序論：寫作是一種深度的自我表達。它要求我們深入探索自己的思想和情感，挖掘那些隱藏在內(nèi)心深處的真相，好投稿為您帶來了一篇電力電子技術(shù)探析3篇范文，愿它們成為您寫作過程中的靈感催化劑，助力您的創(chuàng)作。

電力電子技術(shù)探析1

1引言

“電力電子技術(shù)”是電氣工程及其自動化、智能電網(wǎng)信息工程等電氣類專業(yè)非常重要的專業(yè)核心課程，主要教授電力電子器件、四大變流技術(shù)、PWM控制技術(shù)、軟開關(guān)技術(shù)等內(nèi)容[1]。電力電子技術(shù)應(yīng)用廣泛，幾乎涵蓋民生經(jīng)濟等各個領(lǐng)域，是一門理論性、工程性與實踐性非常強的交叉學(xué)科。正因如此，如何加強學(xué)生綜合素質(zhì)教育，提高學(xué)生實際工程應(yīng)用能力，培養(yǎng)具有創(chuàng)新能力與滿足企業(yè)需求的專業(yè)技能人才，各高校已極為關(guān)注和重視。CDIO模式是一種在全球各國廣泛推行的工程教育模式[2]。CDIO代表構(gòu)思（Conceive）、設(shè)計（Design）、實現(xiàn)（Implement）和運作（Operate），它以產(chǎn)品研發(fā)到產(chǎn)品運行的生命周期為載體，讓學(xué)生以項目驅(qū)動的方式主動學(xué)習(xí)[3]。將CDIO模式運用到《電力電子技術(shù)》的理論教學(xué)中，優(yōu)化“電力電子技術(shù)”課程教學(xué)設(shè)計，構(gòu)建“以學(xué)生為主體，以培養(yǎng)工程應(yīng)用能力為核心”的課程體系。推行基于項目、基于問題、基于案例的教學(xué)方法和學(xué)習(xí)方法，支持學(xué)生開展研究性學(xué)習(xí)、創(chuàng)新性實驗，實現(xiàn)課程內(nèi)容與職業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、教學(xué)過程與生產(chǎn)過程對接，培養(yǎng)學(xué)生的工程思維和創(chuàng)新精神具有重要的理論價值。引入CDIO模式，開發(fā)一系列與教學(xué)內(nèi)容高度契合的教學(xué)項目成為這門課程教學(xué)改革的一大重點。文華學(xué)院作為一所應(yīng)用型高校，大部分學(xué)生畢業(yè)后選擇就業(yè)，更注重應(yīng)用型人才的培養(yǎng)。因此電力電子技術(shù)必須打破電路拓撲填鴨式講解的傳統(tǒng)教學(xué)模式，如何依據(jù)CDIO理念開展《電力電子技術(shù)》課程教學(xué)、改革教學(xué)內(nèi)容、課程體系與教學(xué)方法都是值得我們探討的問題。

2現(xiàn)有教學(xué)中待改進的問題

2.1傳統(tǒng)填鴨式教學(xué)模式的改革本文主要探索理論教學(xué)的變革，解決本課程內(nèi)容電路拓撲結(jié)構(gòu)繁多，波形分析復(fù)雜，傳統(tǒng)的填鴨式教學(xué)抽象枯燥，學(xué)生投入度和互動性普遍不高，對拓撲死記硬背，對工作原理不求甚解的“痛點”問題。引入CDIO工程教育模式，并結(jié)合項目式和學(xué)習(xí)通線上教學(xué)的混合教學(xué)設(shè)計貫徹實施，將傳統(tǒng)的“以教師為中心”轉(zhuǎn)變?yōu)椤耙詫W(xué)生為中心”，學(xué)生由被動灌輸變?yōu)樽灾鲗W(xué)習(xí)。采用CDIO工程教育模式鍛煉了學(xué)生的工程項目思維，提升了團隊合作意識，為社會培養(yǎng)應(yīng)用型工程技術(shù)人才。

2.2教學(xué)設(shè)計過于死板，有待優(yōu)化改進本教學(xué)改革的對象為我校機電學(xué)部電氣專業(yè)及智能電網(wǎng)專業(yè)20～21級學(xué)生。為學(xué)生設(shè)計《電力電子技術(shù)》的工程項目案例，使理論知識得到實際應(yīng)用，進一步激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)積極性與參與度，增強自主學(xué)習(xí)能力。課題成果能夠提高學(xué)生的成就感，對學(xué)生參加國內(nèi)相關(guān)學(xué)科競賽也有重要支撐作用，有利于提高學(xué)生在后續(xù)的求學(xué)、求職中的核心競爭力，為社會培養(yǎng)應(yīng)用型工程技術(shù)人才。以CDIO理念為理論指導(dǎo)，以項目式教學(xué)為導(dǎo)向，分模塊展開知識點講解，優(yōu)化原有教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)大綱，豐富教學(xué)設(shè)計和改進考核評價體系。從傳統(tǒng)教學(xué)轉(zhuǎn)變?yōu)轫椖渴浇虒W(xué)，打破傳統(tǒng)教學(xué)模式，將知識點模塊化，以工程教育模式為基礎(chǔ)，以項目方式驅(qū)動學(xué)習(xí)，巧妙融合理論課堂和工程應(yīng)用項目，在實踐中充分理解和鞏固理論知識。

2.3課堂氛圍沉悶，學(xué)生學(xué)習(xí)興趣低下學(xué)生首次接觸以波形分析為主要思路的電力工作原理過程，再加上單相三相，整流逆變等眾多類型的電路原理圖，本能上會出現(xiàn)畏難情緒。因此，傳統(tǒng)課堂講學(xué)極為出現(xiàn)教師滔滔不絕，學(xué)生安安靜靜的氛圍，為改善沉悶的課堂氣氛，可結(jié)合學(xué)習(xí)通線上平臺，靈活教學(xué)。線上發(fā)布任務(wù)，線下討論指導(dǎo)。利用學(xué)習(xí)通，發(fā)布討論，隨機選人，搶答等功能活躍課堂氣氛，增加趣味性和互動性。解決學(xué)生學(xué)習(xí)興趣低下的問題，往往出現(xiàn)搶答環(huán)節(jié)時，學(xué)生感覺緊張又刺激，能夠充分調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和自主性，由被動接受變?yōu)橹鲃訉W(xué)習(xí)。

3CDIO模式教學(xué)改革實施方案

3.1教學(xué)項目的選取與設(shè)計對《電力電子技術(shù)》課程教學(xué)項目的選取，首先從整體上分析該門課程的教學(xué)任務(wù)，確定整體的任務(wù)和目標(biāo)之后，再將核心知識點模塊化，并針對每一部分知識點選取合適的工程項目，或者小范圍的綜合性項目。項目選取的原則為難度適中，內(nèi)容高度契合理論內(nèi)容。然后對各項目進行詳細的需求設(shè)計，以及理論知識點的設(shè)計，并將項目資源運用到實際教學(xué)中，根據(jù)教學(xué)反饋調(diào)整和改進教學(xué)項目。開發(fā)一系列與教學(xué)內(nèi)容高度契合的教學(xué)項目是這門課程教學(xué)改革的重點。本次教學(xué)改革將根據(jù)電力電子的四大變流技術(shù)設(shè)計4個教學(xué)項目進行試點，由淺到深，由易到難，與專業(yè)緊密結(jié)合，以項目式教學(xué)為導(dǎo)向結(jié)合學(xué)習(xí)通線上平臺，應(yīng)用于《電力電子技術(shù)》課程教學(xué)的實施，切實提高教學(xué)效果。項目1：直流電機調(diào)速裝置的設(shè)計項目2：矩形波單相逆變器的設(shè)計項目3：便攜式開關(guān)電源的設(shè)計項目4：舞臺調(diào)光燈的設(shè)計

3.2CDIO工程教育模式的教學(xué)設(shè)計為適應(yīng)我校應(yīng)用型人才培養(yǎng)目標(biāo)，對原有教學(xué)內(nèi)容進行調(diào)整，制定以CDIO模式為基礎(chǔ)，項目式教學(xué)和線上線下相結(jié)合的混合式教學(xué)設(shè)計，注重項目實踐，將理論知識與工程應(yīng)用有機結(jié)合起來。同時，在學(xué)習(xí)通線上平臺發(fā)布項目任務(wù)，組織學(xué)生分組討論，構(gòu)思設(shè)計，反饋交流。再通過傳統(tǒng)線下課堂圍繞案例展開知識點講解，指導(dǎo)項目疑難問題。實現(xiàn)以CDIO模式為基礎(chǔ)，項目式教學(xué)和線上線下相結(jié)合的混合式教學(xué)設(shè)計，充分調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)自覺性，從而提高學(xué)生的學(xué)習(xí)自主性和創(chuàng)造性。同時線上的過程統(tǒng)計數(shù)據(jù)，將形成科學(xué)有效的過程性評價及反饋，幫助教師完成評價考核以及進一步改進教學(xué)設(shè)計。下面以開關(guān)電源的項目為例，如圖1所示，展示基于CDIO理念的混合式教學(xué)設(shè)計。該教學(xué)設(shè)計采取“三縱四橫”原則，主題是開關(guān)電源的項目式教學(xué)，以CDIO的工程思維為理論指導(dǎo)，采取傳統(tǒng)課堂和學(xué)習(xí)通平臺的線上線下混合教學(xué)方式推進實施。開關(guān)電源為本課程第五章直流直流變換內(nèi)容。項目分為4個步驟：第一步，項目構(gòu)思。由教師根據(jù)教學(xué)目標(biāo)和教學(xué)內(nèi)容發(fā)布任務(wù)，學(xué)生分組討論，根據(jù)項目所涉及的章節(jié)知識點自學(xué)查閱，并構(gòu)思項目方案和項目需求。此步驟通過學(xué)習(xí)通線上發(fā)布。第二步，項目設(shè)計。教師圍繞知識點對項目做具體介紹，引導(dǎo)學(xué)生分組討論，并開始進行具體的方案設(shè)計。此步驟在線上課堂完成。第三步，方案實現(xiàn)。學(xué)生借助學(xué)校實驗室現(xiàn)有硬件設(shè)施進行方案驗證，或者通過仿真軟件進行仿真驗證，同時教師可以指導(dǎo)和答疑解惑。此為最重要的過程，由學(xué)生在線下完成。第四步，項目驗收。驗收形式可以靈活多樣，可以通過學(xué)習(xí)通線上平臺上傳驗證視頻及文檔報告，由學(xué)生相互學(xué)習(xí)評分，最后在線下課堂完成優(yōu)秀評選。

3.3學(xué)習(xí)通線上教學(xué)資源包設(shè)計按照教學(xué)要求完成《電力電子技術(shù)》課程的學(xué)習(xí)通線上教學(xué)資源包設(shè)計。配合項目式教學(xué)，開發(fā)制作完成線上配套的相關(guān)項目視頻資料、教學(xué)資源，課后練習(xí)，包括課件制作，章節(jié)測試題庫設(shè)計、討論題庫設(shè)計、小組討論內(nèi)容和形式設(shè)計，實現(xiàn)以學(xué)生為中心的“翻轉(zhuǎn)課堂”項目成果展示及交流平臺。我校《電力電子技術(shù)》課程位48學(xué)時，可根據(jù)課程章節(jié)安排，選取重要的知識點，學(xué)生分組PK，要求組內(nèi)分工合作，每個人都要負責(zé)相應(yīng)任務(wù)，可以選擇仿真，分解知識點講授，或者PPT制作，或者是現(xiàn)場板書等，確保全員都能參與。

3.4學(xué)情反饋，評價考核的制定學(xué)習(xí)通線上平臺是一個很好的教學(xué)輔助工具，能夠提供課堂報告、學(xué)情統(tǒng)計、成績統(tǒng)計等信息，并以可視化圖表的形式反饋給老師，如簽到率，課堂表現(xiàn)TOP10，課堂選人回顧，章節(jié)學(xué)習(xí)次數(shù)，綜合成績分布等內(nèi)容。通過學(xué)習(xí)通統(tǒng)計數(shù)據(jù)，老師對班級整體情況，甚至每位學(xué)生的詳細學(xué)習(xí)情況一目了然，老師可以根據(jù)學(xué)生的學(xué)情及時調(diào)整項目內(nèi)容及進度安排，還可以針對不同掌握層次的學(xué)生發(fā)布不同的項目學(xué)習(xí)任務(wù)，進行分層教學(xué)和個性化的一對一輔導(dǎo)，教師也可以根據(jù)反饋情況進一步完善教學(xué)設(shè)計和考核評價。分組討論PK后，最后全員一起投票推優(yōu)，提高學(xué)生參與感和成就感。引入線上學(xué)情反饋后，對綜合評價比例做出一定修訂，并進一步細化過程評價內(nèi)容。

4教學(xué)改革目標(biāo)

4.1完善以培養(yǎng)應(yīng)用型人才為目標(biāo)的教學(xué)大綱《電力電子技術(shù)》現(xiàn)有教學(xué)大綱包含課程教學(xué)目標(biāo)，且已融入課程思政元素，但在教學(xué)內(nèi)容和學(xué)時安排上，仍然以理論知識為主，輔以實驗教學(xué)部分，學(xué)生接觸到的還停留在考試層面，死記硬背層面，對知識的融匯貫通和實際應(yīng)用缺乏認識。現(xiàn)有教學(xué)大綱總體來說可以滿足理論教學(xué)，在此基礎(chǔ)之上引入CDIO工程教育模式，在每個章節(jié)增加項目應(yīng)用，改革專業(yè)課教學(xué)模式，優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，提供以培養(yǎng)專業(yè)技能人才為目標(biāo)的教學(xué)大綱。

4.2混合式教學(xué)設(shè)計的改革創(chuàng)新（1）從傳統(tǒng)教學(xué)到項目式教學(xué)。打破傳統(tǒng)教學(xué)模式，將知識點模塊化，以工程教育模式為基礎(chǔ)，以項目方式驅(qū)動學(xué)習(xí)，巧妙融合理論課堂和工程應(yīng)用，在實踐中充分理解和鞏固理論知識。（2）從線下課堂到學(xué)習(xí)通線上平臺。除了傳統(tǒng)的線下課堂，還可以有機結(jié)合線上平臺，通過學(xué)習(xí)通線上發(fā)布項目任務(wù)，組織分組實踐，線上討論交流，同時還可以利用學(xué)習(xí)通發(fā)布課件，微課，視頻，動畫，課件預(yù)習(xí)，章節(jié)測試等內(nèi)容，進一步豐富和拓展線下教學(xué)，增加線下互動性及趣味性。把知識內(nèi)容多層次多角度展現(xiàn)給學(xué)生，學(xué)生可以充分利用碎片時間自主自學(xué)。

4.3教學(xué)案例的設(shè)計與拓展如項目預(yù)期效益較好，可進一步豐富項目案例，如：三相橋式整流器的設(shè)計、SPWM逆變器的設(shè)計、變頻器的設(shè)計、UPS電源、光伏發(fā)電并網(wǎng)逆變器、車載220V逆變器設(shè)計、車載USB充電器設(shè)計等項目，以預(yù)防下屆學(xué)生重復(fù)利用上屆學(xué)生的成果及報告，同時由于電力電子技術(shù)的飛速發(fā)展，新項目教學(xué)案例需要做到每屆更新和改進。

4.4課題應(yīng)用價值的思考隨著社會分工的細化以及對工科畢業(yè)生專業(yè)技能要求的提高，基于CDIO工程教育模式的教學(xué)設(shè)計將會得到越來越廣泛的認可和應(yīng)用。結(jié)合項目式驅(qū)動和學(xué)習(xí)通線上教學(xué)的混合式教學(xué)設(shè)計，可以思考推廣到較多工程應(yīng)用型較強的課程。該工程教育模式的教學(xué)設(shè)計可拓展應(yīng)用到電氣專業(yè)及機電學(xué)部其他實踐性較強課程的學(xué)習(xí)，如《電氣控制與PLC技術(shù)》、《單片機原理與接口技術(shù)》等專業(yè)課，有利于學(xué)科交叉，資源共享。5結(jié)語目前“電力電子技術(shù)”課程還停留在理論教學(xué)的層面，工程實際應(yīng)用涉獵較少，學(xué)生的工程思維能力和實踐應(yīng)用能力稍有欠缺，與企業(yè)實際工程應(yīng)用能力的需求有較大差距。因此，本課程教學(xué)改革采用CDIO工程教育模式鍛煉了學(xué)生的工程項目思維，提升了團隊合作意識，為社會培養(yǎng)應(yīng)用型工程技術(shù)人才[4]。相信隨著社會分工的細化以及對工科畢業(yè)生專業(yè)技能要求的提高，基于CDIO工程教育模式的教學(xué)設(shè)計將會得到越來越廣泛的認可和應(yīng)用。

作者:劉婷婷 聶菁 張新建 范娟 單位:文華學(xué)院

電力電子技術(shù)探析2

1研究背景電力電子技術(shù)課程是電氣自動化、機電一體化、應(yīng)用電子技術(shù)等專業(yè)的一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，是綜合性很強的一門課程。該課程的特點是變流電路和波形圖較多，實踐性很強。如何在有限學(xué)時內(nèi)獲得較好的教學(xué)效果，使學(xué)生能很好地掌握課程內(nèi)容，并培養(yǎng)學(xué)生的工程實踐能力和創(chuàng)新精神，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，是亟待解決的問題。電力電子技術(shù)是一種應(yīng)用半導(dǎo)體器件對電能進行變換和控制的技術(shù)，主要研究各種電力電子器件，以及由這些器件構(gòu)成的電路或裝置。電能變換通常分為四大類：交流變直流、直流變交流、直流變直流和交流變交流。電力電子技術(shù)在國民經(jīng)濟的各個領(lǐng)域有著非常廣泛的應(yīng)用，給生產(chǎn)和生活帶來深遠的影響。電力電子電路的計算機仿真具有十分重要的現(xiàn)實意義。利用計算機仿真技術(shù)開展教學(xué)，可以彌補實驗器材缺乏的不足，減少實驗耗材，使學(xué)生能夠?qū)﹄y以理解的抽象內(nèi)容有一個直觀的認識，提高學(xué)生對所學(xué)電路工作過程的理解，同時使教學(xué)過程更具實時性、直觀性、生動性。Simulink是MATLAB仿真軟件中的重要工具之一，其主要功能是實現(xiàn)動態(tài)系統(tǒng)建模、仿真與分析。利用Simulink對所設(shè)計的系統(tǒng)進行仿真分析，并對系統(tǒng)做實時修正或者按照仿真的最佳效果來調(diào)試及整定系統(tǒng)參數(shù)，以提高系統(tǒng)的性能、減少系統(tǒng)設(shè)計過程中反復(fù)修改的時間，實現(xiàn)高效率地開發(fā)系統(tǒng)的目標(biāo)。

2課程教學(xué)過程

2.1理論教學(xué)過程以三相橋式全控整流電路(阻感性負載)為例，電路圖如圖1所示。晶閘管1，3，5共陰極連接，晶閘管2，4，6共陽極連接，晶閘管1，3，5分別在相電壓u，v，w的正半周觸發(fā)導(dǎo)通，而晶閘管4，6，2分別在相電壓u，v，w的負半周觸發(fā)導(dǎo)通。在電力電子技術(shù)課程教學(xué)中，學(xué)生在學(xué)習(xí)帶電阻性負載的可控整流電路時，能夠通過對電路的分析得出晶閘管何時導(dǎo)通、何時關(guān)斷。當(dāng)可控整流電路的負載為生產(chǎn)實際中最常見的既有電阻又有電感的阻感性負載時，部分學(xué)生對電路的工作過程不能很好地理解。由于電感對電流變化有抗拒作用，當(dāng)流過電感的電流發(fā)生變化時，在電感的兩端會產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，其大小為，它的極性是阻止電流變化的。當(dāng)流過電感的電流增加時，它的感應(yīng)電動勢的極性阻止電流增加；當(dāng)流過電感的電流減小時，它的感應(yīng)電動勢的極性阻止電流減小。這種特性使得流過電感的電流不能發(fā)生突變，這也是理解和分析可控整流電路帶阻感性負載工作情況的關(guān)鍵之一。當(dāng)觸發(fā)角0°≤α≤60°時，此電路帶阻感性負載的工作情況與帶電阻性負載時相似，負載兩端電壓波形、晶閘管陽陰極間電壓波形相同，每個晶閘管與前一個觸發(fā)的晶閘管一起導(dǎo)通60°，再和后一個觸發(fā)的晶閘管一起導(dǎo)通60°。若后一個晶閘管觸發(fā)導(dǎo)通，則前一個晶閘管陽陰極間承受反向電壓而關(guān)斷，每個晶閘管持續(xù)導(dǎo)通120°。與帶電阻性負載時不同的是由于電感的作用，流過負載的電流波形會變得很平直。當(dāng)觸發(fā)角60°<α≤90°時，此電路帶阻感性負載的工作情況與帶電阻性負載時不同。當(dāng)帶電阻性負載時，以晶閘管1為例，晶閘管1從觸發(fā)時刻和晶閘管6一起導(dǎo)通一直到相電壓vuuu=的時刻，晶閘管1和6一起關(guān)斷，在之后的30°沒有晶閘管導(dǎo)通，接著觸發(fā)晶閘管2，輔助脈沖觸發(fā)晶閘管1，因為?uu>wu，所以晶閘管1和2一起導(dǎo)通，一直到?uu=wu的時刻一起關(guān)斷。電阻性負載時輸出電壓波形是斷續(xù)的。而當(dāng)負載為阻感性負載時，仍以晶閘管1為例，由于電感的特性，晶閘管1和6從觸發(fā)時刻一起導(dǎo)通，當(dāng)vuuu=時刻，也不會關(guān)斷，電感釋放能量阻礙電流減小，晶閘管1和6繼續(xù)導(dǎo)通，一直到晶閘管2的觸發(fā)時刻，因為?uu>wu，所以晶閘管1和2觸發(fā)導(dǎo)通，晶閘管2和6在此刻換流，晶閘管6承受反壓而關(guān)斷，其他晶閘管的工作過程類似，每個晶閘管仍然持續(xù)導(dǎo)通120°，負載電壓波形仍然連續(xù)。在理論教學(xué)過程中，一些學(xué)生對電感這樣一個儲能元件的特性理解不深，所以在分析帶阻感性負載的可控整流電路的工作過程時感覺比較困難，因此筆者采用了基于MATLAB/Simulink軟件的仿真教學(xué)方法。

2.2MATLAB/Simulink軟件仿真教學(xué)分析為了幫助學(xué)生更好地理解帶阻感性負載的可控整流電路的工作過程，采用仿真軟件MATLAB中的仿真集成環(huán)境Simulink，利用Simulink的基本模塊和電氣系統(tǒng)仿真庫SimPowerSystem中的元件模型，建立帶阻感性負載的三相橋式全控整流電路的仿真模型，對相關(guān)元件或模塊進行初始化參數(shù)設(shè)置，最后對仿真起止時間、仿真步長、允許誤差和求解算法等參數(shù)進行設(shè)置和選擇。三相橋式全控整流電路(阻感性負載)仿真模型如圖2所示。三相橋式全控整流電路(阻感性負載)仿真模型參數(shù)設(shè)置：三相電源相電壓峰值為100V，頻率為50Hz，A相、B相、C相的初始相位角依次為0°，—120°，—240°，負載為阻感性負載，R=2Ω，L=0.05H。將三相交流電壓源、晶閘管1的電壓電流、負載電壓電流的波形通過信號合成在一張圖中，便于在示波器中觀察同一時刻這些電壓電流的變化規(guī)律。在對可控整流電路仿真時，最為關(guān)鍵的是對每個晶閘管觸發(fā)角α的設(shè)置。設(shè)置此參數(shù)是通過對脈沖發(fā)生器的相位延遲來實現(xiàn)的。以晶閘管1為例，當(dāng)α°=0°時即ωt°=300°，三相電源電壓周期為0.02s，此刻對應(yīng)的時間t=0.02×0.00167s360300.02≈×0≈0.00167s。由于三相橋式全控整流電路中晶閘管的觸發(fā)脈沖按管號順序依次相差60°，因此其他晶閘管的脈沖發(fā)生器的延遲時間按照管號順序依次推遲0.00333s。在電路的仿真參數(shù)設(shè)置窗口，選擇ode23tb算法，將相對誤差設(shè)為1e-3，電路仿真中將仿真開始時間設(shè)為0.3s，停止時間設(shè)為0.4s，在示波器上最終顯示波形為0.3s～0.4s的電路相關(guān)物理量的波形。

3仿真結(jié)果分析

圖3為α=0°時三相橋式全控整流電路(阻感性負載)相關(guān)電壓電流的仿真波形，圖4為α=90°時三相橋式全控整流電路(阻感性負載)的仿真波形。圖3、圖4中的波形依次為三相交流電壓源波形(A相黃線，B相紫線，C相藍線)、晶閘管1陽陰極間電壓(u)、電流(i)波形、阻感性負載兩端電壓(u)、電流(i)波形。從圖3可以看出，阻感性負載時輸出電壓波形與電阻性負載時相同，輸出電壓在相電壓的一個周期內(nèi)脈動6次。然而負載電流波形不同，流過阻感性負載的電流呈指數(shù)級逐漸增大，在0.34s時電路已經(jīng)接近穩(wěn)態(tài)，負載輸出電流趨于恒定值。圖4中負載是阻感性負載，所以輸出電壓波形連續(xù)，在相應(yīng)線電壓過零點后，之前導(dǎo)通的一對晶閘管繼續(xù)導(dǎo)通30°，直到其中一個晶閘管和后一個觸發(fā)的晶閘管進行換流。負載輸出電壓波形有正有負，輸出電壓在相電壓的一個周期內(nèi)脈動6次，輸出電壓波形和橫軸圍成的正負面積相等，輸出電壓平均值為零。在電路仿真教學(xué)過程中，通過任意調(diào)節(jié)電感的大小以及改變晶閘管的觸發(fā)角，觀察其對輸出電壓、電流的影響，這種方式非常直觀明了，可以幫助學(xué)生全面理解帶阻感性負載的整流電路的工作過程。

4結(jié)語

與常規(guī)教學(xué)方法相比，基于MATLAB軟件的仿真分析方法更直觀、生動、形象。利用MATLAB軟件中的Simulink模塊庫可以搭建很多電力電子電路。在搭建好電力電子電路的仿真模型后，只要合理設(shè)置電路仿真模型的參數(shù)，通過改變整流電路的觸發(fā)角或者負載參數(shù)，或者使其中一個晶閘管的觸發(fā)脈沖延遲、提前、消失，就可得到改變后電路的相關(guān)波形，為同一電路在不同觸發(fā)角或者負載的情況下的比較和性能指標(biāo)分析提供一定的便利。學(xué)生在電路仿真過程中，通過示波器模塊可以觀測到動態(tài)的電壓電流波形，可以對整個電路的工作過程有進一步的認識，同時充分調(diào)動學(xué)習(xí)電力電子技術(shù)的積極性，為其后續(xù)相關(guān)課程的學(xué)習(xí)打下堅實的基礎(chǔ)，有利于提高人才培養(yǎng)的質(zhì)量。

作者:周群利 余紅英 白彩波 侯德華 潘東旭 單位:蕪湖職業(yè)技術(shù)學(xué)院電氣與自動化學(xué)院

電力電子技術(shù)探析3

教育部2017年2月發(fā)布的《關(guān)于開展新工科研究與實踐的通知》指出，深化工程教育改革、建設(shè)工程教育強國，對服務(wù)和支撐我國經(jīng)濟轉(zhuǎn)型升級意義重大，也為深化工程教育改革提供了良好契機。《電力電子技術(shù)》課程是電氣工程及其自動化、智能電網(wǎng)信息工程等專業(yè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課，具有工程性和實用性強的特點，課程的實驗教學(xué)是其非常重要的一個環(huán)節(jié)。而目前所采用的實驗裝置大多數(shù)結(jié)構(gòu)封閉，直觀性與可操作性較差，系統(tǒng)參數(shù)、運行條件難以修改，實驗結(jié)果極具確定性。實驗教學(xué)中，學(xué)生容易形成機械式操作，被動式學(xué)習(xí)，淺嘗輒止；且固定的實驗參數(shù)，一致的實驗結(jié)果不利于促進學(xué)生發(fā)散思維的形成，也很難使學(xué)生的工程實踐能力得到提升。和硬件實驗裝置相比，仿真軟件卻具有極大的可操作性，且可以為學(xué)生提供從無到有的設(shè)計過程。考慮到軟件仿真在實驗教學(xué)中的優(yōu)越性，國內(nèi)多所大學(xué)紛紛建立了《電力電子技術(shù)》課程的虛擬仿真平臺，如浙江大學(xué)電氣工程學(xué)院結(jié)合仿真軟件和硬件實驗平臺，建立了“虛實結(jié)合框架的電力電子遠程實驗”等平臺。電力電子技術(shù)是研究電能變換與控制的一門技術(shù)，功率特性是其主要技術(shù)指標(biāo)。因此，《電力電子技術(shù)》的實驗教學(xué)就離不開功率特性，單純的硬件實驗教學(xué)和虛擬仿真教學(xué)均難以獲得良好的教學(xué)效果。硬件實驗過程及結(jié)果固化嚴重，難以激發(fā)學(xué)生分析思考的意識；虛擬仿真系統(tǒng)則較為靈活，但無法完全體現(xiàn)電能變換電路的實際功率特性。因此，結(jié)合硬件實驗和虛擬仿真技術(shù)，通過虛實融合實驗教學(xué)模式，以改變目前被動式實驗教學(xué)的現(xiàn)狀，提升課程的實驗教學(xué)效果。

虛實融合實驗平臺設(shè)計

《電力電子技術(shù)》虛實融合實驗平臺的設(shè)計目標(biāo)是實現(xiàn)硬件操作軟件化，軟件操作功率化。在此基礎(chǔ)上，借助實驗平臺的靈活性和可擴展性，結(jié)合當(dāng)前技術(shù)發(fā)展前沿及社會需求，探索電力電子技術(shù)在實踐中的創(chuàng)新型應(yīng)用，并作為創(chuàng)新探索項目的教學(xué)內(nèi)容。在實驗裝置的操作方式上，鑒于以往實驗中暴露出的問題，例如示波器探頭極易損壞、實驗裝置可操作性差、故障率高且維修過程繁瑣漫長等，利用數(shù)字控制技術(shù)，實現(xiàn)代碼生成與GUI軟件的操作功能，達到虛實融合，以提高實驗平臺的可靠性及實驗教學(xué)的可操作性。《電力電子技術(shù)》虛實融合實驗平臺的結(jié)構(gòu)框圖（如圖所示），包含虛擬仿真部分和實際硬件部分。硬件電路部分主要包含主電路、采樣電路、驅(qū)動電路、控制板卡等部分。其中，主電路為各實驗裝置對應(yīng)的電力電子變換器拓撲；采樣電路對主電路關(guān)鍵信號進行采樣及處理；驅(qū)動電路實現(xiàn)對主電路開關(guān)的驅(qū)動控制；控制板卡采用多種選擇的可插拔式結(jié)構(gòu)，包含集成PWM控制器構(gòu)成的模擬控制板卡，DSP、單片機構(gòu)成的微控制器數(shù)字控制板卡等。控制板卡為虛實融合的橋梁，也是核心部分，通過運行與虛擬仿真系統(tǒng)對應(yīng)的程序來實現(xiàn)虛擬部分和實際硬件部分的融合。虛實融合實驗平臺的虛擬仿真部分基于仿真模型，具有GUI操作、GUI顯示、MCU代碼生成等功能。仿真模型與實際硬件電路一一對應(yīng)，包含對主電路、采樣電路、驅(qū)動電路的建模，以及所采用的控制算法。代碼生成接口可將仿真模型中的控制算法生成可執(zhí)行程序，下載到控制板卡中的微控制器中。GUI操作部分作為實驗裝置的上位機操作方式，實現(xiàn)參數(shù)下設(shè)。GUI顯示部分負責(zé)讀取硬件電路的關(guān)鍵波形數(shù)據(jù)，并進行顯示。按照這樣的方式，實現(xiàn)軟件仿真和硬件實驗的高度融合，通過軟件仿真可以生成硬件控制代碼，而硬件實驗的操作及數(shù)據(jù)讀取則可以通過軟件實現(xiàn)，從而實現(xiàn)軟件操作功率化硬件操作軟件化。

虛實融合實驗教學(xué)實踐

基于Simulink軟件的《電力電子技術(shù)》仿真教學(xué)依據(jù)課程教學(xué)內(nèi)容需要，以基本的電力電子變換器拓撲為主體，融合電力電子器件及應(yīng)用、PWM技術(shù)、軟開關(guān)技術(shù)等關(guān)鍵技術(shù)，設(shè)計對應(yīng)的仿真教學(xué)內(nèi)容。針對各項實驗內(nèi)容，設(shè)計系統(tǒng)參數(shù)多變化、仿真結(jié)果未知化的實驗教學(xué)模式。

探索式實驗教學(xué)的硬件實驗裝置設(shè)計

根據(jù)課程內(nèi)容，結(jié)合仿真教學(xué)系統(tǒng)，設(shè)計具備參數(shù)靈活設(shè)置、故障情境預(yù)置、代碼生成接口功能的新一代電力電子技術(shù)硬件實驗裝置。實驗裝置應(yīng)具備內(nèi)部結(jié)構(gòu)可視化、連接靈活化的特點，結(jié)合可編程電源和可編程電子負載，實現(xiàn)實驗參數(shù)、運行條件的靈活配置與故障情景預(yù)置。實驗裝置采用數(shù)字控制，為軟硬件結(jié)合建立代碼生成接口。基于Simulink軟件的一體化虛實融合實驗教學(xué)過程利用Simulink軟件的代碼生成功能，實現(xiàn)《電力電子技術(shù)》虛擬仿真教學(xué)系統(tǒng)與硬件實驗裝置的融合。在仿真模型的基礎(chǔ)上，通過將被控對象切換為硬件實驗裝置，由代碼生成接口將仿真軟件與硬件實驗裝置連接起來，從而使學(xué)生通過接近仿真操作的方式操作硬件實驗裝置，完成各項實驗任務(wù)。基于虛實融合實驗平臺的實驗教學(xué)規(guī)范在虛實融合實驗平臺的基礎(chǔ)上，制定《電力電子技術(shù)》實驗教學(xué)的具體實施方案。虛擬仿真部分基于Simulink軟件實現(xiàn)，不受時間、空間上的限制，跟隨課堂理論教學(xué)內(nèi)容開展。虛實融合實驗部分在完成虛擬仿真實驗后實施。為了使實驗過程更加具有針對性，實驗部分緊密結(jié)合仿真部分對應(yīng)內(nèi)容，在虛擬和實物的對比中幫助學(xué)生加深對相關(guān)知識的理解與掌握。

結(jié)語

通過結(jié)合虛擬仿真技術(shù)和硬件實驗技術(shù)，建立虛實融合的課程實驗平臺，解決了傳統(tǒng)電力電子技術(shù)實驗裝置存在的問題，形成了虛實融合實驗教學(xué)模式，解決了課程理論知識教學(xué)與實驗教學(xué)過渡較大的問題，促進了學(xué)生工程實踐能力的提升，對工程教育專業(yè)認證背景下工科專業(yè)實驗類課程的改革具有一定的借鑒意義。

作者:李振偉 喬峰 杜春燕 孫曉 劉喜梅 單位:青島科技大學(xué)自動化與電子工程學(xué)院