國內外“電力電子技術”課程教學研究

摘要：隨著功率半導體器件制造技術和計算機控制技術的發展，電力電子技術的應用范圍日益廣泛。“電力電子技術”課程在電氣工程專業教學中占據重要的地位。在“電力電子技術”本科課程設置、教學內容、教學方法、實驗手段等方面對國內外幾所大學進行了比較，對其特點進行了分析，以期為“電力電子技術”課程的教學提供一定的借鑒和啟示。

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#8195;#8195;#8195;#8195;#8195;文獻標識碼：A#8195;#8195;#8195;#8195;#8195;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EEE（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EEE（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EEE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EEE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).

[2]王娟娟.國內外電氣工程專業課程設置的特點及比較研究[J].理工高教研究，2007，(3).

[3]鄭君里，于歆杰.美國MIT EECS系本科生課程設置簡介[J].電氣電子教學學報，2006，(2).

（責任編輯：劉輝）