MATLAB在电力电子实验教学中的应用策略研究

2022-12-15 版权声明 我要投稿

电子电力技术是探究电力电子器件及其组成的变流电路、装置的技术,其使用电力电子器件转换与控制电能,是一门全新的应用技术学科。对于电力电子课程而言,实验是非常重要的环节,可是因为很多院校实验条件不足,导致了学生难以在实验室当中开展实验,因此,本文试图采用MATLAB技术实现课程电路的仿真实验,最终实现实验教学的根本目标。

一、MATLAB软件概述

MATLAB产生于20世纪80年代,其是一种高性能数值计算软件,当前被广泛用于自动控制、数理统计、电气工程等相关领域,是一款具备强大功能的科学计算软件。Simulink为MATLAB软件下的一种仿真系统,通过其工具箱能够实现对自动控制、通信、电力电子技术以及数字信号处理等相关领域的仿真与建模分析,进而实现提升系统开发效率的根本目标。Simulink环境当中的电气系统工具箱有着强大的功能,能够被用于电力电子系统、电路、电力传输以及电机系统等相关领域仿真,其本质上是一种实体图形化的仿真模型,主要模块相当于实际工程以及实验室当中图形化的图形符号以及实际物体,比如电容、电阻、电机、电流表与电压表等,把这些图形符号连接成一个系统、电路与装置。这种图形化模型仿真能够有效的节约制作时间、简单便捷,有效降低实验成本。

二、MATLAB实验教学策略

实验教学有助于培养学生理论指导实践的能力,为此,本文着重探究理论知识、仿真平台以及实验三者结合的方法与策略。

(一)构建虚拟仿真平台

以MATLAB为基础的仿真实验平台能够分成演示平台以及操作平台。其中演示平台主要用于教师演示解算案例,为学生提供共享学习资源的机会。操作平台则是学生完成系统设计的虚拟化环境。学生能够协同以及独立设计,按照自身对于原理的充分理解以及系统设计的基本要求在操作平台上构建电路,使用不同控制算法评价控制系统的效果与功能,最终完成设计,将设计提交到演示平台当中,教师在演示平台能够对学生实验课程效果进行实时考核,将设计的不足以及优点集中展示给学生,提升学生自主实验接受程度。

(二)协同工程式实验

实验过程中,利用小组合作讨论的形式,学生之间合作完成某个实验项目,使得组员都可以积极的参与到实践教学活动当中,提升学生对于MATLAB软件的实践应用能力。降低验证型实验,实施以工程、设计、项目为基础的系统化实验项目,由示范逐渐转变为参与,凸显出学生教学主体性地位,课堂上采取分组讨论,课后采取团队设计,充分锻炼学生的实践能力,提升理论知识实际使用水平。

三、案例分析

采用三相SOWM电压型逆变器建立仿真模型,具体实验如图1所示,把Simulink以及SimPower Systlems模块建立逆变器仿真模型以及波形分析。

(一)SPWM触发模块

采用三角载波调制法,利用两个Relational Operator对比三角载波Uc以及正弦调制波Ur大小,假如三角载波Uc比调制波信号Ur要小,那么其为输出高电平。如果Uc比Ur大,那么则为输出低电平。

(二)主电路模块

采用通用桥模块以及三个桥臂,将IGBT/Diodes看做是加载直流电压。在SPWM出发信号输入到通用桥G端的时候,通用桥通常会自动将每列信号都分配给开关器,实现对器件开闭的控制。假如采用三相对称阻感性负载,那么需要采用星形连接。R=2Ω,L=0.01mH。实验当中采用LC滤波电路,降低敷在想电压谐波形湿疹的问题,并且把三相电容制作成星形连入电路当中,电感串联到电路中。滤波电感调制成0.5mH,将滤波电容调制成0.3mF,对电压电流进行观测。

(三)测量结果

利用powergui模块展开分析,发现滤波以后总谐波失真率能够从90.95%逐渐降低到11.00%,电路谐波获得了很好控制,系统基波电压没有产生太大改变。从而能够获得结论,MATLAB以及Simulink所搭建的电路仿真模型,其仿真结构与教材结果一致,在实际教学工作中教师还能够分析相关的案例。

四、结语

电力电子课程实验教学作为理论教学的有效补充,对学生理解课程内容有着非常重要的作用。可是,现在实验课程所占的课时相对较少,学生实验进程中对于实验台熟悉程度不足,操作会耗费大量的时间与精力,此外,这类实验多为强电实验,因此带有一定危险,学生只能够完成特定的动作,很难开展自主探究,这些原因都造成了电力电子课程实验教学效果不佳。本文采用实际案例的方式探究了MATLAB仿真结果与实验结果非常接近,因此MATLAB仿真技术能够取代传统实验教学方法,是一种行之有效的电力电子实验教学方法。

摘要:电力电子课程实验具备了灵活多变、计算量大、内容抽象的特征,学生在开展实验的过程中普遍反映难以理解实验现象,对于实验结果无法做出正确判断。本文对MATLAB软件进行了系统分析,阐述了其在电力电子实验教学中的应用特征与优势,从构建虚拟仿真平台以及协同工程式实验两个方面研究了MATLAB在电力电子实验教学中的应用方法,并针对具体案例展开了详细论述。

关键词:MATLAB,仿真,电力电子,实验教学

参考文献

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