基于“卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”《電力電子技術(shù)》課程改革

DOI：10.19392/j.cnki.16717341.201722021

摘要：分析了《電力電子技術(shù)》課程教學(xué)現(xiàn)狀，根據(jù)應(yīng)用型本科“卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”的基本要求，對(duì)《電力電子技術(shù)》課程教學(xué)改革進(jìn)行研究，整合《電力電子技術(shù)》及其相關(guān)課程，優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，構(gòu)建完善的理論和實(shí)踐教學(xué)體系，加強(qiáng)與工程實(shí)際的聯(lián)系。

關(guān)鍵詞：電力電子技術(shù)；卓越工程師；教學(xué)改革

我校2011年列入教育部實(shí)施“卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”實(shí)施高校，電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)于2013年成為試點(diǎn)實(shí)施專業(yè)，按照基于“卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃” 電氣工程及其自動(dòng)化試點(diǎn)專業(yè)的要求，樹立“面向工業(yè)界、面向未來(lái)、面向世界”的工程教育理念，堅(jiān)持以人為本，以社會(huì)需求為導(dǎo)向，以實(shí)際工程為背景，以工程技術(shù)為主線，對(duì) 《電力電子技術(shù)》課程在理論教學(xué)、實(shí)踐教學(xué)等方面進(jìn)行改革探索，著力提高學(xué)生的工程意識(shí)、工程素質(zhì)和工程實(shí)踐能力，培養(yǎng)適應(yīng)電力行業(yè)要求的卓越電氣工程師后備人才。

一、課程教學(xué)現(xiàn)狀

通過對(duì)美國(guó)、德國(guó)、法國(guó)、日本等發(fā)達(dá)國(guó)家的工程師教育培養(yǎng)的情況進(jìn)行分析和總結(jié)可以發(fā)現(xiàn)：工程師的教育培養(yǎng)都是以實(shí)踐能力、創(chuàng)新能力、自主學(xué)習(xí)能力、綜合素質(zhì)等為核心，體現(xiàn)了新世紀(jì)人才競(jìng)爭(zhēng)的國(guó)際化。

目前，我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)處于快速發(fā)展階段，高等教育面臨如何加快培養(yǎng)適應(yīng)時(shí)代發(fā)展新要求的高質(zhì)量人才的新課題。同時(shí)，國(guó)家頒布了《中長(zhǎng)期教育發(fā)展規(guī)劃綱要》（20102012），并啟動(dòng)了“卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”項(xiàng)目、深化CDIO試點(diǎn)以及開展本科教學(xué)質(zhì)量工程建設(shè)，全國(guó)開展新一輪人才培養(yǎng)模式創(chuàng)新。堅(jiān)持以人為本，面向一線需求，按照“育人為先，能力為重，全面發(fā)展，突出特色”的原則，以應(yīng)用能力和工程素質(zhì)培養(yǎng)為主線，小范圍、大幅度、多樣性地開展應(yīng)用型人才培養(yǎng)模式創(chuàng)新試點(diǎn)工作，培養(yǎng)具有創(chuàng)新精神、實(shí)踐能力強(qiáng)、適用工業(yè)工程一線需要的高質(zhì)量應(yīng)用型人才。

“電力電子技術(shù)”是電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)的核心專業(yè)基礎(chǔ)課。它是 20 世紀(jì)后半葉發(fā)展起來(lái)的一門嶄新技術(shù)，同時(shí)也是電氣工程領(lǐng)域發(fā)展最快、影響最大的一個(gè)分支。綜合國(guó)內(nèi)外大學(xué)工程師培養(yǎng)的高等教育教學(xué)現(xiàn)狀，在“電力電子技術(shù)”課程教學(xué)中，如何在有限的學(xué)時(shí)內(nèi)，將傳統(tǒng)內(nèi)容、實(shí)用內(nèi)容、新技術(shù)、新工藝有機(jī)結(jié)合起來(lái)，培養(yǎng)學(xué)生的工程實(shí)踐能力，提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)的積極性、主動(dòng)性，以獲得最好的教學(xué)效果，是一個(gè)急需解決的問題。

二、《電力電子技術(shù)》課程改革方法

按照我?！白吭焦こ處熃逃囵B(yǎng)計(jì)劃”電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)的人才培養(yǎng)目標(biāo)和專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行《電力電子技術(shù)》課程改革，整合《電力電子技術(shù)》及其相關(guān)課程，優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，構(gòu)建完善的理論和實(shí)踐教學(xué)體系，在有限的教學(xué)時(shí)間內(nèi)，解決基本理論與現(xiàn)代技術(shù)、理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)的矛盾，使教學(xué)緊密結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用，培養(yǎng)學(xué)生具有復(fù)雜電力電子系統(tǒng)分析、設(shè)計(jì)的能力，著力提高學(xué)生的工程意識(shí)、工程素質(zhì)和工程實(shí)踐能力，滿足卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)人才要求。

三、改革內(nèi)容

根據(jù)“卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)特點(diǎn)，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)的新技術(shù)、新設(shè)備應(yīng)用的實(shí)際情況，整合、優(yōu)化《電力電子技術(shù)》、《電力系統(tǒng)分析》、《配電自動(dòng)化》以及《電力系統(tǒng)自動(dòng)化》等相關(guān)課程的教學(xué)內(nèi)容，構(gòu)建課程的理論教學(xué)體系和實(shí)踐教學(xué)體系。

（一）整合理論教學(xué)內(nèi)容

電力電子技術(shù)廣泛應(yīng)用于電力系統(tǒng)當(dāng)中，包括發(fā)電、高壓輸電、低壓配電到用戶用電的全過程。要想提高電力系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性、經(jīng)濟(jì)性，提高電能質(zhì)量，電力電子裝置是必不可少的。

電容器由于價(jià)格低，有功損耗小，運(yùn)行維護(hù)方便，是常用的補(bǔ)償裝置。但是電容器對(duì)電壓有負(fù)向調(diào)節(jié)特性，為了改善它調(diào)壓的缺點(diǎn)，工程應(yīng)用中通常將電容器連接成組，按照需要成組的投入或者是切除。將電力電子技術(shù)當(dāng)中的交流電力電子開關(guān)用于電容器的投切，就構(gòu)成了晶閘管投切電容器（TSC）。和機(jī)械開關(guān)相比，電力電子開關(guān)響應(yīng)速度快，沒有觸點(diǎn)，壽命長(zhǎng)，可以頻繁控制通斷。將三相交流調(diào)壓電路用于電力系統(tǒng)的無(wú)功補(bǔ)償，就構(gòu)成晶閘管控制電抗器（TCR），將晶閘管控制電抗器與固定的電容器并聯(lián)，構(gòu)成了靜止無(wú)功補(bǔ)償器（SVC）。靜止無(wú)功補(bǔ)償器做為無(wú)功補(bǔ)償裝置，既能夠發(fā)出感性無(wú)功功率，也能夠吸收感性無(wú)功功率，通過平滑的調(diào)節(jié)晶閘管的觸發(fā)角，能夠平滑的調(diào)節(jié)輸出無(wú)功功率的大小和方向，從而實(shí)現(xiàn)平滑的調(diào)壓。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展應(yīng)用，還出現(xiàn)了一些新的無(wú)功補(bǔ)償裝置，比如說靜止無(wú)功發(fā)生器（SVG）等等，這些無(wú)功補(bǔ)償裝置的性能相對(duì)于傳統(tǒng)的無(wú)功補(bǔ)償裝置來(lái)說更加優(yōu)越，因此越來(lái)越多的應(yīng)用于電力系統(tǒng)的無(wú)功補(bǔ)償當(dāng)中。

將電力電子技術(shù)應(yīng)用于配電系統(tǒng)中，可以實(shí)現(xiàn)“定制電力”，有效的提高配電系統(tǒng)的電能質(zhì)量和供電可靠性，從而保障用戶所需供電。“定制電力”所需要的相關(guān)的電力電子裝置包括靜止無(wú)功補(bǔ)償器，靜止無(wú)功發(fā)生器，有源電力濾波器和動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器等電能質(zhì)量控制裝置，除此之外還包括由反并聯(lián)的晶閘管構(gòu)成的電力電子開關(guān)等等。

將電力電子技術(shù)應(yīng)用于新能源發(fā)電，大大加快了可再生能源發(fā)展利用的步伐。太陽(yáng)能發(fā)電，風(fēng)能發(fā)電等新能源發(fā)電所產(chǎn)生的電能，大都需要經(jīng)過各種電力電子裝置的變換和控制，比如整流裝置、逆變裝置等，才能夠并網(wǎng)或給用戶使用。

對(duì)《電力電子技術(shù)》、《電力系統(tǒng)分析》、《配電自動(dòng)化》以及《電力系統(tǒng)自動(dòng)化》等課程進(jìn)行整合后，將電力電子電路與電力系統(tǒng)的相關(guān)知識(shí)結(jié)合起來(lái)，在《電力電子技術(shù)》這門課程當(dāng)中集中講解。這樣，避免了同一部分內(nèi)容在不同的專業(yè)課當(dāng)中被重復(fù)講解，由于受到課程內(nèi)容的限制，同樣的內(nèi)容講不深，講不透的問題，優(yōu)化了課程的理論教學(xué)體系。既幫助了同學(xué)們對(duì)電力電子技術(shù)基本原理的理解掌握，也能使同學(xué)們了解電力電子技術(shù)在實(shí)際工程當(dāng)中的應(yīng)用，使他們對(duì)專業(yè)課更有興趣，對(duì)電力電子技術(shù)這門專業(yè)基礎(chǔ)課也更有興趣，興趣是最好的老師。提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性。

（二）優(yōu)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容

以培養(yǎng)學(xué)生電力電子系統(tǒng)的組裝、調(diào)試、整定和實(shí)驗(yàn)為目標(biāo)，設(shè)計(jì)綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。

將三相橋式全控整流電路實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)為綜合性實(shí)驗(yàn)，要求學(xué)生在做實(shí)驗(yàn)的過程當(dāng)中，掌握三相橋式全控整流電路的工作原理及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，以及整流變壓器和同步變壓器的連接，掌握晶閘管集成觸發(fā)電路的工作原理與調(diào)試，包括觸發(fā)電路中各點(diǎn)電壓波形的測(cè)試與分析，還要求學(xué)生對(duì)負(fù)載的類型進(jìn)行了解，在不同類型負(fù)載、不同導(dǎo)通角的情況下，觀察輸入、輸出電壓波形、電流波形的異同，并分析原因。

將直流斬波實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)成設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)，要求學(xué)生根據(jù)升、降壓斬波的要求，運(yùn)用已掌握的基本知識(shí)、基本原理和實(shí)驗(yàn)技能，提出實(shí)驗(yàn)的具體方案、確定升、降壓斬波電路的結(jié)構(gòu)，擬定實(shí)驗(yàn)步驟，先利用計(jì)算機(jī)軟件，在計(jì)算機(jī)上面搭建電路仿真，調(diào)試電路并記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，再將此實(shí)驗(yàn)在實(shí)驗(yàn)室的試驗(yàn)臺(tái)上再做一次并記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。對(duì)仿真和實(shí)驗(yàn)記錄的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，掌握斬波電路工作原理及電路結(jié)構(gòu)。

通過綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的訓(xùn)練，培養(yǎng)學(xué)生具有復(fù)雜電力電子系統(tǒng)分析、設(shè)計(jì)的能力，提高學(xué)生的工程意識(shí)、工程素質(zhì)和工程實(shí)踐能力。

四、結(jié)語(yǔ)

《電力電子技術(shù)》這門課程是電氣工程及自動(dòng)化專業(yè)的一門非常重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，以整合《電力電子技術(shù)》及相關(guān)課程，優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，構(gòu)建完善的理論和實(shí)踐教學(xué)體系為主要內(nèi)容的課程改革方案，能夠有效提高教學(xué)效果，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性、主動(dòng)性，全面提高學(xué)生的工程素質(zhì)和工程實(shí)踐能力，使學(xué)生綜合分析和解決實(shí)際問題的能力得到了進(jìn)一步加強(qiáng)。

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基金項(xiàng)目：“基于卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃的《電力電子技術(shù)》課程改革”，吉林省高等教育學(xué)會(huì)，2015年度高教科研課題，項(xiàng)目編號(hào)：JGJ2015

作者簡(jiǎn)介：周珊（1971），女，浙江諸暨人，工學(xué)碩士，講師。