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學改革廣角

中國電力教育

2009年10月上 總第146期 “電力電子技術”是電氣工程及其自動化等專業的重要專業

基礎課，也是實用性、工程性和綜合性很強的課程。作為自動化、電氣工程及其自動化等專業的學生，學好這門課程將為后續專業課的學習和今后的工作打下良好的基礎。

“電力電子技術”課程的特點是內容多，課時少，而在工程實踐中，該課程始終呈現高速發展的態勢，不斷有新的器件、新的電路拓撲結構與新的控制方法問世。在新形勢下，如何在有限學時內獲得最好的教學效果，使學生在有限的課堂時間內較好地掌握課程內容，并最大限度地增強學生的學習興趣，培養學生的工程實踐能力和創新能力，是一個值得研究的問題。筆者在“電力電子技術”課程的教學過程中有針對性地開展Matlab仿真訓練，取得了滿意的教學效果。

一、開展Matlab仿真訓練的必要性

“電力電子技術”的教學內容以電路為主線，波形與相位分析方法貫穿始終。通過分析各類電力電子器件的通斷情況來理解整流、逆變、斬波等典型電路的工作原理，從而得出電路在不同負載作用下各點的電流、電壓波形。

目前幾乎所有學校對該課程的教學均采用課堂教學加驗證性實驗的教學模式，且存在實驗課時較少的問題。大部分院校都僅用掛件結構或實驗箱來完成實驗，幾乎所有的電路和系統都是封閉式的。這種常規的實驗過程，學生幾乎是在老師或實驗指導書的指導下機械式連線、讀取實驗數據，記錄實驗數據和波形，即使不了解電路的工作原理，只要在連線正確、實驗儀器完好的情況下也能完成實驗。但是，只要設備稍有問題或連線稍有問題，使實驗結果與理論分析不符甚至出現異常現象，學生就不假思索地詢問老師，而不能獨立分析解決問題。另外，電力電子實驗所涉及的都是功率器件，需要三相電源及示波器等，既費時又費錢，并且危險性大。

為了彌補實驗課時較少以及實驗室在硬件建設上的不足，同時鍛煉學生對Matlab軟件的使用能力，有針對性地開展Matlab仿真訓練，這樣可變抽象為具體，變枯燥為生動，有助于激發學生的學習興趣，提高教學質量。

二、Matlab電力系統工具箱

Matlab軟件內置了一個Simulink仿真工具，可以用來對動態系統進行建模、仿真和分析。Matlab集成了許多工具箱，其中的電力系統工具箱( Power System) 具有豐富的器件模型庫和齊全的分析功能，且操作方便，簡單易學，可以方便快捷地分析電力電子電路，特別適用于電力電子的教學和實驗。(該工具箱由電力電源(Electrical Sources)、電力電子設備(Power Electronics)、電機設備(Machines)、接線設備(Connectors)、測量設備(Measurements)和電氣系統擴展庫等七大部分組成，每一部分又包括了許多相應的電力設備模型。

Simulink是面向框圖的仿真工具，用繪制方框圖代替程序編寫，結構和流程清晰，自動建立各環節的方程，自動地在給定精度要求下以最快速度進行系統仿真。在Simulink環境中，打開電氣系統模塊，將應用電路需要的模塊拖放到模型窗口，并進行參數設置。(比如晶閘管三相橋式整流電路仿真模型的建立包括：三相電壓源的建模和參數設置；同步電源的建模和參數設置；同步6脈沖觸發器和晶閘管通用橋的建模和參數設置；負載的建模和參數設置。模型建好后，就可以在仿真參數窗口選擇合適的算法及參數，即可得到不同觸發角時晶閘管三相整流橋中6只晶閘管各自兩端的電壓波形以及直流電壓波形等。

通過虛擬實驗環境建立仿真電路模型, 可使一些枯燥的電路變得有趣味, 復雜的波形變得形象生動, 使得各種復雜的能量轉換過程比較直觀地呈現在學生面前。

三、交直交變頻電路仿真訓練

在“電力電子技術”課程的教學過程中，要求學生用Matlab/Simulink仿真軟件對交直交變頻電路進行建模分析。交直交變頻電路先把交流電轉換為直流電，經過中間濾波環節后，再把直流電逆變成變壓變頻的交流電，故又稱為間接變頻電路。

按照不同的控制方式，間接變頻電路分為可控整流器調壓、逆變器調頻，不可控整流、斬波器調壓、逆變器調頻，不可控整流、

在“電力電子技術”課程教學中展開Matlab仿真訓練

唐賢倫　羅　萍　嚴　冬

摘要：結合教學實踐，對在“電力電子技術”課程教學中開展Matlab仿真訓練進行了探索和研究，并以交直交變頻電路為例對其進行了仿真和分析。Matlab軟件使用方便、簡單，調試容易，可視性好，通過對電力電子電路進行Matlab仿真可以使學生直觀地看到不同結構電路的輸出波形，幫助學生更好地理解各種電路的工作原理和控制方法，充分調動學生的主動性和積極性，有效提高學生綜合運用知識的能力、創新能力和工程素質，在“電力電子技術”教學中具有一定的推廣價值。

關鍵詞：電力電子技術；Matlab仿真；交直交變頻

作者簡介：唐賢倫(1977-)，男，四川安岳人，重慶郵電大學自動化學院，副教授，工學博士，主要研究方向：電力電子技術；羅萍(1971-)，女，貴州貴陽人，重慶郵電大學自動化學院，副教授，主要研究方向：電力電子與電氣傳動。(重慶 400065)基金項目：本文系重慶郵電大學電力電子技術重點課程建設項目(編號：2009ZDKC3)的研究成果。

總結

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