基于Matlab仿真技术的电力电子技术实验教学研究_侯艳.pdf

电子质量2022年第12期（总第429期）基于 Matlab 仿真技术的电力电子技术实验教学研究侯艳，田思庆，黄金侠，刘云鹏，袁铭润，徐颖（佳木斯大学信息电子技术学院，黑龙江 佳木斯154002）摘要：为了解决传统电力电子技术实验教学资源图像显示清晰度低的问题，结合新工科背景下，基于Matlab仿真技术设计了电力电子技术实验教学方法。基于Matlab技术仿真三相桥式全控整流，对实验教学过程中教学数据进行了采集与处理。在此基础上，采用设计通信协议的方式，对教学中的仿真教学界面进行规划与设计，实现了电力电子技术在实验教学内容上的相关研究。最后，将所提出的方法应用到了实际中，结果表明，实验组教学资源图像显示清晰度明显高于对照组，能够解决传统电力电子技术实验教学资源图像显示清晰度低的问题，由此证明了所提出的方法的有效性，具有一定的推广使用价值。关键词：电力电子技术；Matlab仿真技术；脉冲；晶闸管；三相桥式全控整流；输出波形中国分类号：TP 391.99文献标识码：A文章编号：1003-0107（2022）12-0050-05Research on Experimental Teaching of Power Electronics TechnologyBased on Matlab Simulation TechnologyHOU Yan，TIAN Siqing，HUANG Jinxia，LIU Yunpeng，YUAN Mingrun，XU Ying（College of Information and Electronic Technology，Jiamusi University，Jiamusi 154002，China）Abstract：In order to solve the problem of low image display clarity of traditional power electron-ics technology experimental teaching resources，combined with the background of new engi-neering，the power electronics technology experimental teaching method is designed based onMatlab simulation technology.Based on Matlab technology，the three-phase bridge full con-trolled rectifier is simulated，and the teaching data is collected and processed in the experimen-tal teaching process.On this basis，the simulation teaching interface in teaching is planned anddesigned by designing communication protocols，and the relevant research of power electron-ics technology in experimental teaching content is realized.Finally，the proposed method is ap-plied in the practice，and the results show that the display clarity of teaching resource images issignificantly higher than that of the control group，which can solve the problem of low displayclarity of traditional power electronics technology experimental teaching resource images.Thus，the effectiveness of the proposed method is proved，and it has certain popularization value.Keywords：power electronics technology；Matlab simulation technology；pulse；thyristor；three-phase bridge fully controlled rectifier；output waveformCLC number：TP 391.99Document code：AArticle ID：1003-0107(2022)12-0050-05基金项目：佳木斯大学教育教学改革研究项目（2022JY3-74）；黑龙江省高等教育教学改革研究项目（SJGY20180514）；佳木斯大学教育教学改革研究项目（2022JY3-71）资助。收稿日期：2022-09-13修回日期：2022-11-18作者简介：侯艳（1980），女，黑龙江鸡西人，佳木斯大学信息电子技术学院讲师，硕士，从事电力电子技术等自动化相关领域的教学与研究工作。通信作者：黄金侠（1979），女，黑龙江五常人，佳木斯大学信息电子技术学院副教授，硕士，从事电气工程及其自动化相关领域的教学与研究工作。50基于Matlab仿真技术的电力电子技术实验教学研究侯艳，等图1三相桥式全控整流仿真模型示意图0引言新工科背景下，以培养综合性应用型人才为目标的新教学理念，为电力电子技术实验教学带来了全新的机遇与挑战。电力电子技术实验教学作为电气工程类的主要内容，采用以实验为主的教学方式，很多课程的实现需要相应的仿真软件支持1。通过仿真技术的支持，为教学提供了良好的环境，使学生能够对复杂、抽象的电路有切实的了解，帮助学生更加深入地理解知识。但在以往电力电子技术实验教学中，由于缺乏专业性仿真软件的支持，导致电力电子技术实验教学资源图像显示清晰度低，无法为学生展现电路中的细节部分，进而导致电力电子技术实验教学效果不佳。Matlab仿真技术以其强大的仿真能力，在众多技术中脱颖而出，能够适用于复杂的计算分析设计领域2。Matlab仿真技术的核心是矩阵运算，以其高精度、高清晰度的优势，能够满足绘图和工程计算方面的现实需求。基于此，有理由将Matlab仿真技术应用在电力电子技术实验教学中。本文在新工科背景下，基于Matlab仿真技术设计电力电子技术实验教学方法，致力于切实提高电力电子技术实验教学资源图像显示清晰度。1新工科背景在新工科背景下，由于新工科教学理念的引入，再次对电力电子技术实验教学的发展提出了新的要求，为此不同层次的学校都把培养学生的实践动手能力融合于教学思想中，积极鼓励学生参加专业领域等级资格考试，提高就业简历的含金量和自身专业实际能力水平，将理论课程与课程思政很好地结合到教学活动中。树立学生在学习中对专业课程的正确认知3。目前各高校都在教学环节中对传统的电力电子技术实验内容进行了改进，但在实际上课环节中还存在一些需要解决的问题。例如：电力电子技术实验教学模式落后，教学质量无法达到预期标准。为此，在新工科背景下，基于Matlab仿真技术的电力电子技术实验教学是十分必要的。新工科背景下基于Matlab仿真技术的电力电子技术实验教学的具体内容如下所述。2基于Matlab仿真技术的电力电子技术实验教学2.1基于Matlab仿真的三相桥式全控整流在电力电子技术实验教学中，本文基于Matlab仿真技术，通过三相桥式全控整流仿真的方式，实现电力电子技术实验仿真教学4。首先，设定电阻负 载（R=20）；而 后，在Matlab软 件 中 打 开SIMULINK，新建一个仿真模型的新文件；最后，通过完善其中的元器件，形成三相桥式全控整流仿真模型。三相桥式全控整流仿真模型如图1所示。在此基础上，设定仿真参数。其中，以ode 23tb为本次仿真应用的算法，设定仿真停止时间为0.1 s。针对脉冲参数的设定，驱动电路选择同步6脉冲发生器，脉冲宽度为10，采用双脉冲触发方式，发生器发生间隔60的双脉冲，alpha-deg为移相控制角，同步电压频率为50 Hz。脉冲参数设定如图2所示。VaVbVcABCYThree-PhaseTransformer(Two Windings)1abcABCYThree-PhaseTransformer(Two Windings)2abcnuabubcucaia60ConstantConstant0alpha_degABBCCABlockoulsesSynchronized6-Pulse GeneraorUniversal BridgeigABCuVT1Series RLC BranchidivudSoopevvv51电子质量2022年第12期（总第429期）图2所示为基于Matlab仿真软件中的三相桥式全控整流脉冲参数。在器件参数中，对于变压器，本设计中采用了基本的三相变压器，其变比为311/170，采用Dyn 11连接组别。针对晶闸管模块，采用通用桥式晶闸管模块，其有5个电气接口和一个输出接口，桥臂个数设置为3个缓冲电路阻值和缓冲电路电容值等参数设为默认。在电源参数设定方面，采用3个交流电压源组成三相交流电源，线电压为380 V，频率为50 Hz，相位各相差120。当触发角为30时，可以得到三相桥式全控整流仿真结果，如图3所示。从图3中可知，当触发角为30时，晶闸管VT1、VT6触发导通，电压输出波形ud=uab，电流流经通路为：a-VT1-负载-VT6-b。其次，晶闸管VT6关断，VT2触发导通，VT1一直维持导通状态，电压输出波形ud=uac，电流流经通路为：a-VT1-负载-VT2-c；在下一个触发周期到来之时，VT1关断，VT3触发导通，VT2一直维持导通状态，电压输出波 形ud=ubc，电 流 流 经 通 路 为：b-VT3-负 载-VT2-c。然后，晶闸管VT2关断，VT4触发导通，VT3一直维持导通状态，电压输出波形ud=uba，电流流经通路为：b-VT3-负载-VT4-a；在下一个触发周期到来之时，VT3关断，VT5触发导通，VT4一直维持导通状态，电压输出波形ud=uca，电流流经通路为：c-VT5-负载-VT4-a。接着，晶闸管VT4关断，VT6触发导通，VT5一直维持导通状态，电压输出波形ud=ucb，电流流经通路为：c-VT5-负载-VT6-b。最后，进行循环状态，又从VT1、VT6触发导通开始运行。当控制角为90时，可以得到三相桥式全控整流仿真结果，如图4所示。以此，实现基于Matlab仿真三相桥式全控整流。2.2电力电子技术实验教学数据在基于Matlab仿真三相桥式全控整流的基础上，对教学中涉及的相关教学数据进行采集处理，在获取数据的基础上，定位实验教学过程中的数据流。图2脉冲参数设定图图3触发角为30三相桥式全控整流仿真结果触发信号1触发信号2触发信号3触发信号4触发信号5触发信号610.80.60.40.20150100500-50-100-15000.010.020.030.040.050.060.070.080.090.11501005006004002000-200-400-600UabUbcUca00.010.020.030.040.050.060.070.080.090.1IaIbIc52基于Matlab仿真技术的电力电子技术实验教学研究侯艳，等将数据流作为教学工作实施的前提条件，只有确保数据流的准确性，才能保证Matlab仿真技术发挥其实质性作用。在此基础上，输出教学过程中的html语言5，并根据CSS、Javascript等获得数据信息。只需通过采集端核实最终的数据，无需其他的配置即可完成实验数据的采集。2.3电力电子技术实验教