新工科背景下“电力电子技术”实践教学改革_王玉斌.pdf
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1、第 卷第 期 年 月电气电子教学学报 收稿日期:;修回日期:基金项目:山东大学 教育教学改革研究一般项目();山东省自然科学基金面上项目()第一作者:王玉斌(),男,博士,教授,主要从事电力电子技术的教学和科研工作,:新工科背景下“电力电子技术”实践教学改革王玉斌 于 静 王 璠(山东大学 电气工程学院,济南)摘要:新工科背景下“电力电子技术”的实践教学的改革和创新势在必行。电力电子实践教学改革以电力电子变换器拓扑分析、设计、模拟仿真、实验等过程进行问题导向学习,注重培养学生从理论 仿真 实践的进阶式开发设计能力。以基于 的谐波电流源设计与实现为实例,阐述电力电子创新实践教学的全过程。实践证明
2、,电力电子实践教学改革满足工程教育创新和新工科建设的发展要求。关键词:电力电子技术;实践教学改革;新工科中图分类号:文献标识码:文章编号:()(,):,:;近年来,国家做出走中国特色的新型工业化道路、建设人才强国及创新型国家等一系列的重大战略部署。对高等工程教育的新要求是主动服务国家的战略要求和行业、企业的需求,改革人才培养模式,锻炼学生的工程实践能力和创新能力,构建具有中国特色社会主义的现代化高等工程教育体系,“新工科”建设是我国工程教育主动应对新一轮科技革命与产业变革的战略行动。电力电子技术作为 世纪后半叶诞生和发展的一门崭新技术,在短短几十年的时间里得到迅猛发展。电力电子技术和运动控制一
3、起,将和计算机技术共同成为未来科学技术的两大支柱。目前,电力电子技术已在工业、交通运输、电力系统、电源、家用电器等几乎所有的领域得到了广泛的应用。近期成为热点的全球能源互联网,电力电子技术在其中也起到重要作用。电力电子技术是连接各个能源网络的纽带,是能源互联网中“互联”的技术支撑。在未来以清洁能源为主导的多种综合能源系统中,电力电子是必不能缺少的,必将占有重要席位。目前,“电力电子技术”是电气工程学科重要的专业技术基础课,同时也是技术性和实践性非常强的一门课程,目前主要采用课堂加实验的模式以及综合实验或课程设计的模式进行教学。相应的“电力电子技术”实验教学,所采用的电力电子与电气传动实验平台,
4、大多为验证性实验平台,随着电力电子技术的快速发展,验证性实验平台在实验教学中的作用,已显露出较多不足,主要表现为:以提交实验报告为考核指标,学生依实验指导书按部就班地做,只是简单地接接线、看看波形,兴趣普遍不高、主动性差;缺少电路的设计及仿真环节,学生不能较好地理解电路的原理以及结构,不利于发现问题及故障分析;缺乏持续开发、创新实验的能力,利用效率不高等。总之,目前传统电力电子的实验教学已明显滞后,不能满足工程教育创新和新工科建设的发展要求。实践教学改革思路电力电子实践教学模式的改革与实践,以培养创新型人才为目标,基本思路是以专业课程内容为理论基础和根本,采取“理论 仿真 实践”逐步深入的步骤
5、,基于固纬电子的 电力电子实训系统为综合实验平台,培养电气工程自主创新人才。电力电子实践教学改革以电力电子变换器拓扑分析、设计、模拟仿真、实验等过程进行问题导向学习,根据变换器性能指标设计其主电路和控制器,并通过 模拟验证、数字仿真验证并形成 程序代码、程序固化和实验验证等环节,让学生更深入地了解电力电子变换器等电力电子变换器的相关特性。注重培养学生“理论 仿真 实践”的进阶式开发设计能力。实践教学改革的路线图如图 所示。由图 可见,电力电子实践教学的改革和创新分为三个阶段,即:()变换器原理、设计与 模拟仿真阶段:要求学生理解并掌握电力电子变换器电路原理及设计方法,设计电力电子变换器的主电路
6、和控制电路,并搭建相应的 模拟仿真电路、进行仿真分析,使仿真结果满足设计指标;()数字仿真阶段:将第一阶段的 仿真电路中控制电路部分(含 调节器、开关量输入输出、转换等)数字化、搭建相应的 仿真电路并进行仿真,使仿真结果满足设计指标;然后在 中将 仿真电路部分一键生成 的 程序代码,并通过 的 集成编程环境软件编译、链接,最后通过 固化工具将 代码固化到目标 的 中;()实验验证阶段:搭建并调试实际的电力电子变换器进行实验验证,观测实验波形、测试相应的指标,使之满足设计要求。通过 电力电子实训平台进行实验项目的测试验证,同时通过 模组的相关接口进行实验数据的获取与参数的设定。图 电力电子实践教
7、学改革路线图 实践教学的综合实验平台固纬电子最近推出的 系列电力电子实训系统,是对传统的验证性实验平台的改革和创新,该 电力电子实训系统以电力电子电路分析、设计、仿真、实验等过程进行问题导向学习,使学生彻底深入了解电力电子变换器原理及相关控制技术,注重培养学生从理论、仿真、实际产品的进阶式开发设计能力和创新实践能力,满足工程教育创新和新工科建设的发展要求,因此将 电力电子实训系统作为“电力电子技术”的创新实践教学的综合实验平台。固纬 电力电子实训系统配置如图 所示。的标准配置包括:系列模组、通道数字存储示波器 、可编程直流电源 、单 三相交流电源 、单 三相交流负载 、交 直流功率表 、可编程
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