虛擬仿真技術(shù)在高職電力電子技術(shù)課程中的應(yīng)用

羅海霞

摘要：電力電子技術(shù)是高職院校電氣自動(dòng)化專業(yè)的一門實(shí)踐性很強(qiáng)的專業(yè)課程。本文分析了電力電子技術(shù)課程教學(xué)中存在的問(wèn)題，將虛擬仿真技術(shù)應(yīng)用在電力電子技術(shù)課程教學(xué)中，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，加深了學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的理解，同時(shí)仿真實(shí)訓(xùn)不受時(shí)間、空間和物質(zhì)條件的限制，提升了實(shí)踐教學(xué)質(zhì)量。

關(guān)鍵詞： 虛擬仿真技術(shù)；MATLAB；高職；電力電子技術(shù)

中圖分類號(hào)： G642 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2015）29-0183-02

Application of Virtual Simulation Technology in Power Electronics Technology Course

LUO Hai-xia

（Changsha Social Work College， Changsha 410004， China）

Abstract： Power electronics technology is a core subject with very strong practicality of electrical automation specialty. This paper analyzes the current problems in teaching of power electronics technology， and the virtual simulation technology is applied in the teaching of power electronics technology， which stimulates students interest and deepens the students' understanding of theoretical knowledge， while the simulation training is not limited by time， space and material conditions， and improves the quality of teaching practice.

Key words： virtual simulation technology； higher vocational education； power electronics technology

電力電子技術(shù)是高職院校電氣自動(dòng)化專業(yè)的一門專業(yè)核心課程，主要講述各種電力電子器件，以及由電力電子器件所構(gòu)成的各種電路或變流裝置等內(nèi)容[1]。該門課程綜合性和實(shí)踐性很強(qiáng)，借助計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)，既加深了學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的理解，又彌補(bǔ)了學(xué)時(shí)和實(shí)驗(yàn)條件等因素帶來(lái)的不足，對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力有重要意義。

1電力電子技術(shù)課程教學(xué)中存在的問(wèn)題

電力電子技術(shù)課程綜合性很強(qiáng)，內(nèi)容豐富，信息量大，傳統(tǒng)的教學(xué)方法受學(xué)時(shí)和實(shí)驗(yàn)條件的限制，教學(xué)效果不是很理想。主要存在以下問(wèn)題：

（1） 在電力電子技術(shù)的理論教學(xué)中，由于高職學(xué)生理論基礎(chǔ)普遍差一些，學(xué)生參與課堂的主動(dòng)性不高。將虛擬仿真技術(shù)應(yīng)用在該課程教學(xué)中，通過(guò)仿真軟件來(lái)講授理論知識(shí)，使抽象的理論教學(xué)變得生動(dòng)形象，能夠發(fā)動(dòng)學(xué)生，讓學(xué)生主動(dòng)參與實(shí)際的學(xué)習(xí)過(guò)程，觀察到參數(shù)的改變對(duì)電路的影響，加深了對(duì)理論知識(shí)的理解。

（2） 在電力電子技術(shù)的實(shí)踐教學(xué)中，學(xué)時(shí)不足和實(shí)驗(yàn)設(shè)備的短缺等因素影響了實(shí)驗(yàn)的順利進(jìn)行。此外，在電力電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，學(xué)生操作不熟練，因此，故障率高，燒斷保險(xiǎn)、燒壞設(shè)備的情況經(jīng)常出現(xiàn)，直接影響了實(shí)踐環(huán)節(jié)的教學(xué)效果[2]。采用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)，用模擬元件代替實(shí)際元件進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，節(jié)省了實(shí)驗(yàn)耗材，學(xué)生還可以在課外獨(dú)立完成仿真實(shí)驗(yàn)。

總之，借助計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)，既提高了理論教學(xué)效果，又彌補(bǔ)了因?qū)嶒?yàn)場(chǎng)地、實(shí)驗(yàn)條件、儀器設(shè)備等因素帶來(lái)的不足，提高了實(shí)踐教學(xué)質(zhì)量。

2 虛擬仿真技術(shù)在電力電子技術(shù)課程中的應(yīng)用

2.1 虛擬仿真軟件簡(jiǎn)介

虛擬仿真技術(shù)，是用一個(gè)虛擬的系統(tǒng)模仿另一個(gè)真實(shí)系統(tǒng)的技術(shù)[3]，是隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展而逐步形成的一類試驗(yàn)研究的新技術(shù)。MATLAB是美國(guó)Math Works公司于1976年開(kāi)發(fā)的MatrixLaboratory（矩陣實(shí)驗(yàn)室）軟件的簡(jiǎn)稱[4]。早期的MATLAB主要用于解決科學(xué)和工程的復(fù)雜數(shù)學(xué)計(jì)算，后面經(jīng)過(guò)不斷的擴(kuò)充和更新，成為了一個(gè)高級(jí)計(jì)算和仿真平臺(tái)。本文中，電力電子電路的仿真主要使用simpowersystem和simulink兩個(gè)模塊庫(kù)進(jìn)行。

2.2 虛擬仿真技術(shù)在電力電子技術(shù)課中的應(yīng)用

下面以單相橋式全控整流電路為例，介紹M A T L A B的仿真教學(xué)過(guò)程，該電路由交流電源，晶閘管、負(fù)載以及觸發(fā)電路組成。

（1）建立仿真模型

打開(kāi)MATLAB軟件，新建MDL文件，在simulink和simpowersystem模塊組中提取所需的模塊，按照單相橋式全控整流的原理圖連接起來(lái)組成仿真電路如圖1所示。其中，晶閘管的觸發(fā)電路采用簡(jiǎn)單的脈沖發(fā)生器，控制角以脈沖的延遲時(shí)間表示。最后，需要在仿真模型中加入powergui模塊，電力系統(tǒng)仿真必需加入該模塊，否則無(wú)法運(yùn)行[5]。

（2）參數(shù)設(shè)置及仿真結(jié)果分析

設(shè)置交流電源峰值220V，頻率為50Hz，初始相位為0°；負(fù)載電阻R = 2Ω ；脈沖發(fā)生器1的周期為0.02，相位為0.02/12，脈沖發(fā)生器2的周期為0.02，相位為0.02*7/12；仿真時(shí)間為0.06s，仿真類型為ode15s[stiff/NDF]，參數(shù)設(shè)置完后，點(diǎn)擊“運(yùn)行”按鈕。阻性負(fù)載，α=30°時(shí)負(fù)載兩端電壓和電流波形如圖2所示，晶閘管兩端電壓和電流波形如圖3所示。

圖2 α =30°時(shí)，電阻負(fù)載電源電壓、觸發(fā)脈沖、負(fù)載電壓和負(fù)載電流波形

圖3 α =30°時(shí)，電阻負(fù)載電源電壓、觸發(fā)脈沖、晶閘管VT1兩端電壓和電流波形

分析單相橋式全控整流阻感性負(fù)載電路的原理時(shí)， 只需要設(shè)置參數(shù)R = 2Ω ， L = 0 1 . H，可以很方便地得到阻感性負(fù)載電路的波形。教師演示完后，要求學(xué)生自己動(dòng)手仿真，觀察其他控制角時(shí)，整流輸出電壓、電流波形。學(xué)生在自己仿真的過(guò)程中，不僅可以很直觀地看到參數(shù)的改變對(duì)電路的影響，還可以通過(guò)改變參數(shù)的設(shè)置加深對(duì)觸發(fā)電路與主電路的同步等抽象問(wèn)題的理解。

3 結(jié)論

MATLAB仿真技術(shù)在電力電子技術(shù)教學(xué)過(guò)程中的合理應(yīng)用，既可以激發(fā)學(xué)生的興趣，將抽象問(wèn)題以仿真的方式呈現(xiàn)出來(lái)，加強(qiáng)直觀性，吸引學(xué)生注意力，讓學(xué)生主動(dòng)參與到課堂教學(xué)中來(lái)。又彌補(bǔ)了因?qū)嶒?yàn)場(chǎng)地、儀器設(shè)備等硬件條件的不足，尤其實(shí)驗(yàn)中不易觀察到的現(xiàn)象，可以進(jìn)行模擬仿真，使整個(gè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)更充實(shí)完善，通過(guò)軟硬結(jié)合、相互補(bǔ)充的方式，培養(yǎng)了學(xué)生的工程實(shí)踐能力。

參考文獻(xiàn)：

[1] 徐立娟. 電力電子技術(shù)，第2版[M]. 北京：人民郵電出版社， 2014.

[2] 周珊.“Multisim 10 仿真在電力電子技術(shù)課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用[J]. 黑龍江科技信息， 2013（12）：45.

[3] 王春娟.虛擬仿真技術(shù)在構(gòu)建模擬電路高效課中的應(yīng)用[J]. 電腦知識(shí)與技術(shù)， 2014，10（35）：8479-8480.

[4] 李維波. MATLAB在電氣工程中的應(yīng)用[M]. 北京：中國(guó)電力出版社，2006.

[5] 王宇. MATLAB/simulink在“電力電子技術(shù)”課程教學(xué)中的應(yīng)用[J]. 中國(guó)電力教育， 2014（9）：55-56.