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学改革广角

中国电力教育

2009年10月上 总第146期 “电力电子技术”是电气工程及其自动化等专业的重要专业

基础课，也是实用性、工程性和综合性很强的课程。作为自动化、电气工程及其自动化等专业的学生，学好这门课程将为后续专业课的学习和今后的工作打下良好的基础。

“电力电子技术”课程的特点是内容多，课时少，而在工程实践中，该课程始终呈现高速发展的态势，不断有新的器件、新的电路拓扑结构与新的控制方法问世。在新形势下，如何在有限学时内获得最好的教学效果，使学生在有限的课堂时间内较好地掌握课程内容，并最大限度地增强学生的学习兴趣，培养学生的工程实践能力和创新能力，是一个值得研究的问题。笔者在“电力电子技术”课程的教学过程中有针对性地开展Matlab仿真训练，取得了满意的教学效果。

一、开展Matlab仿真训练的必要性

“电力电子技术”的教学内容以电路为主线，波形与相位分析方法贯穿始终。通过分析各类电力电子器件的通断情况来理解整流、逆变、斩波等典型电路的工作原理，从而得出电路在不同负载作用下各点的电流、电压波形。

目前几乎所有学校对该课程的教学均采用课堂教学加验证性实验的教学模式，且存在实验课时较少的问题。大部分院校都仅用挂件结构或实验箱来完成实验，几乎所有的电路和系统都是封闭式的。这种常规的实验过程，学生几乎是在老师或实验指导书的指导下机械式连线、读取实验数据，记录实验数据和波形，即使不了解电路的工作原理，只要在连线正确、实验仪器完好的情况下也能完成实验。但是，只要设备稍有问题或连线稍有问题，使实验结果与理论分析不符甚至出现异常现象，学生就不假思索地询问老师，而不能独立分析解决问题。另外，电力电子实验所涉及的都是功率器件，需要三相电源及示波器等，既费时又费钱，并且危险性大。

为了弥补实验课时较少以及实验室在硬件建设上的不足，同时锻炼学生对Matlab软件的使用能力，有针对性地开展Matlab仿真训练，这样可变抽象为具体，变枯燥为生动，有助于激发学生的学习兴趣，提高教学质量。

二、Matlab电力系统工具箱

Matlab软件内置了一个Simulink仿真工具，可以用来对动态系统进行建模、仿真和分析。Matlab集成了许多工具箱，其中的电力系统工具箱( Power System) 具有丰富的器件模型库和齐全的分析功能，且操作方便，简单易学，可以方便快捷地分析电力电子电路，特别适用于电力电子的教学和实验。(该工具箱由电力电源(Electrical Sources)、电力电子设备(Power Electronics)、电机设备(Machines)、接线设备(Connectors)、测量设备(Measurements)和电气系统扩展库等七大部分组成，每一部分又包括了许多相应的电力设备模型。

Simulink是面向框图的仿真工具，用绘制方框图代替程序编写，结构和流程清晰，自动建立各环节的方程，自动地在给定精度要求下以最快速度进行系统仿真。在Simulink环境中，打开电气系统模块，将应用电路需要的模块拖放到模型窗口，并进行参数设置。(比如晶闸管三相桥式整流电路仿真模型的建立包括：三相电压源的建模和参数设置；同步电源的建模和参数设置；同步6脉冲触发器和晶闸管通用桥的建模和参数设置；负载的建模和参数设置。模型建好后，就可以在仿真参数窗口选择合适的算法及参数，即可得到不同触发角时晶闸管三相整流桥中6只晶闸管各自两端的电压波形以及直流电压波形等。

通过虚拟实验环境建立仿真电路模型, 可使一些枯燥的电路变得有趣味, 复杂的波形变得形象生动, 使得各种复杂的能量转换过程比较直观地呈现在学生面前。

三、交直交变频电路仿真训练

在“电力电子技术”课程的教学过程中，要求学生用Matlab/Simulink仿真软件对交直交变频电路进行建模分析。交直交变频电路先把交流电转换为直流电，经过中间滤波环节后，再把直流电逆变成变压变频的交流电，故又称为间接变频电路。

按照不同的控制方式，间接变频电路分为可控整流器调压、逆变器调频，不可控整流、斩波器调压、逆变器调频，不可控整流、

在“电力电子技术”课程教学中展开Matlab仿真训练

唐贤伦　罗　萍　严　冬

摘要：结合教学实践，对在“电力电子技术”课程教学中开展Matlab仿真训练进行了探索和研究，并以交直交变频电路为例对其进行了仿真和分析。Matlab软件使用方便、简单，调试容易，可视性好，通过对电力电子电路进行Matlab仿真可以使学生直观地看到不同结构电路的输出波形，帮助学生更好地理解各种电路的工作原理和控制方法，充分调动学生的主动性和积极性，有效提高学生综合运用知识的能力、创新能力和工程素质，在“电力电子技术”教学中具有一定的推广价值。

关键词：电力电子技术；Matlab仿真；交直交变频

作者简介：唐贤伦(1977-)，男，四川安岳人，重庆邮电大学自动化学院，副教授，工学博士，主要研究方向：电力电子技术；罗萍(1971-)，女，贵州贵阳人，重庆邮电大学自动化学院，副教授，主要研究方向：电力电子与电气传动。(重庆 400065)基金项目：本文系重庆邮电大学电力电子技术重点课程建设项目(编号：2009ZDKC3)的研究成果。