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关键词：multisim；仿真；电力电子电路
中图分类号：TP311 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2016）13-0153-02
Abstract：This article introduces a power electronics teaching methods based on multisim. And we select two typical power electronic circuits to simulate . Through the experiments the establishment of the circuit，the choice of electronic components， circuit parameter settings and waveform analysis are described in detail.
Key words： multisim；simulation；power electronic circuits
1 概述
电力电子技术是强电专业的一门核心基础课程，其实践性很强，对学生的动手能力要求较高。笔者在该课程的教学过程中发现主要存在以下几个问题：
1）学生很难理解电力电子器件的工作原理，比如晶闸管的导通和关断条件。
2）在授课过程中电力电子波形的绘制需要花费较长的时间，尤其是三相电路的相关波形。
3）在实训过程中耗材的损耗很大，比如晶闸管、晶体管等。
4）电力电子系统多为高电压、大电流的大功率系统，实训过程中对于学生的人身安全和设备安全不能得到绝对保证。
如果在教学过程中引入计算机仿真技术就可以很好的解决这些问题，同时仿真教学可以使得教学过程更为生动、直观，有利于激发学生的学习兴趣，提高教学质量。
2 multisim仿真软件介绍
20世纪80年代加拿大的IIT公司推出了一款颇具特色的电子仿真软件EWB5.0，其界面形象直观、操作方便、分析功能强大、易学易用。Multisim软件是它的升级版，本文中所使用的是最新的multisim10版本，其主要特点有：
1）具有完全交互式的仿真器，允许使用者对电路进行实时的改变，并能实时的看见电路仿真结果。
2）具有二十多种不同的虚拟仪器，包括示波器、万用表、频谱分析器等。
3）功能强大的教学选项，老师可以自行制定Multisim 10的使用界面和可能选用的仪器和分析，从而控制学生在电路中所见的画面，以及能够存取的功能。
4）16000个零件数据库，16000个零件资料库。
图1为multisim10的主界面。
3 仿真实例
1）单相半波可控整流电路（阻性负载）
启动multisim10软件，从其元件库中选择所需的电路元件，连接成电路。如图2所示。其中双踪示波器用来显示触脉冲和负载上的电压波形，A相位为负载波形，B相位为触发波形。
启动电路开始仿真，波形如图3所示，显然负载上的波形为缺口的正弦半波波形。
2）三相半波可控整流电路（阻感性负载）
如图4所示为三相半波整流电路，负载为阻感性负载。图5为阻感性负载上的电压波形。
4 结束语
利用multisim实现仿真实验教学，同传统的电力电子实验相比，可以边实验边修改，由于使用的元器件和仪表都是虚拟的，所以不存在安全问题，另外实验成本低，实验效率高，实验结果直观形象。学生在仿真实验过程中，有自己独立思考的时间和空间，有利于培养学生的创新思维能力。但是仿真实验并不能完全取代传统的实验手段，因为学生在仿真实验中看到的都是理想波形，而实际上会存在很多的干扰信号，学生只有在真实的硬件试验中才会掌握。只有将仿真实验与硬件实验相结合，才能帮助学生更快更好地掌握知识，进一步提高学生的综合实验和创新的能力。
参考文献：
[1] 王兆安，黄俊. 电力电子技术[M].4版.北京：机械工业出版社，2000.
关键词：电力电子技术；例证法；仿真
引言
电力电子技术简言之就是应用于电力领域的电子技术，包括信息电子技术和电力电子技术两个主要分支，涵盖了电子学、电力学和控制技术三个学科。电力电子技术是电气工程及其自动化专业的专业基础课程，主要体系包括：电力电子器件、电力变换、控制技术三部分主要内容。电力电子器件从1957年美国通用公司发明第一个晶闸管开始，经过数十年的发展，从半控型到全控型，从小容量到大容量，从中低频到高频、超高频的发展历程。电力变换也称之为“变流技术”，实现了交直流的电力变换，具体包括：AC－DC、DC－AC、DC－DC、AC－AC，从而使电力电子技术得到广泛应用，是电力电子技术的核心部分。控制技术主要指电力电子装置采用的控制方式方法，最为常见的是相位控制、通断控制及软开关控制技术等。
1理论和实践教学现状
随着高校教学改革的深入，电力电子技术学时逐渐减少，理论教学通常停留在课堂教师讲解，学生被动接受的情况，很难唤起学生的学习热情和学习兴趣。实践教学通常停留在验证性实验为主的层面，主要完成对所学知识的验证，学生按部就班的按照指导书完成实验操作，而忽略了实验的原理、电路的工作原理，当实验环境稍有改动，则无所适从，达不到解决实际问题和提高专业技术水平的教学目的。如整流电路公式、输出波形的验证等，内容和形式单一。实体实验设备电压等级高，电流较大，而且极易损坏，很难达到实践教学的效果，因此迫切需要对理论和实践教学进行改革。
2理论教学改革
课程的知识体系如图1所示，采用预习仿真、例证等方法完成相应理论知识的讲解。
2．1例证法的应用
电力电子技术知识繁复，学生应熟练掌握电路的工作原理、波形分析、数量关系等知识，只枯燥的讲解理论，难以把学生的注意力凝聚起来，采用例证法是很有效的已知办法。以单相整流的基础电路半波整器为例，首先从简单的手机充电器入手，手机充电器是从城市电网（墙壁电源）当中获得交流电，通过整流器将交流电转化成直流电给手机电池充电的设备，再研究电路不同负载时的工作原理、波形分析、数量关系等知识点，讲解也就更显通俗易懂，从而完成靶向性教学。随着学习的深入就可以进一步研究如何缩短各种充电器的充电时间等。所谓的“充电5分，通话2小时”“快速充电”“护眼灯”“无线充电”等等也就不再神奇。从充电器到充电宝就引申出逆变和组合电路，为后续知识的讲解做出了形象的铺垫。
2．2仿真在理论教学中的应用
因为电力电子技术课程中有很多的波形分析内容，手工绘出的波形缺乏灵活性，所以在电力电子技术理论教学中，仿真的作用就尤为重要。利用仿真软件分析对电气工程及其自动化专业学生理解电路的工作原理及工作过程分析，定量计算等均有莫大的帮助。现今主要应用于电子电路的仿真软件有：通用软件MAT-LAB、通用仿真软件PSpice、通用仿真软件Saber、专业仿真软件PSIM等。如图2、图3所示单相半波整流电路的仿真。建议学生在课前完成电路的仿真，从而使学生掌握了电路的组成，了解电路的工作情况及相应的特性，从而为相应知识的学习打下坚实的感性基础。
3实践教学改革
电力电子技术的主要特征就是实践性很强，体现了实践教学体系与理论教学体系相互衔接和验证。
3．1实验项目的设置
实践教学分阶段、分层次设置，由简入繁，如整流电流设置单相和三相电路实验，其中单相为选做内容，三相整流电路（含触发电路）为必做内容；单相交流调压电路实验是基础为必做内容，而三相交流调压为设计性实验；斩波器只需完成简单的升降压斩波电路的实验等。增大设计性实验如灯光亮度调节装置、软启动器、直流电机调速系统、开关电源、功率因数校正等装置的设计与制作，提高了学生动手能力和专业素养。对于危险性比较大的实验，设置高端演示实验，如逆变实验，利用中频炉演示完成。
3．2模拟仿真实验
在实践教学中引入了MATLAB仿真软件，充分利用软件的功能，对电路的不同特性进行仿真。如PWM控制系统、交交变频调速系统等复杂的系统实验等。利用仿真软件的强大功能实现系统的优化和极端控制，有效地掌握系统的动静态特性，参数设计，达到控制要求，满足系统的性能指标。
3．3项目驱动等
根据电力电子技术课程特点及教学目标的要求，充分利用教师的科研项目、大学生科技竞赛、企业参观实习、运动控制系统课程设计等环节，实现对电力电子技术实践环节有益的补充。
4结语
电力电子技术课程通过在电气工程及其自动化专业几年的教学改革与实践，明确了教师指导，学生的主体地位，让学生自己结合实际应用，扩大视野，拓展思维，激发进一步探究的兴趣，促使学生主动掌握理论知识，应用理论知识，有效地提高了分析问题、解决问题的能力，达到了教学的目的和效果。
参考文献
1王兆安．电力电子技术［M］．北京：机械工业出版社，2013
2黄信兵．“项目驱动教学法”在电力电子技术课程改革中的应用与探索［J］．大学教育，2013（11）
3孙晓明．“电力电子与电机调速技术应用”课程教学改革与探索［J］．教育与教学研究，2016（1）
4陈宏．基于Matlab的电力电子技术课程的教学探索［J］．实验室科学，2013（1）
关键词： 《电力电子技术》 教学改革 慕课 翻转课堂
1.引言
电力电子作为一项新兴技术，因为其变换和传输电能的功能，在生产生活的各个领域受到越来越多的关注。全球性的能源危机使人们的目光开始转向环保型能源，如太阳能、风能，不同形式的能量之间的转换必须依赖电力电子技术。以上海为核心的长江三角地区经济的快速发展，必然会带动电力电子技术的大力发展与应用，同时电力电子技术的发展也相应推动长三角地区经济的迅速发展。
目前国内外高等教育部门均已认识到加强电力电子技术专业教育的重要性。通观全球的电力电子技术教育现状，“改革”的观念渗透到从课堂教育、仿真、实验到专业论文的方方面面。近十年，当高职完成规模建设的过程后，必然实现走内涵发展的道路，实现人才培养目标。我院人才培养目标定位：立足不断探索创新人才培养模式，培养高素质的技术技能型人才。因此，无论从该课程对国计民生的重要性还是从教学务实的角度讲，对于该课程的建设和教学改革都具有重要的实际意义。
2.教学现状
（1）学生方面。对于高职学生，本门课程一般在大二开设，已有电学的基础知识，但是本门课程涉及的电学知识，被遗忘和不扎实现象特别严重，在讲授过程中因为没有掌握基础知识，所以学习这门课程很吃力，以致厌学。
（2）教学方面。近十年来电力电子技术得到飞速发展，新器件和新的控制方法不断出现，《电力电子技术》教学内容必须随自身技术的发展及时更新，但实际授课教材大纲往往内容滞后，与电力电子技术的发展不协调，造成课堂教学与工程实践相脱节；基本沿用传统的以课堂教学为主、验证性实验为辅的教学模式，与先进的现代教学方法和教学手段不相适应，不利于学生对本课程的深入理解；目前课时越来越少，给高职学生的学习和教师教学带来难度。
3.教学方法改革
利用新的教学方法提高学生对电力电子课程的兴趣，被视为电力电子教学改革的重要手段。迅速发展的信息技术和网络技术不仅被应用于实验室建设，而且被广泛作为课程教学的新方法。国内外许多大学都已开发出电力电子的网上授课内容，并以多媒体的形式呈现，其中以瑞士的iPES最著名。
通观国内外高校电力电子教学现状，有很多值得我们学习和借鉴的新方式、新方法，在我国电力电子教学改革中，以下几方面值得注意。
（1）建立系统的观念。在教材编写与课程内容组织的过程中，从电力电子系统的观点出发，将相关知识有机融合，避免将各种电力电子器件、各种结构功能的电路作孤立讲解，因为电力电子电路通常都是几种电路组合在一起构成一个系统实现一定的功能的，仅仅孤立地讲解其中的一个意义不大。
（2）注重电力电子电路的设计，培养学生的电路设计思想和能力。从电路设计的角度出发组织电力电子技术的教学内容，是一种很好的教学方式。哪怕是最简单的电力电子电路的设计，也是一个很好的开端。
（3）课堂教学、仿真、实验并重。在课堂教学中引入各种先进的教学手段，在实验室中引入先进的仿真软件，如MATLAB、PSPICE等，同时下大力气建立电力电子技术实验室。通过各种实验电路搭建完整的电力电子系统，应是实验室的基本功能，而不仅仅是对各种功能电路的验证。
（4）在教学中，为了跟上电力电子技术快速发展的步伐，仅仅讲授教材中的内容是不够的，还应采取调研、讨论、讲座、专题报告等各种形式，使学生对电力电子技术的前沿技术有所把握，为学生未来的科研与工作打好基础。
（5）积极开展电力电子及相关课程的网上教学，用动画、多媒体等先进手段展示电力电子的课程内容，提高学生的学习兴趣。通过交互式网页设计使学生主动参与学习，增强教学效果，如“慕课”（MOOC，大规模在线开放课程）。
4.MOOC+翻转课堂
近年兴起的“慕课”已在全球高等教育界引发热潮，我国北大、清华、复旦等高校相继加入“慕课”平台。同时，国内高校认识到，应借势“慕课”冲击，努力提高教学质量，还能用较低的成本进一步均衡国内高等教育优质资源。建设“中国式慕课”很快由理念变为行动。
翻转课堂是指重新调整课堂内外的时间，教师不再占用课堂的时间讲授信息，这些信息需要学生通过看视频讲座、听播客、网络阅读等形式课后自行学习。教师更多地利用课堂时间对学生进行一对一的互动和指导。
把基于MOOC的翻转课堂法融入《电力电子技术》的教学实践活动中，使师生共同走进课程，体验、思考，成为课程的创造者和主体，这种教学改革在全国范围的课程改革中尚属前沿。
参考文献：
[1]陶生桂，胡兵.长三角地区电力电子技术发展及应用[J].变流技术与电力牵引，2007，1：38.
[2]关晓菡，赵徐森，张卫平，刘元超.电力电子技术实验教学改革探讨[J].第四届全国高校电气工程及其自动化专业教学改革研讨会论文集，2005：543.
【关键词】电力电子 教学改革 模块化教学 创新
电力电子技术是电力电子变换和控制技术的简称，是一门综合电子技术、控制技术和电力技术的新兴交叉学科。《电力电子技术》教材内容理论性强，高职学生学习感到十分困难，笔者结合多年教学实际，就教学内容、教学方法、教学手段等方面对该课程的教学改革进行了探索，有效地增强学生的学习兴趣，使学生较好地掌握课程内容，培养了学生的工程实践能力和创新精神。
一、课程与学生现状分析
电力电子技术是利用电力电子器件实现电能的变换和控制，教学重点主要是器件及其应用。器件重点讲述晶闸管、MOSFET和IGBT，电力电子电路重点讲述四大变流电路AC/DC、DC/DC、AC/AC、DC/AC。传统的教学方法是先器件再电路，条理清楚，但由于职业中专学生文化知识基础薄弱，理解能力相对缺乏，很多学生只要遇到稍有难度的学习问题，就会消极厌学，教学效果较差。因此，需要在电力电子教学过程中引入新的理念，进行教学改革，促进课堂效率的提高。
二、教学改革方案设计
1.优化组合教学内容
《电力电子技术》教材内容比较抽象，理论性强，学生的知识水平不易跟上。为了较好地完成教学目标，应打破学科理论体系，根据高职培养目标定位，以能力为中心，确定若干个教学模块。每一个教学模块中，以一个单功能的实用电路作为核心，把该电路的制作与分析结合起来进行教学，把一个个实际单元电子电路制作、测试与分析相结合的教学更加贴近生产实际，既可以解决理论与实际相结合的问题，又可以提高学生的学习兴趣、解决学生的理解问题。
整个教学内容被分成6个功能模块。每一个模块都有明确的教学目标。如调光灯模块，主要教学目标是让学生掌握元件晶闸管的工作特点及可控整流触发电路，通过实例的制作，不但可以吸引学生的注意力，还可以加深学生的理解力。一学期教学结束，学生只需通过这六个实用电路，即可将整个电力电子技术的理论串联起来，同时，也培养了不管学习什么理论，都要把它放到实际生活中应用的良好习惯。电力电子技术教学模块见下表。
2.灵活运用教学方法和手段
首先，电力电子这门课的知识点主要是建立在晶闸管的工作原理之上，在此基础上对晶闸管进行组合形成不同电路；其次，电路所接负载基本上就只有以下三种：电阻性负载、大电感性负载、反电动势负载。例如，在可控整流电路部分，上课时教师只需将单相半波可控整流电路讲透，其余的如单相全控桥、单相半控桥，三相可控整流都可由学生自学。明确目标，变教师的“教”为学生的“学”，让学生带着问题学习，充分调动了学生的主观能动性。学生通过自主学习，能达到预期的教学效果。
3.利用现代化教学手段，提高教学效率
电力电子技术课堂教学的最大特点就是电路图和波形图较多，实践性强。随着电力电子技术的不断发展，内容不断增加，如何增强学生的学习兴趣，使学生较好地掌握课程内容，多媒体教学存在不可比拟的优势。比如，教学中的各典型电路部分涉及众多的电压、电流波形分析，传统的黑板教学方式既费时又不方便。因此，有必要制作适合本课程特点的多媒体课件，提高课程的教学效果。为解决有关波形演示问题，用Flash制作了波形演示动画，演示时，控制角可任意选择，各波形可连续画出，也可点动画出，非常方便课堂教学，取得了很好的课堂教学效果。
4.开展EDA实验，配合提高实训教学效果
随着计算机应用的迅速普及，在教学实践的过程中，结合理论教学的进程，利用计算机的电子设计自动化软件在计算机上进行基础验证模拟仿真实验，作为教学的补充，使学生增强对电路的感性认识，掌握各种仪器的基本使用、电路参数的测试方法。实验由教师结合教学内容通过多媒体教学平台演示完成，再由学生练习。通过人机对话的方式，能使每个人都能亲自动手搭接电路，进行元件接线，参数设定。软件Matlab/Simulink有完善的电力电子工具包SimPow-ersystem，其中有各种器件、电源、负载、测量和波形显示元件等，可以搭建各种电力电子电路。比如，学生根据整流与有源逆变实验原理图，自由地设计各种不同的实验。通过选择实现单相整流、三相桥式整流、三相桥式有源逆变等多种实验。也可通过脉冲控制开关的闭合或分断，来模拟晶闸管开路故障、驱动脉冲丢失故障等实验。设置负载电感Ld和负载电阻Rd的数值可以组合成多组不同负载参数的纯阻性负载、感性负载等。通过软件可随时调整和修改元器件参数，分析各元件参数对电路的作用与影响，所以调试和测量本身就是最好的学习过程。开设了EDA实验后，学生通过与理论课同步的软件仿真实验，搞清楚了电路的工作原理、波形关系、参数条件、调试方法和可能出现的各种问题等。再做硬件实验时，其思路、方法和电路分析调试能力大有提高，实训收效显著。
5.多途径提供信息，激活创造思维
现代科技飞速发展的今天，电力电子技术作为弱电与强电的桥梁，正在与微电子技术和自动控制技术相辅相成快速发展，还与多个学科相互渗透，电力电子技术已经成为当今世界经济的重要支柱。当前的学习是基于资源的学习，网络、专业书籍、报刊等都是可以利用的重要资源。充分利用这些资源，教师可以冲破单一教材的狭隘视野，获得内容更加丰富、形式更加多样的教学内容，开拓学生眼界。同时，不断向学生提供各种有利于学习新知识的信息，让学生在有效信息的引导下，在已有知识基础上，一步步地建构自己的新知识，有利于激活学生的创造思维。
总之，在电力电子教学过程中，结合课程和学生的实际，灵活运用教学方法和手段，采用模块化教学，将理论教学和实践教学有机地结合起来，既利于学生加深理解和掌握书本的理论知识，又能在很大程度上提高学生的学习积极性，提高学生的学习效率，学校培养出的人才也更能适应社会的需要。
参考文献:
［1］黄克孝.职业和技术教育课程概论.上海华东师范出版社，2001.
关键词：电力电子；教学改革；实践
电力电子技术是电力电子变换和控制技术的简称，是一门综合性的电子技术、控制技术和电力技术的新兴交叉学科，是自动化专业的一门重要的专业基础课。该课程总学时36学时，其中实验6学时，其课堂教学的最大特点就是电路图和波形图较多，实践性强。随着电力电子技术的不断发展，内容不断增加，如何在有限学时内获得最好的教学效果，使学生较好地掌握课程内容，并培养学生的工程实践能力和创新精神，增强学生的学习兴趣，是一项急需解决的问题。本人从教学内容、教学方法，教学手段，实践环节，教学研究等几方面对该课程的教学改革进行了探索。
一、课程的重点、难点
1、课程的重点
各类电力电子器件的通断控制特性、四类基本电力电子开关电路拓扑结构、实现电力电子变换和电力电子补偿控制的原理、电力电子变换的过程中运行参数的变化及实时控制特性、输入输出电流电压波形分析。
2、课程的难点
电力电子电路种类繁多，当电路中含多个开关器件时电路的运行模态较多，且理解电力电子电路特性时常常要从s级、ms级和us级等不同时间尺度人手，因此学生学习时容易被本门课程表面的繁杂所迷惑，甚至感到无所适从。而且本门课程实践性很强，学生在课程学习时难以将所学知识与实践相结合。
二、调整教学内容
1、优化课程内容
晶闸管是半控型器件的代表，在20世纪90年代前期，应用范围相当广泛。但从20世纪80年代初，以P-MOS-FET和IGBT为代表的全控型器件发展迅速，目前已经成为电力电子领域的核心器件，这影响到主电路拓扑结构、控制方法，也同样影响电力电子技术课程的教学。在教学过程中，将半控型器件的相关内容删减，介绍全控型器件的特性，由全控型器件组成的斩波器、逆变器、变频器。压缩和删减一些已过时或在实际工程中应用较少的器件和电路。例如在整流电路章节中晶闸管直流电动机系统，原来它是可控整流装置的主要用途之一，但目前已由全控型器件构成的PWM脉宽调制电路所取代，因此在授课时就简单介绍。在删减晶闸管教学的同时，必须强化全控型器件及电路、控制方法的教学。
在课程内容上，将电力电子技术的内容分为有机的几个部分，提出了新的课程内容设置思路，即以电力电子开关器件为核心、以四类基本变换器和两种控制方法为基础、以四类应用为目标，兼顾当前技术发展，这种内容设置方法有利于学生掌握课程核心内容。
在器件学习中，就着重指出全控型尤其是电压型全控器件的优点，让学生知道全控器件制造工艺的发展决定电力电子的发展。在讲授斩波电路和逆变电路时，要以全控器件为基础。对脉宽调制PWM控制技术这一章要重点讲解，指出正是采用了全控器件才得以使这一技术得到大量应用，成为电力电子的核心技术，是电力电子技术的一场革命。另外结合应用，要加强交直交变频和直流开关电源的教学。
2、适当增加最新技术的教学
由于电力半导体器件和微电子半导体器件日新月异的发展，电力电子技术每隔不久便有一个新飞跃，其应用领域也在不断扩大。要及时传授该学科的前沿知识、介绍其发展趋势，使学生对该学科有一个清晰的认识。如对当前电力电子最新应用：矩阵式交一交变换器、电网谐波抑制技术、功率因数提升技术等内容作较为详细的介绍。另外，应加强理论联系实际，介绍一些和生活息息相关的应用，如电子镇流器，增加学生的见识，提高他们的学习兴趣。
三、改进教学方法和手段
1、培养学生的主动性，提高学习兴趣
从第一节课开始，通过大量的图片，演示了电力电子的多种应用，包括工业生产、交通运输、电力系统、家用电器、航天飞行器等。通过这些生动的实例，使学生明白电力电子其实就在身边。这门课的内容不是空洞的理论，而是与实际紧密结合的。在讲授DC-DC变换器时，与直流开关电源结合起来，并制作了小功率Buck变换器样机。演示时调节占空比，观察输出电压，学生印象深刻。此外，还向学生推荐阅读相关的期刊，并精选了几篇文章让学生仔细阅读。这些文章从理论分析、电路设计、控制系统设计到仿真和实验验证都比较完整，内容具备典型性，让学生初步了解电力电子科研和最新发展的动态。这些措施改变了以往学生被动接受的状态，学生对这门课的兴趣大大提高，学习有了主动性。
2、利用现代化教学手段，改善教学效果
近年来，多媒体教学逐渐代替了板书成为主流课堂教学手段，那么这种静态的演示文稿却还不能吸引学生。如何有效地利用多媒体手段，将枯燥的分析变得生动，也是该课程教学中一个棘手的问题。具体对于电力电子技术课程，方法是使图形、波形动起来。采用了相对易用的软件Matlab/Simulink。软件中有完善的电力电子工具包SimPow-ersystem，其中有各种器件、电源、负载、测量和波形显示元件等，可以搭建教材中的各种电路。在课堂上演示给学生，且可以方便地修改电路的参数。为了使演示界面更友好，我们在课下制作flash课件，可进一步丰富教学资源。采用这些方法后，大大改善了课堂讲授效果。
四、加强实践环节
在学校的大力支持下，近年来实验教学从教学思想、实验教学管理和教学条件上都有了很大改进，正在由演示性、验证性实验向设计性和创新性实验发展，由封闭实验室管理向开放管理发展，由单一的电力电子实验向综合性实验发展，由教师主导进行实验向发挥学生自主性发展。
调整实验的内容，保证实验的先进性、代表性和方向性实验内容，首先要考虑理论教学的进度及其知识的难点和重点，以利于学生对基本理论、基本原理的掌握；其次要对原有的实验内容进行筛选、补充、综合，减少验证性实验，多开一些综合性、设计性实验。对电力电子技术实验，保留原有的晶闸管整流、逆变的验证性实验，使学生对本课程的应用有初步认识，对直流斩波、交一交变换以及PWM控制技术部分的实验，则可开出设计型实验，由教师给出电路参数，由学生自行设计主电路，选择器件及其驱动电路、保护电路，进而完成实验，培养学生分析问题，解决问题的能力。
五、结束语
关键词：电力电子技术；MatlabGUI；虚拟仿真平台；教学可视化平台
电力电子技术是使用电力电子器件对电能进行变换和控制的技术[1]。它是以高等数学、电路原理及模拟电子技术等课程为基础，同时也是自动控制原理，电机与拖动等专业课程的基础课，具有很强的实用性和综合性，是电气工程领域理论和实践相结合的专业核心课程之一，因此电力电子技术教学质量的好坏，将直接影响后续课程的学习[2⁃4]。电力电子课程概念多、知识面广、实践性强，这给老师讲课和学生理解带来很大的困惑，所以借助实验来加深学生对基本概念、基本理论和基本方法的理解很有必要。而传统电力电子实验教学受场地、器材、时间等诸多因素的影响，难以让学生达到基本的实验目标。虚拟仿真实验平台投入小，不受时间、地点的限制，具有一定的开放性，方便学生创新等优点。所以借助虚拟仿真平台来辅助课堂及实验教学会起到巨大的帮助作用[5⁃7]。本文借助Matlab/Simulink仿真环境，以及GUI（GraphicalUserInterface）设计友好的人机界面，通过GUI输入框中数值的不同，改变电路参数，即可在界面观察对应的波形变化。同时在界面中添加不同的入口画面，可以观察仿真原理图，以及该电路的原理分析。同时，在虚拟仿真平台中加入电路的闭环实例分析，加深学生对该电路的理解，提高学生的积极性和学习效率[8⁃9]。
1电力电子虚拟仿真平台的建立
1.1电力电子虚拟仿真平台结构
在设计GUI界面之前，首先需要确定虚拟仿真平台的结构。由于设计该平台的主要目的是为电力电子课程提供一个教学和实验的仿真平台，对电力电子课程中的一些常用电路进行动态仿真，帮助学生深刻理解电力电子课程中电路拓扑和电路实例。根据这些基本要求，并结合电力电子课程的特点，确定了虚拟仿真平台的结构框图，如图1所示。该平台包含了电力电子技术中常用电路，如整流电路、逆变电路、直流⁃直流变流技术、交流⁃交流变流技术及PWM控制技术5个基本模块。课程的其他内容可在虚拟仿真平台的基础上扩展，因此，该平台具有很强的通用性。为了使每个模块设计更加简单，虚拟仿真平台采用了分层设计方法，将该平台分为若干个模块，每个模块包括一些子模块。图2给出了直流⁃直流变流技术模块的组成框图，它包括原理分析、运行界面和实例分析三个子模块，其他模块的设计思想同该模块基本相同。
1.2Matlab图形用户界面设计
Matlab为用户提供了强大的集成图形用户界面开发环境（GUIDE），用户可以方便地设计图形用户界面，开发自己的用户程序[10]。图形用户界面（GUI）是由窗口、菜单、文字说明、标签等控件构成。用户通过提供的控件，如按钮、滑块、列表框等可以设计出易于理解的人机界面。一个图形用户界面必须包括控件（Compo⁃nent）、图形窗口（Graphics）和回调函数（Callback）三个部分，利用GUIDE创建GUI是常用方法之一。使用GUIDE创建GUI的基本步骤如下：（1）选择控件类型。根据预期的界面设计，选择控件类型。电力电子教学虚拟仿真平台中使用的控件主要包括按钮、输入框、标签、坐标轴及面板等。（2）设置控件属性。控件的基本属性包括字符（String）、标签（Tag）、字体大小（FontSize）、前景色（Fore⁃groundColor）等。通过设置控件属性，实现预期的功能指标。（3）编写回调函数。确定整个界面布局之后，需要编写控件的回调函数。鼠标右键单击控件，选择“查看回调”“callback”，编写回调函数。在界面设计中用到的主要函数如下：get_param（′boostdianlu/Vin′，′Amplitude′）；%获取电路输入电压幅值set_param（′boostdianlu/Vin′，′Amplitude′，a）；%设置输入电压幅值options=simset（′SrcWorkspace′，′current′）；%指定模型从当前空间运行，获取编辑框中输入电压幅值参数sim（′boostdianlu′，[]，options）；%使用sim（）函数使仿真模型从当前GUI函数空间进行仿真plot（tout，yout）；%将输出波形绘制到当前坐标轴对象上
1.3Simulink仿真模型
Simulink是Matlab的一个功能组件，为用户提供建模和仿真的工作平台。Simulink的SimPowerStems仿真工具箱提供电机与拖动、电力系统与自动化以及电力电子等仿真模块，几乎涵盖所有电力电子电路的仿真模块。按照电力电子电路的基本原理，利用工具箱提供的模块可以进行仿真电路的搭建[11]。以“升压斩波闭环仿真电路”为例，说明建立仿真模型的基本步骤：（1）调用功能模块。根据升压斩波电路原理图，确定所需功能模块，找到它们所在模块库。（2）创建并保存模型。建好模型后，使用Save命令保存，以便下次使用时直接调用。（3）连接模块并设置参数。将各个功能模块按照布局进行连接，并设置每个模块的参数。（4）运行仿真并显示结果。
2电力电子仿真平台实例
根据图1所示的虚拟仿真平台结构框图和图2所示的直流⁃直流变流技术模块结构框图，采用GUIDE设计各基本模块和子模块的图形用户界面，编写各控件对应的回调函数，响应用户操作。该GUI界面由主界面、原理分析界面、运行界面以及仿真模型四个部分组成。
2.1直流⁃直流变流技术主界面
主界面是访问该节的第一个用户界面，如图3所示。直流⁃直流变流技术主界面由标题和功能选择按钮组成。在主界面中列出了包括降压斩波电路、升压斩波电路、升降压斩波电路等常用的六大类基本斩波电路。每一类电路中有三个按钮，对应三个入口，分别是“原理分析”、“运行界面”以及“实例分析”。用户点击其中任意一个按钮，即可进入对应的功能界面。
2.2升压斩波电路原理分析界面
以升压斩波电路为例，当点击“原理分析”按钮后，通过按钮对应的回调函数，就可跳转到升压斩波电路的原理分析界面，如图4所示。原理分析界面由三部分构成，分别是电路原理图、原理分析文字说明以及主界面按钮。学生通过原理分析界面巩固所学内容，进一步加深对升压斩波电路基本原理的理解，提高理论知识的学习效果。当点击“主界面”按钮时即可返回图3所示的直流⁃直流变流技术的主界面。
2.3升压斩波电路运行界面
当点击升压斩波电路“运行界面”按钮后，跳转到对应的运行界面，如图5所示。运行界面由参数设置栏，波形栏以及菜单栏三部分组成。在参数栏设置需要改变的参数，分别为电压E、电容R、电感L、电阻R。在输入框中输入对应的数值可改变仿真电路的参数[12]。波形栏共有三个坐标轴，分别显示输出电压，电感电压以及开关信号波形。菜单栏包括仿真按钮和主界面按钮两部分。点击“仿真”按钮进行电路仿真，点击“主界面”按钮返回图3对应的直流⁃直流变流技术的主界面。图5运行界面通过输入框改变仿真电路参数，不用在仿真模型中双击元件改变，提高了仿真效率，同时该界面可直观地观察电路参数的改变而引起的波形的变化。
2.4实例分析电路
当点击“实例分析”按钮后，打开以升压斩波电路为基础的闭环仿真电路图。“运行界面”只是针对课本中开环升压斩波电路进行操作，而在实际工程中，几乎所有的电路均使用闭环模型，由于闭环仿真电路在课堂中不作讲述重点，学生对闭环设计无从下手，不能将所学知识应用于实际工程。因此，在虚拟仿真平台添加“实例分析”入口，有助于学生从工程的角度理解闭环仿真电路的设计方法，以及闭环参数改变对电路的影响。
3结语
首先要选择项目内容，在课堂上先让学生了解关于要学习的课程的内容大致有哪些，讲解一些要学习的项目的需要的辅助知识，如讲解白炽灯调光电路项目，首先要像学生讲解些电路的工作原理，白炽灯的结构，结构的特性和对这种结构的分析，除了像学生展示这些，还要让学生去自己研究、探讨，学会安装，充分理解工作原理，加深学生对白炽灯工作原理的印象，更激发了学生学习这个项目的浓烈兴趣。最终目的学生能够自己独立完成白炽灯的电路设计。最后由学生像大家展示自己的工作成果和通过这次实验得到的经验。
2电力电子课程特点
电力电子课程的实践性很重要，相当一部分需要去动手操作，做到理论与实践的结合。在专业上学生能掌握扎实的理论基础和相当强的实践能力。课程安排的也相当丰富，学生能了解到各种的高级技术。
3项目教学的实施
与传统教学的不通处有几点，以前以老师为中心，现在以学生为中心；以前围绕教材学习，现在围绕项目学习；以前课堂是学习的重要场所，现在现场教学更重要。
3.1注重学习方法，以前传统课堂注重文化教育，学生只是机械的去学习，现在更重视学生的职业能力，让学生更多的去动手，与社会有一定的接轨。专业性会很强。
3.2注重项目的实施环节设计。每个项目都要由开始到展开到结束。每个环节都很重要，需要找出它的知识点，针对不同的难度去找相应的教学点。总之是为了学生能更深刻的理解学到的理论知识，灵活的去应对实践中面对的问题，增强操作能力。成为优秀的人才。
4项目的选取与实施
项目教学法最重要的是项目的选取，项目是学生直接接触的，好的项目让学生更有兴趣去学习。选取的项目一定要实用，理论方面难度要适中，太难学生理解不了，会打击学习的积极性，太简单，学生会不愿意去学习，而且选取的项目理论在实际生活中有学生可以实践的技能，选取的项目之间要相互关联，可以整体体现出这门课程的特色和学习的方向。选取最有效的项目。项目的实施中心是学生，在老师下达任务后学生根据接到的项目去搜集相关资料，了解更多关于项目的知识，不懂的地方老师要做参谋，去适当给学生分析。最后，项目结束时老师要和学生一起探讨关于这次项目中学到的知识和各种不足，做一个充分的总结。
5结语
但是,随着学生人数的增加,实验设备的更新速度明显无法满足企业对于高职院校毕业生能力的要求,同时在进行实验教学过程中实验项目的选择图1TKDD-1电力电子技术及电机控制实验装置还不能完全满足现行教学的需求,能够开设的实验数量少且较简单;实验教学中通常采用缩小功率的系统进行模拟分析,往往会使实验结果产生较大误差;随着时间的推移,实验设备逐渐老化,在实际操作中容易受接触不良等因素的干扰,使实验结果与理论分析不符甚至出现异常现象;有些实验因在高压下进行,还存在一定的危险性。基于MATLAB的计算机仿真技术已在许多本科院校有了相当成熟的应用,并已取得了良好的教学效果。然而,对于侧重培养学生实践及动手操作能力的高职院校而言,多数实验是基于现场实验装置进行的,计算机仿真技术尚未引起足够的重视。针对这一现象,提出将基于MATLAB的计算机仿真技术引入高职院校电力电子技术课程实验教学环节的过程中。
1案例分析
教学中一般采用的教学模式为:电路原理分析-电路关键参数的设计-电路仿真-仿真结果分析讨论-总结电路的特点及各参数对电路的影响[3]。
1•1单相交流调压电路
单相交流调压电路是把两个晶闸管反向并联后串联在交流电路中,通过对晶闸管的控制来控制交流电力的控制电路。广泛应用于灯光控制(如调光台灯和舞台灯光控制)、异步电动机的软启动、异步电动机的调速、供电系统中无功功率的连续调节等诸多领域。在进行单相交流调压电路的教学过程中,由于课本仅给出了如图2所示的电路构成[4],学生对此缺乏感性认识,课堂教学效果欠佳。而在进行实验调试的过程中,又往往会出现控制角α的调节不准而导致实验效果不佳的问题,使学生对电路的理解不准甚至干脆无法理解。使教师讲得费力、学生听得费神,无法获得良好的教学效果。针对这一问题,引入基于MATLAB的虚拟实验室进行计算机仿真以确保教学的有效性,使学生一改往日“上课听听、作业抄抄、考试突击”的被动学习为“勤动脑、肯动手、敢提问、会分析、能解决”的主动学习[5],同时,对学生学习兴趣的提高起到了有力的推动作用。以下从构筑电路、参数设置及仿真比较方面分析不同负载、不同电路状态时的输出结果,以增强学生对知识内在联系的把握及认识,培养其创新意识。1•1•1带电阻性负载的仿真串联RLC模块中参数设置为R=45Ω,L=0H,C=inf(无穷大)。仿真结果如图4所示。
1•1•2带电阻电感性负载的仿真
串联RLC模块中参数设置为R=45Ω,L=0•1H,C=inf。仿真结果如图5所示。
1•2三相正弦波脉宽调制变频电路
三相正弦波脉宽调制变频原理如图6所示[4]。在实际工程试验过程中,由于该电路接线复杂,并对示波器有较高要求,因此不得不借助计算机虚拟实验室来实现波形及参数的观测与调节。三相正弦波脉宽调制变频电路的系统是由直流电源、给定信号、同步脉冲触发器、IGBT逆变桥及负载等部分组成的。由于篇幅限制,系统建模和模型参数设置不再赘述。仿真结果如图7所示。在仿真过程中,学生通过自主地合理改变系统模块参数不仅对系统有了更深刻的理解,同时也对各参数对系统的影响有了更加明确的把握,更进一步提高了学生学习新知识、新技能的积极性和主动性,教学效果明显提高,并为进一步学习和工作打下了良好的基础。
关键词：电力电子技术；教学改革；仿真
作者简介：李林琳（1977-），女，辽宁沈阳人，长春工程学院电气与信息工程学院，配电自动化吉林省高校工程研究中心，讲师；邢顺涛（1976-），男，吉林延吉人，长春工程学院电气与信息工程学院，讲师。（吉林 长春 130012）
基金项目：本文系2011年长春工程学院教学研究课题的研究成果。
中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2014）03-0064-02
“电力电子技术”是电气工程及其自动化专业的专业基础课程，在人才培养方案和课程体系中起着至关重要的作用。通过“电力电子技术”课程的学习，使学生掌握电力变换的基本理论知识，为后续专业课程打下坚实的理论基础。本课程来源于工程实践，理论与实践并重，因此，本课程将实践贯穿始终，具有层次性和互补性。通过理论教学、实践锻炼、MATLAB仿真等教学活动，有助于提高学生理论联系实际和应用创新的能力。
一、“电力电子技术”课程教学改革的必要性
目前“电力电子技术”的教学仍然停留在传统的教学模式上，即在课程教学中依照教材的内容和顺序讲述各种电力变换原理。[1]这种传统的教学模式存在以下弊病：第一，传统的教学思想重视学生对书本知识的掌握程度，忽视学生的素质教育，忽视学生应用创新能力的培养；第二，传统的教学形式方法单一，课堂上教师讲授课程，学生只是被动参与，这样很难激发学生的学习兴趣；第三，由于现行教材不能很好地体现电力电子技术的应用和发展，且教材中讲授的理论都只集中在技术层次，而忽略了现场应用的实际因素。因此现有的教学存在与实际脱节的情况，从事电力系统及相关行业工作的学生走上工作岗位后，还需投入大量的时间去了解电力电子技术的新原理和在电力系统中的应用，以及电力变换对电力系统的影响。
本文主要是针对长春工程学院（以下简称“我校”）电气自动化专业的“卓越工程师培养计划”，在“电力电子技术”课程教学中探索科学合理的教学方法，加强实践教学工程针对性，培养学生创新思维，提高学生理论联系实际的能力，为成就未来的“卓越工程师”奠定基础。
二、探索“电力电子技术”课程的教学方法
1.采用多媒体教学，增加教学的直观性
由于“电力电子技术”课程中有很多电力变换的原理需要画波形，受板书的限制，授课的信息量很有限，所以可将“电力电子技术”课程的有关内容制作成多媒体课件进行讲解。讲述时多媒体教学可与黑板手写教学同时进行，将多媒体教学和手写的重点、难点知识相结合，增强教学效果。
现在“电力电子技术”课程的多媒体课件有很多，但是这些课件普遍存在一个共同的缺点：课件制作过于简单，缺少动画和过程讲解，很多原理图都是直接出现，很多结论也是直接给出，这样对于刚刚接触电力电子的学生来说很生硬，很难提高学生的学习兴趣。对于“电力电子技术”课程的改革，首先从课件入手，重新制作课件，在课件中增加大量动画和工程实例。比如在讲授整流电路时，对于每一种整流变换的电路图结合工作原理都制作了动画。教师在上课时，讲到某一回路和器件时，该回路和器件都有明显的标注、声音和动画变换。这样，学生有更直观的视觉和听觉感受，加深对工作原理的理解。
2.引入问题教学法，激励学生自主学习
该方法是指采用互动学习的方式，在引出一个新的知识点时，教师首先将问题提出，让学生先进行充分讨论，通过问题来激发学生学习的自主性，然后由老师进行总结，得出一个正确的结论。例如，老师在课堂上给学生提出问题：如果三相桥式整流电路中，某一相触发电路的触发信号丢失，整流电路负载侧输出的波形会是什么样？先请学生阐述自己的观点，然后由老师理论讲解。教师还可以利用MATLAB程序，在课堂上演示，使学生加深对理论知识的理解。这种方法可以极大地激发学生的兴趣，使学生成为主动的学习者。问题式教学方法与国际教育相接轨，国外的教育跟注重人的培养，老师不会每天给学生留作业，通常会让学生准备课题，上课进行讨论。国际教育更需要学生自己主动学习，学习完全是自己的事，这样更好地培养学生的逻辑思维、语言表述和创新意识。
3.推进案例教学法，引领学生探究工程实践
“电力电子技术”的理论教学应与电力企业及日常生产、生活实例相结合。实例可根据教学内容穿插引入，课堂上引用的例子尽可能是学生日常接触过的或电力行业中的设备，这样学生会更感兴趣。相关章节举出相应实例，指出课本上的基本电路、基本原理是怎样运用的实际中去的。这样一方面能深刻地讲述教材上的基础知识，另一方面能扩大学生的专业应用能力，将会有更好的教学效果。例如，在讲完脉冲宽度调制技术（PWM）基本原理内容后，通过风力发电生产案例引入变频器。首先给出变频器的主电路及各部分参数要求，其次根据变频器的主电路图，结合理论课讲过的整流、逆变和PWM控制理论给出变频器的工作原理，最后可以利用MATLAB仿真软件给出逆变器各参数波形图。
同理，在讲授电力电子各部分基本知识的基础上，可以适时地引入电力企业生产实际案例，使学生对电力电子技术在电力系统中的应用和电力变换对电网稳定性和电能质量的提高、及电力电子新技术的发展对新能源、高压直流输电和柔流输电技术等的影响有所了解，以提高学生的理论知识和实践能力。
三、加强实践教学
“电力电子技术”是一门实践性很强的课程，实验实践环节占据十分重要的位置。通过“电力电子技术”课程实验、实习、教学仿真及学生的科技创新活动等活动，构成了螺旋上升式的实践教学体系，逐步提高学生的实践动手及应用创新能力。
1.课程实验
电力电子实验室实行开放式管理，开设近十个实验，教师教学中可根据需要从中选做5个的实验。每个实验每个班级分批、分组进行，每组最多不超2人，每次实验都由任课教师和一名电力电子实验室老师共同指导，这样教师可以对每组学生进行详细指导。通过课程实验，可以增加学生的感性认识，提高学生的动手能力，激发学生对所学知识的探索欲望，加深对理论知识的理解。
2.仿真教学
仿真实验模块主要是根据教学内容设计了相关的仿真实验内容，要求学生完成简单的电路设计，实现所要求的电路功能。为完成“卓越工程师培养计划”的目标，现将MATLAB仿真引入到电力电子技术的理论与实践教学中，培养学生分析解决问题的能力，在掌握基本理论知识的前提下，培养学生创新意识。
在对比目前比较流行的仿真软件后，发现MATLAB更适合电力电子仿真。用计算机仿真可以方便地进行不同器件、不同参数的比较，进行反复试验。MATLAB提供的仿真工具箱SIMULINK，是一个功能十分强大的仿真软件，可以根据用户的需要方便地为系统建立模型，并且十分直观，它的仿真精度很高，仿真结果准确。应用计算机仿真来研究电力电子技术，有利于提高研究效率，降低研发成本。
“电力电子技术”仿真所用到的电气、电子元件模型全部都包含在MATLAB元件库里面。在MATLAB提示符下键入Powerlib命令，这个命令将打开SIMULINK仿真窗口，同时显示出电力系统模块工具箱。电力系统仿真环境简称“psb”，它几乎提供了组成电力系统的所有元件。其中包括：同步机、异步机、变压器、直流机、线性和非线性模块、传输线路、断路器、负荷模型、电力半导体器件、控制元件、测量元件以及信号显示模块等等。
应用MATLAB软件，着重研究整流、逆变、斩波及变频等基本电路的仿真及其波形结果分析，验证课本中的基本原理。例如整流电路中，对不同的触发角、不同的负载时参量输出波形会产生什么样的差别等，使学生能够对这些比较难以理解的抽象内容有一个直观的认识。如图1单相桥式可控整流电路原理图。
在仿真电路中，更改负载的参数就可以得到不同负载类型，如电阻性负载和阻感负载。对于相位控制的整流电路来说，控制角的相位直接影响输出波形，可以利用MATLAB仿真调整控制角α数值，观测单相桥式整流电路的输出波形，及晶闸管两端的电压、电流的波形图。当α=60°时，各参量输出如图2。
MATLAB软件也可以对一些复杂电路进行模拟仿真，如改变触发角对波形的影响、缺相对波形的影响等等，并对其波形结果进行量化分析研究。通过改变各项输入参数观察其波形变化，从而使学生对电路模型能够熟知和精通，加深印象，改善课堂教学效果。
3.体验式教学
根据卓越工程师培养计划，为提高学生的实践能力，部分课程的实践环节可占总学时的50%，根据“电力电子技术”课程的特点，可将课堂直接搬到仿真实验室、实训基地甚至单位现场。根据现场实际设备结合所学的理论知识进行讲解，加深学生对电力电子技术一些抽象概念的理解，做到理论与实际相结合。
对一些有兴趣的学生，可以组织参加教师的科研实践、学校或省级科技创新计划、全国电子大赛等。很多学生在比赛中获得优异的成绩，取得良好的效果。通过引领学生参与学科竞赛及科技创新活动，使学生对于知识的应用与创新有了完整的体验。
四、结论
电力电子技术在不断地发展，教学内容与方式也要相应地变化。结合教学方法的改革，可引入新的教学内容；理论授课结合仿真、工程案例和实践教学环节，使枯燥的理论变成体验式课程，激发学生的学习兴趣，使学生牢固地掌握电力变换的基本理论和当今电力电子技术发展的新动向，丰富知识面，为今后的工作打下坚实的基础。
