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摘要：《电力电子技术》作为学校电气类专业教学的重要课程,在目前教学效果不佳的情况下,通过将Matlab仿真软件应用于课程的教学实践中,从而促进教学效果的提升。本文通过探究Matlab仿真软件在《电力电子技术》教学中的应用优势及具体的应用途径,从而阐述了Matlab仿真软件对于提升教学效率和学生实践能力的重要性。
关键词：Matlab仿真软件；电力电子技术；教学；实践
Application of Matlab Simulation Software in Teaching Practice of"Power Electronics Technology"
HUANG Dongmei1,MA Le1,WANG Shuxin2,WANG Haitao1,ZHANG Junhui3
(1.Harbin Vocational and Technical College,Harbin Heilongjiang 150001;2.University of Birmingham,Birmingham United Kingdom B15 2TT;3.Eulikind New Energy Training Institute,Beijing 100000)
【Abstract】："Power Electronic Technology"is an important course for the school's electrical professional teaching.Under the current situation of poor teaching effect,Matlab simulation software is applied to the teaching practice of the course to promote the improvement of teaching effect.This paper explores the application advantages and specific application methods of Matlab simulation software in the teaching of"Power Electronics Technology",thereby expounding the importance of Matlab simulation software for improving teaching efficiency and students'practical ability.
【Key words】：Matlab simu
《电力电子技术》作为院校的电力、电气专业的核心课程对于学生理解电力、电气控制与应用等方面有着重要的作用,但在目前的教学过程中,存在着学习内容枯燥从而难以激起学生的学习兴趣,同时课程难度较大,学生对于课程内容的适应性受限,因此必须采取措施提升《电力电子技术》的教学效果。而Matlab仿真软件是一款具有图形化、数值计算和符号计算与一体的仿真软件,其建模与实验过程操作简单,被广泛的应用于电气、电力等专业的教学中。本文旨在研究Matlab仿真软件在《电力电子技术》教学实践中的应用。
1 Matlab仿真软件在《电力电子技术》教学中的应用优势
Matlab仿真软件的建模过程与其他软件相比更为简洁,操作界面清晰,便于使用者进行观察,是一款实用性很强的仿真软件。而Matlab仿真软件的优势在于其内部的SIMULINK仿真工具,其作为Matlab仿真软件的核心组成部分,内含多种的电力元器件模块,能够在Matlab的框图设计环境中实现动态化的系统建模,从而模拟运作环境,在仿真的基础上进行分析,在电气类课程的仿真实验教学中有着广泛的应用。
Matlab仿真软件与传统的连线实验相比,其在电力电子技术实践教学中的优势更加明显,首先它能够将繁杂的实验过程简单化,通过改变负载参数与相位角来营造不同的工作环境,从而在无需更换电子元器件的基础上,模拟出不同的环境,使得实验的操作更加简单,有利于教学效率的提升[1]。其次传统的实验教学中,对于教学实验设备的要求较高,而在使用的过程中容易出现损坏的情况,从而导致教学设备维修及更换的成本较高,而使用Matlab仿真软件进行教学实验,会促进教学成本的大幅度降低。其能够通过在模块库中寻找所需要的进行连接,从而减少对其他实验设备的使用,且不容易出现设备损坏的情况,因此教学成本较低。除此之外,在常规的实验过程中,学生能够自行对实验的波形等结果进行篡改,从而使得实验结果符合预期,以此来获得较高的成绩,不利于学生的发展。而在Matlab仿真软件的使用过程中,突破传统的实验结果展现方式,学生直接通过仿真实验结果截图的形式来上交作业,从而杜绝了学生删改实验结果的可能性,以此来保障实验结果的真实性,对于学生的电力电子技术的提高有着重要作用。
总而言之,通过将Matlab仿真软件应用于《电力电子技术》的教学实践中,能够将原本抽象的电力技术以仿真模拟实验的方式具体的呈现出来,能够在一定程度上降低学生的学习难度,同时还能够节省教学成本,与传统实验教学方式相比有着更大的优势,因此要促进Matlab仿真软件在《电力电子技术》教学中的应用。
2教学模式的创新
在当前的《电力电子技术》的教学过程中,教学模式的创新性不足是其中的突出问题。在传统的教学模式中,教师在教学中占据主导地位,学生只能被动的接受知识,主张的是说教式、填鸭式的教学,对于学生的学习积极性进行打压,不利于教学的进一步发展。而随着现代教育的不断发展,学生的主体地位日益凸显,启发式教学成为了主要的教学方式。因此要想促进Matlab仿真软件在《电力电子技术》教学中的应用,必须创新现有的教学模式,才能使得学生的思维能适应新的教学方式。在教学创新中,应当体现以下两点：
2.1学生的主体作用
在新的教学模式的指导下,要让学生真正成为课堂的主人,激发学生在教学中的思维,从而刺激学生自主思考。这就启发教师在开展实验教学的过程中,要通过自主实验、小组合作等形式,促进学生在实验过程中的自我学习,教师可以从旁进行指导,但要尊重学生在探索、实验过程中的自主性,而不是由教师一味的输出结果。在课堂时间的划分中要以学生的学习效率为参考,允许学生自由的进行时间分配,从而营造出良好的、自由的学习氛围,提升学生的学习热情[2]。
2.2培养学习兴趣
在传统的实践教学模式中,学生的学习自主性受到限制,从而呈现出学习兴趣不高的问题。而通过创新教学模式,能够在吸收建构主义的基础上,通过创设情境、诱发问题、协作探研等形式,引导学生亲自进行探索、实验,从而在实验的过程中获得成就感与满足感,而这种获得感能够促进学生学习效能的提升,从而积极主动的进行学习,以此来达到激发学生学习兴趣的目的。因而在应用Matlab仿真软件在《电力电子技术》教学实践的过程中,要提升学生在教学过程中的参与性,从而促进学习兴趣的提升。
3 Matlab仿真软件在《电力电子技术》教学中的应用
通过对教学模式创新的探讨,在将Matlab仿真软件应用于《电力电子技术》教学的过程中,要时刻坚持创新理念的指导,从而促进教学效率的提升。在这个基础上,教师必须认识到创设情境的重要性,为学生营造真实的学习氛围,而不仅对着书本进行讲解。本身这门课程设计的知识面相对较广,要想所有都通过真实的实验设备进行演示是不实现的,对于学校的教学资金、教学人才要求也相对较高,因此通过仿真模拟的形式,能够在最大程度上还原设备的运作情况,并以真实的数据呈现出来[3]。以三相可控整流电路的教学为例,探讨Matlab仿真软件在教学中的实际应用过程。
3.1创设情境
三相半波可控整流电流是工业交流变直流的经典可控整流技术,对于初次学习的学生而言,在理解、应用中比较困难,因此可以通过构建情境的方式,来引导学生的学习。首先教师要对三相可控整流电路的工作原理及电流图进行讲解,在此基础上,通过Matlab仿真软件设定一个新的仿真模型文件。在Matlab仿真软件的菜单一栏中,选中File中的NEW选项,会弹出一个新的菜单。再在新的菜单中点击Model,这时界面会进入到一个新的、空白的仿真平台,教师引导学生在平台上绘制出三相可控整流电路的仿真模型。然后在仿真平台中点出模拟库浏览器,通过对电路元器件模块的提取,从而将其放入绘制好的仿真模型中。按照三相可控整流电路图将各电路元器件模块进行连接,从而完成三相桥式全控整流电路仿真模型的建立。建立后对模型的各参数进行调整,点击开始即可进行仿真。Matlab仿真软件会自行对仿真进行计算与方式,在计算结束后会通过示波器来反映仿真结果[4]。根据所需结果的不同,可以对仿真参数进行适当的调整,例如当出现电阻性负载与电阻电感负载时,其输出的仿真波形并不一致。通过这种仿真实验的形式,能够将实验的步骤及结果牢牢的刻在学生的心中,在不同的参数下输出波形的变化也清晰明了,能够帮助学生更好的掌握相关知识。
3.2具体应用
SIMULINK作为Matlab仿真软件的特色仿真系统,用户能够通过点击。拖动鼠标的形式来绘制需要的仿真电路,从而建立仿真模型,实现对电力系统的模拟。在SIMULINK中,已通过框图来表现系统函数与电路元器件的模型,而框图之间的连接方向则显示了电路的电流方式,其在外表上与电路工作原理有着异曲同工之妙,因此在使用过程中简洁明了,对于学生的操作要求不高,简单易上手是Matlab仿真软件的重要优势。在Matlab仿真软件的电力系统工具箱中护显示电力电子器件模块库,模块库中包含了理想开关元器件、二极管、晶闸管、通用整流桥等常见的基本电流模型,从而组成了仿真系统的基础模块[5]。而通过Matlab仿真软件能够对电力电子变流电路进行仿真模拟,包括交流变直流、直流变交流等。Matlab仿真过程一般包括五个步骤。
首先是建立仿真模型,然后根据模型的需要对模块库中的元器件进行提取,在选择元器件的过程中,要注意分清单端器件与双端器件。单端器件是指只有一个输出口的元器件,而不需要像实际信号源一样,而双端器件在选择与连接上与实际信号源别无二致,例如在电源中有正负极输出,负载有输入电流与输出电流等,其仿真性更强。在使用双端器件的过程中,要注重箭头的方向,要始终贴合电路的工作原理,否则容易出现电流无法运转的情况,从而影响到输出结果。其次在元件的选择中还有多种元件的组合,又被成为“子系统”,这类元件在组合的过程中,其输入与输出的端子可能存在着不同,以此在选择元件的过程中一定要注重端口的区分。
其次要按照电流的工作原理将各模块连接起来,并对模型的参数进行设置,最终由软件进行计算并输出结果。而在元器件参数的选择过程中,要注重各项参数之间的配合,通常而言,一个合格的电路工作系统要求其在频率与电压等级上要保持一直,在对二极管、晶闸管的选择过程中,也要将其所使用的参数范围考虑进去,从而减少参数调节过程中的麻烦。一个和谐的参数系统,能够通过适当的参数调整就输出完整的、光滑的波形。在初次接触Matlab仿真软件的过程中,学生对于参数的具体数值并不明确,这时就需要教师进行指导,通过参考书本上的参数或者软件模型库中的原始值进行设定,从而使得最终输出的波形完整。在对电阻、电感、电容等元件的选择中,可通过从元件库中直接点出RLC的串联可并联电路,根据实际需要对具体元件的参数进行调整,从而使得电路参数符合自身的需求,例如当不需要某种元件时,可能将其参数设置为0的形式
使得对电路不产生影响。而在软件的仿真过程中,通过点击上方的START键即可开始,同时能够适应不同控制角α时的电压、电流波形,通过调整脉冲的宽度及个性参数,从而实现输出电流、电压和晶闸管上的电压波形的不同[6]。整个应用过程简单,在教学使用中能够直观的为学生展示出模型的构建到结果输出的全过程,有利于促进教学效率的提升。
在将Matlab仿真软件应用于《电力电子技术》教学的过程中,要强调学生的主体地位,通过教师展示来是学生明白仿真软件的基础操作原理,在此基础上让学生进行自主练习与实验,在实验的过程中有助于学生发现自身的缺陷,从而有针对性的进行提升,例如有学生存在对电流图掌握不精确的情况,就会直接影响到仿真模型的运作,从而刺激学生巩固基础知识。同时Matlab仿真软件通过实景模拟的方式,最大限度的还原电流的运作情况,能够在安全的情况下锻炼学生处理故障的能力,由此可见将其应用于学生的电力电子家属实践教学过程中,能够有效促进学生的实践操作能力与理论知识的结合,促进电气、电子专业的学生能力的提升,也是对教学目标的实现。
4总结
综上所述,将Matlab仿真软件应用于《电力电子技术》的教学实验过程中,能够有效的提升学生的实践能力,且仿真软件在安全性与可操作性上要明显由于实际的实验设备,在教学中取得了良好的教学效果。在未来的教学过程中,要不断推动Matlab仿真软件在电气类专业中的深入应用,成为了教学中的常规教学手段,从而促进高校电力电子技术教学效果的提升,培养出既具备专业理论知识又拥有扎实实践能力的优秀人才,为社会培养出所需要的人才,也是学校教育的最终目的所在。
参考文献
[1]韩涛,肖波,詹习生,等.基于MATLAB的电力电子技术实验教学改革[J].湖北师范大学学报(自然科学版),2021,41(4):103-107.
[2]蒲钰,李崇华,张水琴.浅谈MATLAB在电力电子技术实践教学中的应用[J].电脑与电信,2021(9):35-37.
[3]王红莉,赵琨.浅谈计算机仿真软件在电力电子技术教学中的应用关键要素探究[J].信息系统工程,2021(7):160-162.
[4]李清芬.Multisim仿真软件在中职《电力电子技术》课程教学中的应用研究[J].中国培训,2015(5):38-39.
[5]许峰,李先允,杨志超,等.Simulink辅助“电力电子技术”教学的实践[J].电气电子教学学报,2013,35(2):115-117.
[6]李鹏飞,叶文.MATLAB仿真软件在“电力电子技术”教学中的应用[J].中国电力教育,2010(3):85-87.
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