隨著計算機技術(shù)、仿真技術(shù)不斷地發(fā)展，計算機仿真軟件已經(jīng)廣泛地應(yīng)用到各個領(lǐng)域，如電氣工程、生物工程、機械工程等。本文將討論在電氣工程領(lǐng)域，計算機仿真軟件在電力電子技術(shù)教學(xué)中的具體應(yīng)用。電力電子技術(shù)是電氣工程及其自動化、自動化等相關(guān)專業(yè)一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，涉及到電力學(xué)、電子學(xué)和控制方面的內(nèi)容，廣泛地應(yīng)用于各個領(lǐng)域，如電力、交通、工業(yè)、航空航天、辦公自動化等，是理論內(nèi)容豐富、實踐性較強和綜合性高的技術(shù)。電力電子技術(shù)是利用電力電子器件對電能進行高效變換的技術(shù)。學(xué)生在學(xué)習(xí)這門課程時，往往感覺很吃力。一方面，這門課程涉及到電路理論、模擬電子技術(shù)、數(shù)字電子技術(shù)、控制理論等相關(guān)的知識，抽象不直觀，學(xué)生缺乏興趣，難以理解；另一方面，對于這門課中涉及的電路計算復(fù)雜，求解困難，需要較好的高等數(shù)學(xué)基礎(chǔ)才可以解出。隨著計算機技術(shù)、仿真技術(shù)不斷地發(fā)展，以及計算機在各大高校的普及。各大高校已經(jīng)把各種計算機仿真軟件應(yīng)用到電力電子技術(shù)課程實際的教學(xué)當(dāng)中，以解決電力電子技術(shù)教學(xué)中遇到的問題。

概述

上海電機學(xué)院電氣學(xué)院的龔建芳教授把Matlab/Simulink仿真軟件應(yīng)用到電力電子技術(shù)課程的理論教學(xué)和實驗課程教學(xué)中（龔建芳.基于MATLAB的”電力電子技術(shù)”教學(xué)模式探討[J].中國電力教育,2013(16):63-65）。河北石家莊軍械工程學(xué)院車輛與電氣工程系的張晨光、安樹等人，利用Matlab的GUI工具設(shè)計用戶圖形界面，利用Simulink平臺建立電力電子技術(shù)實驗電路的仿真模型，再通過函數(shù)文件調(diào)用模型，完成電力電子電路參數(shù)的設(shè)置與仿真結(jié)果的輸送，最終將電力電子電路中各觀測點的波形顯示到用戶界面上，完成整個電力電子電路仿真實驗過程，建立了仿真實驗教學(xué)系統(tǒng)，并將該仿真實驗系統(tǒng)應(yīng)用到教學(xué)中（張晨光,安樹,張素寧.基于Mat-lab的“電力電子技術(shù)”仿真實驗教學(xué)系統(tǒng)設(shè)計[J].高校實驗室工作研究,.2015(3):64-66）。陜西西安空軍工程大學(xué)防空反導(dǎo)學(xué)院的牛天林、爽波等人分析Matlab/Simulink仿真技術(shù)在電力電子技術(shù)課程教學(xué)中動態(tài)比較、疑難解答、系統(tǒng)認(rèn)識、實驗拓展等環(huán)節(jié)的應(yīng)用（牛天林,樊波,張強,趙廣勝.Matlab/Simulink仿真在電力電子技術(shù)教學(xué)中的應(yīng)用[J].實驗室研究與探索,2015(2):84-87）。重慶科技學(xué)院電子信息工程學(xué)院的李鵬飛、葉文在探索教學(xué)創(chuàng)新過程中，提出了應(yīng)用Matlab仿真技術(shù)與課堂理論教學(xué)相結(jié)合的教學(xué)模式。南京師范大學(xué)泰州學(xué)院機電系的孫紅艷等人對Multisim仿真軟件在電力電子技術(shù)教學(xué)的應(yīng)用進行研究，并建立單相橋式可控整流電路模型進行仿真（王國強,孫紅艷.Multisim在電力電子技術(shù)教學(xué)改革實踐的應(yīng)用[J].實驗科學(xué)與技術(shù),2011(5):50-52）。南京工程學(xué)院自動化學(xué)院趙濤、張麗華等人對計算機仿真軟件PSpice在電力電子技術(shù)教學(xué)改革實踐中的應(yīng)用進行了研究，并以三相橋式整流電路及Buck電路為例，建立電路仿真模型，仿真模擬（趙濤,張麗華,徐開蕓,等.PSpice在電力電子技術(shù)教學(xué)改革實踐中的應(yīng)用[J].電力系統(tǒng)及其自動化學(xué)報,2009(6):123-127）。江蘇淮安淮陰工學(xué)院的陳萬等人利用Saber仿真軟件在電力電子技術(shù)課程教學(xué)改革中的應(yīng)用進行研究，并以三相橋式全控整流電路為例，建立電路仿真模型，討論了觸發(fā)角和輸出波形間的關(guān)系，并研究了整流器故障對波形的影響。

1總結(jié)

綜上所述，上述所討論的計算機仿真軟件對學(xué)生學(xué)習(xí)電力電子技術(shù)促進作用。無論在理論知識學(xué)習(xí)，還是在實驗實踐學(xué)習(xí)方面。一方面，學(xué)生能夠通過仿真軟件搭建相應(yīng)仿真電路進行仿真，就可以對電力電子器件的工作原理及其特性進行研究，如不可控型的電力二極管、半控型的晶閘管、全控型的絕緣柵雙極性晶體管（IGBT）。這對學(xué)生掌握電力電子開關(guān)器件的工作原理、特性、導(dǎo)通條件、關(guān)斷條件等相關(guān)知識有更為深刻的認(rèn)識（王波.電力電子技術(shù)仿真項目化教程(第二版)[M].北京理工大學(xué)出版社,2016年3月）。其次，學(xué)生可通過仿真軟件搭建相應(yīng)的電力電子變換電路，如DC-DC，DC-AC，AC-DC，AC-AC，進行仿真，然后通過觀察電力電子開關(guān)觸發(fā)脈沖的波形，電力電子開關(guān)電流、電壓的波形，變換電路輸出電流、電壓的波形以及學(xué)生想關(guān)注的各器件、各支路電流、電壓的波形，從而掌握各種電力電子變換電路觸發(fā)脈沖的特點及規(guī)律、電力電子開關(guān)導(dǎo)通的順序規(guī)律、變換電路工作原理和特點（王曉毛,鄧則名,馮垛生.在MATLAB中實現(xiàn)三相電壓型逆變器仿真[J].廣東工業(yè)大學(xué)報,2000(2):24-28）。還有，學(xué)生還可以通過搭建電力電子變換相應(yīng)的控制電路模型進行仿真，以掌握電力電子控制電路的工作原理及特點。最后，學(xué)生還可以通過仿真軟件控制搭建完整的電力電子系統(tǒng)，對電力電子技術(shù)應(yīng)用有更為深入理解和掌握（蘇海濱,王繼東.基于Simulink/MATLAB電力電子系統(tǒng)仿真設(shè)計[J].華北水利水電學(xué)院學(xué)報,2007(1):49-51）。

2結(jié)束語

計算機仿真軟件在電力電子技術(shù)教學(xué)中有重要的意義。無論是Saber仿真軟件，還是Multisim仿真軟件，還是Pspice仿真軟件，還是Matlab/Simulink軟件，在電力電子技術(shù)課程教學(xué)中，都能夠提高學(xué)生學(xué)習(xí)積極性、主動性與興趣，提高學(xué)生在電力電子電路設(shè)計能力，培養(yǎng)學(xué)生電力電子技術(shù)相關(guān)的實踐能力，促進教學(xué)質(zhì)量的提高。同時，這些計算機仿真軟件也是學(xué)生在今后的電力電子技術(shù)學(xué)習(xí)深造中有利科學(xué)研究工具。

1.關(guān)于電力電子技術(shù)

所謂電力電子技術(shù)，即以電力作為作用對象的電子技術(shù)，是一門介于電力技術(shù)、電子技術(shù)以及控制技術(shù)之間的交叉性學(xué)科，涉及的知識領(lǐng)域范圍較廣，具有綜合性特征。

1.1電力技術(shù)

此項技術(shù)的應(yīng)用具有多樣性，其主要利用電磁學(xué)原理來實現(xiàn)發(fā)電、輸配電等多方面的功能，研究內(nèi)容主要有發(fā)電機、電動機、輸配電、變壓器、電力線路等等，通過使用這些用電設(shè)備來解決電能的輸送、生產(chǎn)以及調(diào)派問題等，因此對于電力技術(shù)而言，上述電力設(shè)備極為重要。

1.2電子技術(shù)

電子技術(shù)依賴電子學(xué)原理，是一門通過設(shè)計電子元件或設(shè)備以及創(chuàng)建一些具有特殊功能的電路，從而處理現(xiàn)實目的問題的學(xué)科，其處理對象為電子信號，常見處理方法包括：產(chǎn)生信號、放大信號、信號過濾、信號轉(zhuǎn)譯等等。此技術(shù)于上世紀(jì)初期左右問世，其后便迎來了飛速發(fā)展時期，是近現(xiàn)代科技進步的里程碑。

1.3控制技術(shù)

摘要：當(dāng)今社會經(jīng)濟不斷發(fā)展，我國的經(jīng)濟體系越來越完備，各行各業(yè)的發(fā)展升級都取得了顯著的成績，工程收入在中國的經(jīng)濟總額中也貢獻了很大一部分力量。為了讓電氣行業(yè)緊跟時展的潮流，在我國的電氣工程中加大應(yīng)用電力電子技術(shù)的力度，有利于推動該行業(yè)可持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展。文章從電力電子技術(shù)的內(nèi)容、發(fā)展情況、應(yīng)用方面等進行了探究，力求尋找到適合電力電子技術(shù)應(yīng)用的優(yōu)質(zhì)措施。

關(guān)鍵詞：電子電力技術(shù)；電氣工程；應(yīng)用

這幾年來，由于科學(xué)技術(shù)越來越發(fā)達，我國的電力電子技術(shù)也開始走向成熟和穩(wěn)定，應(yīng)用范圍逐漸擴展，已經(jīng)涉足的行業(yè)有工業(yè)、交通、國防等。電力電子技術(shù)主要的功能就是通過對電子設(shè)備的使用和轉(zhuǎn)換，用弱電子來引導(dǎo)強電力，實現(xiàn)電力之間的最大化效用。電力電子技術(shù)的應(yīng)用包括但不限于電氣工程，現(xiàn)今在電動機和發(fā)電機領(lǐng)域也分得了自己的一杯羹，新領(lǐng)域的應(yīng)用，還幫助了電能生產(chǎn)，提高了利用效果，節(jié)省了很大一部分能源，為中國的能源事業(yè)做出自己的貢獻，另一方面也可以提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性。

1電力電子技術(shù)的概念

電力電子技術(shù)已經(jīng)成長為一種逐漸興起的技術(shù)，它主要是應(yīng)用電子的零件來轉(zhuǎn)換和控制電力，常見的電力電子零件主要有閘管、高斯型軌道以及大功率半導(dǎo)體的開關(guān)零件等。電力電子技術(shù)能夠轉(zhuǎn)換的電能功率從1W甚至更小，一直到兆瓦或者更大，都是它可以實現(xiàn)控制的范圍，電力電子技術(shù)與信息電子技術(shù)有著很大的不同，信息電子技術(shù)是用來處理信息數(shù)據(jù)的，而電力電子技術(shù)則是用來轉(zhuǎn)換電力的。電力電子技術(shù)從實用角度分為兩種，分別是電力電子制造技術(shù)以及變流技術(shù)，變流技術(shù)包含的范圍比較廣泛，主要有整流、斬波、變頻以及逆變等?，F(xiàn)如今的電氣工程專業(yè)以及自動化專業(yè)中，都有著電力電子技術(shù)的基礎(chǔ)專業(yè)課程，這給中國的電力事業(yè)培養(yǎng)了大量的人才。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，已經(jīng)將其分為電子學(xué)、電工原理、自動控制三門類目，并進行高效施行學(xué)習(xí)，由于電力電子技術(shù)有著強大的功率，因此日常主要給強電工業(yè)服務(wù)。電力電子技術(shù)主要分四大系統(tǒng)，即零件、電路、裝置和對應(yīng)系統(tǒng)。由于零件多為半導(dǎo)體材料，主要的材料是單晶硅，因此，電子零件將半導(dǎo)體物理學(xué)作為了理論基礎(chǔ)，將半導(dǎo)體技術(shù)作為了主要技術(shù)[1]。

2電力電子技術(shù)的發(fā)展

隨著晶體管的發(fā)明，大家都認(rèn)為固態(tài)的電子時代將要到來，發(fā)明了晶閘管就意味著電子技術(shù)逐漸走向更高的發(fā)展。這些年來，高端技術(shù)出現(xiàn)的越來越多，電力電子技術(shù)不斷發(fā)展，也開始得到了更多的應(yīng)用機會。整體上來看，電力電子技術(shù)的發(fā)展主要分為以下3個時代階段[2]。

1電力電子技術(shù)的發(fā)展史

總而言之，現(xiàn)代電力電子技術(shù)的發(fā)展是從低頻技術(shù)到高頻技術(shù)處理問題為主的，從傳統(tǒng)電力電子技術(shù)向現(xiàn)代電力電子技術(shù)方向發(fā)展。當(dāng)下，電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)成為環(huán)保、節(jié)能、全自動化、智能化、機電一體化的基礎(chǔ)，正向著應(yīng)用技術(shù)高頻化、產(chǎn)品性能綠色化、硬件結(jié)構(gòu)模塊化的方向發(fā)展。

2電力電子技術(shù)對電力系統(tǒng)的重要作用

電力系統(tǒng)由輸配電路器、發(fā)電設(shè)備和伏在用電設(shè)備三大部分組成。電力系統(tǒng)是歷史上逐步擴建，直到聯(lián)網(wǎng)之后才發(fā)展起來的，是一個地域分布廣、設(shè)備眾多、運行參數(shù)相互影響且瞬變很快的大系統(tǒng)，其對于安全、經(jīng)濟、高效、優(yōu)質(zhì)的運行具有重大意義。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，電力電子設(shè)備已經(jīng)著手進入電力系統(tǒng)，并為解決電能控制提供了技術(shù)手段。據(jù)不完全估計，發(fā)達國家在用戶最終使用的電能中，有60%以上的電能不得不經(jīng)過一次或者更多的電子變流裝置的處理。電力系統(tǒng)在面向社會現(xiàn)代化的進程中，電力電子技術(shù)就是關(guān)鍵技術(shù)之一?？梢圆环咆试~地說，如果脫離了電力電子技術(shù)，電力系統(tǒng)在如今的成就將不會如此。

3電力技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用

3.1電力系統(tǒng)的智能控制

電力系統(tǒng)的控制應(yīng)用與研究在先前的40多年內(nèi)，大體上可分為三個階段：以傳遞函數(shù)的單輸入、單輸出基礎(chǔ)的控制階段；以線性最優(yōu)控制、非線性控制及多臺電腦機器系統(tǒng)協(xié)調(diào)的控制階段；智能性的控制階段。智能控制是當(dāng)今控制理論發(fā)展的新階段，基本上是用來解決和處理那些用傳統(tǒng)方法難以解決和解釋的復(fù)雜系統(tǒng)的控制問題；特別是用于具有強非線性、模型不確定性、需要很強適應(yīng)性的復(fù)雜系統(tǒng)。所以說，智能控制在電力系統(tǒng)工程某些應(yīng)用方面的前景與路線非常廣闊，在對其進行應(yīng)用時，要由某些人工設(shè)置好的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)加以協(xié)調(diào)和控制。

1“電力電子技術(shù)”教學(xué)內(nèi)容改革

“電力電子技術(shù)”課程教學(xué)的基本框架還是以所選教材為基礎(chǔ)，但在具體內(nèi)容上應(yīng)當(dāng)以讓學(xué)生認(rèn)識該課程的用途與重要性為出發(fā)點進行設(shè)計，緊扣行業(yè)應(yīng)用，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性與主動性。首先，注意開好頭，要重視緒論課的教學(xué)，如在介紹“1.3電力電子技術(shù)的應(yīng)用”時應(yīng)將重點側(cè)重到交通運輸和電子這一領(lǐng)域中，重點介紹電力電子技術(shù)在汽車與軌道車輛上的應(yīng)用。針對新能源汽車專業(yè)學(xué)生可舉例介紹車輛能源系統(tǒng)的“骨架結(jié)構(gòu)”，如油電混合動力汽車等新能源汽車的能量系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)圖與基本工作原理；針對城市軌道車輛專業(yè)學(xué)生介紹地鐵車輛的電源系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖等等，緊緊抓住行業(yè)應(yīng)用為起始點引發(fā)學(xué)生的興趣。另外針對電子裝置用電源可從大家時刻不離身的手機充電器說起，讓學(xué)生認(rèn)識到電力電子技術(shù)無處不在，實用性很強，提高學(xué)生積極性。其次，隨著課程內(nèi)容教學(xué)的深入，應(yīng)繼續(xù)圍繞專業(yè)行業(yè)應(yīng)用，將原來的“骨架結(jié)構(gòu)”補充上“血肉”，即實際具體電路，進行內(nèi)容的豐富。如介紹DC/DC變換時，可以將原先介紹的地鐵車輛電源系統(tǒng)中DC/DC的變流電路具體化，在知識認(rèn)知的體系結(jié)構(gòu)中進一步具體化，加深知識點的理解和印象。最后為提高學(xué)生對電力電子技術(shù)的關(guān)注度，提高學(xué)生資料收集與自學(xué)能力，一方面對部分內(nèi)容調(diào)整為課后自學(xué)內(nèi)容，要求學(xué)生利用網(wǎng)絡(luò)、圖書館等資源條件完成學(xué)習(xí)，如器件中IGCT、功率集成電路、脈寬調(diào)節(jié)電路等的相關(guān)內(nèi)容將由學(xué)生進行資料收集并選擇部分主題由學(xué)生在課堂上給大家進行介紹，提高學(xué)習(xí)的相關(guān)性。另外一方面提供一些已經(jīng)完成的電源板，讓有興趣的同學(xué)進行實際調(diào)試，在實踐中體會電能的變換與控制，實現(xiàn)“自主行走”。這些同學(xué)能在今后相關(guān)的實踐設(shè)計中有較好的基礎(chǔ)，且能幫助并帶動其他同學(xué)提高實踐能力。

2“電力電子技術(shù)”課程設(shè)計改革

“電力電子技術(shù)”課程應(yīng)用性強，因此要求學(xué)生有較強的動手實踐能力。課程開設(shè)了6個學(xué)時的實驗，對學(xué)生來說實踐時間較少。因此率先在車輛工程專業(yè)新能源汽車專業(yè)方向開設(shè)了“汽車電力電子技術(shù)課程設(shè)計”課題，時間為一周，精選了“太陽能電動車SPWM控制逆變電路設(shè)計”、“車載逆變電源—推挽式直流變換電路設(shè)計”、“車載逆變電源—工頻逆變電路設(shè)計”等設(shè)計課題，要求學(xué)生通過課程設(shè)計能充分了解電力電子技術(shù)在汽車上的應(yīng)用以及應(yīng)用設(shè)計，要求學(xué)生“腳踏實地”進行電路方案論證比較，完成電力電子電路的參數(shù)計算、器件的選型、繪制電路原理圖等過程，掌握電力電子電路的設(shè)計，并能夠掌握電力電子器件常用的驅(qū)動電路設(shè)計，合理設(shè)計保護電路。同時對于電路原理圖要求采用EDA（電子設(shè)計自動化，ElectronicDesignAu-tomation）軟件進行繪圖，將學(xué)生所學(xué)的電力電子技術(shù)、自動控制技術(shù)、EDA技術(shù)等幾門課程在汽車電力電子技術(shù)課程設(shè)計中進行融合，提高學(xué)生的實際設(shè)計能力。對multisim實踐能力較強、學(xué)有余力的同學(xué)進一步指導(dǎo)其采用仿真手段（Matlab或者Multisim）進行仿真實習(xí)，論證設(shè)計結(jié)果。通過緊張而充實的課程設(shè)計，大部分的同學(xué)對電力電子技術(shù)在汽車上的應(yīng)用有了進一步的認(rèn)識，并對所學(xué)的相關(guān)課程進行貫通融合，充分了解所學(xué)專業(yè)課程之間的相互聯(lián)系，增強了對自身所學(xué)專業(yè)知識架構(gòu)的認(rèn)識，能夠熟練利用相關(guān)課程、相關(guān)技術(shù)手段進行電路設(shè)計，實現(xiàn)在專業(yè)知識架構(gòu)中的“自由天地”。

3總結(jié)

課程教學(xué)內(nèi)容和實踐環(huán)節(jié)改革在近三屆學(xué)生中的教學(xué)實踐證明，教學(xué)效果較好，學(xué)生學(xué)習(xí)積極性高，對專業(yè)的理解較以往有所加深。這也說明，教師教好一門課，需結(jié)合行業(yè)實際，應(yīng)結(jié)合科學(xué)技術(shù)的實際情況適時適當(dāng)?shù)剡M行教學(xué)改革，要注重教學(xué)內(nèi)容理論與實踐的結(jié)合，努力將學(xué)生培養(yǎng)成厚基礎(chǔ)、實踐強的應(yīng)用型人才。

作者：顧新艷 單位：南京工程學(xué)院汽車與軌道交通學(xué)院