试析电力电子技术实验教学的探讨

分类：电力论文发表 时间：2013-11-13 14:49 关注：(1)

　　论文摘要：针对电力电子技术实验如何从传统实验、仿真实验到开放实验、创新性实验进行了一些可行性探讨。搭建传统实验、仿真实验、设计创新性实验三级平台。传统实验+仿真实验+开放实验室的方法，大大满足了不同层面学生的实践要求。

　　关键词：电力电子技术;传统实验;仿真实验;设计性实验;创新性实验

　　电力电子技术是电气工程及其自动化专业一门极为重要的专业基础课程，该课程为后续专业课打下重要基础，它是控制技术和电力技术的交叉学科。简单说在电力拖动与控制、电机学、电力拖动自动控制系统等课程里都离不开电力电子技术这门课的基本理论。它广泛应用于每个领域，具有极强的实用性、广泛性，因此，让学生掌握好这门课有着重要意义。

　　一、电力电子技术传统实验的重要性与局限性

　　传统实验是电力电子技术这门课的重要环节，如何上好这门实验课，对我们实验人员提出一个长期探索的问题。首先是提高我们自身素质，改进实验装置，提高实验技能，创新实验方法。其次是怎么激发学生的学习兴趣，提高他们对该课的认知度，潜移默化地把他们的思维引进想探讨、想创新、想解决问题的高度。为学生提供直观形象的实验教学也很重要。

　　1.电力电子技术实验的特点

　　电力电子技术实验的特点是电路多波形多，分析原理以及输入输出结果，更多是以输入输出波形来分析验证，所以学生感到很抽象。理论知识课堂传授了，来到实验室可以从书中电路图形走进实际的元件、导线连接的真实电路，利用实验设备、仪器、仪表，验证其正确性，理解原理、性质，观察各种状态下输入输出波形，对照理论知识，充分证实、验证原理的正确性，进一步巩固了所学内容。

　　2.电力电子技术实验的内容

　　在该课实验中，半控型器件组成的单相整流、三相整流、单相逆变、三相逆变，是第一部分实验。自关断全控型器件组成单相正弦波逆变电源，单相交流调压电路，直流斩波电路性能研究，单相交直交变频电路研究，半桥型开关稳压电源性能研究是第二部分内容。第一部分是靠改变触发角来改变电路状态，改变输出结果。第二部分是靠PWM信号调节占空比，靠SPWM信号改变调制度来控制各点状态波形的。

　　3.电力电子技术实验的重要性

　　电力电子技术实验得到结论的过程就是实际操作能力的培养过程。实验结果也不尽与理论完全相符，那么提出问题，找出不同，再去实验，直到分析出原因的过程，就培养了学生分析问题，解决问题的能力。同时也掌握了实验的基本方法基本技能以及实验手段。在实验中能够真正掌握仪器，仪表的使用方法以及注意事项，学会如何获取更准确的数据，就是操作应用技术的提高。在传统实验中每一次小小故障，都是对同学一种安全意识的培养，不正确的操作的危险性，提示他们树立一丝不苟的工作精神的重要性。所以，传统实验教学是必不可少的过程，是实践教学的重要环节，是培养学生综合实践能力的手段。

　　4.电力电子技术传统实验的局限性

　　电力电子技术实验的操作过程基本是在老师指导下，一步一步按实验规程运作的，它不允许学生有太大的误操作，虽然有很多的安全保护，一旦出现元器件损坏就会影响后续实验，影响教学进程。由于学生能做的实验是老师给定的，不允许学生自我设计电路自己进行教学实验，放手他们实验，肯定会有不规范操作，造成设备仪器损坏，甚至实验瘫痪。这样开放电力电子技术实验室有着巨大困难。不仅实验中电压较高，存在安全问题，而且设备要重复好多班使用，必须保证再次实验继续。这样开放实验室就存在好多困难，不能让学生尝试创新性、设计性实验，导致学生求知欲望受到局限，整个实验过程学生纯属被动操作，降低了学生的学习兴趣。此外，由于课程所给学时数有限，遇到问题基本由老师来解决，这样降低了学生思考分析解决问题的能力，束缚潜能发挥。其次，装置﹑设备大都采用了缩小功率的 系统模拟，往往存在这样那样的误差。且仪器设备多少年重复使用，器件性能发生变化，实验数据与理论分析会有各种误差，影响了实验的验证效果，开放电力电子技术实验一直有着根本性问题。

　　二、仿真实验给开放实验创新提供了很好的平台

　　1.仿真实验打开学生实验空间

　　随着计算机软件的丰富，各种仿真软件可以极大满足电力电子技术的仿真实验。学生可以就书上所讲内容，自己可以使用不同软件的界面功能，运用模块库的内容，设计搭建电路，改变各参数，比较准确验证实验，更有效加深巩固理论知识。如果操作不正确不会出现事故，极大程度满足学生的创新思维和对该课知识的探索性要求，实验强度也大大减轻。我们在电力电子技术课程的实验教学中引入了MATLAB仿真，它对于加深学生对这门课程的理解以及以后的课程设计打下基础，对实验教学开放起到了良好的作用。通过仿真实验的方法，学生可以直观、形象地掌握不同电路工作特性，验证自己所学概念的正确性，同时可以培养学生自主创新能力，调动学生的积极性，开阔尝试思维空间。

　　2.仿真实验有着很多优点

　　(1)仿真实验不受时间、空间和物质条件的限制，学生可以在课外自行上机，促进课堂教学知识巩固，有助于学生自学能力的培养。利用这样一个虚拟实验平台搭建电力电子原理电路，分析仿真电路，将电力电子器件的工作状态清晰地展现在学生面前，既具体又生动，这样的效果是可想而知的。电力电子技术实验具有图形多，更多是要观察，同一时刻，不同点的输出，在传统实验中，我们实验室提供示波器仅有两路输出，同一时刻只能观察两点波形。而在MATLAB仿真中我们可以同时观察六路信号，这样很直观的留给学生同一时刻的不同点的输出记忆，对原理理解更简单化。

　　(2)仿真实验还可以利用软件模块的参数设置功能，通过改变元件参数值，经仿真直观地观察到工作电路相关性能变化。被仿真的电力电子电路元件出现各种故障，如开路、短路或脉冲丢失，都可以方便地模拟出来，这样大大加深了学生对所学知识的理解，对培养学生的探索精神和创新能力有这很大的帮助，为实验教学创新模式提供了完备的教学环境保障。

　　(3)仿真实验给学生提供可行性实验平台，弥补了工程实验的不足，学生可通过仿真实验验证自己设计电路的正确性，每一次仿真实验的成功都会给他们极高的成就感自豪感，提高了学习兴趣。

　　(4)在电力电子技术实验创新过程中，以MATLAB 仿真趣味化，使学生在轻松愉快的环境中，不断产生质疑、不断探究，自主搜寻、思考分析，获得问题的答案。这给电力电子技术实验教学和学习带来了革命性的变化，充分发挥学生的想象力，提高了学习的主动性与积极性，激发了学生的创新意识和探索精神。

　　三、开放实验室，让学生再回到传统实验中

　　一直以来，电力电子技术实验室开放有着很多困难，因为学生基本实验技能有限，实验时间有限，开放实验放手他们操作，故障会多，仪表使用不正确，仪器、元件设备烧损不可避免。继续实验困难重重，实验经费要求很高，这样开放实验形同虚设。我们知道开放实验，主要是为有探索要求的学生。所以实验室三级模式化有着重要意义。首先是每个学生都必须的传统实验模式，其次是对有兴趣想做设计性探索性实验的学生提供模拟实验环境。最后是对有极强实践要求的学生，仿真实验成功的学生提供实验室，在实验台上完成他们仿真成功的设计方案。这样一套循序渐进三级模式实验，可以满足不同需求的学生要求。对实验室开放也提供了可行性方案。

　　四、结束语

　　电力电子技术实验教学过程中引进计算机仿真技术，将计算机虚拟实验与传统实验有机结合，向学生提供了先进的实验技术和发挥想象力、创造力的空间。增强了学生学习的主动性和积极性，增强了学生对于知识内在联系的把握能力。同时能够在此基础上进行进一步创新。这种课堂教学+ 传统实验+仿真实验+开放实验室的方法，大大满足了不同层面学生实践要求，对电力电子技术实验改革开阔了巨大空间，我们将在今后工作实践中不断地总结改进提高。