虚拟仿真技术在高职电力电子技术课程中的应用

罗海霞

摘要：电力电子技术是高职院校电气自动化专业的一门实践性很强的专业课程。本文分析了电力电子技术课程教学中存在的问题，将虚拟仿真技术应用在电力电子技术课程教学中，激发了学生的学习兴趣，加深了学生对理论知识的理解，同时仿真实训不受时间、空间和物质条件的限制，提升了实践教学质量。

关键词： 虚拟仿真技术；MATLAB；高职；电力电子技术

中图分类号： G642 文献标识码：A 文章编号：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

电力电子技术是高职院校电气自动化专业的一门专业核心课程，主要讲述各种电力电子器件，以及由电力电子器件所构成的各种电路或变流装置等内容[1]。该门课程综合性和实践性很强，借助计算机仿真技术，既加深了学生对理论知识的理解，又弥补了学时和实验条件等因素带来的不足，对培养学生的实践能力有重要意义。

1电力电子技术课程教学中存在的问题

电力电子技术课程综合性很强，内容丰富，信息量大，传统的教学方法受学时和实验条件的限制，教学效果不是很理想。主要存在以下问题：

（1） 在电力电子技术的理论教学中，由于高职学生理论基础普遍差一些，学生参与课堂的主动性不高。将虚拟仿真技术应用在该课程教学中，通过仿真软件来讲授理论知识，使抽象的理论教学变得生动形象，能够发动学生，让学生主动参与实际的学习过程，观察到参数的改变对电路的影响，加深了对理论知识的理解。

（2） 在电力电子技术的实践教学中，学时不足和实验设备的短缺等因素影响了实验的顺利进行。此外，在电力电子技术实验过程中，学生操作不熟练，因此，故障率高，烧断保险、烧坏设备的情况经常出现，直接影响了实践环节的教学效果[2]。采用计算机仿真技术，用模拟元件代替实际元件进行实验，节省了实验耗材，学生还可以在课外独立完成仿真实验。

总之，借助计算机仿真技术，既提高了理论教学效果，又弥补了因实验场地、实验条件、仪器设备等因素带来的不足，提高了实践教学质量。

2 虚拟仿真技术在电力电子技术课程中的应用

2.1 虚拟仿真软件简介

虚拟仿真技术，是用一个虚拟的系统模仿另一个真实系统的技术[3]，是随着计算机技术的发展而逐步形成的一类试验研究的新技术。MATLAB是美国Math Works公司于1976年开发的MatrixLaboratory（矩阵实验室）软件的简称[4]。早期的MATLAB主要用于解决科学和工程的复杂数学计算，后面经过不断的扩充和更新，成为了一个高级计算和仿真平台。本文中，电力电子电路的仿真主要使用simpowersystem和simulink两个模块库进行。

2.2 虚拟仿真技术在电力电子技术课中的应用

下面以单相桥式全控整流电路为例，介绍M A T L A B的仿真教学过程，该电路由交流电源，晶闸管、负载以及触发电路组成。

（1）建立仿真模型

打开MATLAB软件，新建MDL文件，在simulink和simpowersystem模块组中提取所需的模块，按照单相桥式全控整流的原理图连接起来组成仿真电路如图1所示。其中，晶闸管的触发电路采用简单的脉冲发生器，控制角以脉冲的延迟时间表示。最后，需要在仿真模型中加入powergui模块，电力系统仿真必需加入该模块，否则无法运行[5]。

（2）参数设置及仿真结果分析

设置交流电源峰值220V，频率为50Hz，初始相位为0°；负载电阻R = 2Ω ；脉冲发生器1的周期为0.02，相位为0.02/12，脉冲发生器2的周期为0.02，相位为0.02*7/12；仿真时间为0.06s，仿真类型为ode15s[stiff/NDF]，参数设置完后，点击“运行”按钮。阻性负载，α=30°时负载两端电压和电流波形如图2所示，晶闸管两端电压和电流波形如图3所示。

图2 α =30°时，电阻负载电源电压、触发脉冲、负载电压和负载电流波形

图3 α =30°时，电阻负载电源电压、触发脉冲、晶闸管VT1两端电压和电流波形

分析单相桥式全控整流阻感性负载电路的原理时， 只需要设置参数R = 2Ω ， L = 0 1 . H，可以很方便地得到阻感性负载电路的波形。教师演示完后，要求学生自己动手仿真，观察其他控制角时，整流输出电压、电流波形。学生在自己仿真的过程中，不仅可以很直观地看到参数的改变对电路的影响，还可以通过改变参数的设置加深对触发电路与主电路的同步等抽象问题的理解。

3 结论

MATLAB仿真技术在电力电子技术教学过程中的合理应用，既可以激发学生的兴趣，将抽象问题以仿真的方式呈现出来，加强直观性，吸引学生注意力，让学生主动参与到课堂教学中来。又弥补了因实验场地、仪器设备等硬件条件的不足，尤其实验中不易观察到的现象，可以进行模拟仿真，使整个实验教学更充实完善，通过软硬结合、相互补充的方式，培养了学生的工程实践能力。

参考文献：

[1] 徐立娟. 电力电子技术，第2版[M]. 北京：人民邮电出版社， 2014.

[2] 周珊.“Multisim 10 仿真在电力电子技术课程实验教学中的应用[J]. 黑龙江科技信息， 2013（12）：45.

[3] 王春娟.虚拟仿真技术在构建模拟电路高效课中的应用[J]. 电脑知识与技术， 2014，10（35）：8479-8480.

[4] 李维波. MATLAB在电气工程中的应用[M]. 北京：中国电力出版社，2006.

[5] 王宇. MATLAB/simulink在“电力电子技术”课程教学中的应用[J]. 中国电力教育， 2014（9）：55-56.