陆兴娟，冯晶晶，顾玉娥

[摘 要] 模拟仿真教学在《电力电子技术》课程教学中的应用，能够提高学生的学习兴趣，能够提高学生对教学难点的理解。以三相全控桥式整流电路排故为例，详细说明了模拟仿真教学过程，电路中不同地点出现故障时，相应的负载上出现的电压波形。从而在实际实验时，从负载上的电压波形，能够正确判断设备中的故障点。

[关 键 词] 电力电子技术；模拟仿真；故障

[中图分类号] G712 [文献标志码] A [文章编号] 2096-0603（2018）09-0110-04

高职电类专业肩负着为电气行业培养高端技能型专门人才的重任。由于电力电子技术相关的生产设备有高电压、大容量、自动化程度高、连续运行、价格昂贵等特点，为了保证生产的连续性、安全性、可靠性，生产现场很难安排电类专业学生的教学。近年来，随着仿真技术、计算机技术、多媒体教学技术的迅速发展，高职院校在电力电子教学中结合电气生产、建设和发展的情况，积极组织开发仿真教学项目，开展仿真项目教学，为电类行业培养了大批高端技能专门人才。

教高司函〔2013〕94号文件指出：为贯彻落实《教育部关于全面提高高等教育质量的若干意见》（教高〔2012〕4号）精神，根据《教育信息化十年发展规划（2011-2020年）》，经研究决定开展国家级虚拟仿真实验教学中心建设工作。可见，仿真教学得到了国家政策的大力支持。目前有很多软件，比如matlab、proteus等都为电类专业课的教学提供了仿真条件。高职教学要紧跟技术进步，利用仿真技术，积极开发接近企业的典型工作情景的仿真模型，模拟实际的电气系统的运行、检修和故障状态，实现灵活的人机交互、师生互动的教学环境，为培养电类专业高端技能型专门人才创造教学条件。所以仿真教学是高职教学的必然趋势。

课程的教学内容融入与高级维修电工的国家职业资格考证相关内容；开发《电力电子技术》课程相关的模拟仿真模型，实现模拟仿真实践化教学。

一、电力电子技术模拟仿真教学改革

电力电子技术课程内容主要是波形分析，所以非常抽象，很难理解。我们学校的电气自动化专业采用的是马宏骞老师主编的《电力电子技术及应用项目教程》教材。教材内容包括七个项目：分别是项目1晶闸管，项目2可控整流器，项目3有源逆变器，项目4全控型电力电子器件，项目5变频器，项目6直流斩波器，项目7交流变换器。课时安排为48学时，其中8学时为实验学，电力电子技术的理论占总学时的83%。但是理论教学内容非常多，在有限的教学课时内完成教学内容，把难点讲解透彻是比较困难的。比如，项目2的可控整流器部分，主要内容有单相整流（单相半波整流、单相全控桥式整流）和三相整流（三相半波整流、三相全控桥式整流），每一种整流电路又按照电阻性负载、电感性负载、电感性负载接续流二极管三种不同的负载进行分析。每种电路还要分析在不同控制角的情况下的电路工作原理，分析负载电压、负载电流、晶闸管上的电压的波形，电量的参数计算等。如此复杂的电路分析过程，仅仅依靠PPT、黑板板书等方式来进行讲解，既无法完成教学内容，又无法让学生深刻地理解各电路的工作过程，也就无法对电路出现的故障进行排除，无法具体设计电力电子电路的能力。

《电力电子技术》课程的模拟仿真教学就是要改变上述的教学和学习的问题。课程的教学内容融入与高级维修电工的国家职业资格考证相关内容要求；开发课程仿真教学项目，实现仿真实践化教学；学生下载仿真软件，让课堂教学延伸到课外，学生可以在课外进行自主学习、探究。

二、模拟仿真教学过程实例分析

电力电子技术在高级维修电工国家职业资格考证中的内容是三相全控桥式整流电路电阻性负载的连接和故障排除。由于实际过程比较复杂，我们先用仿真，设置故障得到相应的仿真波形，从而在实际过程中看到示波器的波形就可以正确判断故障点在哪里。

以三相全控桥式整流电路电阻性负载，控制角0度时的输出电压为例。

（一）正确的波形

图1是三相全控桥式整流电阻性负载的电路图。图2是三相全控桥式整流电路电阻性负载，控制角为0度时在MATLAB仿真软件中搭建的仿真模型以及负载上的电压波形。正确的波形是一个周期中由6个相同的波形（Uab、Uac、Ubc、Uba、Uca、Ucb）组成，每个波头60度。

（二）少了二个波头

如果仿真示波器测得每个周期中负载电压波形与正确的波形相比少了Uab、Uac二个波头。（如图3所示）

从仿真模型中清楚地看出，a相电压和Vt1晶闸管的连线断开了，所以Vt1晶闸管不可能导通，从而在负载中缺少Uac、Uab这两个波形。只要Vt1不导通，负载电压就会少这两个波头，那么导致Vt1不能导通的原因还有可能是：Vt1晶闸管本身坏了、Vt1的脉冲Ug1没有传送过来、Vt1连接到负载端断开，因此只要存在上述故障，负载上就是如图3所示的电压波形。

如果仿真示波器测得每个周期中负载电压波形与正确的波形相比少了Ubc、Uba二个波头。（如图4所示）

从仿真模型中清楚地看出b相电压和Vt3晶闸管的连线断开了，所以Vt3晶闸管不可能导通，从而在负载中缺少Ubc、Uba這两个波形。只要Vt3不导通，负载电压就会少这两个波头，那么导致Vt3不能导通的原因还有可能是：Vt3晶闸管本身坏了、Vt3的脉冲Ug3没有传送过来、Vt3连接到负载端断开，因此只要存在上述故障，负载上就是如图4所示的电压波形。

如果示波器测得每个周期中负载电压波形与正确的波形相比少了Uca、Ucb二个波头。（如图5所示）

从仿真模型中清楚地看出c相电压和Vt5晶闸管的连线断开了，所以Vt5晶闸管不可能导通，从而在负载中缺少Uca、Ucb这两个波形。只要Vt5不导通，负载电压就会少掉这两个波头，那么导致Vt5不能导通的原因还有可能是：Vt5晶闸管本身坏了、Vt5的脉冲Ug5没有传送过来、Vt5连接到负载端断开，因此只要存在上述故障，负载上就是如图5所示的电压波形。

如果示波器测得每个周期中负载电压波形与正确的波形相比少了Uba、Uca二个波头。（如图6所示）

從仿真模型中清楚地看出a相电压和Vt4晶闸管的连线断开了，所以Vt4晶闸管不可能导通，从而在负载中缺少Uba、Uca这两个波形。只要Vt4不导通，负载电压就会少掉这两个波头，那么导致Vt4不能导通的原因还有可能是：Vt4晶闸管本身坏了、Vt4的脉冲Ug4没有传送过来、Vt4连接到负载端断开，因此只要存在上述故障，负载上就是如图6所示的电压波形。

如果示波器测得每个周期中负载电压波形与正确的波形相比少了Uab、Ucb二个波头。（如图7所示）

从仿真模型中清楚地看出b相电压和Vt6晶闸管的连线断开了，所以Vt6晶闸管不可能导通，从而在负载中缺少Uab、Ucb这两个波形。只要Vt6不导通，负载电压就会少掉这两个波头，那么导致Vt6不能导通的原因还有可能是：Vt6晶闸管本身坏了、Vt6的脉冲Ug6没有传送过来、Vt6连接到负载端断开，因此只要存在上述故障，负载上就是如图7所示的电压波形。

如果示波器测得每个周期中负载电压波形与正确的波形相比少了Uac、Ubc二个波头。（如图8所示）

从仿真模型中清楚地看出c相电压和Vt2晶闸管的连线断开了，所以Vt2晶闸管不可能导通，从而在负载中缺少Uac、Ubc这两个波形。只要Vt2不导通，负载电压就会少掉这两个波头，那么导致Vt2不能导通的原因还有可能是：Vt2晶闸管本身坏了、Vt2的脉冲Ug2没有传送过来、Vt2连接到负载端断开，因此只要存在上述故障，负载上就是如图8所示的电压波形。

（三）少了四个波头

如果示波器测得每个周期中负载电压波形与正确的波形相比少了Ubc、Uba、Uca、Ucb四个波头。（如图9所示）

从仿真模型中清楚地看出b相电压和Vt3闸管的连线断开了，c相电压和Vt5晶闸管的连线断开了，所以Vt3、T5两个晶闸管不可能导通，从而在负载中缺少Ubc、Uba、Uca、Ucb这四个波形。只要Vt3、Vt5不导通，负载电压就会少掉这四个波头，那么导致Vt3、Vt5不能导通的原因还有可能是：Vt3、Vt5晶闸管本身坏了；Vt3、Vt5的脉冲Ug3、Ug5没有传送过来；Vt3、Vt5连接到负载端断开，因此只要存在上述故障，负载上就是如图9所示的电压波形。

负载电压波形

如果示波器测得每个周期中负载电压波形与正确的波形相比少了Uac、Uab、Uca、Ucb四个波头。（如图10所示）

负载电压波形

从仿真模型中清楚地看出a相电压和Vt1晶闸管的连线断开了，c相电压和Vt5晶闸管的连线断开了，所以Vt1、Vt5两个晶闸管不可能导通，从而在负载中缺少Uac、Uab、Uca、Ucb这四个波形。只要Vt1、Vt5不导通，负载电压就会少掉这四个波头，那么导致Vt1、Vt5不能导通的原因还有可能是：Vt1、Vt5晶闸管本身坏了；Vt1、Vt5的脉冲Ug1、Ug5没有传送过来；Vt1、Vt5连接到负载端断开，因此只要存在上述故障，负载上就是如图10所示的电压波形。

如果示波器测得每个周期中负载电压波形与正确的波形相比少了Uab、Uac、Ubc、Uba四个波头。（如图11所示）

负载电压波形

从仿真模型中清楚地看出a相电压和Vt1闸管的连线断开了，b相电压和Vt3晶闸管的连线断开了，所以Vt1、Vt3两个晶闸管不可能导通，从而在负载中缺少Uab、Uac、Ubc、Uba这四个波形。只要Vt1、Vt3不导通，负载电压就会少掉这四个波头，那么导致Vt1、Vt3不能导通的原因还有可能是：Vt1、Vt3晶闸管本身坏了；Vt1、Vt3的脉冲Ug1、Ug3没有传送过来；Vt1、Vt3连接到负载端断开，因此只要存在上述故障，负载上就是如图11所示的电压波形。

总之，上述分析方法同样适用于三相全控桥式电感性负载或反电动势负载的电路，由此可见，熟悉了利用波形来分析故障方法，就可以通过波形来判断故障的位置。

参考文献：

[1]王波.电力电子技术仿真项目化教程[M].北京理工大学出版社，2016.

[2]马宏骞.电力电子技术及应用项目教程[M].北京：电子工业出版社，2011.

[3]陈中.基于Matlabd的电力电子技术和交直流调速系统仿真[M].北京：清华大学出版社，2014