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關鍵詞：電力電子技術；開關電源

現代電源技術是應用電力電子半導體器件,綜合自動控制、計算機(微處理器)技術和電磁技術的多學科邊緣交又技術。在各種高質量、高效、高可靠性的電源中起關鍵作用,是現代電力電子技術的具體應用。

當前,電力電子作為節能、節才、自動化、智能化、機電一體化的基礎,正朝著應用技術高頻化、硬件結構模塊化、產品性能綠色化的方向發展。在不遠的將來,電力電子技術將使電源技術更加成熟、經濟、實用,實現高效率和高品質用電相結合。

1.電力電子技術的發展

現代電力電子技術的發展方向,是從以低頻技術處理問題為主的傳統電力電子學,向以高頻技術處理問題為主的現代電力電子學方向轉變。電力電子技術起始于五十年代末六十年代初的硅整流器件,其發展先后經歷了整流器時代、逆變器時代和變頻器時代,并促進了電力電子技術在許多新領域的應用。八十年代末期和九十年代初期發展起來的、以功率MOSFET和IGBT為代表的、集高頻、高壓和大電流于一身的功率半導體復合器件,表明傳統電力電子技術已經進入現代電力電子時代。

1.1整流器時代

大功率的工業用電由工頻(50Hz)交流發電機提供,但是大約20%的電能是以直流形式消費的,其中最典型的是電解(有色金屬和化工原料需要直流電解)、牽引(電氣機車、電傳動的內燃機車、地鐵機車、城市無軌電車等)和直流傳動(軋鋼、造紙等)三大領域。大功率硅整流器能夠高效率地把工頻交流電轉變為直流電,因此在六十年代和七十年代,大功率硅整流管和晶閘管的開發與應用得以很大發展。當時國內曾經掀起了-股各地大辦硅整流器廠的熱潮,目前全國大大小小的制造硅整流器的半導體廠家就是那時的產物。

1.2逆變器時代

七十年代出現了世界范圍的能源危機,交流電機變頻惆速因節能效果顯著而迅速發展。變頻調速的關鍵技術是將直流電逆變為0~100Hz的交流電。在七十年代到八十年代,隨著變頻調速裝置的普及,大功率逆變用的晶閘管、巨型功率晶體管(GTR)和門極可關斷晶閘管(GT0)成為當時電力電子器件的主角。類似的應用還包括高壓直流輸出,靜止式無功功率動態補償等。這時的電力電子技術已經能夠實現整流和逆變,但工作頻率較低,僅局限在中低頻范圍內。

1.3變頻器時代

進入八十年代,大規模和超大規模集成電路技術的迅猛發展,為現代電力電子技術的發展奠定了基礎。將集成電路技術的精細加工技術和高壓大電流技術有機結合,出現了一批全新的全控型功率器件、首先是功率M0SFET的問世,導致了中小功率電源向高頻化發展,而后絕緣門極雙極晶體管(IGBT)的出現,又為大中型功率電源向高頻發展帶來機遇。MOSFET和IGBT的相繼問世,是傳統的電力電子向現代電力電子轉化的標志。據統計,到1995年底,功率M0SFET和GTR在功率半導體器件市場上已達到平分秋色的地步,而用IGBT代替GTR在電力電子領域巳成定論。新型器件的發展不僅為交流電機變頻調速提供了較高的頻率,使其性能更加完善可靠,而且使現代電子技術不斷向高頻化發展,為用電設備的高效節材節能,實現小型輕量化,機電一體化和智能化提供了重要的技術基礎。

2.現代電力電子的應用領域

2.1計算機高效率綠色電源

高速發展的計算機技術帶領人類進入了信息社會,同時也促進了電源技術的迅速發展。八十年代,計算機全面采用了開關電源,率先完成計算機電源換代。接著開關電源技術相繼進人了電子、電器設備領域。

計算機技術的發展,提出綠色電腦和綠色電源。綠色電腦泛指對環境無害的個人電腦和相關產品，綠色電源系指與綠色電腦相關的高效省電電源,根據美國環境保護署l992年6月17日"能源之星"計劃規定,桌上型個人電腦或相關的設備,在睡眠狀態下的耗電量若小于30瓦,就符合綠色電腦的要求,提高電源效率是降低電源消耗的根本途徑。就目前效率為75%的200瓦開關電源而言,電源自身要消耗50瓦的能源。

2.2通信用高頻開關電源

通信業的迅速發展極大的推動了通信電源的發展。高頻小型化的開關電源及其技術已成為現代通信供電系統的主流。在通信領域中,通常將整流器稱為一次電源,而將直流-直流(DC/DC)變換器稱為二次電源。一次電源的作用是將單相或三相交流電網變換成標稱值為48V的直流電源。目前在程控交換機用的一次電源中,傳統的相控式穩壓電源己被高頻開關電源取代,高頻開關電源(也稱為開關型整流器SMR)通過MOSFET或IGBT的高頻工作,開關頻率一般控制在50-100kHz范圍內,實現高效率和小型化。近幾年,開關整流器的功率容量不斷擴大,單機容量己從48V/12.5A、48V/20A擴大到48V/200A、48V/400A。

因通信設備中所用集成電路的種類繁多,其電源電壓也各不相同,在通信供電系統中采用高功率密度的高頻DC-DC隔離電源模塊,從中間母線電壓(一般為48V直流)變換成所需的各種直流電壓,這樣可大大減小損耗、方便維護,且安裝、增加非常方便。一般都可直接裝在標準控制板上,對二次電源的要求是高功率密度。因通信容量的不斷增加,通信電源容量也將不斷增加。

2.3直流-直流(DC/DC)變換器

DC/DC變換器將一個固定的直流電壓變換為可變的直流電壓,這種技術被廣泛應用于無軌電車、地鐵列車、電動車的無級變速和控制,同時使上述控制獲得加速平穩、快速響應的性能,并同時收到節約電能的效果。用直流斬波器代替變阻器可節約電能(20~30)%。直流斬波器不僅能起調壓的作用(開關電源),同時還能起到有效地抑制電網側諧波電流噪聲的作用。

通信電源的二次電源DC/DC變換器已商品化,模塊采用高頻PWM技術,開關頻率在500kHz左右,功率密度為5W~20W/in3。隨著大規模集成電路的發展,要求電源模塊實現小型化,因此就要不斷提高開關頻率和采用新的電路拓撲結構,目前已有一些公司研制生產了采用零電流開關和零電壓開關技術的二次電源模塊,功率密度有較大幅度的提高。

2.4不間斷電源(UPS)

不間斷電源(UPS)是計算機、通信系統以及要求提供不能中斷場合所必須的一種高可靠、高性能的電源。交流市電輸入經整流器變成直流,一部分能量給蓄電池組充電,另一部分能量經逆變器變成交流,經轉換開關送到負載。為了在逆變器故障時仍能向負載提供能量,另一路備用電源通過電源轉換開關來實現。

現代UPS普遍了采用脈寬調制技術和功率M0SFET、IGBT等現代電力電子器件,電源的噪聲得以降低,而效率和可靠性得以提高。微處理器軟硬件技術的引入,可以實現對UPS的智能化管理,進行遠程維護和遠程診斷。目前在線式UPS的最大容量已可作到600kVA。超小型UPS發展也很迅速,已經有0.5kVA、lkVA、2kVA、3kVA等多種規格的產品。

2.5變頻器電源

變頻器電源主要用于交流電機的變頻調速,其在電氣傳動系統中占據的地位日趨重要,已獲得巨大的節能效果。變頻器電源主電路均采用交流-直流-交流方案。工頻電源通過整流器變成固定的直流電壓,然后由大功率晶體管或IGBT組成的PWM高頻變換器,將直流電壓逆變成電壓、頻率可變的交流輸出,電源輸出波形近似于正弦波,用于驅動交流異步電動機實現無級調速。

國際上400kVA以下的變頻器電源系列產品已經問世。八十年代初期,日本東芝公司最先將交流變頻調速技術應用于空調器中。至1997年,其占有率已達到日本家用空調的70%以上。變頻空調具有舒適、節能等優點。國內于90年代初期開始研究變頻空調,96年引進生產線生產變頻空調器,逐漸形成變頻空調開發生產熱點。預計到2000年左右將形成。變頻空調除了變頻電源外,還要求有適合于變頻調速的壓縮機電機。優化控制策略,精選功能組件,是空調變頻電源研制的進一步發展方向。

2.6高頻逆變式整流焊機電源

高頻逆變式整流焊機電源是一種高性能、高效、省材的新型焊機電源,代表了當今焊機電源的發展方向。由于IGBT大容量模塊的商用化,這種電源更有著廣闊的應用前景。

逆變焊機電源大都采用交流-直流-交流-直流(AC-DC-AC-DC)變換的方法。50Hz交流電經全橋整流變成直流,IGBT組成的PWM高頻變換部分將直流電逆變成20kHz的高頻矩形波,經高頻變壓器耦合,整流濾波后成為穩定的直流,供電弧使用。

由于焊機電源的工作條件惡劣,頻繁的處于短路、燃弧、開路交替變化之中,因此高頻逆變式整流焊機電源的工作可靠性問題成為最關鍵的問題,也是用戶最關心的問題。采用微處理器做為脈沖寬度調制(PWM)的相關控制器,通過對多參數、多信息的提取與分析,達到預知系統各種工作狀態的目的,進而提前對系統做出調整和處理,解決了目前大功率IGBT逆變電源可靠性。

國外逆變焊機已可做到額定焊接電流300A,負載持續率60%,全載電壓60~75V,電流調節范圍5~300A,重量29kg。

2.7大功率開關型高壓直流電源

大功率開關型高壓直流電源廣泛應用于靜電除塵、水質改良、醫用X光機和CT機等大型設備。電壓高達50~l59kV,電流達到0.5A以上,功率可達100kW。

自從70年代開始,日本的一些公司開始采用逆變技術,將市電整流后逆變為3kHz左右的中頻,然后升壓。進入80年代,高頻開關電源技術迅速發展。德國西門子公司采用功率晶體管做主開關元件,將電源的開關頻率提高到20kHz以上。并將干式變壓器技術成功的應用于高頻高壓電源,取消了高壓變壓器油箱,使變壓器系統的體積進一步減小。

國內對靜電除塵高壓直流電源進行了研制,市電經整流變為直流,采用全橋零電流開關串聯諧振逆變電路將直流電壓逆變為高頻電壓,然后由高頻變壓器升壓,最后整流為直流高壓。在電阻負載條件下,輸出直流電壓達到55kV,電流達到15mA,工作頻率為25.6kHz。

2.8電力有源濾波器

傳統的交流-直流(AC-DC)變換器在投運時,將向電網注入大量的諧波電流,引起諧波損耗和干擾,同時還出現裝置網側功率因數惡化的現象,即所謂"電力公害",例如,不可控整流加電容濾波時,網側三次諧波含量可達(70~80)%,網側功率因數僅有0.5~0.6。

電力有源濾波器是一種能夠動態抑制諧波的新型電力電子裝置,能克服傳統LC濾波器的不足,是一種很有發展前途的諧波抑制手段。濾波器由橋式開關功率變換器和具體控制電路構成。與傳統開關電源的區別是:(l)不僅反饋輸出電壓,還反饋輸入平均電流;(2)電流環基準信號為電壓環誤差信號與全波整流電壓取樣信號之乘積。

2.9分布式開關電源供電系統

分布式電源供電系統采用小功率模塊和大規模控制集成電路作基本部件,利用最新理論和技術成果,組成積木式、智能化的大功率供電電源,從而使強電與弱電緊密結合,降低大功率元器件、大功率裝置(集中式)的研制壓力,提高生產效率。

八十年代初期,對分布式高頻開關電源系統的研究基本集中在變換器并聯技術的研究上。八十年代中后期,隨著高頻功率變換技術的迅述發展，各種變換器拓撲結構相繼出現,結合大規模集成電路和功率元器件技術,使中小功率裝置的集成成為可能,從而迅速地推動了分布式高頻開關電源系統研究的展開。自八十年代后期開始,這一方向已成為國際電力電子學界的研究熱點,論文數量逐年增加，應用領域不斷擴大。

分布供電方式具有節能、可靠、高效、經濟和維護方便等優點。已被大型計算機、通信設備、航空航天、工業控制等系統逐漸采納,也是超高速型集成電路的低電壓電源(3.3V)的最為理想的供電方式。在大功率場合,如電鍍、電解電源、電力機車牽引電源、中頻感應加熱電源、電動機驅動電源等領域也有廣闊的應用前景。

3.高頻開關電源的發展趨勢

在電力電子技術的應用及各種電源系統中，開關電源技術均處于核心地位。對于大型電解電鍍電源,傳統的電路非常龐大而笨重,如果采用高頓開關電源技術,其體積和重量都會大幅度下降,而且可極大提高電源利用效率、節省材料、降低成本。在電動汽車和變頻傳動中,更是離不開開關電源技術，通過開關電源改變用電頻率,從而達到近于理想的負載匹配和驅動控制。高頻開關電源技術,更是各種大功率開關電源(逆變焊機、通訊電源、高頻加熱電源、激光器電源、電力操作電源等)的核心技術。

3.1高頻化

理論分析和實踐經驗表明,電氣產品的變壓器、電感和電容的體積重量與供電頻率的平方根成反比。所以當我們把頻率從工頻50Hz提高到20kHz,提高400倍的話,用電設備的體積重量大體下降至工頻設計的5~l0%。無論是逆變式整流焊機,還是通訊電源用的開關式整流器,都是基于這一原理。同樣,傳統"整流行業"的電鍍、電解、電加工、充電、浮充電、電力合閘用等各種直流電源也可以根據這一原理進行改造,成為"開關變換類電源",其主要材料可以節約90%或更高,還可節電30%或更多。由于功率電子器件工作頻率上限的逐步提高,促使許多原來采用電子管的傳統高頻設備固態化,帶來顯著節能、節水、節約材料的經濟效益,更可體現技術含量的價值。

3.2模塊化

模塊化有兩方面的含義,其一是指功率器件的模塊化,其二是指電源單元的模塊化。我們常見的器件模塊,含有一單元、兩單元、六單元直至七單元,包括開關器件和與之反并聯的續流二極管,實質上都屬于"標準"功率模塊(SPM)。近年,有些公司把開關器件的驅動保護電路也裝到功率模塊中去,構成了"智能化"功率模塊(IPM),不但縮小了整機的體積,更方便了整機的設計制造。實際上,由于頻率的不斷提高,致使引線寄生電感、寄生電容的影響愈加嚴重,對器件造成更大的電應力(表現為過電壓、過電流毛刺)。為了提高系統的可靠性,有些制造商開發了"用戶專用"功率模塊(ASPM),它把一臺整機的幾乎所有硬件都以芯片的形式安裝到一個模塊中,使元器件之間不再有傳統的引線連接,這樣的模塊經過嚴格、合理的熱、電、機械方面的設計,達到優化完美的境地。它類似于微電子中的用戶專用集成電路(ASIC)。只要把控制軟件寫入該模塊中的微處理器芯片,再把整個模塊固定在相應的散熱器上,就構成一臺新型的開關電源裝置。由此可見,模塊化的目的不僅在于使用方便,縮小整機體積,更重要的是取消傳統連線,把寄生參數降到最小,從而把器件承受的電應力降至最低,提高系統的可靠性。這樣,不但提高了功率容量,在有限的器件容量的情況下滿足了大電流輸出的要求,而且通過增加相對整個系統來說功率很小的冗余電源模塊,極大的提高系統可靠性,即使萬一出現單模塊故障,也不會影響系統的正常工作,而且為修復提供充分的時間。3.3數字化

在傳統功率電子技術中,控制部分是按模擬信號來設計和工作的。在六、七十年代,電力電子技術擬電路基礎上的。但是,現在數字式信號、數字電路顯得越來越重要,數字信號處理技術日趨完善成熟,顯示出越來越多的優點:便于計算機處理控制、避免模擬信號的畸變失真、減小雜散信號的干擾(提高抗干擾能力)、便于軟件包調試和遙感遙測遙調,也便于自診斷、容錯等技術的植入。所以,在八、九十年代,對于各類電路和系統的設計來說,模擬技術還是有用的,特別是:諸如印制版的布圖、電磁兼容(EMC)問題以及功率因數修正(PFC)等問題的解決,離不開模擬技術的知識,但是對于智能化的開關電源,需要用計算機控制時,數字化技術就離不開了。

3.4綠色化

電源系統的綠色化有兩層含義:首先是顯著節電,這意味著發電容量的節約,而發電是造成環境污染的重要原因,所以節電就可以減少對環境的污染;其次這些電源不能(或少)對電網產生污染,國際電工委員會(IEC)對此制定了一系列標準,如IEC555、IEC917、IECl000等。事實上,許多功率電子節電設備,往往會變成對電網的污染源:向電網注入嚴重的高次諧波電流,使總功率因數下降,使電網電壓耦合許多毛刺尖峰,甚至出現缺角和畸變。20世紀末,各種有源濾波器和有源補償器的方案誕生,有了多種修正功率因數的方法。

總而言之,電力電子及開關電源技術因應用需求不斷向前發展,新技術的出現又會使許多應用產品更新換代,還會開拓更多更新的應用領域。開關電源高頻化、模塊化、數字化、綠色化等的實現,將標志著這些技術的成熟,實現高效率用電和高品質用電相結合。這幾年,隨著通信行業的發展,以開關電源技術為核心的通信用開關電源,僅國內有20多億人民幣的市場需求,吸引了國內外一大批科技人員對其進行開發研究。開關電源代替線性電源和相控電源是大勢所趨,因此,同樣具有幾十億產值需求的電力操作電源系統的國內市場正在啟動,并將很快發展起來。還有其它許多以開關電源技術為核心的專用電源、工業電源正在等待著人們去開發。

參考文獻：

[1]林渭勛:淺談半導體高頻電力電子技術,電力電子技術選編,浙江大學,384-390,1992。

篇(2)

從70年代開始，在自關斷器件發展中就是的電力電子技術進入到了逆變時代，在這一時期由于能源危機就讓交流電機變頻調速因節能效果明顯而有了很大程度上的發展，雖然已經實現了逆變以及整流，但在工作的頻率方面還不高。到了80年代，集成電路技術開始從大規模和超大規模的方向得到了迅猛發展，一些以MOSFET和IGBT作為代表的大電流以及高頻和高壓功率的半導體復合器出現以來，電力電子技術在這一階段已經進入到了發展的重要時期，多樣化的新型器件都已經應用在了電路技術當中，同時向著復合化和模塊化的方向進行發展，在性能上更加的完善可靠，為用電的設備高效節能等提供了重要基礎。

2電力電子技術在現階段的實際應用探究

2.1電力電子技術在交通運輸中的實際應用

新時期電力電子技術得到了迅速發展過程中，已經在諸多的領域有了應用，其中在電氣化的鐵道交通當中就對電力電子技術有了廣泛應用，在電氣機車當中的直流機車就是對整流裝置進行的應用，而交流機車方面就是對變頻裝置進行的應用。另外，在磁懸浮列車當中的電力電子技術的應用比較關鍵，有著諸多的地方需要電力電子技術的支持才能夠使得磁懸浮列車得以順利的運行，不僅在牽引電機傳動方面，在各種的輔助電源方面也需要這一技術的支持。而在電動汽車的電機方面也是需要電子裝置對電力進行轉換才能夠起到控制驅動的作用。在船舶以及飛機等對電源的使用也有著很大的不同，所以在對電力電子技術的應用上也比較的關鍵。

2.2電力電子技術在家用電器中的實際應用

新時期電力電子技術在人們日常生活中的家用電器方面的應用也比較的廣泛，這對人們的生活提供了很大的方便，其中洗衣機是生活中常用的家用電器，在電力電子技術的應用下能夠代替人工工作，只需要將衣服放進洗衣機按下按鈕，就能夠通過電力電子技術的功能支持完成整整個洗衣的過程。還有就是在廚房洗碗機家用電器的電力電子技術的應用上和洗衣機的原理類似，在空調器的電力電子技術的應用上能夠起到節能作用，實踐證明能夠節約30%的電能，而電頻熒光燈在工作效率上要比普通的能的效率高很多。

2.3電力節能中的電力電子技術的實際應用

在我國的經濟得到迅速發展的過程中，也在能源的消耗上付出了很大的代價，尤其是在電力能源的消耗上比較嚴重。當前的工業和電力的結合已經成了發展的必需條件，所以在電力能源的消耗上逐漸的增加，主要就是由于電力能源而對穩定以及利用率高等諸多優點。從我國整體的工業發展情況來看，在工業的用電方面還存在著一些不合理的情況，尤其是在用電的效率上得不到有效提高，從而造成了嚴重浪費的現象，在當前的可持續發展理念深化背景下節約電力能源是可持續發展理念實踐的一個內容，通過對電力電子技術的實際應用能夠有效的將電源的消耗程度有效的降低，在電力電子技術的作用下，能夠對電力設備得到性能上的優化以及節約原材料的使用，這樣就能夠最大化的對電力能源進行節約。

2.4電力電子技術在發電環節中的實際應用

隨著我國對新能源的開發利用，例如風力發電以及水力發電等，這其中就涉及到發電機的電流頻率的變換，水力發電功率要取決于水頭壓力以及流量，而這對機組的最佳轉速變化也會產生影響，為能夠將最大的有效功率得以實現，就需要通過調整轉子勵磁電流頻率促進機組的變速運行。另外在大型的發電機相對靜止勵磁控制方面正是采用的晶閘管整流自并勵的方式，省去了勵磁機中間的慣性環節。

3結語

篇(3)

“電力電子技術”課程教學的基本框架還是以所選教材為基礎，但在具體內容上應當以讓學生認識該課程的用途與重要性為出發點進行設計，緊扣行業應用，提高學生的學習積極性與主動性。首先，注意開好頭，要重視緒論課的教學，如在介紹“1.3電力電子技術的應用”時應將重點側重到交通運輸和電子這一領域中，重點介紹電力電子技術在汽車與軌道車輛上的應用。針對新能源汽車專業學生可舉例介紹車輛能源系統的“骨架結構”，如油電混合動力汽車等新能源汽車的能量系統的基本結構圖與基本工作原理；針對城市軌道車輛專業學生介紹地鐵車輛的電源系統結構圖等等，緊緊抓住行業應用為起始點引發學生的興趣。另外針對電子裝置用電源可從大家時刻不離身的手機充電器說起，讓學生認識到電力電子技術無處不在，實用性很強，提高學生積極性。其次，隨著課程內容教學的深入，應繼續圍繞專業行業應用，將原來的“骨架結構”補充上“血肉”，即實際具體電路，進行內容的豐富。如介紹DC/DC變換時，可以將原先介紹的地鐵車輛電源系統中DC/DC的變流電路具體化，在知識認知的體系結構中進一步具體化，加深知識點的理解和印象。最后為提高學生對電力電子技術的關注度，提高學生資料收集與自學能力，一方面對部分內容調整為課后自學內容，要求學生利用網絡、圖書館等資源條件完成學習，如器件中IGCT、功率集成電路、脈寬調節電路等的相關內容將由學生進行資料收集并選擇部分主題由學生在課堂上給大家進行介紹，提高學習的相關性。另外一方面提供一些已經完成的電源板，讓有興趣的同學進行實際調試，在實踐中體會電能的變換與控制，實現“自主行走”。這些同學能在今后相關的實踐設計中有較好的基礎，且能幫助并帶動其他同學提高實踐能力。

2“電力電子技術”課程設計改革

“電力電子技術”課程應用性強，因此要求學生有較強的動手實踐能力。課程開設了6個學時的實驗，對學生來說實踐時間較少。因此率先在車輛工程專業新能源汽車專業方向開設了“汽車電力電子技術課程設計”課題，時間為一周，精選了“太陽能電動車SPWM控制逆變電路設計”、“車載逆變電源—推挽式直流變換電路設計”、“車載逆變電源—工頻逆變電路設計”等設計課題，要求學生通過課程設計能充分了解電力電子技術在汽車上的應用以及應用設計，要求學生“腳踏實地”進行電路方案論證比較，完成電力電子電路的參數計算、器件的選型、繪制電路原理圖等過程，掌握電力電子電路的設計，并能夠掌握電力電子器件常用的驅動電路設計，合理設計保護電路。同時對于電路原理圖要求采用EDA（電子設計自動化，ElectronicDesignAu-tomation）軟件進行繪圖，將學生所學的電力電子技術、自動控制技術、EDA技術等幾門課程在汽車電力電子技術課程設計中進行融合，提高學生的實際設計能力。對multisim實踐能力較強、學有余力的同學進一步指導其采用仿真手段（Matlab或者Multisim）進行仿真實習，論證設計結果。通過緊張而充實的課程設計，大部分的同學對電力電子技術在汽車上的應用有了進一步的認識，并對所學的相關課程進行貫通融合，充分了解所學專業課程之間的相互聯系，增強了對自身所學專業知識架構的認識，能夠熟練利用相關課程、相關技術手段進行電路設計，實現在專業知識架構中的“自由天地”。

3總結

篇(4)

結合幾年教學實踐和CDIO工程教育的特點，對原有的教學模式進行了改革，將授課內容中規律和特點并加以靈活利用，引導學生采用發現學習和掌握學習等創造性學習方法、加強理論聯系實際;從系統角度、實踐角度出發建立了一套適合于“電力電子技術”課程教學的教學體系。

教學思路

在明確教學目標的基礎上，首先，教師一定要意識到，興趣是最好的老師，興趣是學習的動力和源泉。只要通過有效的興趣培養和教學方式，就可以讓這些學生達到甚至超過自己的水平。以科研的態度和精神貫穿于教學之中，讓學生在“學生做”和“做中學”激發課程學習熱情。鼓勵學生走上講臺，敢于大膽走進實驗室;敢于向老師發難，以“我”為中心，全然不顧“名家顏面。

其次在教學理念上，以發展學生思考能力為本，結合課程實驗和教師現有的課題進行實踐，建立系統設計理念，通過對主電路和控制電路、保護電路、檢測電路同時分組進行設計。CDIO強調以熟悉產品研發的生命周期為工程背景的

“做中學”的學習方式，這不是對教師主導作用的弱化，相反對教師在整個教學活動過程中的掌控能力、自身的知識水平提出了更高的高求。“教師”兼為“導師”，實現學生在知識獲取過程中的地位由“被動”到“主動”的角色轉變:學生在教師指導下積極、主動地參與實踐，從獨立學習轉向合作學習;從深層次角度講，就是大學中“物質教育”與“自由教育”的轉變。在探索、實驗和應用中行動上給與相當的靈活性，這樣可以喚起學生的好奇心，使其熱切地尋求有助于解決問題的知識，同時又具備相當的實行工具。學生所具有的創造性的和富有想象力的遠見都將發揮作用，并能控制其沖動和習慣。他自己的目的就能指導他的行動。

再次，就教學方法而言，堅持把工程科學基礎和工程專業知識緊密地揉合在一起進行教學，學生仍然需要堅實的科學基礎。在講述定理、結論時，要注意理論基礎與專業知識的結合。除了應用高等數學和大學物理分析內容的機理之外，還要講定理、結論的提出背景、前提條件以及應用情況和近展狀況等等。在教學手段上注意應用現代信息技術，如多媒體動畫和系統仿真技術。熟練的、精心的準備過的課堂講授仍然是最有效的學習和教授經驗。

最后，在重點和難點教學模式上，采用項目或者案例教學模式，基于問題解決模式的模式;教師引導學生效仿教師、專家學者做項目的方法，如專題研討、方案和技術設計、仿真模擬和實驗操作等，探索并解決課程內容相關工程應用中的現實問題;培養學生發現問題與綜合分析問題的能力。因此恰當地設計題目是項目教學法運用成功的保證，既不能太難，讓學生望而卻步，又不能太簡單，沒有挑戰性。這要求教師平時有一定知識積累。“電力電子技術”實力較強的幾個院校的積極嘗試為我們提供了較好的參考。浙江大學將“功率因數校正實驗”等部分實驗項目列為創新設計型實驗，由學生自主設計實驗內容和方法，提高學生創新能力。哈爾濱工業大學以直流脈寬調速系統驅動電源的設計為課程設計的主要內容。南京航空航天大學開發了“軟開關逆變電源實驗裝置”課程設計教學平臺，以此設計若干個課程設計題目。中國石油大學選擇反激式開關電源為課程設計題目。這些題目既緊密聯系書本知識，又有創新的空間，值得借鑒。

實驗教學在方式上注重啟發，引導學生積極參與實驗設計的同時;在時間和內容安排上注意了驗證實驗、仿真實驗和綜合設計實驗的循序漸進。在實踐平臺裝置的設計上，注意

“先進性、實用性、開放性、安全性”的特點，滿足基礎型和綜合設計型的實驗教學和實踐活動的要求。使學生既動手又動腦，豐富工程實踐知識，培養學生的創新能力和綜合能力。同時學生小組成員之間密切協作和互相配合，鍛煉學生的責任感和協作、互助的團隊精神。

教學案例

以“電力電子技術”內容直流一直流變流技術為例。首先，教師備課時要把自己想象成學生，想象二下學生的已知與未知，研究學生認知與情感發展的需求，要想到學生在課堂教學過程中可能有的變化，從而使備課活動不再是琢磨怎么講能講得清楚、透徹、到位，讓學生聽得懂、記得牢，要注重的是課堂上學生怎么學、怎么動以及為了實踐活動的有效開展，激發學生的學習興趣，如何點起學生創新的火花，促使學生生動活潑地參與，使課堂教學豐富多樣，把課堂真正還給學生。引言部分如講到buck變換器時，先介紹變換器的背景。授課時，按照“識電路”“畫波形”“會計算”“輸出（電壓或電流）控制”四部曲進行。顯然，第四部曲是壓軸大戲。buck變換器的電路原理圖如圖1所示，先講每一個功率器件的工作原理。再從有源開關V導通，到無源開關VD因反偏而截止，再到輸出濾波電感儲能（或勵磁），并向負載提供能量；反過來從有源開關V截止，到電感電流不能突變。故使無源開關VD正偏而導通，此時電感電流經二極管續流，其儲存的能量繼續供向負載，并由輸出電壓對其進行去磁。輸出濾波電容作用：主要用來限制輸出電壓上的開關頻率紋波分量，使之遠小于穩態的直流輸出電壓。內容強調講穩態關系和特征。buck變換器的特征公式如式1所示，讓學生對比以前學過的理想變壓器的特征公式，說明為什么buck也叫“直流變壓器”。第二部曲是利用多媒體動畫技術演示功率器件開通和關斷時電路的電流流經路徑和主要物理量的波形變化情況。采用MATLAB仿真時所得的波形與課本的波形進行對比，反映了理論知識的現實性。同時對比圖1（b）、（c）圖，對電流下降及上升的原因及“斷續”和“連續”概念結合高等數學中“連續”的概念不一樣的地方進行辨析。當改變參數使得仿真結果變化時，也能通過理論分析與仿真調試，使輸出達到理想狀態。第三部曲講授在已知輸入電壓范圍、負載電流范圍和給定的輸出電壓下，利用獲得的穩態關系，可以方便計算buck變換器的開關占空比范圍，從而來計算buck變換器中的元器件電壓穩態應力、電流峰值、電流平均值和電流有效值。在講第四部曲即“輸出（電壓或電流）控制”時，學生不易明白也看不到。有些內容理解不夠具體，如何控制實現的疑問產生。此時重要的是培養學生有精細、認真、窮追不舍的態度和敢于提出問題、勇于解決問題的創新精神。學生參與設計教師的100V/600A大功率開關斬波恒流源科研項目，共分四組，每一組完成一個功能設計調試或仿真。第一組學生設計不控整流部分的電路結構如圖2所示，具體參數：濾波電抗為1200A/0.71mH，整流二極管600A/1600V，鋁電解電容0.3F/400V。第二組學生參與斬波電路設計，設計的斬波電路圖如圖3所示。通過計算得出電抗器1200A/300μH，C2電容大小190μF/400V。阻容吸收單元選擇電容C3為80μF/450V，選取電阻R1為10Ω。IGBT模塊2MBI1200U4G-120，驅動模塊在教師的指導下選用瑞士CONCEPT公司的IGBT驅動模塊2SD315A，該驅動模塊集成智能驅動、自檢、狀態反饋、隔離等功能于一身，能夠驅動1200A/1200V的IGBT。有的學生還畫了驅動電路圖。第三組學生設計了基于TMS320F28335DSP作為控制回路的核心的數字PI調節器。學生在CCS集成開發環境下編寫的數字PI調節器，在軟仿真下可以明顯看到給定變化引起PWM脈寬的變化。第四組學生負責基于MATLAB下仿真。在實際設計中，學生體會到了控制環節如何閉環、控制量如何檢測，控制算法如何實現，控制信號如何發出，能量流動必須要有電動勢以及流經通路等等。學生們主動、積極利用老師的科研項目，構思、設計、調試以及實驗。教師注意發揮激勵和導向作用，注重肯定、贊賞學生的點滴進步，讓學生感受到成功的歡樂，心中喚起自豪感和自尊感。當設計或實驗受到目的的指引，進行時還有措施和方法時，試驗就變成合理的了。此外注意事實的分析和重組是增進知識、增長解釋能力和正確分類的能力所不可缺少的。總之，“CDIOInitiative”是一個資源開放、寬松自由、包容性強的改革計劃。

篇(5)

關鍵詞：電力電子技術；實踐教學；教案

作者簡介：屈克慶（1970-），男，河南洛陽人，上海電力學院電氣工程學院，副教授。（上海 200090）

中圖分類號：G642.0 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2014）09-0077-02

“電力電子分析與設計”課程是上海電力學院（以下簡稱“我院”）本科生教育中為電力電子與風力發電專業方向開設的一門專業選修課，也是必選課程。這門課程著重教授現代電力電子技術內容，要求理論課程與實踐緊密結合，以激發學生的學習興趣，培養學生的理論知識和實踐能力為目的，能為本科畢業設計和今后工作奠定良好的基礎，以期滿足當今社會急劇增長的對電力電子技術的知識和人才需求。

一、教學現狀和分析

電力電子技術是一門關于電能變換與利用的學科，涉及到發電、輸電、配用電、傳動等各個環節。隨著當今社會迅速發展，廣泛應用于工業企業、交通運輸、生活醫療、新能源發電等各個方面，這些都與實踐內容密切相關。

電力電子技術是在時展要求下產生的節能與發電技術，是高校電氣專業的一門重要課程，其理論性和工程實踐性都很強，是學生既感興趣，又普遍感覺較難的一門課程。結合多年的教學實踐總結，探討了這其中的主要原因，大概可分為以下三個方面：

1.電力電子技術內容繁多，并且知識點分布廣泛

根據應用的場合和要求不同，電力電子電路形式和內容紛繁多樣。

從應用場合上劃分主要有基本四種變換形式：直流-直流、直流-交流、交流-直流、交流-交流；每種變換形式從電源種類上看包括有單相、三相、多重化、多電平電路，從負載方面上看包括有電阻負載、阻感負載、阻容負載；從電力電子元件上看主要包括有二極管、晶體管、晶閘管、門極可關斷晶閘管GTO、場效應管MOSFET、絕緣柵型場晶體管IGBT；采用不同的元件、電路和負載都會產生不同的效果。

從應用目的上包括有幅值的變化（如電壓的升高與降低）、頻率的改變（如變頻調速）、相位的移動（如無功補償）、相數的改變（如三相到多相）、功率或轉矩的變化（如電機傳動）、諧波的治理（如電力濾波）。

從不同形式的電力電子電路和不同的負載特性上，都可以得到不同的工作波形，對于波形的把握與理解，也是電力電子技術區別于其他學科的顯著特點之一。這需要在理解電力電子器件的特性上掌握電路的功能和結構特點，建立電路的數學模型，并進行多種電路的對比總結，才能具備分析主電路功能的基本能力。

2.電力電子技術涵蓋涉及學科眾多，并且理論內容廣泛

既涵蓋到電氣基礎的課程有：電路、電子技術、電機學、電磁場，又涉及到電氣專業的課程有：控制理論、微機原理、電力系統分析、運動控制系統等。

電力電子技術是一門弱電控制強電的技術，也是所謂將“粗電”變換為“精電”過程，學科跨度和綜合性非常廣。實際的電力電子裝置既包括由電力電子器件等構成的主電路，又包括由DSP等微處理器構成的控制電路。

首先在主電路設計中，根據以電路、電機和電力系統為主的應用對象，進行原理分析和推證，實施具體的功能要求和性能指標。

其次在控制電路設計中，要根據裝置要求和特點，不僅要實現各種功能要求，而且考慮諧波及電磁干擾問題，很多裝置也需要DSP等微處理器來進行算法實現。最后還要進行整體結構設計和測試EMI影響。

大學三年級本科生已具備了電路、電機的基礎知識，講授電力電子技術課程是以主電路作為內容。由于在初步學習各專業課階段，尚未形成多學科知識交叉匯總的全面思維模式。雖然能掌握主電路基本原理，對于涉及控制電路和應用對象，常感到困惑并難以理解。如何培養學生形成對電學各學科的整體意識，而不能“只見樹木，不見森林”，是這項教學課程所要探討的主要內容和目的之一。

3.電力電子技術的理論內容發展迅速，并且實踐應用范圍廣泛多樣

電力電子技術自身的理論體系處于迅速發展階段。其中：電力電子器件的發展起決定性作用，從二極管、三極管、晶閘管、MOSFET、IGBT、IGCT等的發展，推動了主電路結構的本質變化；根據本質不同的器件形成紛繁多樣的主電路拓撲形式，又因不同的實際要求而形成眾多獨立不同的控制方式，其中形成了具有突破性的控制理論，比如PWM技術、軟開關技術、空間矢量等。

如何將電力電子器件、主電路結構、控制方法和理論相結合，培養學生從電力電子技術的發展來全面理解和掌握知識，懂得從發展歷史上進行思考和總結，也是需要探討的內容之一。

電力電子技術的實踐性非常強，這種實踐性體現在對電力電子裝置的設計、調試和操作等諸多方面。在實踐中，需要對電路功能和各項指標進行綜合驗證，不僅要求懂得硬件設計和調試，涉及到主電路、元器件、印刷電路板、布線和布局；也要求懂得軟件設計和配合，包括有匯編、C語言、DSP、FPGA等。電力電子器件對環境和用法要求較高，在使用之前需要對電路非常熟悉，即便是工作經驗豐富的人員，也還有預料不到的情況發生，導致器件和電路損壞。

對于大三學生而言，僅僅具備了有限的初步認識，實踐能力欠缺，體現在實驗教學當中，電力電子器件的損壞現象最為普遍。這當中自然有主觀的因素，但是如何降低損耗，增強學生實踐意識，提高學生動手能力，也是教學改革面臨的難點和重點之一。

二、教學目的和特點

從本科教學計劃上看，大學本科生在第三學年學習了“電力電子技術”，這門課程內容豐富，但因2～3學分課時有限，主要是講授以晶閘管為主的整流和逆變電路，讓學生掌握傳統的相控式電路及應用。此外，也著重講授直流變換電路中的升壓及降壓基本工作原理，初步介紹MOSFET和IGBT為主的斬控式逆變和整流電路。通過對這門課程的教授，使學生掌握四種基本變換的主電路拓撲結構和特點，對電力電子技術有了基本認識，奠定了學生的基本電力電子知識體系。

結合前述情況的分析可知，現有的課程內容不完全適應我院新開辟的“電力電子與風力發電”專業方向的教學需要，除此之外，近十多年間電力電子技術在節能、傳動、新能源、電力系統等行業迅猛發展，因此有必要在課程內容中增加這方面知識的比重，以及通過增設“電力電子分析與設計”專業選修課的方式拓展學生的知識面。

這門課程介紹由IGBT和MOSFET為主要電力電子器件所構成的現代電力電子電路，重點要求掌握直流-直流斬波器、直流-交流逆變器這兩種應用最普遍系統的分析與設計方法。內容包括主電路的選擇、功率器件的選擇、控制電路的設計、驅動和保護電路的設計、變壓器設計及元件參數的技術、仿真實踐等。該課程注重將理論分析和實際應用相結合，使學生掌握新型電力電子電路的分析方法，具備初步的設計能力。

三、課程內容

現代電力電子技術主要是圍繞PWM技術展開的，其中DC/DC和DC/AC變換是基本的兩種電源變換方式，也是實踐生產中最為普遍的應用方式，不僅涉及到基本的變換電路及參數，而且涵蓋了基本的變換理論和技術。

課程內容結合了多年的實踐和教學總結，是從電力電子裝置的角度來傳授相關理論、知識和經驗，培養學生對電力電子的系統知識，樹立整體觀念。教學形式以理論教學和仿真實踐相結合，各占一半課時。這兩部分內容交叉進行，如單周進行理論教學，雙周進行實踐教學。其中：第一部分理論教學內容安排如下表1所示。在理論教學的同時，配合進行以MATLAB的實踐教學，仿真實踐內容安排如下列表2所示。

四、教學效果總結

經過2學期的教學工作，筆者總結了一下教學效果。同學們普遍認為在學習這門課程以后，能夠全面理解和掌握以DC/DC斬波變換，以及DC/AC逆變的基本原理和基本控制方法，學會了應用Matlab仿真軟件對電力電子電路進行分析方法，設計控制電路參數和調試控制參數。在后期的本科畢業設計中，學生能夠輕松上手，對復雜的畢業設計如新能源發電，領悟和掌握較快，較多同學的畢業論文被評為優秀本科畢業設計論文。不足之處在于，由于受制于課時和實踐條件有限，只是通過仿真實踐來掌握學習。如果能進一步聯系實驗教學，更能提高學生的感性認識，提高動手實踐能力。

在今后的教學實踐中，仍然面臨提高本科學習興趣、全面提高學生理論知識水平和動手實踐能力等問題，這些都是值得深入分析和探討，不斷改進完善的重要課題。

參考文獻：

[1]鐘炎平.電力電子電路設計[M].武漢：華中科技大學出版社，

2010.

篇(6)

論文關鍵詞：電力電子技術；課程設計；教學方法

電力電子技術始于20世紀50年代末、60年代初，主要研究電力領域中使用電力電子器件對電能進行高效的變換和控制，是電力、電子、控制三大學科的交叉學科。目前，“電力電子技術”課程已成為我國高等院校電氣工程與自動化類本科專業最為重要的學科基礎課之一，教學內容涵蓋電力電子器件、四大類電力變換電路、控制技術以及電力電子新技術等多方面知識，理論性和實用性都非常強。為實現良好的教學效果，該課程要求教師能結合各自學校的實際情況合理地設計課程，均衡理論和實驗教學的比例，針對具體不同的授課內容靈活運用多種教學方法和教學手段，注重激發學生的學習興趣，使學生通過學習掌握相關的基本概念、基本分析方法等理論知識并提高他們理論聯系實際和分析解決問題的實踐能力。

浙江工業大學（以下簡稱“我校”）“電力電子技術”課程是全校電氣工程與自動化類本科專業教學鏈中一個承上啟下的重要環節。它的前續課程有“電路原理與實驗”、“模擬電子技術”、“電機學”、“數字電路與數字邏輯”、“電氣工程基礎等”，后續課程有“開關電源設計”、“控制電機及應用”、“現代電氣傳動控制技術”、“DSP原理及應用”、“畢業設計”等。多年來，我校在不斷學習國內外高校教學經驗的同時不斷實踐，豐富自身的教學經驗，積極改革創新，追求高質量和高水平的教學。

本文將主要介紹我校多年來在電力電子技術本科生教學方面所取得的一些實踐經驗以及關于今后如何繼續提高教學質量和水平的一些設想。

一、注重建設教學團隊和培養青年教師

在整個教學過程中，教師不但是知識的教授者、教學活動的組織者，同時還是學生學習效果的評估者。優秀的教師是保證教學高質量和高水平的關鍵，他們為人師表、具有豐富的知識和經驗、富有愛心，能夠激發學生求知的熱情，既教會學生學習方法，又讓學生掌握科學知識。

經過多年的積累，目前我校電力電子技術本科生教學團隊已初具規模，核心成員主要有教授1人、副教授2人、講師2人、實驗員1人。其中具有博士學位2人，碩士學位3人。該團隊每年都會承擔全校3個電氣工程與自動化類本科專業（電氣工程及其自動化專業、自動化專業和電氣工程及其自動化教育專業）約6～8個班的電力電子技術教學工作。為保證全校范圍內該課程教學內容與質量的一致性，各授課教師按統一的教學大綱分專業分班級進行教學，期末所有選課的學生參加全校統一的考試。不同專業、不同班級的學生呈現出來的特點也各不相同。在學內容的前提下，各教師遵循以學生為本的原則采取靈活恰當的教學方法進行針對性授課，確保達到良好的教學效果。

我校電力電子技術本科生教學團隊自組建以來一直定期召開會議討論并解決教學中遇到的問題，交流并總結教學經驗，共同開展教學和科研課題項目，促進各成員教師特別是青年教師在業務上的進步。在培養教學新生力量上，該教學團隊引入青年教師導師制度，由多位（副）教授級的教師擔任指導教師，對經驗尚淺的青年教師進行全程、全方位的培訓，包括寫教案、制作PPT課件、課堂試講、實驗指導、批改作業、學生答疑、擬考試卷、指導畢業設計等。每個階段，指導教師都會對青年教師的表現做出中肯的評價，幫助他們盡快熟悉業務、提高水平。在整個團隊的關心下，青年教師成長很快，在由學院組織的學評教和教學技能比賽中都取得了良好的成績。

二、完善適合學校實際情況的課程設計

“電力電子技術”是一門理論性、實用性都很強的課程，課程內容量多且面廣，合理分配理論教學和實驗教學的比例就顯得非常重要。結合學校的實際情況，我校電力電子技術本科生教學團隊為電氣工程與自動化類相關的3個本科專業制訂了統一的教學大綱。“電力電子技術”課程總共安排了64學時，其中，理論教學48學時、實驗教學16學時，在注重教授學生基本概念和基本分析方法等理論知識的同時也同樣注重培養學生理論聯系實際和分析解決問題的實踐能力。與大多數國內高校接軌，教材主要選用普通高等教育“十一五”國家級規劃教材、普通高等教育電氣工程與自動化類“十一五”規劃教材——機械工業出版社出版的《電力電子技術》最新版本和學校自編的《電力電子技術實驗用書》，實驗裝置采用求是公司生產的MCL型電力電子及電力傳動教學實驗臺。所選教材《電力電子技術》第5版本一共有10個章節，僅48學時的理論課不可能也沒必要面面俱到講授教材中的所有內容。因此，教學團隊進一步對這10章的教學內容劃分了主次，對電力電子器件、電力電子器件應用的共性問題、整流電路、直流－直流變流電路這4個章節做重點教學，對其余的6個章節做次重點教學。16學時的實驗課要求完成5個實驗的教學，內容涉及各主要電力電子器件及其驅動電路、晶閘管可控整流電路、PWM直流斬波電路分析及測試和開關電源分析及測試，進度與理論課的相關內容同步，確保學生能在第一時間把所學的理論知識和實際聯系起來。教學團隊在教學內容和學生學習效果考評兩方面同時做到了對理論與實踐的兼顧，規定學生學習該課程所得總成績由以下三部分組成，即期末理論考試成績占70％、平時實驗成績占10％、課堂表現及課后作業成績占20％。

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三、以學生為本的教學活動實踐

在具體實施電力電子教學的過程中，教師激發學生的學習興趣，創造良好的互動教學氛圍是非常重要的。這就需要教師以學生為本結合具體的授課內容靈活運用多種教學方法和教學手段。

我校“電力電子技術”是“電路原理與實驗”等課程的后續課程，理論性很強。在教授該課程新知識點時，若涉及到相關前續課程重要的舊知識點，教師會采用先溫故后知新的教學方法，通過學生回答問題的方式復習舊知識點，由淺入深幫助學生進入狀態以便教授新知識點。比如，在講述變壓器漏感對整流電路的影響這一節內容的最開始，先溫習理想變壓器的特性和非理想變壓器的等效電路模型，再把簡化后的非理想變壓器等效電路模型代入到已學的整流電路中，然后進入正題——分析電路的工作原理。教師在講授電路工作原理時，會一再強調電力電子器件的開關工作狀態和電力電子電路的分段線性分析方法這兩個貫穿整個課程始終的基本概念和基本方法，并現場指導學生獨立完成一部分電路的分析工作，通過加強學生的參與感來促使他們更積極地把外在的基本知識點轉化為內在的電路分析能力。

在傳統的口頭講授過程中，教師會適當地借助“靜動相宜”的PPT課件、具體的實物教具和靈活的板書等來提高“電力電子技術”課程的理論教學效果。此外，教師還會適當地擴充一些教科書以外的電力電子技術內容，如仿真技術等。教師利用仿真軟件PSPICE、MATLAB等在課堂上虛擬地實時演示電路更真實的工作過程，既拓展了學生的視野又能很形象地解說課程中的知識難點，如三相半波可控整流電路中晶閘管的正向耐壓問題。電力電子器件的封裝材料及形式多種多樣，性能也不盡相同。為了讓學生更真實、更立體地認識電力電子器件，教師除了展示器件照片外還會提供一些器件的樣品讓學生親身接觸。關于教材中重要公式的推導，教師會采用PPT課件與板書相結合的方式幫助學生更容易理解和掌握。

“電力電子技術”課程包含很多基本概念，在講述時教師會根據聽課學生的實際英語能力，有意識地就專業術語部分進行中英文雙語教學。這不但能增強學生的專業英語水平，而且還可以提高學生使用中英文關鍵詞檢索科技文獻的能力，為該課程的后續課程特別是“畢業設計”的教學打下良好的基礎。

在“電力電子技術”的理論教學過程中，強調電力電子技術對國計民生的重要性是非常必要的。比如，在舉例說明電力電子技術的實際應用時，教師會盡量多舉些與學生日常生活以及當前社會熱點相關的例子（如手機電池充電器、筆記本電腦電源適配器、未來的“光源之星”LED照明、節能環保的電動汽車等）。先拋磚引玉讓學生有些感性的認識，再通過啟發性的提問鼓勵學生積極地去發現身邊所遇到的科學技術。在增加學生學習興趣的同時，提高學生對該課程的重視程度。

“電力電子技術”是一門理論性和實踐性都很強的課程。為了更好地銜接理論知識和實驗內容，教師在課堂上除了提供電力電子電路的理想波形圖，還會提供一些電力電子電路的實際波形圖，讓學生自己去發現和思考它們之間的異同。用一連串的疑問激發起學生的強烈求知欲，令他們更主動地去預習實驗，更認真地進行實驗，并且更努力地去嘗試著尋找答案。比如，反激式電路在電流斷續工作模式下，由教科書提供的開關管S兩端電壓的理想波形和在實驗中用示波器觀察到的S兩端電壓的實際波形在S關斷的部分是有很大差別的。在理論課堂上，當教師同時給出理論和實驗波形圖加以對照時，學生表現出極大的興趣，躍躍欲試地去尋找實際電路中S兩端電壓在S關斷時刻出現阻尼振蕩現象的原因。此時，教師正好因勢利導，鼓勵他們認真地去完成相關的實驗，通過實驗再結合已學理論知識自主地找出答案。實踐結果表明該教學效果很好。

四、關于今后教學的一些設想

電力電子技術的發展日新月異，關于“電力電子技術”的教學也需要與時俱進，緊跟潮流，與社會接軌。目前，在我校采用全英文教學電力電子技術的條件還不夠成熟。但是，教師可采用循序漸進的方法，從目前以中文為主的雙語授課，到中英文各半的雙語授課，再到以英文為主的雙語授課，最后過渡到全英文授課。目前，最適合我校的辦法是課程的重要章節主要采用中文教學，務必讓學生掌握必要的基本知識；而次重要章節則可主要采用英文教學，這對擴展學生視野很有利。

層出不窮的電力電子新技術不斷豐富著“電力電子技術”的教學內容。全面而系統的“電力電子技術”教學是無法僅通過一門課程來完成的，但它可以通過一系列課程來不斷深化。在現有“電力電子技術”課程的基礎上，按社會就業的需求配套完善其后續課程。除了強化這些課程之間的內在聯系、完善整個教學鏈，教師還應多鼓勵優秀的學生積極參加各類電子設計競賽、申請由學院提供的建龍基金等，在教師指導下開展一些與電力電子技術相關的小課題。通過一系列課程的學習和科研課題的參與，學生能更深入地了解和掌握電力電子技術，對他們今后從事與電力電子技術相關的工作具有積極的意義。

篇(7)

關鍵詞：電力電子；教學改革；應用人才培養；工程能力

作者簡介：茅靖峰（1976-），男，浙江寧波人，南通大學電氣工程學院，副教授；顧菊平（1971-），女，江蘇南通人，南通大學電氣工程學院，教授。（江蘇　南通　226019）

基金項目：本文系江蘇省高校“青藍工程”基金項目、南通大學教學研究基金項目（項目編號：2011B50、2010B10）的研究成果。

中圖分類號：G642.0?????文獻標識碼：A?????文章編號：1007-0079（2012）33-0032-02

近20年來，電力電子技術受計算機技術、控制技術與材料科學等關鍵技術的推動，得到了快速發展，其工程應用領域得到了迅猛擴張。由現代電力電子技術支撐的新型產業和對傳統行業的技術改造，如新能源、綠色交通、智能電網、先進伺服驅動、極端環境探索、節能減排等，都取得了巨大的技術經濟效益與社會效益，展現出了良好應用前景。[1，2]

為了適應電氣信息類工程應用學科的發展，保持教學內容的新穎性，跟蹤電力電子技術的最新熱點，自2006年以來，南通大學電氣工程學院開設了“現代電力電子技術”課程，在傳統“電力電子技術”課程學習的基礎上，結合地方經濟發展特色和技術需求，講授現代電力電子技術高級原理、新器件與新型工程應用，以此提高學生理論聯系實際的工作能力，培養市場應用型人才。本文從該課程的教學目標、教學內容、實踐教學和網絡教學等方面，介紹了課程教研組對這門課程的教學改革和實踐情況。

一、傳統教學存在的問題分析

1.裝置與系統級的概念不突出

傳統的“電力電子技術”課程教學，側重于器件級的理論分析，強調基于電力電子器件的電路拓撲解算，即以電力電子器件為核心，在器件基本結構、原理和特性學習的基礎上，針對典型電力電子拓撲原理電路，從電力電子器件的通和斷兩個狀態入手，對電力電子電路換流的物理過程、波形特性、電參數之間的數量關系進行分析和計算。

該教學結構的優點是概念清楚、體系完備、機理分析透徹，但也存在諸多弊端。例如，學生將電力電子學過多地關注在了電力電子器件上，弱化了從裝置級和系統級的角度對電力電子電路進行理解和認知；割裂了電力電子功率電路與基于反饋原理的數模電控制電路、自動控制原理、工程實際應用電路之間的關系；大篇幅的基于晶閘管器件的理論分析和計算，降低了學生學習的興趣；單一和過少的工程應用實例，減少了學生對課程實用性的認同感等等。

2.實踐教學環節薄弱

電力電子技術作為工程技術需要有一定量的實驗和實踐環節才能保障學習效果。但在傳統的“電力電子技術”課程實驗項目中，基礎性和簡單驗證性實驗較多，不能很好地與當前的工程實際應用相聯系，致使許多新技術、新方法無法通過實驗來直觀的體驗。

而且電力電子實驗設備的常用形式為基于掛件結構的實驗臺和實驗箱，基本上與實驗內容相關的重要元器件、電路和系統都被封閉于內。實驗過程中，學生們無法看到功率元器件、配件及電子儀表的外觀和關鍵連線。學生依照原理圖機械地連接主電路、記錄實驗數據和波形，即使不了解電路的工作原理，也能較順利地完成實驗。因此，無法發揮學生的主觀能動性，沒有探索學習的動力，鍛煉創新思維和動手能力的教學內容和平臺也不足。

二、課程教學改革措施

1.以服務地方經濟發展為導向，確立教改思路和目標

作為地方綜合性高校，南通大學的電氣工程及其自動化專業的定位是培養應用型工程技術人才，為區域經濟發展提供智力支撐和人才支持。因此，本課程作為電氣工程及其自動化專業的主干專業課程之一，其教學目標的確立需結合本區域的產業分布與發展特點，同時又緊緊圍繞本專業的學科方向。

形成了以幫助學生從裝置和系統角度理解和掌握電力電子技術，培養理論與實踐能力兼具的創新型電力電子應用技術人才為目的，以新能源、運動控制、電源技術、柔流輸配電等應用領域為背景，以講授電力電子技術在實際工程應用中所需要處理的相關問題為主要內容的課程教學思路和培養目標。

2.整合教學內容，突出應用能力培養

根據培養目標，在學院學科特色和現有教學資源的基礎上，對課程體系和內容進行了合理調整。舍棄了傳統的以大篇幅晶閘管半控器件分析為主線的教學內容體系，建立了“以基于全控器件的實際應用為主線，以電力電子主拓撲電路結合系統級的自動控制原理及其實現電路分析為主要技術內容，培養學生從整體的角度認識和設計電力電子電路的能力”的課程教學體系。

整合后的教學內容由三部分組成：功率器件、典型電路、應用及其系統。功率器件是基礎，重點講授開關全控器件及其驅動電路；典型電路是主體，重點講授基于全控器件的直直、逆變和整流三種變換電路及其控制機理；應用及其系統是提升，重點講授電力電子在新能源發電、運動控制、電源和柔流輸配電技術中的應用原理及其典型系統設計案例。三者層次明晰，但學時又有所側重。即前兩部分作為前續“電力電子技術”課程內容的回顧與拓展，講授學時占總理論學時的近一半，第三部分作為工程應用與系統提升的重要部分，需著重講授，以逐次勾勒出一個電力電子技術及其工程應用的整體全貌。

在教學內容的組織與講授中，凝煉理論教學的內容，在原理的講授中注意培養學生面向工程的意識和思維，并及時動態地將教學團隊獲得的最新科研成果以及科研項目的最新進展融合到相關的課程內容中去，讓學生接受到來自科研和工程研發第一線的新知識、新技術。

另外，針對基于電力電子技術應用的電氣工程及其自動化專業發展的趨勢和前沿內容，以及課程中被壓縮掉或被取消的專業知識，設置為系列課外專題講座，聘請對專題內容有深入研究和獨特造詣的教師及企業的科技人員講授，以開拓學生的知識面、培養學生理論聯系實際的思維及能力。

3.加強課內實驗環節教學，注重理論聯系實際

課內實驗是在課堂教學的基礎上，鞏固理論知識，培養動手能力和初步設計技能，增強解決問題和分析問題的能力的必要教學一環。為了突出課程的工程實用性，采取了優選驗證性實驗，增加了設計型和綜合型實驗項目的課內實驗設置方法。

注重電路的工作機理分析與工程實際問題是驗證性實驗項目的選擇標準。優選的該類實驗項目包括：常用PWM控制器件及特性、不控整流的諧波與抑制、SPWM/SVPWM/方波PWM逆變策略的實現電路及特性等。

注重工程實用性是設計型和綜合型實驗項目的選擇標準。我們要求學生們對該類型的實驗項目遵循“理論設計計算—>計算機仿真驗證—>硬件實驗電路測試—>波形數據分析總結”的順序開展路線，以強化學生對知識點的掌握和實驗內容的理解，并促進學生形成理論聯系實際的科學實驗作風。

增設的實驗項目包括：各型升/降壓直直變換器設計、有源功率因數校正器設計、諧振軟開關設計、三相高頻PWM整流器設計，以及他們的復合系統設計等。

課內實驗項目設置為必修和開放式的選修兩類，以彌補實驗授課學時不足的矛盾，同時采取“案例講解法”、“實物演示法”等不同的教學方法，在實驗課上認真講解實驗內容、步驟和注意事項，以激發學生興趣，調動其積極性。

此外，應改革課內實驗成績的評定方式，突出對實驗過程的考核，鼓勵探索性的設計型實驗。具體措施包括增加課內實驗在課程總成績中的權重，增加實驗預習報告、實驗操作測評、實驗過程問辯三方面的成績考核項等，通過確立科學合理的考核方法，調動學生自主學習的積極性，形成務實的學習風氣。

4.優化課程設計環節，培養工程設計能力

課程設計是對學生工程設計和應用能力、創新意識和創新精神培養的重要環節，其課時安排在全部理論課程講授完畢后進行。

該實踐環節依托于以現代電力電子技術與運動控制實驗室為主體，以工程訓練中心、控制電機、虛擬儀器、風力發電動模實驗室等其他專業實驗室為輔助的課程設計開放式創新訓練實驗平臺。[3，4]課程設計內容以學生熟悉并感興趣的熱點工程為背景，從南通大學電氣工程學院專業與學科特色以及科研項目中，提煉出其中典型的技術問題，設計出合理的課程設計項目。可選的背景包括：風力發電、光伏發電、精密電機伺服驅動、電力無功與諧波控制、磁懸浮控制、特種電源等。其中的典型技術問題包括：整流、正弦逆變、直直變換、Delta逆變、閉環自動控制、檢測技術等。

針對少部分優秀學生采用“導師制”的課程設計教學方法，通過細致的指導，緊密的設計過程跟蹤，來進一步提高課程設計質量，并促進這部分學生研究性論文、專利、小制作等方面成果的形成。

針對大部分學生采用“項目驅動教學法”的課程設計教學方法。學生以小組為單位，在選題庫中自由選題，利用書刊、網絡查找相關資料，自主形成完成項目的各種設計思路，以培養學生獨立思考問題、解決問題的能力。

通過課程設計的鍛煉，使學生將書本上的理論知識和實踐經驗真正融入了自己的知識鏈，提高了其綜合能力以及自主創新和團隊協作能力。

5.注重網絡教學資源建設，提高自主性學習能力

網絡教學是彌補課堂教學學時局限，開拓課程學習的知識面，引導學生開展自主性學習，提高人才培養質量的重要途徑。課程組以校Blackboard網絡教學平臺為基礎，通過長期投入、持續積累、動態跟蹤的建設方式，建立了課程的網絡輔助教學平臺。

網站的教學材料提供了與課程相關的豐富的資源，內容包括教學資源庫（課程教學大綱、多媒體課件、實驗指導書、數值仿真實驗例程、實驗設備操作視頻等文件）、參考資源庫（經典學術論文、典型芯片和模塊的使用手冊、常用仿真軟件說明、典型應用設計案例、產業趨勢和研究熱點等信息）、復習思考題庫等版面區。

此外，課程組充分利用Blackboard網絡平臺的交互功能，完成諸如教學信息、在線電子試卷測試、遠程答疑和討論等教學工作，提高了教學的效率和效果。

三、結語

通過上述教學改革措施，同學們在課程學習的主動性、系統級的分析設計能力、實踐動手能力以及理論聯系實際的工程應用能力等方面均得到了提高，培養的學生在近年來的挑戰杯、機器人和電子設計大賽等學科競賽中均取得了良好成績。

顯然，基于應用型人才培養的課程改革是一項持續而動態的工作，課程教學中需依據卓越工程師教育培養思想，以實現人才培養需求與區域經濟社會發展需求的無縫對接為導向，明確樹立學生的主體觀，合理安排理論和實踐教學內容，運用合理的教學方法和手段以及科學的評價體系，以切實提高教學效果和人才培養質量。

參考文獻：

[1]陳堅，康勇.電力電子學：電力電子變換和控制技術[M].第三版.北京：高等教育出版社，2011.

[2]劉晉，牛印鎖，文俊.國內外“電力電子技術”課程教學研究[J].中國電力教育，2012，（6）：64-65.