第二十六卷第一期安徽电气工程职业技术学院学报ZOH年3月VoL26,No.1JOURNAL OF ANHUI ELECTRICAL ENGINEERING PROFESSIONAL TECHNIQUE COLLEGE March2021电力电子技术的MATLAB仿真应用
郑安豫，周锐，杨春玲
(安徽电气工程职业技术学院，安徽合肥230051)
摘要：文章探讨了利用MATLAB仿真技术进行仿真分析来解决电力电子技术学习中出现的问题。通过四阶段的教学环节，逐步培养学生对电力电子技术的工程设计能力。在MATLAB 仿真基础上，通过Power GUI进行FFT分析，提高电力电子技术的MATLAB仿真应用效果。
在MATLAB仿真应用中提出三步走的方法，科学安排学习梯度，使MATLAB仿真应用在电力电子技术学习中的实施效果逐步得以提高。
关键词：电力电子技术；MATLAB；仿真应用
中图分类号：G434；TM1文献标识码：A文章编号：1672-9706(2021)01-0086-06
Teaching of Power Electronics Technology Based on MATLAB Simulation
ZHENG Anyu,ZHOU Rui,YANG Chunlin
{Anhui Electrical Engineering Professional Technique,Hefei230051,China)
Abstract：This papec applies MATLAB simulatioo to solve the problems emeraing from the teaching of powec electrooics technology chbpes.With the foor-stape teeching,the studeets/aPiOty to conduct eeni) neering desiening has been yraPually chltivetee.On the basic of MATLAB simulation,FFT analysis it corried out throouh Power GUC In MATLAB simulatioo teechinn,a three-stee method is prooosee1u have the leerpmy process welt uppnen and the en'est steePily imppven.
Key worde:power electrooics technolooy；MATLAB；simulaUoo
1电力电子技术课程特点
《电力电子技术》一直作为电力、电气类专业的核心课程，课程内容涉及广泛，覆盖了电力、电子和控制三个领域［4，课程在帮助学生理解电力、电气控制及应用方面起着非常重要的作用。课程传统的教学以分析电能的变换为主要线索，注重电能变换过程中原理的介绍和波形的变换，由于课程理论严谨、内容枯燥，学生在学习阶段常常会觉得课程较难适应。主要存在以下几个问题：(1课程内容以电路原理分析为主，前导课程主要内容是电路的基本原理和高等数学，对学生的基础要求很高，学生入门困难，很大程度上影响了一部分学生的学习兴趣和积极性。
(2)课程教学过程中主要采用传统的理论教学，多媒体教学使用较少。在对波形变换分析环节，学生普遍难以理解，课后学生自学阶段无法还原课堂教学内容，也影响到学生的学习积极性。
收稿日期：2020-1-1
基金项目：2018年安徽省质量工程教学研究项目"基于CDIO和PBL的电力电子技术仿真教学研究”(项目编号：2018jyxm0425)；2020年安徽省质量工程重大线上教学改革研究项目“以电力电子技术课程为例探讨工科
类课程的在线教学方式研究"(项目编号：2022zdxsjgh26)；2017年安徽省质量工程大规模在线开放课程
(MOOC)示范项目"单片机应用技术”(项目编号：201mooc560)。
作者简介：郑安豫(181-)，女，安徽合肥人，硕士，副教授，主要研究方向：自动化技术。
•86•
郑安豫，周锐，杨春玲：电力电子技术的MATLAB仿真应用
(3)课程实践环节多采用实验台装置，学生在此环节一般只需要做简单的电源和负载连线，观察输出波形，以验证实验为主，这样的实践环节对学生能力的培养效果有限。
(4)课程实践需要的设备有特殊保护装置对安全要求较高，一般学生操作需要去实验室预约，加上设备老旧，元器件故障等各种因素，制约了学生练手的积极性。
2MATLAB软件特点
MATLAB是一款具有图形化、数值计算和符号计算于一体的仿真软件，在工程分析中具有广泛的应用。将MATLAB仿真应用于《电力电子技术》课程教学可以较好地解决学生对原理分析、波形分析难以理解的困惑，加深实验过程中学生对原理图的理解；有效解决实验过程中存在的安全隐患，为学生随时学习提供了更为便利的条件。
SIMULINK】2是MATLAB中提供建模和仿真的重要组件，可以满足用户和企业各种交互式设计需求。SIMULINK可以根据用户需求提供模块化、可封装、可视化的工具。MATLAB的SIMULINK模块库中，电力系统模块库是位于Simscopx组中的Power Systems o《电力电子技术》课程的仿真教学可以利用Power Systems提供的电力电子元件库(Power Elxctronicc)、电源库(Elxctricol Sonrcos)、元件库(Elemexts)、测量元件库(MeyuremenW)等模块库提供的模块，通过对电路的设计、参数的设置完成相关的电力电子技术课程实验的仿真、测量和分析。
3MATLAB应用于电力电子技术课程
3.1基于MATLAB的教学过程设计
为了不断全面提升学生能力，基于MATLAB将教学过程分成了四个阶段，如图1所示。
图1教学四个阶段
(1原理分析。《电力电子技术》课程内容的原理部分比较难以掌握，采用MATLAB的教学方式不是完全摒弃原理介绍，而是借助仿真工具促进学生对原理内容的理解。所以在教学过程中，原理分析仍然是教学的重心，加强学生对基本电力电子电路原理的理解和掌握。
(2)MATLAB仿真。教学过程中增加MATLAB仿真环节可以极大地提高教学效果，让学生能够理解波形变化过程和相关变量的内部联系，进一步理解原理概念，巩固和提升原理分析能力。MATLAB 仿真手段可以拓展教学空间，将必须去实验室完成的验证性实验在基础教学阶段就可以完成，这就极大地提高了学生的参与感，从而提高学生的学习积极性。
(3)实验操作。理论教学环节完成之后，可以组织学生去实验室完成实验，提高学生的感性认识，将仿真的过程在实体电路进行实现。实验操作不仅可以在基础教学阶段起到对比作用，在综合和拓展阶段也能起到验证和实现作用，进一步提升学生的实践动手能力、理论用于实践的应用能力，增强学生的创新性和自信心。
(4)分析对比。通过仿真环节和实验操作，学生会对仿真和实体实验之间的区别和联系有所感悟，可以帮助学生建立起工程设计和分析能力。
通过教学过程实施的四个阶段，让学生从原理上了解《电力电子技术》的内涵；从仿真+实体实验环节了解工程设计流程，建立工程意识；从分析对比环节建立反思能力，逐步提高学生各方面的综合能力。
-87•
安徽电气工程职业技术学院学报第二十六卷第一期
3.2MATLAB仿真实验提升过程
为了改善学生在实际工作中的实践能力，培养学生的创新性思维，使用MATLAB仿真教学采用了三步走的方法，如图2所示。
图2仿真教学三步走
(1验证性实验34］。验证性实验是教学内容中独立模块的基础实验。具有知识内容相对独立，实验过程较为简单的特点。设置验证性实验的是为了在教学过程中加深学生对基本理论、基本原理的理解。掌握MATLAB仿真软件的使用，有助于提升学生对基本知识的掌握，帮助学生掌握基础操作。
(2)综合性实验。综合性实验是在学生掌握课程的部分相关章节或者《电力电子技术》课程之后，具有一定的整体性知识框架和基本实践能力的基础上，在教师指导下能够利用综合知识完成的复合性实验。MATLAB综合性实验解决了教学过程中实验器材匮乏等问题，同时可以避免实际操作实验的危险性，提升了学生解决实际问题的能力。这部分实验只对学习能力相对较高的学生作要求，或者在课内课程设计环节时才要求完成。通过MATLAB综合性实验的设置能够有效地开展分层教学。
(3)拓展性实验。拓展性实验是在学生学习完《电力电子技术》课程之后，结合实际项目需求，设计制作完成的创新性实验。拓展性实验对学生要求较高，需要学生结合电路原理、电子技术、单片机课程、自动控制原理等多门课程综合完成。拓展性实验强调团队合作，能够提高学生们的创新意识和自主能力，一般由3人一组完成，这类实验只在毕业设计时要求或者社团活动中完成。社团学生通过拓展性实验的磨练，提高了实际动手能力，能够有信心和能力参加相关的技能竞赛的目的。教学经验表明参加过拓展实验项目的社团学生在技能比赛中都能取得不俗的成绩。MATLAB拓展性实验的设计还能够有效地促进学生创新创业意识。
3.2MATLAB的典型应用
基于MATLAB的仿真实验的流程如图3所示。第一步，在MATLAB中的创建一个SIMULINK工程，并在SIMULINK中进行电路设计；第二步，按照功能需求完成原件的参数设置，并完成仿真特性设置；第三步，运行仿真，并查看结果。如果结果和预期一致，则记录结果，仿真结束，如果结果和预期不一致则返回到第二步修改参数。
本文以三相整流电路教学内容为例，讨论基于MATLAB的仿真教学过程。
图3MATLAB仿真流程图
・88・
郑安豫，周锐，杨春玲：电力电子技术的MATLAB仿真应用
3.3.1建立模型
依据三相桥式全控整流电路原理，绘制MATLAB的仿真电路，如图4所示。本次仿真实验中的三相桥式整流电路由三相对称正序交流电源、晶闸管、触发电路和阻感性负载组成。利用该仿真模型分析三相桥式全控整流电路在不同控制角a时的电源电流波形、流过晶闸管电路波形、阻感性负载输出电压和电流波形，并通过MATLAB仿真软件中的FFT模块分析谐波情况⑸。
图4三相桥式全控整流电路MATLAB仿真图
3.3.2参数设置
三相桥式全控整流电路参数如表1所示。
表1三相桥式全控整流电路参数
电源额定电压U n=220e
电源频率/二50He
负载R=5Q，二20mL
仿真参数选择ote23tb，相对误差选择4-3，起始时间为0s，终止时间为0.08s，分析控制角a分别为30度,60度和90度的仿真波形。
3.3.3仿真分析
通过MATLAB仿真软件对图1仿真模型进行仿真实验，得出不同控制角a下的各参数输出如图5〜7所示。
：H!个挖桥氏望沌电廉
图5控制角a=30度的仿真输出
-87-
安徽电气工程职业技术学院学报第二十六卷第一期
如何用matlab将已知点连线
通过MATLAB仿真能比较直观的对比控制角a的变化产生的影响，在教学过程中使用MATLAB仿真教学能较好地记录变化过程，使用对比教学法可以极大地加深学生的学习效果⑹。理论和实践表明使用MATLAB仿真教学，学生的学习兴趣有了较大地提高，对电力电子技术课程关于能量变化的理解也有
了长足的进步。
3.3.4谐波分析
利用MATLAB仿真软件中Power GUI中的FFT Analysis可以完成傅立叶分析。三相桥式全控整流电路带阻感性负载时，其交流侧电流含有基波和（6k±1）次谐波。图8所示的输出的FFT分析可以看到在控制角a=30度的傅立叶分析波形，其仿真波形与原理分析符合。
-90•

版权声明：本站内容均来自互联网，仅供演示用，请勿用于商业和其他非法用途。如果侵犯了您的权益请与我们联系QQ:729038198，我们将在24小时内删除。