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基于 PSIM 仿真 电力 电子 课程设计

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基于 PSIM 仿真的电力电子课程设计 王 耀 吴艳萍 郑 丹 华东交通大学 轨道交通学院 江西 南昌 南昌铁路局 客货统计所 江西 南昌 华东交通大学 软件学院 江西 南昌 摘 要 针对电力电子技术课程特点 将基于 PSIM 实验仿真融入理论教学 以整流电路为例 完成理论波 形的绘制和分析 并获得整流电路常用参数值 将教学重点由计算转移到分析和思考 在理论教学中融入 PSIM 实验仿真 以仿真实验验证理论 对培养学生的创新精神和研究能力具有一定的促进作用 关键词 电力电子技术 PSIM 实验仿真 课程设计 中图分类号 TM 文献标志码 A 文章编号 Power electronics curriculum design based on PSIM simulation Wang Yao Wu Yanping Zheng Dan School of Railway Tracks and Transportation East China Jiaotong University Nanchang China Passenger Cargo Statistical Institute Nanchang Railway Bureau Nanchang China School of Software East China Jiaotong University Nanchang China Abstract Aiming at the features of power electronics curriculum this paper puts the PSIM experimental simulation into theoretical teaching taking the rectifier circuit as an example completing the theoretical waveform drawing and analysis Finally the common parameter values of rectifier circuit are obtained It transfers the teaching focus from the calculation to analysis and thought Theoretical teaching which integrates PSIM simulation cultivates the students habit of simulation experiments to verify the theory and improves the innovation spirit and research capacity Key words power electronics technology PSIM experimental simulation curriculum design 收稿日期 基金项目 江西省教育厅科学技术研究项目 GJJ 华东交通大学 校立科研项目 GD 作者简介 王耀 男 江西南昌 硕士 助教 研究方向为交通信 息工程 E mail wy jxnc com 在培养具有创新精神和创造能力的高素质人才的 高等教育改革 中 将实验内容引入理论教学的新教 育模式正在改变着传统的课堂纯理论教学方式 对于 电力电子技术这种专业基础课程 通过在理论教学中 引入基于 PSIM 实验仿真 能较好地解决实验滞后于 理论教学 实验设备数量有限 实验课时不足等问 题 既能达到理论结合实验 激发学习兴趣 培养分 析思考能力的基本教学要求 又能培养学生以仿真实 验验证理论的习惯 提升学生创新精神和研究能力 1 PSIM软件特点 PSIM 是 Powersim 公司专门为电力电子和电动 机控制而设计的一款仿真软件 它具有快速仿真和便 利交互的特点 为电力电子分析 数字控制和电动机驱 动系统研究提供了强大的仿真环境 PSIM 仿真软 件由 PSIM 电路程序 PSIM 仿真器 SIMVIEW 波形 形成过程项目组成 易于安装 容易掌握 仿真速度快 捷 适合于学生使用 2 电力电子课程特点 电力电子技术是由电子学 电力学 控制理论学三 个学科交叉而形成 在交通运输 电力 计算机 新能 源等重要行业有着广泛的应用 在课程教学中 电力 电子技术的运用主要包括四大变流技术理论 其中整 流技术是作为四大变流技术的基础和重点 所占篇幅 比重大 电路图形式多样 参数计算公式复杂 输出波 形变化分析难度大是其特点 在激发学生的学习积 极性 培养学生独立思考及创新能力方面 整流技术环 节的教学技巧是极其重要的 合理地运用仿真教学软 件 将实验内容引入理论教学环节 使实验与理论教学 同步的教学方式效果显著 ISSN CN T 实 验 技 术 与 管 理 Experimental Technology and Management 第 卷 第 期 年 月 Vol No Dec 3 单相整流电路与 PSIM仿真实验的结合 单相整流电路按变流装置结构可分为半波整流电 路和桥式整流电路 按负载特点可分为阻性整流电路 和感性整流电路 该整流理论部分在教学中介绍得 较早 但做整流电路验证性实验时要用到同步信号为 锯齿波的触发电路作为脉冲信号产生电路 该触发电 路内容在理论课中较为滞后 且电路调试过程复杂 致 使实验滞后理论 学生掌握困难 将 PSIM 仿真实 验软件引入课堂可以很好地解决这些问题 通过 PSIM 构建电路图时 使用有效值为 V 的正弦交流电源 U Hz 交变频率 触发脉冲角可 在移相范围内任意设置 在本文中统一使用 作 为移相触发角 设置实验仿真时间为 个完整周期 分 别比较电源电压 U 负载电压 UR和 UL 负载电流 IR 和 IL 晶闸管电压 UVT的波形 并对输出电参数进行量 化计算 单相半波阻性整流电路与单相半波感性整流电路及 仿真波形比较见图 和图 单相桥式阻性整流电路与单 相桥式感性整流电路及仿真波形比较见图 和图 图 1 单相半波整流电路比较 图 2 单相半波整流仿真波形比较 图 3 单相桥式整流电路比较 图 4 单相桥式整流仿真波形比较 王 耀 等 基于 PSIM 仿真的电力电子课程设计 4 仿真实验结合理论教学 通过理论学习和基于 PSIM 软件的仿真验证 在 图 a 和图 a 中可以清楚地看到阻性负载电流波 形相似于负载电压波形 且电流波形允许突变的特点 而通过图 b 和图 b 可以看到感性负载总是阻碍 电流的变化 负载电流光滑且无突变 当电感被认为足 够大时 负载电流可以近似认为不变 对于负载电压平均值 单相半波阻性整流电路 图 a 为 UHR u cos 单相半波感性整 流电路 图 b 为 UHL 单相桥式阻性整流电路 图 a 为 UBR u cos 单相桥式感性 整流电路 图 b 为 UBL u cos 在教学和工程运用中 如果不需要刻意地去推导 电压平均值的积分公式 可以要求学生记住以上的结 论公式 降低学习难度 提高计算速度 将 PSIM 实验 仿真引入理论教学中 构建好仿真电路后 进行正确的 参数设置 可使用图 所示 SIMVIEW 波形形成过程 的 measure 窗口和 珚 x 或 rms 按钮 直接获得负载电压 的平均值 有效值 使用 max 或 min 按钮直接获取极 大值和极小值等数值量 PSIM 实验仿真提高了学生 计算电参量的速度 避免了繁琐 费时的计算推导过 程 使学生的学习过程更注重分析和思考 将实验与理 论结合 养成用仿真实验验证理论的习惯 提升创新精 神和研究能力 图 5 measure 窗口 5 仿真实验融入理论教学的效果 将基于 PSIM 的仿真实验融入理论教学中 是对 传统理论教学的改革 是对现代多媒体教学方式的一 种突破 多年来的教学效果充分说明了该教学 方式不但有利于学生理论知识的掌握 更重要的是传 授了分析问题 研究问题 解决问题的方法 真正做到 了对学生创新能力和研究能力的重视和培养 达到了 授之以渔 的教学效果 参考文献 References 张雪梅 大学生科研创新能力培养存在的问题及对策研究 J 中国 电力教育 赵涛 张丽华 徐开荟 等 Pspice 在电力电子技术教学改革实践中 的作用 J 电力系统及其自动化学报 罗如山 陈政石 刘美 基于 PSIM 的 电力电子技术 仿真教学研究 J 中国电力教育 王兆安 刘进军 电力电子技术 M 北京 机械工业出版社 宗哲英 郝敏 洪宝棣 关于枟电力电子技术枠课程建设的实践与探讨 J 内蒙古农业大学学报 荣军 万军华 陈曦 等 计算机仿真技术在电力电子技术课堂教学 难点中的应用 J 实验技术与管理 徐红云 江捷斯 周钒 等 基于竞教结合的 高级语言程序设计 实 验教学改革实践 J 实验技术与管理 刘桂英 栗时平 电力电子技术 的 Matlab Simulink 教学仿真实 践 J 电气电子教学学报 马建 电力电子装置计算机辅助分析方法的研究及实现 D 杭州 浙江大学 温静 张斌 尹秀玲 等 提高普通院校大学生实践能力与创新能力 的研究 J 实验技术与管理 刘雪峰 枟电路分析枠教学方法及教学手段探讨 J 科技信息 李洁 王伟 钟彦儒 电力电子系统的 PSIM Matlab 联合仿真方 法 J 电力电子技术 实 验 技 术 与 管 理

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