关键词：电力电子技术；虚实结合；考核方式
中图分类号：G642.0文献标志码：A文章编号：1674-9324（2014）30-0211-02
一、引言
“电力电子技术”是多学科交叉而形成的一门新兴技术，在工程实践中，该技术高速发展，不断有新的器件、新的电路拓扑结构与新的控制方法问世。“电力电子技术”课程是电气工程及其自动化与自动化专业的重要专业基础课，也是实用性、工程性和综合性很强的课程。该课程的特点是内容多，课时少，在新形势下，如何在有限学时内获得最好的教学效果，使学生在有限的课堂时间内较好地掌握课程内容，培养学生的工程实践能力和创新能力，是一个亟待解决的问题。经过长期的“电力电子技术”课程的教学摸索，笔者从理论教学内容与方法、实践教学和考核方式三个方面对课程进行了教学改革的尝试。
二、理论教学内容与方法
“电力电子技术”是以电力电子开关器件为基础，以四类基本变换器和两种控制方法为核心，以四类应用为目标的一门科学。随着电力电子技术的飞速发展，新器件和新的控制方法不断出现，因此“电力电子技术”的教学内容必须根据自身的发展及时更新。目前全控型器件已逐步取代晶闸管而成为电力电子技术的核心。因此，教学内容中适度压缩和删减了半控型器件及控制电路的学习，强化全控型器件及控制电路的教学。
教学方式有传统板书与多媒体教学两种方式。板书方式可以使学生对知识理解的更深刻，但是较死板。为了更好地提高教学质量，增强学生的学习兴趣，充分利用多媒体教学形象、直观、信息量大的优点，激发学生的学习兴趣。课程组开发了集PPT、Flas为一体的课件，通过直观、形象和交互性的演示，使得电力电子技术当中难懂的电路拓扑结构变换和波形变得简单易懂。另一方面，注重与工程相结合，与其前修课“电机与电力拖动基础”课程相结合提出问题，调动学生学习兴趣，主动去思考问题，解决问题。如图1所示，在讲解直流降压斩波电路之前，以直流电机调速在课堂上演示给学生看，激发学生的兴趣。接下来就进一步提出问题，怎么调速？以增强学生的求知欲望。然后再和学生一起学习相关知识，在讲解过程中，始终紧扣相关问题，增加其对电力电子技术的理解。
三、实验教学的措施
随着高等教育规模的不断扩大，原有教学仪器设备资源相对短缺，无法满足实验教学的需要；仪器设备陈旧老化，不能适应新的教学要求；大部分院校都仅用挂件结构或实验箱来完成实验，几乎所有的电路和系统都是封闭式的。教学采用课堂教学加验证性实验的教学模式。实验过程，学生几乎是在老师或实验指导书的指导下机械式连线、读取实验数据，记录实验数据和波形，对原理不求甚解，缺乏独立分析解决问题能力。为了弥补传统教学方式的不足，提高学生分析问题、解决问题的能力，在传统教学方式的基础上，开展了“电力电子技术”的计算机仿真辅助教学。虽然目前能够进行电力电子仿真的专业软件很多，如Matlab/Simulink、Pspice等，需要专门开设相关的课程才能够应用。为了使学生既能进行仿真实验，不用花费更多精力学习新的软件，为此专门开发了电力电子技术仿真实验系统，其界面如图2、图3所示。通过该实验软件，学生利用课下时间，在充分理解电路工作原理的基础上，自己搭建实验电路，进行参数设置，即可得到直观的动态效果。实践证明，实验软件的应用，课本上大篇幅的过程描述与复杂的运行曲线用仿真波形表现出来，能够变抽象为具体，变枯燥为生动，形象直观地进行教学，有助于激发学生学习兴趣，提高教学质量。并且节省了实验箱上操作的时间。
在实验教学内容方面，以验证性实验为基础，通过该类实验可以使教材上的基本理论得到充分的验证，加深学生对理论教学中各个知识点的理解，使学生对实验仪器的使用及注意事项有比较清楚的了解，同时也可以培养学生的基本操作、数据处理和计算技能。在此基础上增加了综合性实验，例如与“电机与电力拖动基础”课程相结合的“直流电动机可逆调速系统设计”，该综合性实验项目专业实践性很强且与生产紧密联系，培养学生把专业理论知识综合运用于工程实践的能力，提高学生的综合素质水平。还可以与“单片机原理与应用”课程相结合的“基于单片机的交流恒流源设计”，是利用单片机控制全控型器件，实现斩控式交流电路的要求，教师提出实验要求，学生自己设计并进行实验调试。通过这些实验的设置使学生能充分理解相关课程之间的关系与其应用，而且培养学生解决实际问题的工作能力，提高其综合素质，为今后的设计或工作积累经验。
四、考核方式的探索
传统采用闭卷考试的方式，考核学生对知识的理解和记忆具有效果，但是这种方式使学生机械式学习，不利于激发学生的创造性和探索新知识的主动性。因此，探索合理的考核方式对提高学生学习积极性和主动性有很大意义。为此，采取了理论与实践相结合的考核方式，以其能够更加公平、真实地反应学生的学习水平。理论考核成绩占70%与实践考核成绩占20%，平时成绩占10%。理论考核重点考察学生对相关知识的理解和记忆能力。实践考核以实际电路实验，考察学生的创造性和动手能力。平时成绩反应学生学习该课程时所表现的状态，包括探索新知识的主动性、查阅资料的广泛性等。实践证明，通过这种多元化的考核方式，提高教学质量。这样一来，就能改变课程结束时“一考定成绩”的做法，防止考前突击的行为。学生反映良好，教学效果甚佳。
五、结束语
本文从理论教学内容与方法、实践教学和考核方式三个方面对该门课程的教学改革进行的探讨。随着电力电子技术的不断发展，为了适应人才创新能力培养的需要，不断调整、更新教学内容，及时补充该学科的前沿知识，如软开关技术、电网谐波抑制技术等内容，以增强对学生的吸引力。将继续不断地改进教学方法加强实践训练，充分发挥学生在学习中的主动性和创造性，以适应培养应用型本科人才的需要。
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，2004.
[2]高玉峰，刘亚龙，王治国.《电力电子技术》课程教学改革实践[J].科技教育创新，2008，（1）.
引言：现代电力电子技术是以高新技术知识为基础的一种知识密集型技术综合，是强弱电相结合的新学科，一方面它是电子学在高电压、大电流等强电或电工领域的一个分支，另一方面它也是电工学在低电压、大电流等电流弱电或电子领域的一个分支。当前，电力电子技术与微电子技术的结合已成为当今技术发展的主流电力电子技术的应用，贯穿在电能的获取、传输、变换和利用的几乎每个环节，使用电效率、节能效益、供电质量大大提高。电力电子技术的应用在电气自动化中发挥越来越重要的作用，为电能的产生和利用搭起了桥梁，为电能的输出、应用提供了更好的方式和平台，从根本上提高了电能的应用效率。
一、电力电子技术的特点
电力电子技术是以功率和变换为主要对象的现代工业电子技术，当代工、农业等各个领域都离不开电能，离不开表征电能的电压、电流、频率、波形和相位等基本参数的控制和转换，而电力电子技术可以对这些参数进行精确的控制和高效的处理，所以电子技术是实现电气工程现代化的重要基础。电力电子技术应用范围十分广泛，国防、工业、交通运输、能源、通信系统、电力系统、计算机系统、新能源系统以及家用电器等无不渗透着电力电子技术的成果。因而，电力电子技术的发展是以电力电子器件为核心，并伴随着变换技术和控制技术的发展而发展的。
二、电力电子技术的发展
现代电力应用电子技术的发展方向，是从以低频技术处理问题为主的传统电力电子学，向以高频技术处理问题为主的现代电力电子学方向转变。电力电子技术发展先后经历了整流器时代、逆变器时代和变频器时代，并促进了电力电子技术在许多新领域的应用。
1、整流器时代
大功率的工业用电由工频(50Hz)交流发电机提供，但是大约20%的电能是以直流形式消费的，其中最典型的是电解(有色金属和化工原料需要直流电解)、牵引(电气机车、电传动的内燃机车、地铁机车、城市无轨电车等)和直流传动(轧钢、造纸等)三大领域。大功率硅整流器能够高效率地把工频交流电转变为直流电，大功率硅整流管和晶闸管的开发与应用得以很大发展。
2、逆变器时代
变频调速的关键技术是将直流电逆变为0～100Hz的交流电。随着变频调速装置的普及，大功率逆变用的晶闸管、巨型功率晶体管(GTR)和门极可关断晶闸管(GT0)成为当时电力电子器件的主角。类似的应用还包括高压直流输出，静止式无功功率动态补偿等。这时的电力电子技术已经能够实现整流和逆变，但工作频率较低，仅局限在中低频范围内。
3、变频器时代
当前，大规模和超大规模集成电路技术的迅猛发展，为现代电力电子技术的发展奠定了基础。将集成电路技术的精细加工技术和高压大电流技术有机结合，出现了一批全新的全控型功率器件、首先是功率M0SFET的问世，导致了中小功率电源向高频化发展，而后绝缘门极双极晶体管(IGBT)的出现，又为大中型功率电源向高频发展带来机遇。MOSFET和IGBT的相继问世，是传统的电力电子向现代电力电子转化的标志。据统计，到1995年底，功率M0SFET和GTR在功率半导体器件市场上已达到平分秋色的地步，而用IGBT代替GTR在电力电子领域巳成定论。新型器件的发展不仅为交流电机变频调速提供了较高的频率，使其性能更加完善可靠，而且使现代电子技术不断向高频化发展，为用电设备的高效节材节能，实现小型轻量化，机电一体化和智能化提供了重要的技术基础。
三、电力电子技术的应用
1、电力电子技术在电力系统中的应用
将电力电子技术引人电力系统并获得广泛应用的领域，首推应是同步发电机励磁系统，这种励磁系统由于动作迅速，容易设计出高顶值电压，并且控制功率小，另一领域是交流电动机的变频调速，它的应用，节约了可观的电能近年来，国外还研究将电力电子技术引入抽水蓄能电站，以提高水泵水轮机的效率。并已取得成果在电力系统的发电、输电和配电环节中都离不开电力电子器件和电力电子技术。电力系统的发电环节涉及发电机组的多种设备，电力电子技术的应用极大地改善这些设备的运行特性。
2、电力电子技术在工业中的应用
在工业中大量应用交直流电动机进行电力拖动，直流电动机有良好的调速性能，给其供电的可控整流电源或直流斩波电源都是电力电子装置。近年来电力电子变频技术的迅速发展，使交流电机的调速性能可与直流电机媲美，交流调速技术大量应用并占据主导地位。电化学工业大量使用直流电源，电解铝、电解食盐水等都需要大容量整流电源。电力电子技术还大量用于冶金工业中的高频或中频感应加热电源、淬火电源及直流电弧炉电源等场合。
3、在交通运输上的应用
电气化铁道中广泛采用电力电子技术。电气机车中的直流机车中采用整流装置，交流机车采用变频装置。直流斩波器也广泛用于铁道车辆。在未来的磁悬浮列车中，电力电子技术更是一项关键技术。除牵引电机传动外，车辆中的各种辅助电源也都离不开电力电子技术。电动汽车的电机靠电力电子装置进行电力变换和驱动控制，其蓄电池的充电也离不开电力电子装置。一台高级汽车中需要许多控制电机，它们也要靠变频器和斩波器驱动并控制。飞机、船舶需要很多不同要求的电源，因此航空和航海都离不开电力电子技术。如果把电梯也算做交通运输，那么它也需要电力电子技术。以前的电梯大都采用直流调速系统，而近年来交流变频调速已成为主流。
4、电力电子技术在家用电器中的应用
照明在家用电器中有十分突出的地位。由于电力电子照明电源体积小、发光效率高、可节省大量能源，通常被称为“节能灯”，正逐步取代传统的白炽灯和日光灯变频空调器是家用电器中应用电力电子技术的典型例子之一。电视机、音响设备、家用计算机等电子设备的电源部分也都需要电力电子技术。此外，有些洗衣机、电冰箱、微波炉等电器也应用了电力电子技术。电力电子技术广泛用于家用电器使得它和我们的生活变得十分贴近。
5、电子装置用电源
各种电子装置一般都需要不同电压等级的直流电源供电。通信设备中的程控交换机所用的直流电源以前用晶闸管整流电源，现在已改为采用全控型器件的高频开关电源。大型计算机所需的工作电源、微型计算机内部的电源现在也都采用高频开关电源。在各种电子装置中，以前大量采用线性稳压电源供电，由于高频开关电源体积小、重量轻、效率高，现在已逐渐取代了线性电源。因为各种信息技术装置都需要电力电子装置提供电源，所以可以说信息电子技术离不开电力电子技术。
结语
电力电子技术正在不断发展，新材料、新结构器件的陆续诞生，计算机技术的进步为现代控制技术的实际应用提供了有力的支持，在各行各业中的应用越来越广泛，从人类对宇宙和大自然的探索，到同民经济的各个领域，再到我们的衣食住行，到处都能感受到电力电子技术的存在和巨大魅力。
关键词电力电子；新能源；风力发电
中图分类号：TM92文献标识码：B文章编号：1671-489X（2013）09-0096-02
NewTeachingMethodsofPowerElectronicsCombinedwithNewEnergies//LiPeng
AbstractPowerelectronicsisthebridgeofelectricsandelectronics.Withtherapiddevelopmentofnewenergies，theteachingandresearchofpowerelectronicsarefacingwithchancesandchallenges.Basedonpracticalteachingexperience，thispaperdescribesthenecessity，principlesandmethodsofcombiningpowerelectronicswithnewenergies，whichmaybeofvaluablereferenceforteachingandexploration.
Keywordspowerelectronics；newenergy；windpower
1电力电子课程特点
电力电子技术属大学工科专业课程，早期也称半导体变流技术。从学科角度，它由电力学、电子学和控制理论交叉形成，是连接“信息电子”（弱电）和“电力电子”（强电）的桥梁。从目的角度，它旨在利用电力电子器件实现电压、电流、频率和相位等电能变换和控制。从内容角度，它包括器件、电路、系统及其控制三部分。
根据授课对象及课时要求不同，侧重点也应有所差异。在大多电气类相关专业中，本课程多作为专业主干课，课时在64学时以上，上述三部分内容均需细致讲解且辅以专业实验。而对控制类专业，本课程多作为专业选修课，课时多在32学时以下，目标在于与控制工程相关的基础学习，偏重基本原理和方法。因此，课程大纲和课堂讲授应紧密结合学生所需，以最大效率地实现教与学的有机结合。
同时，与许多本科课程相比，电力电子知识点更加分散，各种器件特点、符号、物理参数等容易混淆，且电路波形绘制和分析对于学生理解和记忆难度较大。因此，未来新课程内容和教学模式探索至关重要。
本文结合新能源尤其是风电技术，简析课程教学中的一些探索性方法，为实现教学探索提供一定参考。
2新能源技术与电力电子教学
2.1新能源与大学教学
能源与环境是当前世界发展的两大课题，而对于能源问题的技术解决，电力电子技术提供了重要的支撑。在诸多新能源中，风力发电和光伏发电与电力电子技术关系尤为密切，其能量转换部件及控制电路都包含有电力电子器件。尤其是风力发电，作为公认的安全、环保、技术成熟的新能源，是电力电子技术与自动控制技术的有机融合体。
近年来，国内高校陆续开设了新能源课程，甚至增设了相关学科专业，而电力电子课程多作为此类专业的基础课展开。相比之下，在非能源类学科或者信息电子为主导的学科中，适当引入新能源背景对于整个电力电子技术的宏观把握大有裨益。
2.2基于新能源的电力电子教学示例
下面以电力电子技术的绪论为例，简述基于新能源的课程讲解方法。讲解电力电子课程的绪论时，首先需要学生对整个课程的章节内容有宏观把握。而教学过程中，学生对整流、逆变、PWM等专业技术尚未深入理解，通常很难作为一个有机系统来快速接受。
以国家“十一五”规划教材《电力电子技术》为例，课程共分为9章，其中，第2章“电力电子器件”是基础，第3、4章“整流”“逆变”是核心，第5、6章“DC-DC”“AC-AC”是辅助，第7章“PWM控制”是重点，第8、9章作为拓展简单了解。笔者发现，各章内容可以通过一类简单的风电系统有机融为一体，如图1所示。
风电机组是将“风能”转为“机械能”进而转为“电能”的复杂系统，其基本过程为：风扫过叶轮引起转动产生机械能，经过驱动链耦合输送给发电机转化为电能。由于风的随机特性，该电能无法直接利用或并网，需进行电力变换处理，而处理过程涵盖了电力电子课程的核心章节。
1）整流。发电机所得电能先经过第一次变换，将不规则的交流转化为直流，这种“AC-DC”的变化过程即为“整流”。整流是电力电子核心技术之一，作为第3章内容，是讲授重点。
2）斩波。整流所得直流一般不满足并网幅值的要求，需要进行升降压转化，这种“DC-DC”技术即为第5章的“斩波”。与此类似，可进行“AC-AC”的讲解，即第6章的“交交变频”技术。
3）逆变。斩波所得直流无法直接并入交流电网，需要再次转换为交流并经滤波后并入电网，这种“DC-AC”的技术即为“逆变”。逆变是与整流互逆的电能转换过程，作为第4章内容，也应着重讲解。
4）器件。上述转换多依赖电力电子器件实现，如现代变流技术中的IGBT正逐渐取代晶闸管成为主流控制器件。可结合教材第2章对此展开深入讲述。
5）控制。诸多电能转换控制方法中，脉宽调制（PWM）是主流技术，另有软开关等辅助技术，分别对应第7、8章。这些技术已广泛应用于电力电子工程，大大改善了电路控制性能。
由此可见，看似相互孤立的各章节在风电这一实际系统中紧密联合为一个整体，学生可快速把握课程主线，并对课程的工程应用价值有初步理解。
除此之外，其他新能源系统如光伏发电、电动汽车等，也具有类似的模块或功能构成，可作为课程讲解的工程背景。
3教学中的其他辅助方法探讨
上节以一个例子简单描述了引入新能源的电力电子课程绪论的讲解方法，下面对教学中的其他辅助方法进行简要的探讨。
3.1教学方式探讨
1）板书结合Flas。良好的板书可以促进学生的感性认知度，控制课堂节奏，加强师生互动效果。以电力电子为例，诸多电路结构仅用PPT解释难以达到良好效果，利用板书逐层递进地绘制并讲解，需要重点强调以及逻辑推理的用板书，大量的描述或辅解释用PPT，从而很好地利于学生接受。
传统电力电子教学中，电路及波形多用静态PPT描述，生动性较差，难以描述电路动态变化过程，而将Flas引入PPT中，可形象演示电路的工作过程和参数流向。例如：基于晶闸管的整流桥电路，其板书绘制繁琐，静态PPT讲述难度较大，而引入Flash后可以清晰看到各时段晶闸管的通断情况、电流流向以及输出情况，从而极大地提高学生学习乐趣，达到寓教于乐的效果。在实际教学中，建议根据课程内容灵活选择板书、PPT、Flash等教学手段，适当融合，形成“重点突出、形象生动”的教学模式。
2）波形结合MATLAB仿真。电力电子教学通常有这样的体会：最耗时也最难讲解的多是电路波形。MATLAB的引入将教师从繁重的原理讲解中解脱出来，作为数值计算和图形处理的软件工具，MATLAB比传统的高级语言更容易学习和掌握，被誉为“巨人肩膀上的工具”。尤其它集成了SIMULINK和SIMPOWER工具箱，可以很容易地提取元器件，建立系统建模，并利用其友好的交互式界面进行仿真分析。这样，学生可以清楚地看到整个电路运行过程，对诸多结论性的波形“知其所以然”。
3.2拓展内容探讨
根据课程学时安排的不同，建议有针对性地进行课堂内容的拓展讲解，开阔学生视野，同时为后续课开设做一定的技术铺垫。例如，作为控制与电气学科的连接纽带，电力电子许多知识点会涉及相关先行课程。对此，建议回顾并凝练相关的重要结论，这种学科交叉点最难以讲解但极容易引发学生的积极性并锻炼其发散思维。此外，与主干课不同，作为选修课的电力电子通常没有实验课，建议结合MATLAB等工具进行模拟，加深学生的理解和记忆。
最后需要注意，电力电子是一种工程性极强的技术，课堂中要注意理论与工程的结合。例如前面提到的新能源技术，可以渗透到每章的课程中，这对于实现研究型和启发性教学具有积极意义。
4结语
电力电子技术既是“强电”和“弱电”的桥梁，也是理论与实践相结合的典范。本文简要探讨了电力电子技术的教学思路，结合新能源技术，探索了一些新的教学方法，希望对于提高大学课堂效率、培养学生兴趣以及实践科研型教学提供有益参考。
参考文献
[1]王兆安，刘进军.电力电子技术[M].北京：机械工业出版社，2009.
[2]黄忠霖.电力电子技术的MATLAB实践[M].北京：国防工业出版社，2009.