計算機維護實操仿真技術在電力行業的應用探討

馬一寧 鞠耀東 岑曦

??隨著電子計算機的大量普及，信息技術的快速發展，智能教育的蓬勃興起，職業院校也在不斷改進教學方法，應用仿真軟件來優化電子專業教學也成為一種可能。這將會給職業學校節約大量的物力、財力、人力，實現了既環保，有直觀高效的課堂教學。本文筆者就以電子專業課堂教學為切入口，探討仿真軟件在電子專業課堂教學中的應用。

電子專業;仿真軟件;課堂教學;計算機

電力電子技術是自動化專業必修的專業課程之一。它對學生的基礎知識面要求很寬，理論性強，涉及控制、電力和電子等方面的課程;課程里面的電路和運算非常多，而且電路工作原理復雜，運算繁瑣，因此學生學習起來特別吃力。對于這門課的特點，在課堂教學過程中引入計算機仿真，不僅可以解決學生學習這門課程困難的問題，而且在電力電子技術相關的畢業綜合實訓中，使學生可以利用相關軟件解決實際問題。近些年來，計算機仿真軟件在電力電力行業中的應用逐漸增多，并且取得了一定的成效。大量事實證明，計算機仿真軟件的應用為電力電子控制系統的設計提供了有效的仿真環境，在很大程度上促進了電子電力技術的長遠發展。因此本文嘗試通過課堂教學的一些改革，培養學生理論聯系實際的能力，達到培養應用型工程人才的要求。

自從約翰·馮·諾依曼發明了計算機，它就成為了我們最先進的科學技術發明之一，對人類的工作和生活都產生了非常重要的影響，帶動了全球范圍的技術進步，成為了社會信息中不可缺少的工具，并且現在也在不斷的發展，相信以后會越來越好。

計算機可以進行數值計算、邏輯計算及信息儲存功能，它是可以按照程序進行的智能電子設備，為我們的生活提供了很大的幫助。計算機之所以能被我們有效的運用是與其有效特點分不開的，它具有運算速度快、計算精確度高、強大的邏輯判斷能力及自動控制能力等優勢?，F在的計算機系統在計算的時候可以達到每秒萬億次，對于比較復雜的科學計算問題能有效的解決掉，以前對于復雜的計算問題要用到的時間長達幾個月，有時候幾個月還不能完全解決，現在有了計算機能很好地解決掉這個問題，只需要幾分鐘就能很好的解決，對人類的未來發展得到有效的提高。

計算機的運用已經廣泛的體現在人們的生活中，例如：路由器、筆記本電腦、智能手機等。路由器是一種特殊的網絡計算機，有效為我們的生活提供了方便。

電力電子技術在人們生活和工作中的應用也較為廣泛，對電力電子技術進行不斷創新可以顯著改善人們的生活狀態，進而促進經濟社會的發展。在現代社會中，人們無論處在何時何地都離不開電能的支持，人們的工作將無法開展，人們的生活將回到原始時代，所以，電能是人類賴以生存發展的重要能源。電力電子技術是現代電氣工程發展的重要組成部分，行業內通常將晶閘管的成功研發作為電力電子技術的發端，之后又陸續研發出電力雙極型晶體管等技術的出現更加完善了電力電子技術的發展，給電力電子技術的發展創造了更加廣闊的發展空間。通過電力電子技術可以實現工業電能形式的轉化，讓電能的應用更加合理高效，顯著提高了電能的使用效率。電力電子技術的高頻化處理可以讓工業中的機電設備逐漸向高頻化和微型化方向發展，降低了工作人員的工作量，顯著提高了工作效率，極大促進了工業和電子技術的發展。

隨著科學技術的進步，尤其是信息技術和計算機技術的發展，使得計算機仿真技術也在不斷地更新，計算機的有效運用也為人們提供了更好的思路，對于計算機仿真軟件的發明更是提高了生活質量，促進生活的有效運行。

隨著現代技術的發展，仿真技術已成為分析、綜合各類系統，對于大系統可以有限的研究。所謂仿真，就是對一些系統屬性的逼真，從而達到有效處理的目的。仿真也是要有效的解決有關問題的，既需要處理系統的有關問題，也要處理需求者的有關問題。

傳統的仿真軟件是一種反復進行的過程，抽象出一種模型，然后輸入進行實驗，由試驗者來說出實驗結果，根據判斷的情況來對實驗模型進行不斷的改變，一直到認為這種模型能為試驗者對客觀系統的仿真目的為止。這種仿真軟件常用于仿真機等，有效地提高了我們的生活質量。

西麥科技實訓云采用前沿的技術，結合當代網絡教育的實際困境，有針對性的設計出一代教學方案-實訓云系統。實訓云提供課程、挑戰和考試等多元化的學習內容，并根據需要部署云主機資源池，啟動虛擬機并通過網絡交付給云終端，實現課程環境的搭建，可供用戶體驗更好的學習環境，隨時隨地通過網絡學習。實訓云將云計算和教育場景、教育方案結合在一起，提供全面的教學管理功能。與傳統學習模式相比，在線學習具有高效、快捷、方便傳播的特點，為學員、老師帶來極大的便利。

西麥實訓云系統是一款功能全面的電子仿真軟件，該軟件里保護了多種模型數據，不需要學生自己去網上搜索數據，可以直接從軟件內部搜索使用，只需要設置一個編碼器，就可以應用軟件進行仿真實驗了，因為該軟件保護數據多，所以已經在課堂上廣泛應用，豐富了課堂教學內容，為教師提供了更多可參考的授課素材。

運用仿真軟件設計的實驗圖像清晰直觀，便于學生理解。用鼠標移動對應的功能模塊，然后只要根據電氣聯結關系進行連接就可以得到想要的效果，操作十分簡單不繁瑣，與電力電力技術結合的非常緊密，對操作用戶的要求極低，只需要掌握基礎的計算機操作和電力電子的理論技術就可以熟練應用。更加容易被大眾接受。電路圖的清晰程度一直都是影響電子專業學生學校成效的關鍵因素。過去教學中，很多高校以及高職院校也多次嘗試應用其他軟件來解決電路圖清晰問題，但效果都不明顯，直到虛擬仿真軟件的出現，為我們教學者解決了這一難題。

學員可以根據自己的喜好選擇想要學習的課程，并添加到【課程管理】之中，若課程發布，則可以直接通過客戶端端進入課程學習，在課程結束之后，可以通過軟件自帶的特色化實訓功能，將課程與實驗進行關聯，增加學員在課程上的實操能力，深入了解課程內容。

在課程學習完成之后，可以通過軟件自帶的考試模塊，對學員自身的整體學習程度進行考核，試題題型分為：可選擇單選題、多選題、判斷題、填空題和簡單題。已勾選的題型會在考試頁面顯示對應試題，已添加試題但未添加試題題型，則不在考試頁面中顯示。試題來源分為：實驗題、題庫、歷史考試、新建，支持多來源試題，加入試題更加方便，支持試題的多次使用。老師也可以通過自帶的編輯分數對已選擇題型的題目需編輯分數，支持批量添加和單項添加，打分更便捷。

仿真軟件功能很多，比如可以 3D 模擬出真實電子線路，結合數字技術真實再現。開發者設計仿真軟件時，就在其器件庫里儲存了大量大公司的元器件和集成電路，教師和學生可以利用虛擬測試器直觀地觀察電路運行狀態好結果，教師也可以一邊講解理論知識，一邊讓學生直觀看電路圖的某個位置，將文字知識與圖像結合起來教學，加深學生對理論知識的理解，從而利用計算機處理速度的優勢，再計算結果，學生則可以看到實驗的整個過程。當然，仿真軟件還有一大優勢就是學生做實驗不再受空間限制，以往學生可以必須到實驗室才能完成的工作，限制學生可以在實訓室、宿舍電腦里隨時模擬?？梢?，仿真軟件對于電子專業教學有非常重要的助推作用。

在實際電路設計前，可以進行多次修改參數，元件等等，并進行反復的對照和實驗，可以較少實際實驗中的操作繁瑣度，縮短實際實驗時間。其次，使用計算機仿真軟件，可以減少測量元件的過程，一方面減少了原件的損耗，另一方面可以快速進行實驗，最好在計算機仿真軟件中盡可能的模擬實際模型。

電子專業課程實踐性矯情，如果教師單純依靠課堂理論知識傳授和課程內容設計的實驗來完成教學是遠遠無法提升學生實踐技能的，因為學生只有在大量實踐訓練中才可能真正將理論知識轉化為實際技能。仿真軟件就可以成為指導學生自主模擬和設計實驗的“導師”，學生完成理論學習后，教師可以讓學生結合仿真軟件來設計電路，又不懂的可以問老師，也可以借助仿真軟件自主學習。如此一來，極大地提高了學生的實踐動手能力和創造能力。

實驗數據誤差的產生與試驗中參數一致性差有著密不可分的關系，而單純的工具測量，難以精準，且次數受到限制，不能進行大量的數據測量，但是可以通過引入計算機仿真軟件，可以對參數的觀察更加細致，同時減少了誤差，除此之外，計算機仿真軟件，可以不用在實驗時不停的更替元件，進行冗雜的操作，在較短的時間內觀察較多的曲線變化，通過改變部分電路的參數， 進一步觀察其它數據的變化以及數據曲線的變化，從中觀察到電路的變化，通過對數據進行統計和分析，進而更好地學習和掌握電力電子技術的技巧。

西麥實訓云系統是一款功能全面的電子仿真軟件，包括很多專業的課程：數據庫、網絡、操作系統、大數據、云計算、虛擬化等這些方面。

例如需要系統設計實現Boost功率因數校正電路完成模擬訓練，首先可以利用系統設計單相Boost功率因數校正電路圖見圖1。

Boost變換器在“電力電子技術”中的作用是升壓的功能，在電子電路中應用最多。作為功率因數校正裝置使用，比如開關電源作為市電和后級變換電路的中間電路，作用是提高變換器的功率因數，提高系統效率。單相Boost功率因數校正電路的基本原理是利用控制電路強迫輸入交流電流波形跟蹤輸入交流電壓波形而實現交流輸入電流的正弦化，并與輸入電壓同步。因此，在學習Boost變換器的時候，教師不僅要讓學生知道Boost變換器的升壓作用，因為這是所有電力電子技術書籍中的理論知識點，更重要的是要讓學生了解Boost變換器在電子電路中的實際應用，這樣才能使學生知道學習這個知識點在以后的工作當中有非常重要的作用。既能培養學生的學習興趣，又能使學生加深對知識點的理解。

單相Boost功率因數校正電路中的控制器采用TI/Unitrode公司的UC3854芯片?？梢栽谙到y提供的數據庫中選取UC3854芯片，然后根據系統給的實際參數設計基于UC3854的模擬控制電路結構方框圖見圖2。

圖2中Boost變換器工作在連續導電模式下，其電感電流就是輸入電流。電感電流被采樣并被控制，其幅值與輸入電壓同相位的正弦參考信號成正比，從而達到功率因數校正的目的;乘法器方式PFC電路還可以根據輸出電壓反饋信號，利用一個乘法器電路來控制正弦參考電流信號，從而獲得可調整的輸出電壓;同時，也具有輸出電壓的平均值。實際上，模擬控制器可以概括為內環電流環和外環電壓環兩個控制環。內環電流環的作用是使輸入電流跟蹤輸入電壓，外環電壓環的作用是穩定輸出電壓。

電路圖設計完成之后，可以在根據系統給到的部分實際數據，進行仿真實驗，以此來加深對知識的掌握度。

現如今，除了在電氣電路領域被廣泛運用，在部分領域也會有液壓機、氣壓機等作為主要模擬設備，后來漸漸的發展，使得仿真機不斷的運用到其中。現在以數字機為主機的各種各樣專用和通用仿真機得到普遍運用，隨著科技的不斷發展，更高層次的數字模擬仿真機和智能仿真機在整合集成數字仿真和模擬仿真優勢的基礎上誕生了，這為人們的仿真跨出了重要的一步。

計算機仿真技術的使用使得人們在生活中也更加便捷，在未來發展過程中還需要對其進行更進一步的發展，為人類的生活提供更方便的途徑。仿真技術的有效運行也使得電力電子技術的不斷發展，造就現在電能的不斷使用，也會使得人類對電力的使用更加方便。

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