【PSIM仿真平台电力电子技术教学探索】电力电子技术仿真

PSIM仿真平台电力电子技术教学探索

【关键词】PSIM；
电力电子技术；
仿真平台；
参数扫描；

示波器 现代计算机仿真技术为电力电子电路或系统的研究与 设计提供了崭新途径，使复杂的分析和设计过程变得更加简 单有效。同时也为高校特别是高职院校相关专业课程的教学 提供了新的思路，不仅可以帮助同学们理解知识要点，提高 学生学习的趣味性和积极性，还可以成为理论和实践教学环 节有益的补充[1-2]。

1、基于PSIM的电力电子技术仿真平台 PSIM是一款专为电力电子和电机控制系统设计的仿真 软件，因其仿真速度快、用户界面友好、交互性强、简单易 学等特点，为电力电子技术、模拟与数字控制以及电机控制 系统设计提供了强大而高效仿真平台。PSIM作为电力电子技 术领域仿真速度最快的软件之一，在全世界范围内60多个国 家的高校、大型企业、研究机构得到了广泛的应用。此外，PSIM作为优秀的开放式仿真平台，还可以与第三方软件进行 联合仿真，为用户提供了更加高效的仿真环境[2]。PSIM软 件仿真元件库拥有丰富的元器件模型，可以进行任意电路级 和系统级电力变换电路的建模仿真。其附加的各仿真包为电 力电子技术及其它专业课程的教学和研究提供了强有力的 工具。此外，PSIM官方网站提供了免费试用的Demo版,虽然 仿真元器件个数受到一定限制,但并不影响课程教学研究的 需要。限于篇幅，本文仅介绍PSIM可以用于电力电子技术教 学和研究的几个重要功能，如故障仿真功能以及示波器功能， 并给出了仿真结果，而对于PSIM的基本使用方法及建模仿真 步骤则不再赘述。

2、电路故障仿真功能 由于教材上介绍的通常是电路处于正常工作状态时的 情况，同学们对正常工作状态容易理解。然而在实验过程中 由于学生误操作或者是器件损坏等原因，常常得不到正常波 形，导致学生很难判断故障原因。利用PSIM可以对典型故障 情形进行建模仿真，便于学生深入理解电路工作原理，且不 用担心损坏元器件或者出现安全隐患。因此，通过故障仿真 教学可以提高学生对理论知识的理解，也可以让学生先做仿 真再做物理实验，以达到提高实验效率的目的。在PSIM中进 行故障设置的方法非常简单，只要选中相关元件，点击右键， 选中Disable即可，该元件将变成灰色；
若要恢复正常状态， 使用相同的操作，选择Enable即可。限于篇幅，本文仅介绍某个晶闸管损坏或者脉冲丢失的情况。如图1(a)所示为单相 桥式可控整流电路仿真模型，现假设VT2出现故障，则输出 电压Vd的仿真波形如图1(b)所示，此时输出电压Vd的波形已 变成单相半波可控整流的情况[3-5]。

3、PSIM中的虚拟示波器功能 3.1虚拟示波器简介 PSIM中的电压/电流测量模块(Voltage/Currentprobe) 主要用于存储仿真结果，在SIMVIEW波形处理程序中实现波 形显示和处理，这也是PSIM最常用的功能之一。除此之外， PSIM还提供了很强的用户交互功能，利用虚拟示波器即可允 许用户在仿真过程中实时修改参数并观察仿真结果，极大的 提升了与用户之间的交互能力。PSIM共提供了4种规格的示 波器：1通道、2通道和4通道电压示波器以及电流示波器， 示波器仿真模型如图2所示。电压示波器可以在 Element->Other->Probes菜单下找到，电流示波器可通过鼠 标右键点击需要显示电流波形的元件，并在CurrentScope中 勾选相应的电流选项即可出现。

3.2虚拟示波器功能及参数设置 虚拟示波器的显示和操作界面与实际示波器非常相似， 因此使用极为方便。现以两通道示波器为例：主要包括时基 调节按钮，通道A和通道B幅度调节按钮，DC、AC、GND耦合 功能选项也与实际示波器一样。时基刻度有us、ms、s三种 时间基准，幅值刻度有mV和V两种基准。各操作按钮或选项的功能及特点如下：（1）时基选项（TimebaseScale），用 于设定时间轴（x轴）的刻度。（2）通道选项（ChannelA和 ChannelB），用于设定幅值轴（y轴）的刻度、偏移量以及 波形颜色。DC、AC、GND耦合选项功能也与实际示波器相似， 如果选择DC则显示完整波形，选择AC则只显示交流成分，选 择GND则将波形置为零。（3）触发选项（Trigger），用于 设置触发条件，有ON和OFF两个选项，如果选择OFF，则波形 处于自由运行模式；
如果选择ON，则必须满足触发条件时才 开始显示波形。（4）自动定标选项（AutoScale），如果 AutoScale选项勾选的话，则所有通道将自动调整到合适位 置，以便将全部波形显示在可见区域。（5）与实际示波器 一样，虚拟电压示波器所有通道只能测试对地电压。（6） 对于电流示波器，它和元件是通过CurrentFlag联系起来的， 如果要使用这项功能，只要右键点击相应元件，在 CurrentScopes菜单下选择相应支路电流，如果该支路电流 被选择，则其名称前面将显示一个“√”的标记。

3.3示波器仿真波形及分析 现以单相桥式可控整流电路仿真分析为例。在图1(a)仿 真原理图中放置一个双通道电压示波器和一个电流示波器， 并在开始仿真之前，将时钟形状的SimulationControl中 FreeRun单选框选中。需要特别注意的是，由于示波器通道 测的是对地电压，因此与实际示波器一样，需在接探头负极 的相应位置放置一个接地符号，否则会因为失去参考点而不能得到正常的仿真波形。如图3（a）所示为负载电压ud波形 以及采用间接法测出的负载电流波形（用电阻电压波形等 效），如图3（b）所示为直接采用电流示波器测得的负载电 流波形，只要选择合适的幅值刻度，两者波形是完全一致的。

4、结论 近几年实践教学证明，PSIM作为电力电子技术领域专用 的仿真软件，以其仿真快速、用户界面友好、交互性强、简 单易学的特点，特别适合于电力电子技术的理论和实践教学。

结合高职学院电力电子技术专业的课程设置和实际教学情 况，将PSIM引入电力电子技术的教学和研究，合理运用各种 功能，对于丰富教学资源和教学手段，提高学生学习兴趣， 提高教学效果均大有裨益[6]。此外，在电力电子技术课程 中进行简单的培训后，绝大部分同学可以顺利的建立仿真模 型并分析仿真结果。对于促进学生将自主性、研究性学习的 理念贯穿到整个专业课程的教学，为后续专业课程的理解和 消化吸收提供了有利的工具，具有很高的应用价值。

参考文献：
［1］王耀,吴艳萍,郑丹.基于PSIM仿真的电力电子课程 设计［J］.实验技术与管理,2013,30(12):108-110. ［2］陈爽,段国艳.基于PSIM的电力电子技术教学初探 ［J］.四川工程职业技术学院学报,2013,29(4):66-69. ［3］PSIMuser’sguide(version9.0 ［)M］,PowersimInc,2009．［4］洪武.PSIM在电力电子技术教学中的应用［J］.实 验科学与技术,2009,7(1):37-38. ［5］王兆安,刘进军.电力电子技术(第五版)［M］.北 京:机械工业出版杜,2013． ［6］罗如山,陈政石,刘美.基于PSIM的“电力电子技术” 仿真教学研究［J］.中国电力教育,2012,38(27):85-86.