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摘要：電力電子技術(shù)作為一門專業(yè)核心課程，重要性不言而喻.引入MATLAB仿真技術(shù)可解決很多傳統(tǒng)實驗教學存在的問題，提高學生的實踐、創(chuàng)新能力.以單相半波可控整流電路為例介紹仿真實驗教學過程.結(jié)果表明，仿真實驗增強了學生的學習興趣，加深了學生對電路工作原理的理解，培養(yǎng)了學生的綜合分析、設(shè)計能力，對之后的課程設(shè)計和畢業(yè)設(shè)計等有很大幫助.仿真實驗教學效果良好，教學質(zhì)量也有顯著提升.

關(guān)鍵詞：電力電子技術(shù)；MATLAB仿真；實驗教學

1引言

“電力電子技術(shù)”是很多高校電氣工程及其自動化專業(yè)的一門重要專業(yè)課程，是電力學、電子學和控制理論三個學科交叉而形成的，可以看成是弱電控制強電的技術(shù)[1].電力電子技術(shù)應(yīng)用范圍十分廣泛，從一般工業(yè)、交通運輸、電力系統(tǒng)到家用電器、各種電源，以及新能源、可再生能源中都有應(yīng)用[2].該課程主要研究各種電力電子器件的結(jié)構(gòu)和應(yīng)用特性，以及四大電力變換電路的電路結(jié)構(gòu)、工作原理等，具有很強的理論性、實踐性和應(yīng)用性[3].雖然電力電子技術(shù)課程實踐地位重要，但許多新建本科院校實驗室建設(shè)跟不上，配套設(shè)備不夠完善，還有一些院校實驗器材老化、設(shè)備陳舊等問題突出.其中一些實驗屬于強電實驗，具有一定危險性[4]，老師在講解實驗原理并演示操作流程后仍會有部分學生接線或操作等方面出現(xiàn)問題，可能造成對元器件和實驗設(shè)備的損壞[5].因此，仿真技術(shù)應(yīng)用于該課程實踐教學中就顯得特別必要了.

2MATLAB在實驗教學中的應(yīng)用

電子、電氣方面的仿真軟件很多，綜合考慮軟件功能、學生能力以及與其它課程的兼容性等因素，選用MATLAB/SIMULINK完成仿真實驗教學.SIMULINK的SimPowerSystems庫中提供了常用的電力電子器件模塊、各種整流、逆變電路模塊等[6]，使用它們搭建電力電子電路模型并進行仿真十分方便.利用MATLAB進行仿真實驗，學生不僅可以完成規(guī)定的實驗內(nèi)容，還可以充分發(fā)揮主動性，自行設(shè)計實驗電路，模擬故障診斷，提高分析和解決問題的能力.另外，對于電氣工程專業(yè)學生來說，很多設(shè)計由于各方面限制而無法做出實物，一些研究工作只能通過仿真來完成[7].學生對MATLAB仿真軟件的良好掌握以及分析、設(shè)計、綜合能力提高，對電力電子技術(shù)課程設(shè)計以及之后的畢業(yè)設(shè)計都是很有幫助的.

3應(yīng)用實例

現(xiàn)以筆者所在院校為例，詳細闡述MAT-LAB/SIMULINK在電力電子技術(shù)實驗教學中的應(yīng)用過程.學院定位為應(yīng)用型本科院校，特別注重學生創(chuàng)新、實踐能力的培養(yǎng)，因此很多課程實踐部分單獨成課且課時較多，如“電力電子技術(shù)實驗”為獨立課程，1學分，24學時，實驗項目數(shù)為7—8個，而實驗設(shè)備臺數(shù)有限且有部分損壞或存在故障，指導教師任務(wù)非常繁重，工作量十分巨大.在這種情況下，把部分實驗改成仿真實驗是很切實可行的辦法，而且仿真軟件的學習對學生的分析、設(shè)計等實踐能力也有提升作用[8].仿真實驗教學中，首先讓學生了解實驗?zāi)康摹?nèi)容，之后講解實驗電路及原理，最后演示具體實驗方法操作，還可以根據(jù)學生情況適當增加思考題、附加題.以第一個實驗單相半波可控整流電路為例，實驗?zāi)康氖钦莆諉蜗喟氩煽卣麟娐吩陔娮柝撦d及阻感負載時的工作原理；了解阻感負載情況下加續(xù)流二極管的作用；基本實驗內(nèi)容為單相半波可控整流電路在各種負載情況下的MATLAB仿真（包括元件的選擇、仿真電路接法及各模塊參數(shù)的設(shè)置等）.實驗電路及工作原理可參考理論課教材.其中(a)為電阻負載的電路及波形，(b)為阻感負載的電路及其波形，(c)為阻感負載有續(xù)流二極管的電路及波形.分析可知，電阻負載時的輸出電壓ud與輸出電流id成正比，輸出電壓平均值Ud=0.45U2(1+cosα)/2；阻感負載時，由于電感的作用使得電流id不能突變，還使得晶閘管的關(guān)斷時刻延遲，所以ud波形出現(xiàn)負的部分，其平均值Ud下降（與電阻負載時相比）；阻感負載有續(xù)流二極管時，u2正半周時，與沒有加續(xù)流二極管時的波形相同.當u2過零變負，續(xù)流二極管開始導通使得ud＝0，這時u2為負，晶閘管承受反壓而關(guān)斷，因而ud未出現(xiàn)負值，電流id由于電感作用而保持連續(xù).若電感值足夠大，可使id連續(xù)，且波形接近一條水平線.

3.1搭建仿真電路模型首先運行MATLAB，進入SINMULINK后創(chuàng)建新的模型，在打開的頁面中繪制電路的仿真圖。

3.2設(shè)置仿真參數(shù)在仿真參數(shù)設(shè)置對話框（點擊“Simulation”菜單下的“Configurationparametes”）中，選擇ode23tb算法，開始仿真時間設(shè)置為0.0，停止仿真時間設(shè)置為0.1.3.4仿真單擊工具欄中的仿真按鈕開始仿真.仿真結(jié)束后，打開示波器可以觀察仿真輸出結(jié)果，是觸發(fā)角α＝60°時對應(yīng)的波形，圖5(b)是觸發(fā)角α＝90°時對應(yīng)的波形）.五個波形從上到下依次為：觸發(fā)信號、晶閘管上流過的電流、晶閘管上承受的電壓、輸出電壓Ud、（二次側(cè)）輸入電壓U2.結(jié)果和(a)中的波形進行比較，調(diào)整觸發(fā)角α的大小，要求得到α＝0°、30°、60°及90°的輸出波形，觀察并記錄之.

4結(jié)語

根據(jù)應(yīng)用型本科院校的教學要求，考慮學院實際情況并結(jié)合課程自身特點，將仿真技術(shù)引入到電力電子技術(shù)實驗教學中.經(jīng)過一段時間的觀察和了解，發(fā)現(xiàn)通過仿真實驗學生對電路工作原理的理解加深了，學習更加積極，采用這種模式可以激發(fā)學生對該課程的興趣，變被動為主動，提高學習效率，也可以減少因?qū)嶒炘O(shè)備等問題對教學效果的影響，教學質(zhì)量也有很大提升.借助MATLAB仿真軟件進行電路分析和研究，可以更好地培養(yǎng)學生綜合、創(chuàng)新能力，為下一階段的課程設(shè)計和畢業(yè)設(shè)計等打下良好基礎(chǔ).

參考文獻：

〔1〕譚陽,徐靜.電力電子技術(shù)課程理實一體化教學研究和探討[J].重慶電力高等專科學校學報,2017,22(04):1-3.

〔2〕王兆安,劉進軍.電力電子技術(shù)[M].北京:機械工業(yè)出版社,2009.6.

〔3〕劉海波,朱藝鋒,艾永樂.基于Matlab的電力電子技術(shù)實驗演示系統(tǒng)設(shè)計[J].實驗室科學,2017,20(3):68-71.

〔4〕羅瑞鴻.基于Matlab電氣仿真技術(shù)的電力電子實驗教學探索[J].電子制作,2017(3)：57-58.

〔5〕汪先兵,王祥傲.應(yīng)用型本科院校電力電子技術(shù)實驗教學模式的探索[J].滁州學院學報,2017,19(5):128-126.

〔6〕王晶,翁國慶,張有兵.電力系統(tǒng)的MATLAB/SIMULINK仿真與應(yīng)用[M].西安:西安電子科技大學出版社,2008.138.

〔7〕艾青,李時東.仿真技術(shù)在電力電子技術(shù)實踐教學中的應(yīng)用[J].科技與創(chuàng)新,2017(22):47-49.

〔8〕林瑩,袁雷,魏克銀.基于MATLAB/SimPower-Systems工具箱的“電力電子技術(shù)”課程教學實踐[J].工業(yè)和信息化教育,2017(8):70-74

作者：韓楊楊 單位：武夷學院機電工程學院