電工學(xué)綜合性設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)

摘 要：本文用MATLAB/SIMULINK對(duì)電工學(xué)實(shí)驗(yàn)（電機(jī)部分）中的典型實(shí)驗(yàn)進(jìn)行仿真，提取仿真示波器顯示的曲線，可以感性地觀察和分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果，并且培養(yǎng)同學(xué)們?cè)O(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰途幊棠芰ΑＡ硗馔瑢W(xué)們先在電腦上設(shè)計(jì)和驗(yàn)證自己的想法，再到實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行實(shí)際物理操作。這將降低實(shí)驗(yàn)設(shè)備的損壞率，從而降低了實(shí)驗(yàn)成本，節(jié)省了實(shí)驗(yàn)經(jīng)費(fèi)。

關(guān)鍵詞：綜合性；設(shè)計(jì)性；電工學(xué)實(shí)驗(yàn)

1 MATLAB 簡(jiǎn)介

1.1 MATLAB 概述

MATLAB是矩陣實(shí)驗(yàn)室（Matrix Laboratory）之意。除具備卓越的數(shù)值計(jì)算能力外，它還提供了專業(yè)水平的符號(hào)計(jì)算，文字處理，可視化建模仿真和實(shí)時(shí)控制等功能。

MATLAB的基本數(shù)據(jù)單位是矩陣，它的指令表達(dá)式與數(shù)學(xué)，工程中常用的形式十分相似，故用MATLAB來解算問題要比用C，F(xiàn)ORTRAN等語言完相同的事情簡(jiǎn)捷得多。

1.2 SIMULINK 概述

SIMULINK是一個(gè)用來對(duì)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行建模、仿真和分析的軟件包，它支持連續(xù)、離散及兩者混合的線性和非線性系統(tǒng)，也支持具有多種采樣頻率的系統(tǒng)。在SIMULINK環(huán)境中，利用鼠標(biāo)就可以在模型窗口中直觀地“畫”出系統(tǒng)模型，然后直接進(jìn)行仿真。它為用戶提供了方框圖進(jìn)行建模的圖形接口，采用這種結(jié)構(gòu)畫模型就像你用手和紙來畫一樣容易。它與傳統(tǒng)的仿真軟件包微分方程和差分方程建模相比，具有更直觀、方便、靈活的優(yōu)點(diǎn)。SIMULINK包含有SINKS（輸入方式）、SOURCE（輸入源）、LINEAR（線性環(huán)節(jié)）、NONLINEAR（非線性環(huán)節(jié)）、CONNECTIONS（連接與接口）和EXTRA（其他環(huán)節(jié)）子模型庫，而且每個(gè)子模型庫中包含有相應(yīng)的功能模塊。用戶也可以定制和創(chuàng)建用戶自己的模塊。[4]

2 電機(jī)實(shí)驗(yàn)仿真

2.1 引言

用MATLAB＼SIMULINK對(duì)電工學(xué)實(shí)驗(yàn)中電機(jī)部分的典型實(shí)驗(yàn)進(jìn)行仿真，將培養(yǎng)同學(xué)們的編程能力和動(dòng)手自己設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的能力[5]。

2.2 單相變壓器空載運(yùn)行

2.2.1 實(shí)驗(yàn)原理

單相變壓器空載運(yùn)行時(shí)，原邊電流主要用于產(chǎn)生主磁場(chǎng)，而電路損耗和鐵芯損耗很小，因此即使外加電壓很大，空載電流依然很小。同時(shí)由于受到磁路飽和的影響，在外加電壓為正弦規(guī)律變化時(shí)，原邊電流將畸變?yōu)榧忭敳ā＿\(yùn)用MATLAB/SIMULINK建立仿真模型，可以很容易地觀察到這些現(xiàn)象[6]。

2.2.2 SIMULINK仿真模型

由圖1可見，電壓測(cè)量模塊與電源并聯(lián)，電流測(cè)量模塊與電源及變壓器原邊繞組串聯(lián)，然后將測(cè)量模塊的輸出分別送至示波器，以觀察波形。

單相變壓器副邊接一個(gè)電壓測(cè)量模塊（相當(dāng)于開路），但并不需要接示波器。

雙擊交流電源、單相變壓器、示波器等模塊，可以進(jìn)行相應(yīng)參數(shù)設(shè)置。

在SIMULINK仿真模型庫中，既有飽和變壓器模型，也有線性（即不飽和）變壓器模型，因?yàn)橐芯匡柡鸵鸬碾娏骰儐栴}因此必須采用飽和模型。（圖4）

2.2.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

雙擊示波器模型仿真結(jié)果如圖5所示。

3 結(jié)束語

本設(shè)計(jì)的基本思想是MATLAB / SIMULINK對(duì)電工學(xué)實(shí)驗(yàn)（電機(jī)部分）進(jìn)行設(shè)計(jì)和仿真，形成綜合性設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)。

通過用MATLAB編程和用SIMULINK搭接實(shí)驗(yàn)電路圖，能提高同學(xué)們的對(duì)實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)能力，起到綜合性設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的作用。

參考文獻(xiàn)

[1]鐘清華.改革實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ剑囵B(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力[J].實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革與探索，2002，5（3）.

[2]段斌.電工學(xué)“三環(huán)節(jié)五步教學(xué)法”的研究與實(shí)踐[J].高教論壇，2008，11（11）.

[3]潘曉晨.電機(jī)仿真精華50例[M].北京：電子工業(yè)出版社，2007.

[4]張志勇.精通MATLAB6.5版本[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2003.

[5]Z.Chen，F(xiàn).Blaabjerg，F(xiàn).Iov.A Study of Synchronous Machine Model Implementations in Matlab/Simulink Simulations for New and Renewable Energy Systems.Electrical Machines and Systems， 2005. ICEMS 2005. Proceedings of the Eighth International Conference on， Vol. 3 （2005）， pp. 1960-1965Vol.3.

[6]辜承林.電機(jī)學(xué)[M].武漢：華中科技大學(xué)出版社，2005.

作者簡(jiǎn)介：朱延平（1965-），男，工學(xué)碩士，高級(jí)技師，研究方向?yàn)榕渚W(wǎng)規(guī)劃。

李文彪（1987-），男，工學(xué)學(xué)士，助理工程師，研究方向?yàn)榕渚W(wǎng)規(guī)劃。