MATLAB在《电工电子技术》课程中的应用

时间:2022-11-15 14:40:12 浏览量:

【摘要】本文主要利用MATLAB/simulink对电工电子技术课程的几个主要模块进行模型的建立和仿真分析,结果表明,所建立的模型更加直观,激发学生学习兴趣,避免了繁琐的计算,保证了计算准确性,有助于学生对学习内容的理解和应用,提高了教学效果。

【关键词】MATLAB;电工电子技术;仿真

1.引言

《电工电子技术》是高职院校非电类专业开设的基础课,内容多而杂,而且课时有限,实验课时少,条件所限,所以可以应用MATLAB/simulink仿真系统[1]对所讲内容通过计算机进行计算和仿真,分析仿真结果,避免了繁琐的计算,保证了计算准确性,有助于学生对学习内容的理解和应用,提高了学习效率。

2.直流电路应用举例

在直流电路基本定理定律的学习时,除了熟悉对定理的内容,为了更好地应用这些定理,需要做大量的多样的例题来加深对定理的理解。在实际教学时,发现,学生一般对电路结构的认识比较清晰,比如支路、节点及网孔的个数;也能根据电路的特点和要求选用合适的方法,比如支路电流法、弥尔曼定理、叠加定理等;也能准确地列写电路方程,但往往在计算时出错,尤其在方程数多时这一问题尤为明显。并且采用传统的计算方法时比较费时。因此可以选用一些仿真软件像EWB、MATLAB,这样可以使电路分析简化,而且图形化的仿真软件更加直观,学生易于接受[2]。学生预习也很方便。

用支路电流法求解图1电路中各支路电流。已知:US1=140V,US2=90V,R1=20Ω,R2=5Ω,R3=6Ω。由基尔霍夫电流电压定律,列写支路电流方程如下[3]:

仿真步骤:

(1)在simpowersystem/Elements模块里找出需要的RLC模块,并设置为电阻;

在simpowersystem/Electrical Sources模块里找出直流电源模块;

在simpowersystem/measurements找出电压电流测量模块;

在simulink Sinks里找出显示display模块;

最后simpowersystem找出Powergui模块。

(2)对所用元件及仪表进行参数修改。

(3)连接线路,注意在直流电路里电压表电流表的极性。

(4)仿真读数。如果显示器结果为负值,说明实际电流与参考电流反向。

从图2看出,I1=4A,I2=6A,I3=10A。采用simulink仿真时,相对程序仿真更加直观,对电路理解要求不高,但要熟悉所用模块的位置,这样才能快速准确地找出电路模块,并对其参数进行合理设置。

3.交流电路应用举例

交流电路如图3所示,已知,R1=3Ω,R2=6Ω,XL=4Ω,XL=8Ω。求电路中及i(t),iL(t),iC(t)并做相量图。

仿真步骤与1.3小节步骤相同,另外在sim-powersystem/measurements查找示波器和simp-owersystem/Extra Library/measurements里找有效值测量模块。交流电源和有效值测量模块的频率设置为50Hz,注意各电流测量模块的极性不能加反,如果接反将使电流反相。仿真结束后,可以看到总电流,电感电流及电容电流的有效值分别为48.69A,43.54A,21.78A(与程序语句仿真结果49.1935,44.0000,22.0000相同)。通过示波器可看到总电压、总电流和各支路的电流波形如图6所示。

4.数字电路应用举例

某职业学校规定机电专业的学生,至少取得钳工(A)、车工(B)、电工(C)中级技能证书的任意两种,才允许毕业(F)。试根据上述要求设计能完成上述功能的逻辑电路,并在simulink里仿真验证。

解:根据题意得知该逻辑电路有三个输入量A、B、C,一个输出量F。

(2)由真值表列写逻辑表达式并化简[5]。

5.结束语

本文主要介绍了MATLAB在《电工电子技术》课程中的应用,并选取直流电路、交流电路及数字电路中的典型电路为例,详细介绍了MATLAB/simulink仿真过程,并对仿真结果进行了分析。从以上例子看出,将MATLAB应用在《电工电子技术》课程上,可以快速准确的求解电路,大大简化了繁琐的计算过程,而且在交直流电路分析中效果尤为明显。

参考文献

[1]李维波.MATLAB在电气工程中的应用[M].北京:中国电力出版社,2007.

[2]巩建辉.MATLAB在高职电工电子教学中的应用[J].安徽:安徽电子信息职业技术学院学报,2012,4.

[3]席时达.电工技术[M].北京:高等教育出版社,2007.

[4]黄忠霖.电工学的MATLAB实践[M].北京:国防工业出版社,2010.

[5]李耐根.电工与电子技术基础[M].北京:冶金工业出版社,2008.

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