《電力電子技術》課堂教學及實驗教學模式改革探索

劉麗萱，錢步仁，張萍，魏學良

摘要：針對傳統教學中存在的問題，引入計算機仿真技術，對《電力電子技術》課程教學模式進行改革，提出了PPT動畫+課堂板書+計算機仿真3位一體的課堂教學模式及虛擬實驗+裝置實驗的實驗教學模式。基于MATLAB/SIMULINK及PSIM電路仿真軟件開發了教學仿真實例及虛擬實驗，應用到課堂教學及實驗教學中，激發了學生的學習興趣，提高了教學效率及教學質量，取得了良好的教學效果。

關鍵詞：教學模式改革；計算機仿真；電力電子技術

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2014）15-0034-03

一、前言

《電力電子技術》是一門面向機械電子、自動化等專業開設的實踐性很強的應用技術型專業基礎課程。其主要研究內容為電能的變換和控制，涉及各種電力半導體器件及變流裝置，如整流、逆變、直流斬波、交-交變換等電能變換及PWM控制和軟開關技術等內容[1-2]。在該課程的課堂理論教學中，有大量的電路波形分析及電量計算內容，需要畫出相應的電壓、電流信號波形圖并作相關電量的數學公式推導及諧波分析。在傳統教學模式中主要采用PPT動畫及課堂板書等教學方式，不僅費力費時，且電路波形的動態變化表現不足，交互性很差，尤其對電路的諧波分析非常抽象、復雜而不易理解。特別是當需要改變電路參數及負載性質時，所有的波形圖必須重新畫出，非常不方便，不僅使得教學課時緊張，而且內容單調枯燥，大大降低了學生的學習興趣，難于達到理想的教學效果。為了克服傳統課堂教學模式的缺點，形象直觀地進行教學，變抽象為具體，變枯燥為生動，激發學生的學習興趣，提高教學質量，有必要將MATLAB/SIMULINK及PSIM等計算機仿真技術引入到課堂教學中，作為傳統課堂教學手段的補充，對現有課堂教學模式進行改進及完善[3-6]。

《電力電子技術》課程具有很強的實踐性，實驗教學在整個課程教學中占有非常重要的地位。實驗不僅可以驗證課堂教學講授的理論、加深對課堂理論知識的理解，而且可以鍛煉學生的動手能力及解決實際問題的能力，在整個課程教學中具有不可或缺的作用。本課程所開設的實驗均是依托“電力電子技術及電機控制實驗裝置”完成的。由于該實驗裝置操作復雜，加之每個實驗學時有限，使得學生不易熟練掌握裝置的使用，在實驗中存在以下幾方面的問題：（1）由于操作不當容易造成器件損壞，查找故障及更換損壞器件又會減少學生的實驗時間，影響實驗效果。（2）由于每臺實驗裝置只配備了一臺雙蹤示波器，同一時刻只能觀察分析最多倆路電壓、電流或驅動控制信號波形，難于對實驗電路的各處波形有一個全面的觀察，影響對電路工作情況的整體理解。（3）實驗設備及元器件的老化等問題可能使得實驗結果與理論分析出現較大差異甚至異常情況，從而影響實驗效果。（4）每次的實驗結果及觀察的波形需先記錄在實驗數據記錄表中，實驗結束時由指導教師檢查實驗數據及波形是否正確并給出成績。但若實驗結果不正確，則學生沒有時間去糾正，還需另約時間重新完成實驗，不利于提高實驗效率。針對實驗中存在的問題，需要對傳統的實驗教學模式加以改進和完善，在實驗教學中引入計算機仿真技術，開發對應實驗項目的MATLAB仿真虛擬實驗，并提供給學生，作為學生實驗時的輔助實驗手段，達到及時解決實驗中出現問題的目的，提高實驗教學質量[7-10]。

二、《電力電子技術》課程課堂教學及實驗教學模式改革的思路

基于傳統課堂理論教學及實驗教學中存在的問題和不足，引入計算機仿真技術，對《電力電子技術》課程課堂教學模式及實驗教學模式進行改革。

1.課堂教學模式改革思路。在傳統的PPT加板書授課的基礎上，引入專用電力電子仿真軟件MATLAB/SIMULINK和PSIM，針對課程主要教學知識點和重要電路開發若干課堂教學計算機仿真實例。通過在課堂教學中引入MATLAB及PSIM教學仿真實例，對關鍵的電力電子電路進行交互式動態波形分析，幫助學生理解課堂所講理論內容。采用PPT動畫+課堂板書+計算機仿真等三位一體的教學模式，提高課堂利用率，調動學生學習興趣。將相關MATLAB及PSIM教學仿真實例提供給學生，以便學生能夠在課前熟悉及課后復習課堂講授內容，達到提高學習興趣和教學質量的目的，同時讓學生熟悉電力電子電路的計算機仿真方法，為以后在實際工作的應用打下基礎。

2.實驗教學模式改革思路。在傳統裝置實驗的基礎上，利用MATLAB仿真軟件中的SIMULINK工具箱開發每一個實驗項目的MATLAB仿真虛擬實驗，在實驗前提供給學生，使學生對所做實驗的電路及需要觀察的波形有一個直觀、感性的認識。將MATLAB仿真虛擬實驗程序預存在實驗室計算機上并對學生開放，以使學生隨時能夠針對實驗中出現的問題進行仿真，觀察正確的波形，以便于幫助確定問題所在，達到快速解決問題的目的，提高實驗效率。通過虛擬實驗+裝置實驗的實驗教學模式，達到激發學生的學習興趣，提高電力電子技術實驗教學質量的目的。為了配合實驗教學改革，還需編寫一套內容完整、難易度適中、針對不同專業特點的《電力電子技術實驗指導書》，以使不同專業的學生能有針對性地選擇不同的實驗項目，從而使學生更好地得到實驗技能的訓練，提高專業技術水平。

三、《電力電子技術》課堂教學模式的改革

根據《電力電子技術》課堂教學改革的思路及漸進式的設計思想，從易到難，從簡到繁，利用計算機仿真軟件MATLAB/SIMULINK及PSIM開發設計了12個相關的教學仿真實例[11-12]。分別為單相橋式全控整流電路、三相半波可控整流電路、三相橋式全控整流電路、三相半波有源逆變電路、三相橋式有源逆變電路、BUCK降壓斬波電路、BUCK濾波降壓斬波電路、BOOST升壓斬波電路、升降壓斬波電路、CUK斬波電路、單相電壓型PWM逆變電路及三相電壓型SPWM逆變電路等課堂教學仿真實例。這12個實例基本涵蓋了《電力電子技術》課程的主要教學內容和重要知識點，通過在課堂教學中加以應用，能夠直觀、動態、形象及交互地對電力電子電路進行動態電壓、電流波形分析，提供了一種圖形化的交互環境，從而使得復雜的電力電子電路仿真和分析及波形觀察變得十分容易，改進及完善了以往僅用PPT動畫及課堂板書的教學方式，構成了PPT動畫+課堂板書+計算機仿真等三位一體的新課堂教學模式。為達到更好的教學效果，進一步提高課堂的教學效率及教學質量，在課程開始時，就將教學仿真實例的源程序提供給學生，使得學生可以課前進行預習，課后進行復習，不僅可以提高學生的學習興趣，而且還可培養學生的自學能力，同時使學生逐步熟悉和掌握MATLAB和PSIM這兩種常見的電力電子電路仿真設計軟件的使用，為以后在實際工作的應用打下基礎。

下面以三相電壓型SPWM逆變電路仿真實例為例介紹計算機仿真技術在課堂教學中的應用。三相電壓型SPWM逆變電路是《電力電子技術》課程非常重要的一個教學內容。該教學知識點除了需要介紹電路工作原理外，還包括大量的波形分析、公式推導及諧波分析和相關電量的計算。采用傳統的PPT+板書教學模式時，學生普遍反映內容復雜、抽象、枯燥、不易理解，教學效果不理想。為了彌補傳統課堂教學模式的不足，利用MATLAB/SIMULINK開發了三相電壓型SPWM逆變電路教學仿真實例，其MATLAB仿真電路模型如圖1所示，相應的仿真結果示于圖2中。

MATLAB仿真軟件具有豐富的電路波形分析功能，可方便地利用MATLAB/SIMULINK的Scope示波器觀察多路指定信號隨時間變化的動態波形。圖2中示出了三相對稱的SPWM輸出電壓ua、ub、uc的波形及三相對稱輸出電流ia、ib及ic的波形。通過仿真波形可清楚地動態觀察到對應波形間的幅值及相位關系，并可根據需要放大局部波形，而這在傳統教學模式中是難于做到的。MATLAB軟件另一個優勢是具有強大的數學計算能力，特別適合電力電子電路的諧波分析及相關電量計算。利用FFT功能模塊可對輸出SPWM電壓波形作指定次數諧波的幅值及相角計算，利用RMS功能模塊可對信號進行有效值計算。圖1中示出了利用FFT模塊及RMS模塊對輸出電壓ua進行諧波分析及有效值計算的方法，相應的動態計算結果通過Display數字顯示器可直接給出。通過以上實例可以看出，在課堂教學中，利用計算機仿真作為教學的輔助手段，可有助于將煩瑣、枯燥、抽象的理論分析及推導變得生動、直觀且易于理解，可有效引起學生的關注和學習興趣，達到提高教學效率及教學質量的目的。

四、電力電子技術實驗教學模式的改革

依據實驗教學模式改革思路并結合實驗室的具體情況，本課程共開設4個實驗：三相半波可控整流電路實驗、三相半波有源逆變電路實驗、三相橋式全控整流及有源逆變電路實驗、直流變換電路實驗等。所有實驗均可在“電力電子技術及電機控制實驗裝置”實驗臺完成。不同專業的學生可根據專業需要選擇其中3個作為必做實驗，1個為選做實驗。針對該實驗設備操作復雜、實驗學時有限的問題，編寫了與實驗設備配套的《電力電子技術實驗指導書》，對每一個實驗均詳細說明了實驗要求、電路的工作原理及實際操作過程等內容。利用MATLAB仿真軟件中的SIMULINK工具箱開發了每一個實驗項目的MATLAB仿真虛擬實驗程序。分別為：三相半波可控整流電路虛擬實驗、三相半波有源逆變電路虛擬實驗、三相橋式全控整流及有源逆變電路虛擬實驗、BUKE降壓斬波電路虛擬實驗、BOOST升壓斬波電路虛擬實驗、升降壓斬波電路虛擬實驗及CUK斬波電路虛擬實驗等，對應每一個實驗，均編寫了虛擬仿真實驗指導。在實驗前，將相應的虛擬實驗仿真程序提供給學生，使學生對實驗電路的結構、電路元器件連接關系、相關的電壓、電流波形等有一個直觀、感性的認識，以提高實驗效率和實驗效果。所開發的所有虛擬實驗程序均安裝在實驗室計算機中，學生在實驗中可隨時調用相關仿真程序，通過對相應電路波形的對比，幫助確定實驗中出現問題的原因，找到解決問題的方法。圖3為三相橋式全控整流電路虛擬實驗MATLAB仿真模型，其仿真波形示于圖4中。

由圖4中虛擬實驗仿真波形可以看出，學生可以同時觀察到相位依次相差120°的對稱三相電源線電壓uab、ubc、uca的波形，三相電流ia、ib、ic的波形，6個晶閘管依次相位相差60°的門極觸發信號ug1～ug6的波形，整流輸出電壓ud及輸出電流id的波形等。通過仿真波形，可觀察到全部相關信號之間的相位關系。尤其重要的是可仿真當某個晶閘管的門極觸發信號缺失或是晶閘管故障時電路相應節點的波形，當實驗中出現相應故障時，可以幫助學生確定故障原因，提高學生獨立解決實際問題的能力，而這是實際裝置實驗中僅利用雙蹤示波器觀察波形時無法實現的。從三相橋式整流電路的MATLAB仿真虛擬實驗的例子可以看出，虛擬實驗具有裝置實驗所不能實現的功能，是裝置實驗的重要輔助手段。采用計算機仿真虛擬實驗+實際裝置實驗的實驗教學模式可以達到提高實驗效率和實驗教學質量的目的。

五、結束語

本文針對傳統課堂教學及實驗教學中存在的問題和不足，在課程教學中引入計算機仿真技術，對《電力電子技術》課程教學模式進行了改革。提出了PPT動畫+課堂板書+計算機仿真三位一體的課堂教學模式，基于MATLAB/SIMULINK及PSIM電路仿真軟件開發了教學仿真實例應用到課堂教學中，可以實現對電力電子電路進行電路原理及波形的交互式動態分析，形象直觀，便于理解和掌握。基于MATLAB/SIMULINK開發了虛擬實驗程序，提出了虛擬實驗+裝置實驗的實驗教學模式，提高了學生獨立解決實際問題的能力。計算機仿真技術應用到課程教學中，提高了學生的學習興趣及教學的效率，讓學生逐步熟悉電力電子電路的計算機仿真方法，為以后在實際工作的應用打下基礎，是一種值得肯定和進一步發展完善的教學改革方向。

參考文獻：

[1]王兆安，黃俊.電力電子技術[M].第4版.北京：機械工業出版社，2000.

[2]王兆安，劉進軍.電力電子技術[M].第5版.北京：機械工業出版社，2009.

[3]洪武.PSIM在電力電子技術教學中的應用[J].實驗科學與技術，2009，7（1）.

[4]陳宏.基于Matlab的電力電子技術課程的教學探索[J].實驗室科學，2013，16（1）.

[5]丘東元，張波.基于仿真平臺的“電力電子技術”教學模式探討[J].電氣電子教學學報，2010，32（2）.

[6]榮軍，萬軍華，陳曦.計算機仿真技術在電力電子技術課堂教學難點中的應用[J].實驗技術與管理，2012，29（8）.

[7]汪義旺，索跡.電力電子技術仿真實驗教學探討[J].實驗科學與技術，2011，9（4）.

[8]馬立華，席惠.MATLAB在電力電子實驗教學中的應用[J].實驗室研究與探索，2005，24（2）.

[9]王武.基于Matlab和PLECS的電力電子仿真實驗教學[J].實驗技術與管理，2011，28（6）.

[10]段曉燕，趙正天，段生成.電力電子技術模擬實驗教學探討[J].實驗科學與技術，2008，6（6）.

[11]黃忠霖，黃京.電力電子技術的MATLAB實踐[M].北京：國防工業出版，2009.

[12]野村弘，藤原憲一郎，吉田正伸.使用PSIM學習電力電子技術基礎[M].胡金庫，賈要勤，王兆安，譯.西安：西安交通大學出版社，2009.

基金項目：中國石油大學（北京）教學改革項目（09jgx041）。

作者簡介：劉麗萱（1965-），女，河北定州人，碩士，講師，研究方向：電力電子教學、電力電子技術在石油勘探儀器中的應用。

下面以三相電壓型SPWM逆變電路仿真實例為例介紹計算機仿真技術在課堂教學中的應用。三相電壓型SPWM逆變電路是《電力電子技術》課程非常重要的一個教學內容。該教學知識點除了需要介紹電路工作原理外，還包括大量的波形分析、公式推導及諧波分析和相關電量的計算。采用傳統的PPT+板書教學模式時，學生普遍反映內容復雜、抽象、枯燥、不易理解，教學效果不理想。為了彌補傳統課堂教學模式的不足，利用MATLAB/SIMULINK開發了三相電壓型SPWM逆變電路教學仿真實例，其MATLAB仿真電路模型如圖1所示，相應的仿真結果示于圖2中。

MATLAB仿真軟件具有豐富的電路波形分析功能，可方便地利用MATLAB/SIMULINK的Scope示波器觀察多路指定信號隨時間變化的動態波形。圖2中示出了三相對稱的SPWM輸出電壓ua、ub、uc的波形及三相對稱輸出電流ia、ib及ic的波形。通過仿真波形可清楚地動態觀察到對應波形間的幅值及相位關系，并可根據需要放大局部波形，而這在傳統教學模式中是難于做到的。MATLAB軟件另一個優勢是具有強大的數學計算能力，特別適合電力電子電路的諧波分析及相關電量計算。利用FFT功能模塊可對輸出SPWM電壓波形作指定次數諧波的幅值及相角計算，利用RMS功能模塊可對信號進行有效值計算。圖1中示出了利用FFT模塊及RMS模塊對輸出電壓ua進行諧波分析及有效值計算的方法，相應的動態計算結果通過Display數字顯示器可直接給出。通過以上實例可以看出，在課堂教學中，利用計算機仿真作為教學的輔助手段，可有助于將煩瑣、枯燥、抽象的理論分析及推導變得生動、直觀且易于理解，可有效引起學生的關注和學習興趣，達到提高教學效率及教學質量的目的。

四、電力電子技術實驗教學模式的改革

依據實驗教學模式改革思路并結合實驗室的具體情況，本課程共開設4個實驗：三相半波可控整流電路實驗、三相半波有源逆變電路實驗、三相橋式全控整流及有源逆變電路實驗、直流變換電路實驗等。所有實驗均可在“電力電子技術及電機控制實驗裝置”實驗臺完成。不同專業的學生可根據專業需要選擇其中3個作為必做實驗，1個為選做實驗。針對該實驗設備操作復雜、實驗學時有限的問題，編寫了與實驗設備配套的《電力電子技術實驗指導書》，對每一個實驗均詳細說明了實驗要求、電路的工作原理及實際操作過程等內容。利用MATLAB仿真軟件中的SIMULINK工具箱開發了每一個實驗項目的MATLAB仿真虛擬實驗程序。分別為：三相半波可控整流電路虛擬實驗、三相半波有源逆變電路虛擬實驗、三相橋式全控整流及有源逆變電路虛擬實驗、BUKE降壓斬波電路虛擬實驗、BOOST升壓斬波電路虛擬實驗、升降壓斬波電路虛擬實驗及CUK斬波電路虛擬實驗等，對應每一個實驗，均編寫了虛擬仿真實驗指導。在實驗前，將相應的虛擬實驗仿真程序提供給學生，使學生對實驗電路的結構、電路元器件連接關系、相關的電壓、電流波形等有一個直觀、感性的認識，以提高實驗效率和實驗效果。所開發的所有虛擬實驗程序均安裝在實驗室計算機中，學生在實驗中可隨時調用相關仿真程序，通過對相應電路波形的對比，幫助確定實驗中出現問題的原因，找到解決問題的方法。圖3為三相橋式全控整流電路虛擬實驗MATLAB仿真模型，其仿真波形示于圖4中。

由圖4中虛擬實驗仿真波形可以看出，學生可以同時觀察到相位依次相差120°的對稱三相電源線電壓uab、ubc、uca的波形，三相電流ia、ib、ic的波形，6個晶閘管依次相位相差60°的門極觸發信號ug1～ug6的波形，整流輸出電壓ud及輸出電流id的波形等。通過仿真波形，可觀察到全部相關信號之間的相位關系。尤其重要的是可仿真當某個晶閘管的門極觸發信號缺失或是晶閘管故障時電路相應節點的波形，當實驗中出現相應故障時，可以幫助學生確定故障原因，提高學生獨立解決實際問題的能力，而這是實際裝置實驗中僅利用雙蹤示波器觀察波形時無法實現的。從三相橋式整流電路的MATLAB仿真虛擬實驗的例子可以看出，虛擬實驗具有裝置實驗所不能實現的功能，是裝置實驗的重要輔助手段。采用計算機仿真虛擬實驗+實際裝置實驗的實驗教學模式可以達到提高實驗效率和實驗教學質量的目的。

五、結束語

本文針對傳統課堂教學及實驗教學中存在的問題和不足，在課程教學中引入計算機仿真技術，對《電力電子技術》課程教學模式進行了改革。提出了PPT動畫+課堂板書+計算機仿真三位一體的課堂教學模式，基于MATLAB/SIMULINK及PSIM電路仿真軟件開發了教學仿真實例應用到課堂教學中，可以實現對電力電子電路進行電路原理及波形的交互式動態分析，形象直觀，便于理解和掌握。基于MATLAB/SIMULINK開發了虛擬實驗程序，提出了虛擬實驗+裝置實驗的實驗教學模式，提高了學生獨立解決實際問題的能力。計算機仿真技術應用到課程教學中，提高了學生的學習興趣及教學的效率，讓學生逐步熟悉電力電子電路的計算機仿真方法，為以后在實際工作的應用打下基礎，是一種值得肯定和進一步發展完善的教學改革方向。

參考文獻：

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[3]洪武.PSIM在電力電子技術教學中的應用[J].實驗科學與技術，2009，7（1）.

[4]陳宏.基于Matlab的電力電子技術課程的教學探索[J].實驗室科學，2013，16（1）.

[5]丘東元，張波.基于仿真平臺的“電力電子技術”教學模式探討[J].電氣電子教學學報，2010，32（2）.

[6]榮軍，萬軍華，陳曦.計算機仿真技術在電力電子技術課堂教學難點中的應用[J].實驗技術與管理，2012，29（8）.

[7]汪義旺，索跡.電力電子技術仿真實驗教學探討[J].實驗科學與技術，2011，9（4）.

[8]馬立華，席惠.MATLAB在電力電子實驗教學中的應用[J].實驗室研究與探索，2005，24（2）.

[9]王武.基于Matlab和PLECS的電力電子仿真實驗教學[J].實驗技術與管理，2011，28（6）.

[10]段曉燕，趙正天，段生成.電力電子技術模擬實驗教學探討[J].實驗科學與技術，2008，6（6）.

[11]黃忠霖，黃京.電力電子技術的MATLAB實踐[M].北京：國防工業出版，2009.

[12]野村弘，藤原憲一郎，吉田正伸.使用PSIM學習電力電子技術基礎[M].胡金庫，賈要勤，王兆安，譯.西安：西安交通大學出版社，2009.

基金項目：中國石油大學（北京）教學改革項目（09jgx041）。

作者簡介：劉麗萱（1965-），女，河北定州人，碩士，講師，研究方向：電力電子教學、電力電子技術在石油勘探儀器中的應用。

下面以三相電壓型SPWM逆變電路仿真實例為例介紹計算機仿真技術在課堂教學中的應用。三相電壓型SPWM逆變電路是《電力電子技術》課程非常重要的一個教學內容。該教學知識點除了需要介紹電路工作原理外，還包括大量的波形分析、公式推導及諧波分析和相關電量的計算。采用傳統的PPT+板書教學模式時，學生普遍反映內容復雜、抽象、枯燥、不易理解，教學效果不理想。為了彌補傳統課堂教學模式的不足，利用MATLAB/SIMULINK開發了三相電壓型SPWM逆變電路教學仿真實例，其MATLAB仿真電路模型如圖1所示，相應的仿真結果示于圖2中。

MATLAB仿真軟件具有豐富的電路波形分析功能，可方便地利用MATLAB/SIMULINK的Scope示波器觀察多路指定信號隨時間變化的動態波形。圖2中示出了三相對稱的SPWM輸出電壓ua、ub、uc的波形及三相對稱輸出電流ia、ib及ic的波形。通過仿真波形可清楚地動態觀察到對應波形間的幅值及相位關系，并可根據需要放大局部波形，而這在傳統教學模式中是難于做到的。MATLAB軟件另一個優勢是具有強大的數學計算能力，特別適合電力電子電路的諧波分析及相關電量計算。利用FFT功能模塊可對輸出SPWM電壓波形作指定次數諧波的幅值及相角計算，利用RMS功能模塊可對信號進行有效值計算。圖1中示出了利用FFT模塊及RMS模塊對輸出電壓ua進行諧波分析及有效值計算的方法，相應的動態計算結果通過Display數字顯示器可直接給出。通過以上實例可以看出，在課堂教學中，利用計算機仿真作為教學的輔助手段，可有助于將煩瑣、枯燥、抽象的理論分析及推導變得生動、直觀且易于理解，可有效引起學生的關注和學習興趣，達到提高教學效率及教學質量的目的。

四、電力電子技術實驗教學模式的改革

依據實驗教學模式改革思路并結合實驗室的具體情況，本課程共開設4個實驗：三相半波可控整流電路實驗、三相半波有源逆變電路實驗、三相橋式全控整流及有源逆變電路實驗、直流變換電路實驗等。所有實驗均可在“電力電子技術及電機控制實驗裝置”實驗臺完成。不同專業的學生可根據專業需要選擇其中3個作為必做實驗，1個為選做實驗。針對該實驗設備操作復雜、實驗學時有限的問題，編寫了與實驗設備配套的《電力電子技術實驗指導書》，對每一個實驗均詳細說明了實驗要求、電路的工作原理及實際操作過程等內容。利用MATLAB仿真軟件中的SIMULINK工具箱開發了每一個實驗項目的MATLAB仿真虛擬實驗程序。分別為：三相半波可控整流電路虛擬實驗、三相半波有源逆變電路虛擬實驗、三相橋式全控整流及有源逆變電路虛擬實驗、BUKE降壓斬波電路虛擬實驗、BOOST升壓斬波電路虛擬實驗、升降壓斬波電路虛擬實驗及CUK斬波電路虛擬實驗等，對應每一個實驗，均編寫了虛擬仿真實驗指導。在實驗前，將相應的虛擬實驗仿真程序提供給學生，使學生對實驗電路的結構、電路元器件連接關系、相關的電壓、電流波形等有一個直觀、感性的認識，以提高實驗效率和實驗效果。所開發的所有虛擬實驗程序均安裝在實驗室計算機中，學生在實驗中可隨時調用相關仿真程序，通過對相應電路波形的對比，幫助確定實驗中出現問題的原因，找到解決問題的方法。圖3為三相橋式全控整流電路虛擬實驗MATLAB仿真模型，其仿真波形示于圖4中。

由圖4中虛擬實驗仿真波形可以看出，學生可以同時觀察到相位依次相差120°的對稱三相電源線電壓uab、ubc、uca的波形，三相電流ia、ib、ic的波形，6個晶閘管依次相位相差60°的門極觸發信號ug1～ug6的波形，整流輸出電壓ud及輸出電流id的波形等。通過仿真波形，可觀察到全部相關信號之間的相位關系。尤其重要的是可仿真當某個晶閘管的門極觸發信號缺失或是晶閘管故障時電路相應節點的波形，當實驗中出現相應故障時，可以幫助學生確定故障原因，提高學生獨立解決實際問題的能力，而這是實際裝置實驗中僅利用雙蹤示波器觀察波形時無法實現的。從三相橋式整流電路的MATLAB仿真虛擬實驗的例子可以看出，虛擬實驗具有裝置實驗所不能實現的功能，是裝置實驗的重要輔助手段。采用計算機仿真虛擬實驗+實際裝置實驗的實驗教學模式可以達到提高實驗效率和實驗教學質量的目的。

五、結束語

本文針對傳統課堂教學及實驗教學中存在的問題和不足，在課程教學中引入計算機仿真技術，對《電力電子技術》課程教學模式進行了改革。提出了PPT動畫+課堂板書+計算機仿真三位一體的課堂教學模式，基于MATLAB/SIMULINK及PSIM電路仿真軟件開發了教學仿真實例應用到課堂教學中，可以實現對電力電子電路進行電路原理及波形的交互式動態分析，形象直觀，便于理解和掌握。基于MATLAB/SIMULINK開發了虛擬實驗程序，提出了虛擬實驗+裝置實驗的實驗教學模式，提高了學生獨立解決實際問題的能力。計算機仿真技術應用到課程教學中，提高了學生的學習興趣及教學的效率，讓學生逐步熟悉電力電子電路的計算機仿真方法，為以后在實際工作的應用打下基礎，是一種值得肯定和進一步發展完善的教學改革方向。

參考文獻：

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[2]王兆安，劉進軍.電力電子技術[M].第5版.北京：機械工業出版社，2009.

[3]洪武.PSIM在電力電子技術教學中的應用[J].實驗科學與技術，2009，7（1）.

[4]陳宏.基于Matlab的電力電子技術課程的教學探索[J].實驗室科學，2013，16（1）.

[5]丘東元，張波.基于仿真平臺的“電力電子技術”教學模式探討[J].電氣電子教學學報，2010，32（2）.

[6]榮軍，萬軍華，陳曦.計算機仿真技術在電力電子技術課堂教學難點中的應用[J].實驗技術與管理，2012，29（8）.

[7]汪義旺，索跡.電力電子技術仿真實驗教學探討[J].實驗科學與技術，2011，9（4）.

[8]馬立華，席惠.MATLAB在電力電子實驗教學中的應用[J].實驗室研究與探索，2005，24（2）.

[9]王武.基于Matlab和PLECS的電力電子仿真實驗教學[J].實驗技術與管理，2011，28（6）.

[10]段曉燕，趙正天，段生成.電力電子技術模擬實驗教學探討[J].實驗科學與技術，2008，6（6）.

[11]黃忠霖，黃京.電力電子技術的MATLAB實踐[M].北京：國防工業出版，2009.

[12]野村弘，藤原憲一郎，吉田正伸.使用PSIM學習電力電子技術基礎[M].胡金庫，賈要勤，王兆安，譯.西安：西安交通大學出版社，2009.

基金項目：中國石油大學（北京）教學改革項目（09jgx041）。

作者簡介：劉麗萱（1965-），女，河北定州人，碩士，講師，研究方向：電力電子教學、電力電子技術在石油勘探儀器中的應用。