子实习和课程设计均为独立考核、计算学分，并计入总学分。为使成绩评定公平合理，把学生实习和设计时的表现、成果、测试按照一定比例算得成绩。经实践证明，这些手段和方法确实对教学起到了积极的促进作用。
以实验平台为基础的教学改革的意义
#p#分页标题#e# 把握电力电子器件发展的方向，并适时将电力电子器件及其相应的应用技术引入实践教学环节，一方面能够培养学生始终站在科学发展前沿的自觉精神，有利于提高学生在专业成长历程中的适应能力；另一方面可以更新教师的知识结构，强化教师在知识吸纳与传授过程中的前瞻意识，提高实践教学环节的教学质量。现代电力电子器件，由于出现时间较短，尚存在许多从原理、特性到应用、创新的空间。因此，可以提高探究性实验作为现有实验体系的有机组成部分在实验内容中所占的比例。不仅可以提高学生的创新意识，培养学生动手动脑的能力，而且有助于改进现有实验教学方式和考核方法，促进实验教学的整体改革。通过本实验平台的研究开发，可以实现对现有实验装置中电能变换与控制平台的升级，保留现有实验装置中的电源输出接口以及有源负载和无源负载的输入接口。只需在实验平台中分别对输出接口和输入接口进行兼容性设计，即可替换现有实验装置中的电能变换与控制平台。通过对现有实验装置的改进与升级，可以在原有实验内容的基础上，从深度和广度两方面扩充实验内容，充分发掘现有装置在实验教学中的潜力。
自制实验平台与商业实验平台相比具有先进性，可以更好融合最新的电能变换与控制技术，避免商业开发过程中复杂环节导致的技术相对滞后问题，体现实验平台的先进性，并能更及时跟踪技术发展的趋势。与商业实验平台相比，自行研制的实验平台不仅能够显著降低开发成本，而且由于采用模块化的设计方法，把现代电力电子器件对应的保护电路和驱动电路，与接口电路、变换电路分别作为独立的模块进行设计和制作，还有利于降低应用过程中的维修成本，并可以避免在今后由于大规模更换带来的升级成本。进行实验平台开发的成员长期从事电力电子技术领域的研究与教学工作，对于电力电子技术实验平台和应用项目的开发具有丰富的实践经验。部分教师长期担任电力电子技术的实验指导教师，在实验教学第一线总结了许多学生实验的教学规律。通过实验平台研制与开发，不仅能够将教师的教学思想和教学经验融入实验平台的开发过程中，进一步提高实验教学的质量与效果，而且能够给这一支实验教学队伍提供又一次重要的演练与合作的机会，为今后在更高层次上的可持续性发展奠定坚实的基础。此外，电力电子技术是电气工程学科中的一个最为活跃的分支[6]，在保持现有实验设备稳定的基础上，进行适度的技术更新和改造以跟上学科演进的步伐，对于促进新、老专业的建设与发展具有重要的推动作用。
结论
电力电子课程设计总结 篇五
“电力电子技术”课程教学的基本框架还是以所选教材为基础，但在具体内容上应当以让学生认识该课程的用途与重要性为出发点进行设计，紧扣行业应用，提高学生的学习积极性与主动性。首先，注意开好头，要重视绪论课的教学，如在介绍“1.3电力电子技术的应用”时应将重点侧重到交通运输和电子这一领域中，重点介绍电力电子技术在汽车与轨道车辆上的应用。针对新能源汽车专业学生可举例介绍车辆能源系统的“骨架结构”，如油电混合动力汽车等新能源汽车的能量系统的基本结构图与基本工作原理；针对城市轨道车辆专业学生介绍地铁车辆的电源系统结构图等等，紧紧抓住行业应用为起始点引发学生的兴趣。另外针对电子装置用电源可从大家时刻不离身的手机充电器说起，让学生认识到电力电子技术无处不在，实用性很强，提高学生积极性。其次，随着课程内容教学的深入，应继续围绕专业行业应用，将原来的“骨架结构”补充上“血肉”，即实际具体电路，进行内容的丰富。如介绍DC/DC变换时，可以将原先介绍的地铁车辆电源系统中DC/DC的变流电路具体化，在知识认知的体系结构中进一步具体化，加深知识点的理解和印象。最后为提高学生对电力电子技术的关注度，提高学生资料收集与自学能力，一方面对部分内容调整为课后自学内容，要求学生利用网络、图书馆等资源条件完成学习，如器件中IGCT、功率集成电路、脉宽调节电路等的相关内容将由学生进行资料收集并选择部分主题由学生在课堂上给大家进行介绍，提高学习的相关性。另外一方面提供一些已经完成的电源板，让有兴趣的同学进行实际调试，在实践中体会电能的变换与控制，实现“自主行走”。这些同学能在今后相关的实践设计中有较好的基础，且能帮助并带动其他同学提高实践能力。
2“电力电子技术”课程设计改革
“电力电子技术”课程应用性强，因此要求学生有较强的动手实践能力。课程开设了6个学时的实验，对学生来说实践时间较少。因此率先在车辆工程专业新能源汽车专业方向开设了“汽车电力电子技术课程设计”课题，时间为一周，精选了“太阳能电动车SPWM控制逆变电路设计”、“车载逆变电源—推挽式直流变换电路设计”、“车载逆变电源—工频逆变电路设计”等设计课题，要求学生通过课程设计能充分了解电力电子技术在汽车上的应用以及应用设计，要求学生“脚踏实地”进行电路方案论证比较，完成电力电子电路的参数计算、器件的选型、绘制电路原理图等过程，掌握电力电子电路的设计，并能够掌握电力电子器件常用的驱动电路设计，合理设计保护电路。同时对于电路原理图要求采用EDA（电子设计自动化，ElectronicDesignAu-tomation）软件进行绘图，将学生所学的电力电子技术、自动控制技术、EDA技术等几门课程在汽车电力电子技术课程设计中进行融合，提高学生的实际设计能力。对multisim实践能力较强、学有余力的同学进一步指导其采用仿真手段（Matlab或者Multisim）进行仿真实习，论证设计结果。通过紧张而充实的课程设计，大部分的同学对电力电子技术在汽车上的应用有了进一步的认识，并对所学的相关课程进行贯通融合，充分了解所学专业课程之间的相互联系，增强了对自身所学专业知识架构的认识，能够熟练利用相关课程、相关技术手段进行电路设计，实现在专业知识架构中的“自由天地”。
3总结
课程教学内容和实践环节改革在近三届学生中的教学实践证明，教学效果较好，学生学习积极性高，对专业的理解较以往有所加深。这也说明，教师教好一门课，需结合行业实际，应结合科学技术的实际情况适时适当地进行教学改革，要注重教学内容理论与实践的结合，努力将学生培养成厚基础、实践强的应用型人才。
