發布時間：2023-10-02 08:56:49
序言：寫作是分享個人見解和探索未知領域的橋梁，我們為您精選了8篇的電力電子教學樣本，期待這些樣本能夠為您提供豐富的參考和啟發，請盡情閱讀。
1.引言
電力電子作為一項新興技術，因為其變換和傳輸電能的功能，在生產生活的各個領域受到越來越多的關注。全球性的能源危機使人們的目光開始轉向環保型能源，如太陽能、風能，不同形式的能量之間的轉換必須依賴電力電子技術。以上海為核心的長江三角地區經濟的快速發展，必然會帶動電力電子技術的大力發展與應用，同時電力電子技術的發展也相應推動長三角地區經濟的迅速發展。
目前國內外高等教育部門均已認識到加強電力電子技術專業教育的重要性。通觀全球的電力電子技術教育現狀，“改革”的觀念滲透到從課堂教育、仿真、實驗到專業論文的方方面面。近十年，當高職完成規模建設的過程后，必然實現走內涵發展的道路，實現人才培養目標。我院人才培養目標定位：立足不斷探索創新人才培養模式，培養高素質的技術技能型人才。因此，無論從該課程對國計民生的重要性還是從教學務實的角度講，對于該課程的建設和教學改革都具有重要的實際意義。
2.教學現狀
（1）學生方面。對于高職學生，本門課程一般在大二開設，已有電學的基礎知識，但是本門課程涉及的電學知識，被遺忘和不扎實現象特別嚴重，在講授過程中因為沒有掌握基礎知識，所以學習這門課程很吃力，以致厭學。
（2）教學方面。近十年來電力電子技術得到飛速發展，新器件和新的控制方法不斷出現，《電力電子技術》教學內容必須隨自身技術的發展及時更新，但實際授課教材大綱往往內容滯后，與電力電子技術的發展不協調，造成課堂教學與工程實踐相脫節；基本沿用傳統的以課堂教學為主、驗證性實驗為輔的教學模式，與先進的現代教學方法和教學手段不相適應，不利于學生對本課程的深入理解；目前課時越來越少，給高職學生的學習和教師教學帶來難度。
3.教學方法改革
利用新的教學方法提高學生對電力電子課程的興趣，被視為電力電子教學改革的重要手段。迅速發展的信息技術和網絡技術不僅被應用于實驗室建設，而且被廣泛作為課程教學的新方法。國內外許多大學都已開發出電力電子的網上授課內容，并以多媒體的形式呈現，其中以瑞士的iPES最著名。
通觀國內外高校電力電子教學現狀，有很多值得我們學習和借鑒的新方式、新方法，在我國電力電子教學改革中，以下幾方面值得注意。
（1）建立系統的觀念。在教材編寫與課程內容組織的過程中，從電力電子系統的觀點出發，將相關知識有機融合，避免將各種電力電子器件、各種結構功能的電路作孤立講解，因為電力電子電路通常都是幾種電路組合在一起構成一個系統實現一定的功能的，僅僅孤立地講解其中的一個意義不大。
（2）注重電力電子電路的設計，培養學生的電路設計思想和能力。從電路設計的角度出發組織電力電子技術的教學內容，是一種很好的教學方式。哪怕是最簡單的電力電子電路的設計，也是一個很好的開端。
（3）課堂教學、仿真、實驗并重。在課堂教學中引入各種先進的教學手段，在實驗室中引入先進的仿真軟件，如MATLAB、PSPICE等，同時下大力氣建立電力電子技術實驗室。通過各種實驗電路搭建完整的電力電子系統，應是實驗室的基本功能，而不僅僅是對各種功能電路的驗證。
（4）在教學中，為了跟上電力電子技術快速發展的步伐，僅僅講授教材中的內容是不夠的，還應采取調研、討論、講座、專題報告等各種形式，使學生對電力電子技術的前沿技術有所把握，為學生未來的科研與工作打好基礎。
（5）積極開展電力電子及相關課程的網上教學，用動畫、多媒體等先進手段展示電力電子的課程內容，提高學生的學習興趣。通過交互式網頁設計使學生主動參與學習，增強教學效果，如“慕課”（MOOC，大規模在線開放課程）。
4.MOOC+翻轉課堂
近年興起的“慕課”已在全球高等教育界引發熱潮，我國北大、清華、復旦等高校相繼加入“慕課”平臺。同時，國內高校認識到，應借勢“慕課”沖擊，努力提高教學質量，還能用較低的成本進一步均衡國內高等教育優質資源。建設“中國式慕課”很快由理念變為行動。
翻轉課堂是指重新調整課堂內外的時間，教師不再占用課堂的時間講授信息，這些信息需要學生通過看視頻講座、聽播客、網絡閱讀等形式課后自行學習。教師更多地利用課堂時間對學生進行一對一的互動和指導。
把基于MOOC的翻轉課堂法融入《電力電子技術》的教學實踐活動中，使師生共同走進課程，體驗、思考，成為課程的創造者和主體，這種教學改革在全國范圍的課程改革中尚屬前沿。
參考文獻：
[1]陶生桂，胡兵.長三角地區電力電子技術發展及應用[J].變流技術與電力牽引，2007，1：38.
[2]關曉菡，趙徐森，張衛平，劉元超.電力電子技術實驗教學改革探討[J].第四屆全國高校電氣工程及其自動化專業教學改革研討會論文集，2005：543.
關鍵詞：電力電子技術；MatlabGUI；虛擬仿真平臺；教學可視化平臺
電力電子技術是使用電力電子器件對電能進行變換和控制的技術[1]。它是以高等數學、電路原理及模擬電子技術等課程為基礎，同時也是自動控制原理，電機與拖動等專業課程的基礎課，具有很強的實用性和綜合性，是電氣工程領域理論和實踐相結合的專業核心課程之一，因此電力電子技術教學質量的好壞，將直接影響后續課程的學習[2⁃4]。電力電子課程概念多、知識面廣、實踐性強，這給老師講課和學生理解帶來很大的困惑，所以借助實驗來加深學生對基本概念、基本理論和基本方法的理解很有必要。而傳統電力電子實驗教學受場地、器材、時間等諸多因素的影響，難以讓學生達到基本的實驗目標。虛擬仿真實驗平臺投入小，不受時間、地點的限制，具有一定的開放性，方便學生創新等優點。所以借助虛擬仿真平臺來輔助課堂及實驗教學會起到巨大的幫助作用[5⁃7]。本文借助Matlab/Simulink仿真環境，以及GUI（GraphicalUserInterface）設計友好的人機界面，通過GUI輸入框中數值的不同，改變電路參數，即可在界面觀察對應的波形變化。同時在界面中添加不同的入口畫面，可以觀察仿真原理圖，以及該電路的原理分析。同時，在虛擬仿真平臺中加入電路的閉環實例分析，加深學生對該電路的理解，提高學生的積極性和學習效率[8⁃9]。
1電力電子虛擬仿真平臺的建立
1.1電力電子虛擬仿真平臺結構
在設計GUI界面之前，首先需要確定虛擬仿真平臺的結構。由于設計該平臺的主要目的是為電力電子課程提供一個教學和實驗的仿真平臺，對電力電子課程中的一些常用電路進行動態仿真，幫助學生深刻理解電力電子課程中電路拓撲和電路實例。根據這些基本要求，并結合電力電子課程的特點，確定了虛擬仿真平臺的結構框圖，如圖1所示。該平臺包含了電力電子技術中常用電路，如整流電路、逆變電路、直流⁃直流變流技術、交流⁃交流變流技術及PWM控制技術5個基本模塊。課程的其他內容可在虛擬仿真平臺的基礎上擴展，因此，該平臺具有很強的通用性。為了使每個模塊設計更加簡單，虛擬仿真平臺采用了分層設計方法，將該平臺分為若干個模塊，每個模塊包括一些子模塊。圖2給出了直流⁃直流變流技術模塊的組成框圖，它包括原理分析、運行界面和實例分析三個子模塊，其他模塊的設計思想同該模塊基本相同。
1.2Matlab圖形用戶界面設計
Matlab為用戶提供了強大的集成圖形用戶界面開發環境（GUIDE），用戶可以方便地設計圖形用戶界面，開發自己的用戶程序[10]。圖形用戶界面（GUI）是由窗口、菜單、文字說明、標簽等控件構成。用戶通過提供的控件，如按鈕、滑塊、列表框等可以設計出易于理解的人機界面。一個圖形用戶界面必須包括控件（Compo⁃nent）、圖形窗口（Graphics）和回調函數（Callback）三個部分，利用GUIDE創建GUI是常用方法之一。使用GUIDE創建GUI的基本步驟如下：（1）選擇控件類型。根據預期的界面設計，選擇控件類型。電力電子教學虛擬仿真平臺中使用的控件主要包括按鈕、輸入框、標簽、坐標軸及面板等。（2）設置控件屬性。控件的基本屬性包括字符（String）、標簽（Tag）、字體大小（FontSize）、前景色（Fore⁃groundColor）等。通過設置控件屬性，實現預期的功能指標。（3）編寫回調函數。確定整個界面布局之后，需要編寫控件的回調函數。鼠標右鍵單擊控件，選擇“查看回調”“callback”，編寫回調函數。在界面設計中用到的主要函數如下：get_param（′boostdianlu/Vin′，′Amplitude′）；%獲取電路輸入電壓幅值set_param（′boostdianlu/Vin′，′Amplitude′，a）；%設置輸入電壓幅值options=simset（′SrcWorkspace′，′current′）；%指定模型從當前空間運行，獲取編輯框中輸入電壓幅值參數sim（′boostdianlu′，[]，options）；%使用sim（）函數使仿真模型從當前GUI函數空間進行仿真plot（tout，yout）；%將輸出波形繪制到當前坐標軸對象上
1.3Simulink仿真模型
Simulink是Matlab的一個功能組件，為用戶提供建模和仿真的工作平臺。Simulink的SimPowerStems仿真工具箱提供電機與拖動、電力系統與自動化以及電力電子等仿真模塊，幾乎涵蓋所有電力電子電路的仿真模塊。按照電力電子電路的基本原理，利用工具箱提供的模塊可以進行仿真電路的搭建[11]。以“升壓斬波閉環仿真電路”為例，說明建立仿真模型的基本步驟：（1）調用功能模塊。根據升壓斬波電路原理圖，確定所需功能模塊，找到它們所在模塊庫。（2）創建并保存模型。建好模型后，使用Save命令保存，以便下次使用時直接調用。（3）連接模塊并設置參數。將各個功能模塊按照布局進行連接，并設置每個模塊的參數。（4）運行仿真并顯示結果。
2電力電子仿真平臺實例
根據圖1所示的虛擬仿真平臺結構框圖和圖2所示的直流⁃直流變流技術模塊結構框圖，采用GUIDE設計各基本模塊和子模塊的圖形用戶界面，編寫各控件對應的回調函數，響應用戶操作。該GUI界面由主界面、原理分析界面、運行界面以及仿真模型四個部分組成。
2.1直流⁃直流變流技術主界面
主界面是訪問該節的第一個用戶界面，如圖3所示。直流⁃直流變流技術主界面由標題和功能選擇按鈕組成。在主界面中列出了包括降壓斬波電路、升壓斬波電路、升降壓斬波電路等常用的六大類基本斬波電路。每一類電路中有三個按鈕，對應三個入口，分別是“原理分析”、“運行界面”以及“實例分析”。用戶點擊其中任意一個按鈕，即可進入對應的功能界面。
2.2升壓斬波電路原理分析界面
以升壓斬波電路為例，當點擊“原理分析”按鈕后，通過按鈕對應的回調函數，就可跳轉到升壓斬波電路的原理分析界面，如圖4所示。原理分析界面由三部分構成，分別是電路原理圖、原理分析文字說明以及主界面按鈕。學生通過原理分析界面鞏固所學內容，進一步加深對升壓斬波電路基本原理的理解，提高理論知識的學習效果。當點擊“主界面”按鈕時即可返回圖3所示的直流⁃直流變流技術的主界面。
2.3升壓斬波電路運行界面
當點擊升壓斬波電路“運行界面”按鈕后，跳轉到對應的運行界面，如圖5所示。運行界面由參數設置欄，波形欄以及菜單欄三部分組成。在參數欄設置需要改變的參數，分別為電壓E、電容R、電感L、電阻R。在輸入框中輸入對應的數值可改變仿真電路的參數[12]。波形欄共有三個坐標軸，分別顯示輸出電壓，電感電壓以及開關信號波形。菜單欄包括仿真按鈕和主界面按鈕兩部分。點擊“仿真”按鈕進行電路仿真，點擊“主界面”按鈕返回圖3對應的直流⁃直流變流技術的主界面。圖5運行界面通過輸入框改變仿真電路參數，不用在仿真模型中雙擊元件改變，提高了仿真效率，同時該界面可直觀地觀察電路參數的改變而引起的波形的變化。
2.4實例分析電路
當點擊“實例分析”按鈕后，打開以升壓斬波電路為基礎的閉環仿真電路圖。“運行界面”只是針對課本中開環升壓斬波電路進行操作，而在實際工程中，幾乎所有的電路均使用閉環模型，由于閉環仿真電路在課堂中不作講述重點，學生對閉環設計無從下手，不能將所學知識應用于實際工程。因此，在虛擬仿真平臺添加“實例分析”入口，有助于學生從工程的角度理解閉環仿真電路的設計方法，以及閉環參數改變對電路的影響。
3結語
關鍵詞：電力電子技術；教學改革；仿真
作者簡介：李林琳（1977-），女，遼寧沈陽人，長春工程學院電氣與信息工程學院，配電自動化吉林省高校工程研究中心，講師；邢順濤（1976-），男，吉林延吉人，長春工程學院電氣與信息工程學院，講師。（吉林 長春 130012）
基金項目：本文系2011年長春工程學院教學研究課題的研究成果。
中圖分類號：G642.0 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2014）03-0064-02
“電力電子技術”是電氣工程及其自動化專業的專業基礎課程，在人才培養方案和課程體系中起著至關重要的作用。通過“電力電子技術”課程的學習，使學生掌握電力變換的基本理論知識，為后續專業課程打下堅實的理論基礎。本課程來源于工程實踐，理論與實踐并重，因此，本課程將實踐貫穿始終，具有層次性和互補性。通過理論教學、實踐鍛煉、MATLAB仿真等教學活動，有助于提高學生理論聯系實際和應用創新的能力。
一、“電力電子技術”課程教學改革的必要性
目前“電力電子技術”的教學仍然停留在傳統的教學模式上，即在課程教學中依照教材的內容和順序講述各種電力變換原理。[1]這種傳統的教學模式存在以下弊病：第一，傳統的教學思想重視學生對書本知識的掌握程度，忽視學生的素質教育，忽視學生應用創新能力的培養；第二，傳統的教學形式方法單一，課堂上教師講授課程，學生只是被動參與，這樣很難激發學生的學習興趣；第三，由于現行教材不能很好地體現電力電子技術的應用和發展，且教材中講授的理論都只集中在技術層次，而忽略了現場應用的實際因素。因此現有的教學存在與實際脫節的情況，從事電力系統及相關行業工作的學生走上工作崗位后，還需投入大量的時間去了解電力電子技術的新原理和在電力系統中的應用，以及電力變換對電力系統的影響。
本文主要是針對長春工程學院（以下簡稱“我校”）電氣自動化專業的“卓越工程師培養計劃”，在“電力電子技術”課程教學中探索科學合理的教學方法，加強實踐教學工程針對性，培養學生創新思維，提高學生理論聯系實際的能力，為成就未來的“卓越工程師”奠定基礎。
二、探索“電力電子技術”課程的教學方法
1.采用多媒體教學，增加教學的直觀性
由于“電力電子技術”課程中有很多電力變換的原理需要畫波形，受板書的限制，授課的信息量很有限，所以可將“電力電子技術”課程的有關內容制作成多媒體課件進行講解。講述時多媒體教學可與黑板手寫教學同時進行，將多媒體教學和手寫的重點、難點知識相結合，增強教學效果。
現在“電力電子技術”課程的多媒體課件有很多，但是這些課件普遍存在一個共同的缺點：課件制作過于簡單，缺少動畫和過程講解，很多原理圖都是直接出現，很多結論也是直接給出，這樣對于剛剛接觸電力電子的學生來說很生硬，很難提高學生的學習興趣。對于“電力電子技術”課程的改革，首先從課件入手，重新制作課件，在課件中增加大量動畫和工程實例。比如在講授整流電路時，對于每一種整流變換的電路圖結合工作原理都制作了動畫。教師在上課時，講到某一回路和器件時，該回路和器件都有明顯的標注、聲音和動畫變換。這樣，學生有更直觀的視覺和聽覺感受，加深對工作原理的理解。
2.引入問題教學法，激勵學生自主學習
該方法是指采用互動學習的方式，在引出一個新的知識點時，教師首先將問題提出，讓學生先進行充分討論，通過問題來激發學生學習的自主性，然后由老師進行總結，得出一個正確的結論。例如，老師在課堂上給學生提出問題：如果三相橋式整流電路中，某一相觸發電路的觸發信號丟失，整流電路負載側輸出的波形會是什么樣？先請學生闡述自己的觀點，然后由老師理論講解。教師還可以利用MATLAB程序，在課堂上演示，使學生加深對理論知識的理解。這種方法可以極大地激發學生的興趣，使學生成為主動的學習者。問題式教學方法與國際教育相接軌，國外的教育跟注重人的培養，老師不會每天給學生留作業，通常會讓學生準備課題，上課進行討論。國際教育更需要學生自己主動學習，學習完全是自己的事，這樣更好地培養學生的邏輯思維、語言表述和創新意識。
3.推進案例教學法，引領學生探究工程實踐
“電力電子技術”的理論教學應與電力企業及日常生產、生活實例相結合。實例可根據教學內容穿插引入，課堂上引用的例子盡可能是學生日常接觸過的或電力行業中的設備，這樣學生會更感興趣。相關章節舉出相應實例，指出課本上的基本電路、基本原理是怎樣運用的實際中去的。這樣一方面能深刻地講述教材上的基礎知識，另一方面能擴大學生的專業應用能力，將會有更好的教學效果。例如，在講完脈沖寬度調制技術（PWM）基本原理內容后，通過風力發電生產案例引入變頻器。首先給出變頻器的主電路及各部分參數要求，其次根據變頻器的主電路圖，結合理論課講過的整流、逆變和PWM控制理論給出變頻器的工作原理，最后可以利用MATLAB仿真軟件給出逆變器各參數波形圖。
同理，在講授電力電子各部分基本知識的基礎上，可以適時地引入電力企業生產實際案例，使學生對電力電子技術在電力系統中的應用和電力變換對電網穩定性和電能質量的提高、及電力電子新技術的發展對新能源、高壓直流輸電和柔流輸電技術等的影響有所了解，以提高學生的理論知識和實踐能力。
三、加強實踐教學
“電力電子技術”是一門實踐性很強的課程，實驗實踐環節占據十分重要的位置。通過“電力電子技術”課程實驗、實習、教學仿真及學生的科技創新活動等活動，構成了螺旋上升式的實踐教學體系，逐步提高學生的實踐動手及應用創新能力。
1.課程實驗
電力電子實驗室實行開放式管理，開設近十個實驗，教師教學中可根據需要從中選做5個的實驗。每個實驗每個班級分批、分組進行，每組最多不超2人，每次實驗都由任課教師和一名電力電子實驗室老師共同指導，這樣教師可以對每組學生進行詳細指導。通過課程實驗，可以增加學生的感性認識，提高學生的動手能力，激發學生對所學知識的探索欲望，加深對理論知識的理解。
2.仿真教學
仿真實驗模塊主要是根據教學內容設計了相關的仿真實驗內容，要求學生完成簡單的電路設計，實現所要求的電路功能。為完成“卓越工程師培養計劃”的目標，現將MATLAB仿真引入到電力電子技術的理論與實踐教學中，培養學生分析解決問題的能力，在掌握基本理論知識的前提下，培養學生創新意識。
在對比目前比較流行的仿真軟件后，發現MATLAB更適合電力電子仿真。用計算機仿真可以方便地進行不同器件、不同參數的比較，進行反復試驗。MATLAB提供的仿真工具箱SIMULINK，是一個功能十分強大的仿真軟件，可以根據用戶的需要方便地為系統建立模型，并且十分直觀，它的仿真精度很高，仿真結果準確。應用計算機仿真來研究電力電子技術，有利于提高研究效率，降低研發成本。
“電力電子技術”仿真所用到的電氣、電子元件模型全部都包含在MATLAB元件庫里面。在MATLAB提示符下鍵入Powerlib命令，這個命令將打開SIMULINK仿真窗口，同時顯示出電力系統模塊工具箱。電力系統仿真環境簡稱“psb”，它幾乎提供了組成電力系統的所有元件。其中包括：同步機、異步機、變壓器、直流機、線性和非線性模塊、傳輸線路、斷路器、負荷模型、電力半導體器件、控制元件、測量元件以及信號顯示模塊等等。
應用MATLAB軟件，著重研究整流、逆變、斬波及變頻等基本電路的仿真及其波形結果分析，驗證課本中的基本原理。例如整流電路中，對不同的觸發角、不同的負載時參量輸出波形會產生什么樣的差別等，使學生能夠對這些比較難以理解的抽象內容有一個直觀的認識。如圖1單相橋式可控整流電路原理圖。
在仿真電路中，更改負載的參數就可以得到不同負載類型，如電阻性負載和阻感負載。對于相位控制的整流電路來說，控制角的相位直接影響輸出波形，可以利用MATLAB仿真調整控制角α數值，觀測單相橋式整流電路的輸出波形，及晶閘管兩端的電壓、電流的波形圖。當α=60°時，各參量輸出如圖2。
MATLAB軟件也可以對一些復雜電路進行模擬仿真，如改變觸發角對波形的影響、缺相對波形的影響等等，并對其波形結果進行量化分析研究。通過改變各項輸入參數觀察其波形變化，從而使學生對電路模型能夠熟知和精通，加深印象，改善課堂教學效果。
3.體驗式教學
根據卓越工程師培養計劃，為提高學生的實踐能力，部分課程的實踐環節可占總學時的50%，根據“電力電子技術”課程的特點，可將課堂直接搬到仿真實驗室、實訓基地甚至單位現場。根據現場實際設備結合所學的理論知識進行講解，加深學生對電力電子技術一些抽象概念的理解，做到理論與實際相結合。
對一些有興趣的學生，可以組織參加教師的科研實踐、學校或省級科技創新計劃、全國電子大賽等。很多學生在比賽中獲得優異的成績，取得良好的效果。通過引領學生參與學科競賽及科技創新活動，使學生對于知識的應用與創新有了完整的體驗。
四、結論
電力電子技術在不斷地發展，教學內容與方式也要相應地變化。結合教學方法的改革，可引入新的教學內容；理論授課結合仿真、工程案例和實踐教學環節，使枯燥的理論變成體驗式課程，激發學生的學習興趣，使學生牢固地掌握電力變換的基本理論和當今電力電子技術發展的新動向，豐富知識面，為今后的工作打下堅實的基礎。
關鍵詞：電力電子技術；電氣工程；課程設置
作者簡介：劉晉（1974-），男，河北涿州人，華北電力大學電氣與電子工程學院，講師；牛印鎖（1973-），男，河北定州人，華北電力大學電氣與電子工程學院，高級工程師。（北京100026）
基金項目：本文系華北電力大學2010年教改項目的研究成果。
中圖分類號：G642.3 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2012）06-0064-02
隨著電力電子器件制造技術和微機技術的發展，電力電子技術在電氣工程的各個領域得到了廣泛的應用，電力電子技術在各個領域的應用帶來了相應領域的技術革命。
在電力系統領域，電力電子技術除了廣泛地應用于發電、輸電、配電和用電等環節，在太陽能光伏發電、風力發電等可再生能源發電領域、電動汽車應用和節能等領域也得到廣泛的應用。電力電子技術的廣泛應用對電力電子技術教學和研究都提出了新的要求和內容。
“電力電子技術”已經成為電氣工程專業重要的專業基礎課。由于專業背景和就業方向的不同，國內不同高校以及國外大學在“電力電子技術”的課程設置、教學內容、教學重點、教學手段、實驗內容以及后續專業課程設置等方面存在許多異同點。
本文對國內外幾所大學“電力電子技術”本科教學方面的情況進行了初步的對比，對其教學安排、教學內容與手段和實驗情況進行了對比總結，希望這些對比和總結能夠幫助從事電力電子方面教學的教師開拓教學思路、豐富教學手段、提高教學效果，為該課程的教學提供有益的參考和借鑒。
國內大部分理工科院校都開設了“電力電子技術”課程，本文選取了國內的清華大學、西安交通大學、浙江大學、南京航空航天大學和華北電力大學進行了比較分析；國外大學選取了美國麻省理工學院和英國曼徹斯特大學進行了比較分析。
一、課程設置比較
清華大學電機工程與應用電子系、信息科學技術學院自動化系開設了“電力電子技術”課程，機械工程學院汽車工程系開設了“汽車電力電子學”。后續相關課程有“直流輸電技術”、“電力傳動與控制”、“電力拖動與運動控制”。
西安交通大學電氣工程學院、電子與信息工程學院自動化科學與技術系開設了“電力電子技術”課程，共56學時，包括8學時的4個實驗項目。
浙江大學電子信息工程、電氣工程及其自動化和自動化等專業開設了“電力電子技術”課程，共56學時，包括16學時的實驗項目，實驗學時數相對較多。
南京航空航天大學電氣工程及其自動化和自動化等專業開設了“電力電子技術”課程，共72學時，包括16學時的實驗項目，總學時數和實驗學時數相對較多。
華北電力大學電氣與電子工程學院電氣工程及其自動化專業、信息工程專業，控制與計算機工程學院自動化專業開設了“電力電子技術”課程，共48學時，包括8學時的4個實驗項目。后續相關課程有“電力電子技術應用”（專業選修）、“HVDC與FACTS技術”、“電力電子課程設計”和“電力電子綜合實驗”。
國內幾所高校課程開設情況見表1。
美國麻省理工學院EECS（電氣工程與計算機科學）系開設了“電力電子技術”（Power Electronics）課程。
英國曼徹斯特大學EE&E（電氣與電子工程）學院為電氣與電子工程專業、機械電子工程專業2年級開設了“電機、拖動與電力電子”（Machines，Drivers & Power electronics）課程，上述兩個專業在3年級開設了“調速”（Variable Speed Driver）和“電力電子”（Power Electronics）課程。
英國諾丁漢大學EE&E（電氣與電子工程）系為電氣與電子工程專業2年級開設Power Supply Electronics；為電氣工程與可再生能源系統專業2年級開設Power Supply Electronics，3年級開設Power Electronic Design，Renewable Generation Technologies and Control，FACTS and Distributed Generation，Energy Conversion for Motor and Generator Drives，以及選修課程Advanced AC Drives，Technologies for Wind Generation，Advanced AC Drives with Project，Advanced Electrical Machines等相關課程。
從課程設置上看，國內大多數高校電氣工程專業基本都將“電力電子技術”作為專業基礎課程。但不同專業特色的學校在其后續課程設置上差別較大，該專業學生未來就業的方向和領域對后續課程的設置影響很大，這也是各個學校在電力電子技術教學上最具專業特色的地方。
二、教學內容比較
國內高校在“電力電子技術”課程教學內容上相差不多，主要內容有：電力電子器件、整流電路、逆變電路、直流斬波電路、交流―交流電力變換、電路脈寬調制（PWM）技術、軟開關技術和電力電子應用介紹等內容。南京航空航天大學還增加了功率變換器中的磁性元件設計方面的教學內容。
麻省理工學院EECS系“電力電子技術”課程內容主要有：整流器，功率因數畸變檢測與校正，磁場，DC/DC變換器，隔離DC/DC變換器，DC/AC變換器，EMI濾波器，損耗與吸收電路，軟開關，熱設計，控制，三相系統介紹，多相整流器，開關電源，諧振變換器，實際的電力電子系統設計中的相關問題和課程設計等內容。
英國曼徹斯特大學EE&E學院的“電機、拖動與電力電子”（Machines，Drivers & Power electronic）課程內容主要有：交流感應電機、交流同步電機、變壓器、相控整流電路及其應用。“調速”（Variable Speed Driver）的主要內容有：感應電機特性，變頻調速原理等。
通過對比可以看出，國內外大學在“電力電子技術”課程內容上差別比較大，側重點也各不相同。國內使用的“電力電子技術”本科教材大都是在介紹電力電子開關器件的基礎上，對各種交、直流電能變換電路的結構和工作原理進行定性和定量的分析，并涉及一些相關的應用技術。國外教材則更注重最基本原理介紹和電力電子實際應用電路系統的設計和計算分析。
三、教學方法與手段比較
在教學手段上，國內外大學大體相近，大都采用多媒體、動畫技術與黑板相結合的教學手段。另外，國外大學采用手寫、打印膠片投影授課也較為普遍，在課前把授課講義發放給學生。
國內高校教學主要以課堂講授為主，由于學生人數比國外學生多，課堂的互動性以及課堂討論比國外高校要少，且效果不好。另外，國內學生課外查閱文獻資料和閱讀材料的環節常常被忽略，這點與國外高校差別較大。
在輔助教學方面，國內外大學形式上差別不大，主要通過習題課、答疑、平時測驗和復習課等方式幫助學生進行課下的自學和考試前的復習。
四、實驗環節比較
在基礎實驗內容上，國內高校基本上以電力電子器件特性、相控整流電路實驗、直流斬波電路實驗、交流電力控制電路實驗、負載換相式逆變電路實驗、交―直―交變頻電路實驗、SPWM逆變實驗等作為基礎實驗。由于各個學校的實驗條件和專業特色不同，開放性和設計性實驗的內容和開展情況差別較大。
曼徹斯特大學EE&E學院電力電子課程實驗內容較少，實驗室條件（如實驗室面積，實驗臺套數等）不如國內許多高校，但其學生對撰寫的實驗報告非常認真，國外學生正是通過認真撰寫實驗報告加深了對于實驗原理和內容的理解。
在后續課程實驗中，各學校側重點各不相同。如華北電力大學在后續課程中開設開發了閉環直流電機脈寬調速實驗、靜止無功補償（SVC）實驗、高壓直流輸電（HVDC）實驗等針對電力電子技術在電力系統應用的專業實驗內容，具有鮮明的電力系統專業特色。
國內多數高校都存在學生人數多而實驗室設備套數少，實驗重復次數多和實驗室教師工作量大的情況，這種情況在短期內很難解決。電力電子網絡實驗平臺和虛擬實驗室的研究和建設可以為該問題的解決提供一定的思路。
五、啟發與體會
通過對國內外幾所大學在電力電子技術本科教學方面的對比，有很多值得我們學習和借鑒的思路和方法，在“電力電子技術”教學改革中，筆者認為應注意以下幾點：
（1）建立系統教學的觀念。在課程體系的設置、教材編寫、課程內容組織和實驗項目安排的過程中，從電力電子系統的角度出發，結合本學校開課專業未來的應用領域，將相關的知識與未來實際應用有機融合起來，使學生深入了解電力電子技術在未來工作中的應用，從而提高學生的學習興趣，使學生學習做到有的放矢。
（2）注重電力電子基礎實驗和設計性實驗相結合，培養學生的電路系統設計思想和能力，根據本校專業發展和應用的實際需要開發相應的專業應用實驗項目。
（3）注重課堂教學、仿真驗證、實驗驗證和電路設計有機的結合。豐富教學手段，通過仿真與實驗的對比分析，使理論和實踐相結合，提高教學效果。
（4）建立電力電子教學資源平臺，為國內各個高校相關專業的教師和學生提供一個互相學習、交流和資源共享的網絡平臺，從而不斷提高“電力電子技術”及其相關課程的教學水平，為廣大的師生營造良好的學習和學術研討氛圍。
六、總結
本文對國內外幾所大學“電力電子技術”本科課程設置、教學內容、教學方法與手段、實驗環節等進行了比較和分析，對“電力電子技術”教學提出了一些建議，希望為該課程的教學和教學改革提供一定啟發和有益的參考。
參考文獻：
[1]關曉菡,張衛平,張東.國內外高校電力電子技術教育現狀綜述[J].電氣電子教學學報,2006,(2).
關鍵詞：電力電子技術；實驗教學；教學改革
作者簡介：姜風國（1976-），男，山東煙臺人，煙臺大學機電汽車工程學院，講師。（山東 煙臺 264005）
基金項目：本文系煙臺大學教學改革與研究立項（項目編號：C044）的研究成果。
中圖分類號：G642.423 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2013）02-0137-02
“電力電子技術”是煙臺大學機電汽車工程學院（以下簡稱“我院”）測控技術與儀器專業本科生的一門重要的專業基礎課程，在整個專業課程體系中起著承上啟下的重要作用。電力電子技術具有很強的理論性、實用性和實踐性，[1-3]在做好理論教學的同時，加強實驗教學非常重要。實驗教學對幫助學生理解和鞏固課堂理論知識，[4]培養學生的操作技能、創新意識和探索精神具有重要的作用。目前我院在電力電子技術實驗教學環節中仍在使用2002年購買的杭州天煌教儀的“TKDD-1型電力電子技術及電機控制實驗裝置”，該實驗裝置經過多年使用，器件老化，故障率高，燒壞設備的情況經常出現；實驗數據與理論值之間的誤差很大，嚴重影響了實驗效果；能做的實驗數量少，而且多數為驗證性實驗，學生只能被動地接受實驗結果，學習興趣不大。這種單調的實驗教學模式無法滿足新形勢下電力電子技術教學的需要，為此，對實驗教學方法進行改革迫在眉睫。教研組嘗試將以往純粹的驗證性實驗教學改為多種模式相結合的方式來進行教學，取得了很好的教學效果。
一、保留必要的驗證性實驗
在實驗初級階段，學生剛接觸電力電子技術實驗，對實驗設備和儀器還很陌生，此時采用傳統的“老師講、學生聽”的方式，通過教師操作演示給學生看，對學生掌握實驗設備和儀器的正確使用方法、強電實驗中安全用電的基本知識和注意事項以及進行規范操作很有好處。因此，需保留“三相橋式全控整流電路”驗證實驗，通過該實驗可對學生起到良好的引導作用。
二、利用仿真軟件增加虛擬實驗
計算機仿真具有生動直觀、經濟、靈活的特點，[5]不但可以彌補實驗設備數量不足的缺陷，而且不用擔心實驗設備損壞和學生的人身安全問題。在電力電子技術實驗教學過程中引入計算機仿真，可以使枯燥的理論知識變得生動有趣，激發學生的學習興趣和積極性，加深學生對理論知識的理解，有利于學生開展探索性、研究性實驗，實現理論與實踐的緊密結合，在提高教學質量和改善實驗效果方面起到了很好的作用，而且仿真實驗不受時間和地點的限制，學生也可以在課外用計算機仿真，克服了實驗課時有限的限制。
例如，圖1是運用Multisim10軟件對三相半波可控整流電路帶電阻性負載時的仿真電路。電源為220V、50Hz的三相對稱正弦電源，晶閘管選用2N3898，采用脈沖發生器作為晶閘管的觸發信號。控制角α=0°時的仿真結果如圖2所示。示波器XSC1顯示的是輸出整流電壓的波形和晶閘管兩端的電壓波形，仿真結果與教材一致。學生可以很方便地仿真不同控制角α和不同負載情況下輸出電壓的波形，甚至可以模擬電路出現的故障，如開路、短路或脈沖丟失時的情況，在很大程度上滿足了學生的探索性要求。仿真實驗克服了傳統實驗調試過程中控制角α調節不準而導致的理論值與實測值不符的問題以及由于晶閘管兩端電壓較高（峰值為539V），考慮到學生和設備的安全而一般不允許學生操作的缺陷。
三、增加課程設計環節
課程設計是學生在整個學習過程中的一項綜合性實踐環節，是實驗教學的一個重要組成部分。過去的教學內容中沒有課程設計這個環節，部分學生學完該課程后，只了解了課本上的一些原理知識，對電力電子技術的具體應用并不清楚。通過增加課程設計環節，選取日常生活中比較熟悉、比較有代表性的一些產品，如可調光臺燈、可調直流穩壓電源、手機充電器等作為設計題目，把抽象的理論知識轉變為活生生的實物，以拉近理論與實際生活的距離，從而激發學生的學習興趣，提高學生對該課程的重視程度。通常2～3名學生做一個題目，學生們既有分工又相互協作，以共同完成設計題目。由于時間有限，不一定所有的學生都能做出實物，但要求每個題目都要用仿真軟件仿真出結果。通過課程設計，可以使學生全面、綜合地運用在“電力電子技術”和其他課程中學到的理論知識，讓學生意識到各個課程之間不再是相互孤立的，而是一個緊密聯系的整體，從而培養學生綜合分析問題、發現問題和解決問題的能力。
四、開放實驗室，開設綜合與設計性實驗
煙臺大學自2011年開始實施教學實驗室開放工作，設立了實驗室開放專項基金，在教學計劃外安排時間向學生開放實驗室，為學有余力、有興趣做探索性實驗的學生提供了良好的條件。同時，教師可利用此機會，積極申報與電力電子技術相關的課題，鼓勵學生走進實驗室參與綜合、設計、創新性開放實驗項目。學生可以自主設計產品，也可以選作教師提供的課題，設計過程中教師要給予一定的指導，學生可自行查閱資料，購買元器件，設計、焊接和調試電路。學生在采購過程中了解了元件的參數和特性，在調試過程中學會了使用示波器，培養了分析問題、解決問題的能力，這樣做不僅有利于因材施教，為學生的自由發展創造良好條件，而且可以提高實驗室的利用率，同時還開發了學生的潛力，為學校組織山東省機電產品創新大賽、全國電子設計大賽等培養了人才。如學生制作的數字晶閘管觸發器、三相橋式全控整流電路實驗裝置等產品實際使用效果很好，完全可以取代TKDD-1型實驗臺上的相應掛件，還可以供下一屆學生做實驗時使用。
通過開放實驗室項目的實施，實現了理論與實踐相結合的實驗教學理念，充分調動了學生的興趣和積極性，達到了培養其創新能力和動手能力的目的。
五、結束語
通過多種實驗教學方法的綜合運用，改變了傳統的照葫蘆畫瓢式的實驗教學，使實驗變得生動有趣，富有創造力，對激發學生做實驗的興趣，更好地理解課堂上所學的理論知識，培養學生的創新思維、探索精神和動手能力，培養符合社會需求的專業應用型人才具有積極的促進作用。
參考文獻：
[1]孫建廷，雷剛.新時期“電力電子學”教學模式改革與探索[J].中國電力教育，2011，（21）：182-183.
[2]葛瑜，王武.電力電子技術遞階式實驗教學研究[J].實驗技術與管理，2011，28（5）：156-159.
[3]海德倫，秦毅男.電力電子技術實驗手段探索[J].實驗室科學，2006，（6）：106-108.
關鍵詞：電力電子技術；虛實結合；考核方式
中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2014）30-0211-02
一、引言
“電力電子技術”是多學科交叉而形成的一門新興技術，在工程實踐中，該技術高速發展，不斷有新的器件、新的電路拓撲結構與新的控制方法問世。“電力電子技術”課程是電氣工程及其自動化與自動化專業的重要專業基礎課，也是實用性、工程性和綜合性很強的課程。該課程的特點是內容多，課時少，在新形勢下，如何在有限學時內獲得最好的教學效果，使學生在有限的課堂時間內較好地掌握課程內容，培養學生的工程實踐能力和創新能力，是一個亟待解決的問題。經過長期的“電力電子技術”課程的教學摸索，筆者從理論教學內容與方法、實踐教學和考核方式三個方面對課程進行了教學改革的嘗試。
二、理論教學內容與方法
“電力電子技術”是以電力電子開關器件為基礎，以四類基本變換器和兩種控制方法為核心，以四類應用為目標的一門科學。隨著電力電子技術的飛速發展，新器件和新的控制方法不斷出現，因此“電力電子技術”的教學內容必須根據自身的發展及時更新。目前全控型器件已逐步取代晶閘管而成為電力電子技術的核心。因此，教學內容中適度壓縮和刪減了半控型器件及控制電路的學習，強化全控型器件及控制電路的教學。
教學方式有傳統板書與多媒體教學兩種方式。板書方式可以使學生對知識理解的更深刻，但是較死板。為了更好地提高教學質量，增強學生的學習興趣，充分利用多媒體教學形象、直觀、信息量大的優點，激發學生的學習興趣。課程組開發了集PPT、Flas為一體的課件，通過直觀、形象和交互性的演示，使得電力電子技術當中難懂的電路拓撲結構變換和波形變得簡單易懂。另一方面，注重與工程相結合，與其前修課“電機與電力拖動基礎”課程相結合提出問題，調動學生學習興趣，主動去思考問題，解決問題。如圖1所示，在講解直流降壓斬波電路之前，以直流電機調速在課堂上演示給學生看，激發學生的興趣。接下來就進一步提出問題，怎么調速？以增強學生的求知欲望。然后再和學生一起學習相關知識，在講解過程中，始終緊扣相關問題，增加其對電力電子技術的理解。
三、實驗教學的措施
隨著高等教育規模的不斷擴大，原有教學儀器設備資源相對短缺，無法滿足實驗教學的需要；儀器設備陳舊老化，不能適應新的教學要求；大部分院校都僅用掛件結構或實驗箱來完成實驗，幾乎所有的電路和系統都是封閉式的。教學采用課堂教學加驗證性實驗的教學模式。實驗過程，學生幾乎是在老師或實驗指導書的指導下機械式連線、讀取實驗數據，記錄實驗數據和波形，對原理不求甚解，缺乏獨立分析解決問題能力。為了彌補傳統教學方式的不足，提高學生分析問題、解決問題的能力，在傳統教學方式的基礎上，開展了“電力電子技術”的計算機仿真輔助教學。雖然目前能夠進行電力電子仿真的專業軟件很多，如Matlab/Simulink、Pspice等，需要專門開設相關的課程才能夠應用。為了使學生既能進行仿真實驗，不用花費更多精力學習新的軟件，為此專門開發了電力電子技術仿真實驗系統，其界面如圖2、圖3所示。通過該實驗軟件，學生利用課下時間，在充分理解電路工作原理的基礎上，自己搭建實驗電路，進行參數設置，即可得到直觀的動態效果。實踐證明，實驗軟件的應用，課本上大篇幅的過程描述與復雜的運行曲線用仿真波形表現出來，能夠變抽象為具體，變枯燥為生動，形象直觀地進行教學，有助于激發學生學習興趣，提高教學質量。并且節省了實驗箱上操作的時間。
在實驗教學內容方面，以驗證性實驗為基礎，通過該類實驗可以使教材上的基本理論得到充分的驗證，加深學生對理論教學中各個知識點的理解，使學生對實驗儀器的使用及注意事項有比較清楚的了解，同時也可以培養學生的基本操作、數據處理和計算技能。在此基礎上增加了綜合性實驗，例如與“電機與電力拖動基礎”課程相結合的“直流電動機可逆調速系統設計”，該綜合性實驗項目專業實踐性很強且與生產緊密聯系，培養學生把專業理論知識綜合運用于工程實踐的能力，提高學生的綜合素質水平。還可以與“單片機原理與應用”課程相結合的“基于單片機的交流恒流源設計”，是利用單片機控制全控型器件，實現斬控式交流電路的要求，教師提出實驗要求，學生自己設計并進行實驗調試。通過這些實驗的設置使學生能充分理解相關課程之間的關系與其應用，而且培養學生解決實際問題的工作能力，提高其綜合素質，為今后的設計或工作積累經驗。
四、考核方式的探索
傳統采用閉卷考試的方式，考核學生對知識的理解和記憶具有效果，但是這種方式使學生機械式學習，不利于激發學生的創造性和探索新知識的主動性。因此，探索合理的考核方式對提高學生學習積極性和主動性有很大意義。為此，采取了理論與實踐相結合的考核方式，以其能夠更加公平、真實地反應學生的學習水平。理論考核成績占70%與實踐考核成績占20%，平時成績占10%。理論考核重點考察學生對相關知識的理解和記憶能力。實踐考核以實際電路實驗，考察學生的創造性和動手能力。平時成績反應學生學習該課程時所表現的狀態，包括探索新知識的主動性、查閱資料的廣泛性等。實踐證明，通過這種多元化的考核方式，提高教學質量。這樣一來，就能改變課程結束時“一考定成績”的做法，防止考前突擊的行為。學生反映良好，教學效果甚佳。
五、結束語
本文從理論教學內容與方法、實踐教學和考核方式三個方面對該門課程的教學改革進行的探討。隨著電力電子技術的不斷發展，為了適應人才創新能力培養的需要，不斷調整、更新教學內容，及時補充該學科的前沿知識，如軟開關技術、電網諧波抑制技術等內容，以增強對學生的吸引力。將繼續不斷地改進教學方法加強實踐訓練，充分發揮學生在學習中的主動性和創造性，以適應培養應用型本科人才的需要。
參考文獻：
[1]王兆安，黃俊.電力電子技術[M].北京：機械工業出版社，2004.
[2]高玉峰，劉亞龍，王治國.《電力電子技術》課程教學改革實踐[J].科技教育創新，2008，（1）.
關鍵詞：電力仿真軟件；電力電子技術；仿真效果；軟件選擇
作者簡介：馮興田（1978-），男，山東廣饒人，中國石油大學（華東）信息與控制工程學院，講師；王艷松（1965-），女，山東蓬萊人，中國石油大學（華東）信息與控制工程學院電氣工程系主任，教授。（山東 青島 266580）
基金項目：本文系中國石油大學（華東）教學改革項目（項目編號：JY-A201210）的研究成果。
中圖分類號：G642.0 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2013）13-0065-02
“電力電子技術”課程作為電力學、電子學和控制理論的交叉學科，是電氣工程專業非常重要的必修課。隨著電力電子器件的迅速發展，變流技術的發展也是日新月異，使得“電力電子技術”在電氣類本科教學中的地位和作用越來越突出。然而，該課程涉及的內容較多且復雜，并在不斷更新，如何能夠讓學生較快、較好地掌握所學內容成為教師們面臨的一大難題。
電力仿真軟件走進“電力電子技術”的教學課堂在很大程度上有效地解決了這一難題。電力仿真軟件通過數字仿真實現電力電子電路的分析、設計、調試等，直觀的仿真結果給學生帶來了濃厚的學習興趣，并為將來的電路設計、科學研究打下一定的基礎，因為小到本科學習中的基本實驗、畢業設計，大到科研中的課題研究、設備裝置的開發，通常都要通過仿真結果提供實驗參數的參考依據。然而，面臨眾多電力仿真軟件，如何根據實際情況進行合理的選擇成為另一難題。本文將通過分析“電力電子技術”教學中常用的幾種電力仿真軟件提供合理選擇的依據。
一、常用電力仿真軟件
“電力電子技術”教學中常用的電力仿真軟件主要有以下幾種：MATLAB、PSIM、PSpice、PSCAD。MATLAB是主要面對科學計算、可視化以及交互式程序設計的高科技計算環境，功能全面，能夠用于各個行業的建模仿真分析。MATLAB最重要的組件之一Simulink提供一個動態系統建模、仿真和綜合分析的集成環境。其中，電力系統Power System工具箱包含的模組側重電力系統方面的建模仿真，而電力電子元件模組則是專門針對電力電子電路的仿真設計的。
PSIM是針對電力電子領域以及電機控制領域的仿真應用包軟件。它具有仿真高速、用戶界面友好、波形解析等功能，為電力電子電路的解析、控制系統設計、電機驅動研究等有效提供強有力的仿真環境。
PSpice軟件具有強大的電路圖繪制功能、電路模擬仿真功能和圖形后處理功能等，以圖形方式輸入，自動進行電路檢查，生成圖表，模擬計算電路。它不僅可以用于電路分析和優化設計，還可與印制版設計軟件配合使用，實現電子設計自動化，并且適用于“電力電子技術”課程的計算機輔助教學。
PSCAD可以較為簡單地模擬復雜電力系統，包括直流輸電系統和其相關的控制系統，并能夠顯著地提高電力系統電磁暫態模擬研究的效率。它還可通過聯合使用實時數字模擬器RTDS硬件來開發模擬器，用以模擬包含高壓直流輸電系統的大型互聯電力系統。
二、常用電力仿真軟件的特點
比較分析上述幾種電力仿真軟件的性能及其在“電力電子技術”教學中的實際仿真應用情況，其特點如下：
1.圖形界面友好，操作簡單易用
通過拖曳相應的功能模塊，按照電氣聯結關系進行連接，操作過程非常簡單，而且緊密結合“電力電子技術”的內容，只要具備基本的計算機軟件操作水平和電力電子技術知識就很容易上手。
2.建立仿真工程的步驟類似
采用這些軟件進行仿真工作，其基本步驟主要包括：建立仿真工程文件、放置電路元件、設置元件參數、電氣連接元件、設定仿真步長和仿真時間等參數、運行仿真操作、觀察各點波形結果、分析仿真數據等，使用過程大致相同。
3.節省時間和儀器設備
進行實際電路設計之前，先采用這些軟件進行設計分析，可以隨意設置電路參數、更換電路元件，并在軟件中反復調試、“實驗”，簡化實際電路操作中的一些步驟，大大縮減電路設計人員的設計周期；通過采用軟件中的功能元件還可省去一些測量儀器的使用，并能夠避免實際電路實驗中的元器件消耗，能夠盡可能接近實際電路的雛形。
4.軟件升級迅速及時
仿真軟件的產品升級緊跟科技的發展。諸如，隨著新能源的快速發展，這些仿真軟件中也及時增加了風機、光伏發電等模型，滿足廣大科技工作者的使用。而且，軟件版本也在不斷升級換代，各個方面針對用戶在不斷完善。
三、常用電力仿真軟件選擇與應用
綜合分析上述幾種電力仿真軟件的特點，結合多年來在“電力電子技術”教學中的仿真應用實踐，總結了幾點區別，以期提供選擇和應用合適軟件的依據。
1.元件模型及參數設置
這四種軟件的元件模型不盡相同，特別是對于一些較為復雜的元件，諸如變壓器、晶閘管等，其仿真過程中的暫態變化曲線并不一致。而且，其參數設置也不盡相同，MATLAB/Simulink里的元件參數設置較為細致全面，尤其是對于“電力電子技術”中涉及的晶閘管、IGBT等大功率器件，對它們本身的性能參數有詳細的設置，比如器件的上升時間、下降時間等，因而MATLAB/Simulink常用于仿真一些暫態響應過程，比如變壓器的磁飽和特性、晶閘管的強制關斷過程、狀態切換的暫態響應等。其余幾種軟件主要適用于仿真一些常用的電力電子電路，諸如整流電路、逆變電路、DC/DC變換電路等，對于元件本身性能參數沒有嚴格的要求，或者說主要用于仿真電力電子電路的穩態響應過程。
2.具體仿真操作
在實際的仿真操作中，幾種軟件也略有差異。像連接元器件的方式上，MATLAB/Simulink的元件大多具有輸入輸出順序，要根據元件在電路中的位置選擇合適的元件。如果選擇不正確，元件之間不會實現電氣連接，搭建電路的過程相對復雜。而其他幾種軟件的連接方式較為簡單，通常元件都可實現電氣連接，當然，這就需要用戶自己判斷元件之間的電路連接關系了。另外，各種軟件的波形顯示窗口、數據文件處理、波形拷貝使用、波形暫態特性、特殊功能部件、THD及損耗測量等只是細節的操作不同。特別指出的是，鑒于MATLAB在數據處理方面的強大功能，而有些軟件的仿真波形不適合在文章中使用（比如清晰度不夠、橫縱坐標難設置等），用戶可采用其他軟件進行仿真工作，最后生成數據文件之后再將該數據文件導入MATLAB進行數據處理，以得到較好波形效果和處理操作，也不失為一種方法。
3.仿真精度、速度和準確度
仿真精度與仿真步長有直接的關系，各軟件的步長設置定義不盡相同，因而仿真精度難以直接比較。然而，MATLAB/Simulink里可以選擇不同的數學算法，從某種程度上講，其仿真精度較高；而且，MATLAB也是各行業較為認可的仿真軟件之一。從仿真速度來講，針對“電力電子技術”中的電路，通常情況下PSIM和PSCAD的仿真速度相對較快一些，其次是PSpice，當然，這也跟用戶搭建電路的風格特點以及實際情況有關。而MATLAB/Simulink如果采用圖庫的電路元件按照實際電力電子電路搭建電路仿真，速度會很慢。如果自己建立數學模型仿真，速度會很快。比如，在一個具有光伏發電、風力發電、傳統同步機發電源的電網系統中，包含了“電力電子技術”中的整流器、逆變器、DC/DC變換器等典型電力電子電路。如果采用圖庫中的大功率器件晶閘管、IGBT等搭建電路實現整流器、逆變器、DC/DC變換器時，仿真速度會大大降低；若自己建立整流器、逆變器、DC/DC變換器的數學模型或者采用向量模型進行仿真時，速度會大幅提高。當然，這就增加了建立數學模型的過程，讀者可根據實際情況選擇。另外，對于仿真確定的參數雖然可以提供實際電路參數的依據，但與實際電路參數之間還是有一定的差距，還需要綜合分析比較計算數據、仿真數據和現場實際情況來定，當然最終還需要實驗來驗證，但這畢竟大大減小了實驗的風險和不確定性。
4.復合功能和應用領域
Simulink 依托于MATLAB，能夠利用MATLAB強大的數據處理功能并結合其他的功能函數等進行電力電子電路的仿真，復合功能相對豐富，應用領域也更寬廣，而且易于實現與其他設備、軟件的銜接。比如RTLAB仿真系統就將實際功率設備通過MATLAB進行銜接控制，實現實時仿真。PSIM仿真系統不只是回路仿真單體，還可以和其他公司的仿真器連接，為用戶提供高開發效率的仿真環境。例如，在電機驅動開發領域，控制部分用MATLAB/Simulink實現，主回路部分以及其周邊回路用PSIM實現，電機部分用電磁界解析軟件JMAG實現，由此進行連成解析，實現更高精度的全面仿真系統。PSpice集成度高，集成了許多仿真功能，如直流分析、交流分析、噪聲分析、溫度分析等；而且，PSpice程序采用改進節點法列電路方程，用牛頓-萊普生方法的改進算法進行非線性分析，用變節步長的隱式積分法進行瞬態分析，在求解線性代數方程組時采用了稀疏矩陣技術，大大提高了仿真結果的準確性。PSCAD則適用于富含電力電子電路的復雜電力系統，包括現今發展迅速的高壓直流輸電系統及其相關控制系統、含有各種分布式能源的大型互聯電力系統等等。
5.故障模擬與功率器件性能
對于初學“電力電子技術”的同學來說，搭建實際電力電子電路實驗容易帶來一些問題，如觸發脈沖不合適帶來的功率器件上下直通現象、功率器件耐壓耐流參數選擇不合適等都會帶來器件的損壞、系統的崩潰。通過采用仿真軟件仿真可以事先發現這些問題，及時解決。從另一方面說，學生亦可借助電力仿真軟件進行故障模擬，直觀地觀察波形變化情況，注意出現的問題，強化認識，比如可以人為設置IGBT等功率器件的直通現象、耐壓參數、擊穿電流等，通過觀察各點波形變化情況，達到教學與實踐結合的效果。這種故障模擬和器件性能測試方面的仿真通常通過MATLAB/Simulink實現，能夠達到較好的仿真觀察效果。
“電力電子技術”教學中可參考上文對學生給予指導，可以先介紹簡單易操作的軟件，如PSIM、PSCAD等，結合各種軟件的特點與適用范圍，針對不同的仿真對象和問題進行適當的選擇，也可以多種軟件結合使用，效果更佳。
四、結語
電力仿真軟件在“電力電子技術”教學中發揮重要的作用，有針對性地選擇電力仿真軟件可以提高仿真速度、精度及準確度。本文通過詳細分析比較常用的四種電力仿真軟件的特點和適用領域，結合教學仿真中的一些實際問題與使用操作，給出了它們具體應用的選擇依據。
參考文獻：
[1]陳建業.電力電子電路的計算機仿真[M].北京：清華大學出版社，2003.
[2]飛，葉文.MATLAB 仿真軟件在“電力電子技術”教學中的應用[J].中國電力教育，2010，（3）：85-87.
[3]孫佐.基于PSCAD/EMTDC 的電力電子技術仿真教學[J].池州學院學報，2009，（6）.
【關鍵詞】電力電子 檢測 教學設計
IGBT為絕緣柵雙極型晶體管，是能源變換與傳輸的核心器件，俗稱電力電子裝置的“CPU”。 IGBT模塊是由IGBT與FWD（續流二極管芯片）通過特定的電路橋接封裝而成的模塊化半導體產品，一般所說的IGBT即指IGBT模塊，封裝后的IGBT模塊直接應用于變頻器、UPS不間斷電源等設備上。隨著節能環保等理念的推進，此類產品在市場上將越來越多見。在高職電力電子課程教學中如何讓學生自覺用理論指導實踐，理解并掌握IGBT的檢測方法，教學設計尤為重要，本文從IGBT檢測的角度探討如何進行相關內容的教學設計。
一、從構造理解IGBT的管腳測量與柵極保護
1、IGBT的構造
IGBT有三個管腳：柵極G、集電極C和發射極E，在構造上是由一個N溝道的絕緣柵場效應管MOSFET和一個PNP型三極管GTR組成，它實際是以GTR為主導元件，以MOSFET為驅動元件的復合管。IGBT的理想等效電路及實際等效如圖1所示。
IGBT除了內含PNP晶體管結構，還有NPN晶體管結構，內含的PNP與NPN晶體管形成了一個可控硅的結構，有可能會造成IGBT的擎柱效應，使柵級失去對集電極電流的控制作用，因此IGBT有集電極最大電流的限制。
IGBT與MOSFET不同，內部沒有寄生的反向二極管，因此在實際使用中若輸出端連接感性負載時需在集電極和發射極間搭配適當的快恢復二極管，構成IGBT模塊。
2、從IGBT構造認識柵極保護
IGBT的柵極通過一層絕緣氧化膜與發射極實現電隔離，由于此氧化膜很薄，若靜電聚積在柵極引起過壓或電容密勒效應引起柵極過壓，均會導致絕緣層擊穿損壞，其擊穿電壓一般達到20～30V。因此使用中要注意以下幾點：
（1）在使用模塊時，盡量不要用手觸摸驅動端子部分，當必須要觸摸模塊端子時，要先將人體或衣服上的靜電用大電阻接地進行放電后，再觸摸。
（2）在用導電材料連接模塊驅動端子時，在配線未接好之前請先不要接上模塊。
（3）盡量在底板良好接地的情況下操作。
3、從IGBT構造解釋管腳間測量電阻
使用指針式萬用表測量IGBT管腳間電阻時，一般是將萬用表撥在R×1KΩ擋。當驅動元件無外加電壓時，管子集電極C與發射極E之間處于關斷狀態，同時因柵極絕緣，故測量IGBT兩兩管腳間正反向電阻時，阻值均為無窮大。針對集電極和發射極間并聯了二極管的IGBT模塊，柵極與其它兩腳間正反向電阻仍為無窮大，集電極與發射極間正向電阻為無窮大，反向電阻較小，此時較小的反向電阻實為內部并聯二極管的導通電阻，由此結果也可識別IGBT模塊的管腳。使用數字式萬用表時可使用二極管專用檔位測量正反向電壓。
二、從基本工作原理理解IGBT開關作用檢測及好壞判斷方法
IGBT和功率MOSFET一樣，屬于電壓控制型器件。在柵極-發射極間施加電壓UGE大于開啟電壓UGE（th）時，MOSFET內形成溝道，為晶體管提供基極電流，IGBT導通。在柵極-發射極間施加電壓UGE為負電壓時，MOSFET內溝道消失，IGBT關斷。溫度為25℃時，開啟電壓為2～6V，加于柵極-發射極間的最佳工作電壓可取15V左右。
使用指針式萬用表用于檢測IGBT開關作用并判斷好壞時，一定要將萬用表撥在R×10KΩ擋，因R×1KΩ擋以下各檔萬用表內部電池電壓太低，檢測好壞時不能使IGBT導通，而無法判斷IGBT的好壞。當指針式萬用表撥在R×10KΩ擋時，用黑表筆接IGBT的集電極（C），紅表筆接IGBT的發射極（E），此時萬用表的指針指示阻值為無窮大。用手指同時觸及一下柵極（G）和集電極（C），這時IGBT被觸發導通，萬用表的指針擺向阻值較小的方向，并能站住指示在某一位置。然后再用手指同時觸及一下柵極（G）和發射極（E），這時IGBT被阻斷，萬用表的指針回無窮大位置。此時即可判斷IGBT是好的。
三、從逆變電路的組成理解IGBT模塊檢測方法
在交-直-交變頻器主電路中，由整流電路將交流變為直流后，再由逆變電路將交流變為頻率和電壓可調的交流，實現電機的變頻調速。圖2所示為六個IBGT模塊構成的逆變器電路，圖中P為變頻器內部直流的正端， N即為直流的負端，輸出U、V、W端子是接到電機的端子。
逆變器IGBT模塊檢測：將數字萬用表撥到二極管測試檔，測試IGBT模塊C、E之間以及柵極G與E之間正反向二極管特性，來判斷IGBT模塊是否完好。以圖所示的六相逆變器為例，將負載側U、V、W相的導線拆除，在直流端P、N無電壓時，使用數字萬用表二極管測試檔，紅表筆接P（集電極C1），黑表筆依次測U、V、W，萬用表顯示數值為超量程；將表筆反過來，黑表筆接P，紅表筆測U、V、W，萬用表顯示數值為400mV左右的電壓。再將紅表筆接N（發射極E2），黑表筆測U、V、W，萬用表顯示數值為400mV左右；黑表筆接P，紅表筆測U、V、W，萬用表顯示數值為超量程。各相之間的正反向特性應相同，若出現差別說明IGBT模塊性能變差，應予更換。IGBT模塊損壞時，只有擊穿短路情況出現。紅、黑兩表筆分別測柵極G與發射極E之間的正反向特性，萬用表兩次所測的數值都為超量程，這時可判定IGBT模塊柵極正常。如果有數值顯示，則柵極性能變差，此模塊應更換。當正反向測試結果為零時，說明所檢測的柵極已被擊穿短路。柵極損壞時電路板保護柵極的穩壓管也將擊穿損壞。
參考文獻：
