“电力电子技术”课程工程实践的教学改革

张红娟， 路秀芬， 孟海涛

(太原理工大学 电气与动力工程学院， 山西 太原 030024)

“电力电子技术”课程工程实践的教学改革

张红娟， 路秀芬， 孟海涛

(太原理工大学 电气与动力工程学院， 山西 太原 030024)

为了提高学生运用电力电子技术理论进行工程设计能力，在“电力电子技术”课程实验教学环节上增设设计型和研究型实验，并开放实验室；采用实验教学和课程设计相融合的方法，将硬件实物设计和虚拟仿真相结合，有效解决实践教学和理论教学相脱节的问题。

电力电子技术；工程实践；教学改革

“电力电子技术”是高等院校电气工程及其自动化、自动化与信息工程以及机电一体化等专业开设的一门重要的专业基础课程[1]。课程的应用性、实践性很强，其实验教学和课程设计对于提高学生实践能力和启发学生创新思维具有重要意义[2-3]。

为了提高学生对电力电子技术的理解和应用，为后续专业课程学习和毕业后从事相关专业工作奠定坚实的理论和实践基础，“电力电子技术”课程的工程实践教学改革势在必行。

1 现状与问题分析

在实验教学方面，“电力电子技术”课程现有的实验内容更新较慢，多以验证性实验为主，缺乏设计性和创新性实验，学生只需要按照实验指导书进行简单线路连接，大多数学生对实验过程中遇到问题缺乏主动性和积极性，往往以应付或抄袭的方式完成实验。实验教学只作为理论教学的辅助部分，不单独作为一个考核环节。

作为实践教学的一个重要环节，课程设计的目的是加深学生对基础理论及重要规律的理解，提高学生应用理论知识解决实际问题的能力。但是现有课程设计环节主要采用仿真软件，如Matlab、ORCAD和Multisim等，对整流电路、逆变电路以及其它开关变换电路进行仿真研究。课程设计环节与实验环节完全分隔，没有有机的结合起来，学生不能很好将理论仿真和实际电路融合在一起，并且很难在较短时间里掌握和灵活运用所学知识。本研究课题分析了目前存在的问题，着手从以下两个方面进行改革和创新。

(1)在实验教学环节，增设设计型和研究型实验。单独设置实验教学环节，并将实验室开放管理和学生考勤管理结合起来，作为实验教学考核的一个环节。

(2)将课程设计和实验有机结合，实现理论仿真和硬件实验相结合的工程实践模式教学。

2 实验教学改革

1)增设设计型和研究型实验

为了改变实验环节的现状，“电力电子技术”实验教学改革从实验内容的选取着手，除了优化验证型实验之外，增设了设计型实验和研究型实验，实验顺序遵循验证型实验→设计型实验→研究型实验的原则。其中验证型实验旨在要求学生了解和熟悉整流电路、逆变电路、直流斩波电路和交流变换电路等典型电路，掌握实现电能变换的基本特点和规律，通过这些实验，学生可以接触到具体的电力电子器件、控制电路、驱动电路、主电路等，从而掌握电力电子系统的结构以及基本的实验技能和方法，为设计型实验和研究型实验打下良好的基础。

在验证型实验基础上，开设与生产实际紧密结合的设计型实验，对设计型实验，教师只是提出实验的要求，具体的实验方案和进度需要学生自己设计。设计型实验要求学生在实验前自己做好充分的准备，争取在实验课堂上完成，如果完不成，可以在实验室开放时间内完成。在以上两个实验的基础上，增设应用价值高、反映最新发展的研究型实验。该部分实验内容对于本科生来说具有一定的挑战性，需要学生查阅相关书籍和资料，或请教指导教师，依靠自己努力，才能很好完成，并且完成该实验可能需要花较多时间。所以研究型实验可以设置为实验教学选修的环节，学生可以针对自己的能力和时间来选择。该类型实验可以给那些成绩优秀、精力充沛，又特别爱好本课程的学生提供一个很好的实践平台。通过研究型实验环节的锻炼，不仅促使学生充分掌握电力电子技术理论知识与应用，而且提高学生的学习能力、工程意识和合作意识。

2)独立设置实验教学。

在以往的电力电子技术实验教学过程中，实验环节不作为单独的环节考核，这使学生对实验的积极性不高，在实验过程中不去积极思考，实验环节失去了意义，实验室丰富设备和资源不能发挥应有的作用。如果单独设置电力电子技术实验教学，并单独作为一个考核环节，即内容不变，要求发生变化，学生对待实验的态度也就发生了变化。为了激发学生对电力电子技术实验学习的兴趣，提高学生的重视程度，有必要考虑实验教学环节的单独设置和考核的问题。

3)实验室的开放和学生考勤管理。

如何很好完成设计型和研究型实验以及实施实验环节独立设置，实验室开放是实现的前提条件和保障。在实验课上没有很好完成的实验，学生可以利用自己的业余时间，在实验室开放时间段去完成实验。实验室需要设置人员、时间、所使用设备等信息登记，实验室的管理信息可以作为本实验课程的考核环节。所以将实验室的开放管理和学生考勤管理有机结合起来，不仅可以调动学生对电力电子技术实验学习的积极性，而且可以提高学生的动手能力和工程实践能力。

3 课程设计改革

针对现有课程设计仅局限于仿真研究，结合我院现有的研究条件，将电力电子技术应用的仿真研究与实验有机结合起来。在课程设计中强调学生可以根据自己的兴趣选择课题，对课题要求的任务和目标进行独立设计，并要求学生将实验环节积累的经验和成果融合进来，完成从方案设计、器件选择、电路设计、软件仿真到硬件调试及撰写报告等整套工作。

下面以“单相SPWM逆变电路”这一课题为例，介绍课程设计是如何开展的。

(1)该课题先采用ORCAD软件搭建单相逆变电路和SPWM控制电路，并通过变频控制和波形分析，实现输出电压的频率调节。单相SPWM逆变电路仿真电路和电压输出波形如图1所示。

(2)利用现有实验设备，对单相SPWM逆变电路进行实验研究，并与仿真结果进行对比分析。单相SPWM逆变电路实验电路及电压输出波形如图2所示。

(张红娟等文)

图1 仿真电路和电压输出波形

图2 实验电路及电压输出波形

通过将理论仿真研究和实验有机结合，该课程设计更好地调动了学生的学习兴趣，加深了他们对专业知识的理解，开阔了他们的视野，为以后的课程和教学打下良好的基础。

4 结语

通过单独设置的实验环节和实验室开放性管

理，增加了学生独立实验和动手实践的条件，使学生的学习从被动型向主动型转变。这些措施不仅巩固了学生所学理论知识，而且提高了我们的动手能力。电力电子技术课程设计与实验相结合，将虚拟仿真和硬件实物设计相对比，有效解决了实践教学和理论教学相脱节的问题，提高了学生工程实践能力。该工程实践改革不仅给学生提供了积极探索和实践的空间，而且提高了学生的自学、独立工作、解决问题的能力。

[1] 王兆安，刘进军，电力电子技术(第5版)[M]. 北京：机械工业出版社，2009.

[2] 王晓刚，王佳庆，林婷，“电力电子技术”教学改革的探索[J].南京：电气电子教学学报，2007，29(2)：13-15

[3] 陈佩军，电力电子技术课程的应用型教学改革探索[J]. 广西：大学教育，2015，2：161-162

[4] 朱海荣，杨奕，王娟等，电力电子技术课程教学改革[J]. 北京：中国教育技术装备，2013，24：88-89

[5] 王卓，王强，曹晶人等，“电力电子技术”课程教学改革探讨与实践[J].北京：中国电力教育，2013，11：37-38

Teaching Reform on the Engineering Practice of Power Electronic Technology Course

ZHANG Hong-juan, LU Xiu-fen, MENG Hai-tao

(CollegeofElectricalandPowerEngineering,TaiyuanUniversityofTechnology,Taiyuan030024，China)

To improve engineering practice ability by using power Electronic Technology for students, the experiments of design and research in Power Electronic Technology course teaching are added, and the laboratory opening and student′s attendance management are done. The method for integration of the experimental teaching and curriculum design is adopted. Then the virtual simulation is combined with hardware design. However the problem of separation for the teaching practice and theory lectures is effectively solved.

power electronic technology; engineering practice; teaching reform

2015-07-06;

2015-09- 04

2014年太原理工大学教育教学改革项目“电力电子技术实验及工程实践教学改革研究”(02040332)

张红娟(1974-)，女，博士，副教授，主要从事电力电子技术教学与科研，E-mail:zhanghj0925@163.com

TM921

A

1008-0686(2016)03-0127-03