国内外“电力电子技术”课程教学研究

摘要：随着功率半导体器件制造技术和计算机控制技术的发展，电力电子技术的应用范围日益广泛。“电力电子技术”课程在电气工程专业教学中占据重要的地位。在“电力电子技术”本科课程设置、教学内容、教学方法、实验手段等方面对国内外几所大学进行了比较，对其特点进行了分析，以期为“电力电子技术”课程的教学提供一定的借鉴和启示。

关键词：电力电子技术；电气工程；课程设置

作者简介：刘晋（1974-），男，河北涿州人，华北电力大学电气与电子工程学院，讲师；牛印锁（1973-），男，河北定州人，华北电力大学电气与电子工程学院，高级工程师。（北京100026）

基金项目：本文系华北电力大学2010年教改项目的研究成果。

中图分类号：G642.3     文献标识码：A     文章编号：1007-0079（2012）06-0064-02

随着电力电子器件制造技术和微机技术的发展，电力电子技术在电气工程的各个领域得到了广泛的应用，电力电子技术在各个领域的应用带来了相应领域的技术革命。

在电力系统领域，电力电子技术除了广泛地应用于发电、输电、配电和用电等环节，在太阳能光伏发电、风力发电等可再生能源发电领域、电动汽车应用和节能等领域也得到广泛的应用。电力电子技术的广泛应用对电力电子技术教学和研究都提出了新的要求和内容。

“电力电子技术”已经成为电气工程专业重要的专业基础课。由于专业背景和就业方向的不同，国内不同高校以及国外大学在“电力电子技术”的课程设置、教学内容、教学重点、教学手段、实验内容以及后续专业课程设置等方面存在许多异同点。

本文对国内外几所大学“电力电子技术”本科教学方面的情况进行了初步的对比，对其教学安排、教学内容与手段和实验情况进行了对比总结，希望这些对比和总结能够帮助从事电力电子方面教学的教师开拓教学思路、丰富教学手段、提高教学效果，为该课程的教学提供有益的参考和借鉴。

国内大部分理工科院校都开设了“电力电子技术”课程，本文选取了国内的清华大学、西安交通大学、浙江大学、南京航空航天大学和华北电力大学进行了比较分析；国外大学选取了美国麻省理工学院和英国曼彻斯特大学进行了比较分析。

一、课程设置比较

清华大学电机工程与应用电子系、信息科学技术学院自动化系开设了“电力电子技术”课程，机械工程学院汽车工程系开设了“汽车电力电子学”。后续相关课程有“直流输电技术”、“电力传动与控制”、“电力拖动与运动控制”。

西安交通大学电气工程学院、电子与信息工程学院自动化科学与技术系开设了“电力电子技术”课程，共56学时，包括8学时的4个实验项目。

浙江大学电子信息工程、电气工程及其自动化和自动化等专业开设了“电力电子技术”课程，共56学时，包括16学时的实验项目，实验学时数相对较多。

南京航空航天大学电气工程及其自动化和自动化等专业开设了“电力电子技术”课程，共72学时，包括16学时的实验项目，总学时数和实验学时数相对较多。

华北电力大学电气与电子工程学院电气工程及其自动化专业、信息工程专业，控制与计算机工程学院自动化专业开设了“电力电子技术”课程，共48学时，包括8学时的4个实验项目。后续相关课程有“电力电子技术应用”（专业选修）、“HVDC与FACTS技术”、“电力电子课程设计”和“电力电子综合实验”。

国内几所高校课程开设情况见表1。

美国麻省理工学院EECS（电气工程与计算机科学）系开设了“电力电子技术”（Power Electronics）课程。

英国曼彻斯特大学EE&E（电气与电子工程）学院为电气与电子工程专业、机械电子工程专业2年级开设了“电机、拖动与电力电子”（Machines，Drivers & Power electronics）课程，上述两个专业在3年级开设了“调速”（Variable Speed Driver）和“电力电子”（Power Electronics）课程。

英国诺丁汉大学EE&E（电气与电子工程）系为电气与电子工程专业2年级开设Power Supply Electronics；为电气工程与可再生能源系统专业2年级开设Power Supply Electronics，3年级开设Power Electronic Design，Renewable Generation Technologies and Control，FACTS and Distributed Generation，Energy Conversion for Motor and Generator Drives，以及选修课程Advanced AC Drives，Technologies for Wind Generation，Advanced AC Drives with Project，Advanced Electrical Machines等相关课程。

从课程设置上看，国内大多数高校电气工程专业基本都将“电力电子技术”作为专业基础课程。但不同专业特色的学校在其后续课程设置上差别较大，该专业学生未来就业的方向和领域对后续课程的设置影响很大，这也是各个学校在电力电子技术教学上最具专业特色的地方。

二、教学内容比较

国内高校在“电力电子技术”课程教学内容上相差不多，主要内容有：电力电子器件、整流电路、逆变电路、直流斩波电路、交流―交流电力变换、电路脉宽调制（PWM）技术、软开关技术和电力电子应用介绍等内容。南京航空航天大学还增加了功率变换器中的磁性元件设计方面的教学内容。

麻省理工学院EECS系“电力电子技术”课程内容主要有：整流器，功率因数畸变检测与校正，磁场，DC/DC变换器，隔离DC/DC变换器，DC/AC变换器，EMI滤波器，损耗与吸收电路，软开关，热设计，控制，三相系统介绍，多相整流器，开关电源，谐振变换器，实际的电力电子系统设计中的相关问题和课程设计等内容。

英国曼彻斯特大学EE&E学院的“电机、拖动与电力电子”（Machines，Drivers & Power electronic）课程内容主要有：交流感应电机、交流同步电机、变压器、相控整流电路及其应用。“调速”（Variable Speed Driver）的主要内容有：感应电机特性，变频调速原理等。

通过对比可以看出，国内外大学在“电力电子技术”课程内容上差别比较大，侧重点也各不相同。国内使用的“电力电子技术”本科教材大都是在介绍电力电子开关器件的基础上，对各种交、直流电能变换电路的结构和工作原理进行定性和定量的分析，并涉及一些相关的应用技术。国外教材则更注重最基本原理介绍和电力电子实际应用电路系统的设计和计算分析。

三、教学方法与手段比较

在教学手段上，国内外大学大体相近，大都采用多媒体、动画技术与黑板相结合的教学手段。另外，国外大学采用手写、打印胶片投影授课也较为普遍，在课前把授课讲义发放给学生。

国内高校教学主要以课堂讲授为主，由于学生人数比国外学生多，课堂的互动性以及课堂讨论比国外高校要少，且效果不好。另外，国内学生课外查阅文献资料和阅读材料的环节常常被忽略，这点与国外高校差别较大。

在辅助教学方面，国内外大学形式上差别不大，主要通过习题课、答疑、平时测验和复习课等方式帮助学生进行课下的自学和考试前的复习。

四、实验环节比较

在基础实验内容上，国内高校基本上以电力电子器件特性、相控整流电路实验、直流斩波电路实验、交流电力控制电路实验、负载换相式逆变电路实验、交―直―交变频电路实验、SPWM逆变实验等作为基础实验。由于各个学校的实验条件和专业特色不同，开放性和设计性实验的内容和开展情况差别较大。

曼彻斯特大学EE&E学院电力电子课程实验内容较少，实验室条件（如实验室面积，实验台套数等）不如国内许多高校，但其学生对撰写的实验报告非常认真，国外学生正是通过认真撰写实验报告加深了对于实验原理和内容的理解。

在后续课程实验中，各学校侧重点各不相同。如华北电力大学在后续课程中开设开发了闭环直流电机脉宽调速实验、静止无功补偿（SVC）实验、高压直流输电（HVDC）实验等针对电力电子技术在电力系统应用的专业实验内容，具有鲜明的电力系统专业特色。

国内多数高校都存在学生人数多而实验室设备套数少，实验重复次数多和实验室教师工作量大的情况，这种情况在短期内很难解决。电力电子网络实验平台和虚拟实验室的研究和建设可以为该问题的解决提供一定的思路。

五、启发与体会

通过对国内外几所大学在电力电子技术本科教学方面的对比，有很多值得我们学习和借鉴的思路和方法，在“电力电子技术”教学改革中，笔者认为应注意以下几点：

（1）建立系统教学的观念。在课程体系的设置、教材编写、课程内容组织和实验项目安排的过程中，从电力电子系统的角度出发，结合本学校开课专业未来的应用领域，将相关的知识与未来实际应用有机融合起来，使学生深入了解电力电子技术在未来工作中的应用，从而提高学生的学习兴趣，使学生学习做到有的放矢。

（2）注重电力电子基础实验和设计性实验相结合，培养学生的电路系统设计思想和能力，根据本校专业发展和应用的实际需要开发相应的专业应用实验项目。

（3）注重课堂教学、仿真验证、实验验证和电路设计有机的结合。丰富教学手段，通过仿真与实验的对比分析，使理论和实践相结合，提高教学效果。

（4）建立电力电子教学资源平台，为国内各个高校相关专业的教师和学生提供一个互相学习、交流和资源共享的网络平台，从而不断提高“电力电子技术”及其相关课程的教学水平，为广大的师生营造良好的学习和学术研讨氛围。

六、总结

本文对国内外几所大学“电力电子技术”本科课程设置、教学内容、教学方法与手段、实验环节等进行了比较和分析，对“电力电子技术”教学提出了一些建议，希望为该课程的教学和教学改革提供一定启发和有益的参考。

参考文献：

[1]关晓菡,张卫平,张东.国内外高校电力电子技术教育现状综述[J].电气电子教学学报,2006,(2).

[2]王娟娟.国内外电气工程专业课程设置的特点及比较研究[J].理工高教研究,2007,(3).

[3]郑君里,于歆杰.美国MIT EECS系本科生课程设置简介[J].电气电子教学学报,2006,(2).