Multisim在中职电气自动化专业教学中的应用

潘梦莎

摘  要：中职电气自动化专业课程丰富，理论性和实践性要求高，将Multisim计算机仿真实验引入到教学当中，为学生提供了更为直观、有效、经济的学习手段，使得学生更容易理解和掌握电气知识，提高实验能力。本文以台州第一技师学院（筹）电气自动化专业为背景，介绍Multisim软件在电工基础、电子技术基础以及电力电子变流技术教学中的应用。

关键词：中职电气自动化;仿真;教学

1 概述

随着职业教育的不断发展，以培养高级工以上技能人才为任务的技师学院办学实力和水平稳步提高，极大的促进了就业和社会经济的发展。现代化工业的不断发展使电气自动化技术方面的人才需求大增，依托于温岭市的电气自动化行业特点，台州第一技师学院电气自动化设备与维修（技师）专业培养从事电气自动化设备安装、编程、调试与维修的高素质技术技能人才，推动了当地电气自动化产业的蓬勃发展。

中职电气自动化专业部分课程设置如表1所示。

表中涉及到的多数专业课程为理实一体化课程。由于学生普遍存在动手实践能力强，但理论基础薄弱的情况，在理实一体化教学过程中，较易出现能够按照要求完成实训，但是对于实训的原理仍然较为模糊，出现知其然而不知其所以然的现象。为了改变单一的授课类型，提高学生的知识接收效果，丰富电路分析手段，在专业课程教学中，结合Multisium仿真软件，对电路原理及效果进行直观展示，加深学生对理论理解的同时，通过Multisim软件仿真贯穿多个课程，学生能够更好的掌握软件的功能以及使用方法，为实践探索提供更好的理论支撑和技术手段。

2 Multisim仿真实验

2.1 Multisim软件在电工基础课程中的应用

电工基础课程中，涉及到较多的基础运算，尤其是复杂直流电路的分析，既为后续学习电子技术基础等课程奠定理论基础，又是电工操作中重要的分析方法。因此，理解并掌握复杂直流电路的分析方法，具有重要的意义。

以叠加原理为例，常见的授课方法有实验法和理论分析法。实验法是通过搭建实际电路，测量各观测点的电压值，得出叠加原理。另一种是通过理论计算，分别计算出电压源和电流源单独作用时候的电路图2、图3中，流过R3的电流值 和 ，并通过实际测量图1中 的值，得到 + = ，即叠加原理。这两种方法的优点是实验现象直观，学生易于理解和掌握，缺点是实验条件受限，无法使每个同学都能够参与到探究中。

在Multisim软件中搭建电路如下所示。图1是原始电路，图2、图3分别是电压源和电流源单独作用时候的电路图，3个电路在同一个仿真界面中同时运行，便于观察电路工作情况，得出规律。学生根据测量要求，自行放置电压表和电流表，记录并观察测量的值。在得出 + = 叠加原理的结论后，通过改变电路中的电源或电阻值，验证结论是否正确。再通过练习，加深对叠加原理的理解，巩固和提高应用能力。

通过在Multisim软件中搭建电路，以计算机仿真的形式实验，进行测量和探索，体现了学生的主体地位，发挥了学生的主观能动性，提高了学习的兴趣和求知欲。同时，又摆脱了实验条件的限制，可以使每位同学都参与到自主探究的活动中来，改善了教学效果。

2.2 Multisim软件在电子技术基础课程中的应用

Multisim软件提供了多种测量和分析器件，如电压表、电流表、多通道示波器、波特测试仪、失真分析仪等，为观测电路工作情况提供了强大的支撑。以电子技术基础课程中分压式射极偏置放大电路（图4）为例，通过虚拟示波器XSC1的A、B通道，能够观测到输入电压和输出电压的波形变化情况，计算电压放大倍数。图5和图6分别是负载开关断开和闭合状态下的，输入、输出电压的波形，可以明显看出接入负载电阻后，输出电压幅值降低，电压放大倍数下降。

学生在实验过程中，可以很直观的对放大电路进行仿真实验，同时，教师还可以设置一系列的探索性问题，例如电流放大倍数如何测量等等，给予学生自主探究的空间，提高分析问题，解决问题的能力。

2.3 Multisim软件在电力电子变流技术课程中的应用

电力电子变流技术是一门理论性与实践性都非常强的课程[1]。需要结合电工基础和电子技术基础对电路原理及功能进行分析。同时，对于交变电路，还要求能够画出各个元件的电压和电流波形，做进一步的分析。对电路分析的各知识点的融会贯通的要求表较高，中职学生独立分析的能力欠缺，因此单纯的理论课的教学效果很差。实验教学虽然能够在一定程度上帮助学生更直观的得到波形，但是由于实验所涉及的都是功率器件，学生操作不熟练，因此故障率较高，得不到正确的实验结果，直接影响了实践环节的教学效果。

在教学中引入仿真实验的方法，用模拟元件代替实际元件获得电路输出电压和电流的波形，避免了实验的误操作引起的安全问題，又能够得到理想的实验效果，学生基本能够在计算机上独立完成仿真实验。以三相半波整流电感性负载电路为例[2][3]。在multisim中搭建仿真电路如图7所示，晶闸管门极控制信号由方波脉冲信号源提供，参数设置如图所示。通过虚拟示波器，观测输入三相交流电波形、触发信号波形、输出电流波形以及VT1晶闸管的电压波形。由于Multisim没有直接可以显示电流波形的虚拟仪器，因此在测量输出电流波形时，使用了电流探针功能，可以将流过探针的电流值，按比例转化成电压值输出（图8），再将输出接到示波器即可得到按比例放大/缩小以后的电流波形如图9所示。

3、结论

在中职电气自动化专业课程中引入Multisim软件的仿真实验，可以使枯燥的理论知识更为生动、形象化，激发学生的学习兴趣和积极性，促进中职学生对理论知识的理解，同时也拓宽了学生对计算机的应用能力。Multisim功能强大，仿真元件和仪器丰富，能够满足中职电气自动化课程的仿真实验需求，因此，在课堂中加入Multisim仿真的教学，可以丰富学生的电路分析方法，形成一贯性和系统性，也为学生提供了一种更智能的计算手段，拓宽了视野。

参考文献

[1]  周珊.Multisim 10仿真在电力电子技术课程实验教学中的应用[J].黑龙江科技信息，2013（36）：45.

[2]  雷跃，谭永红.NI Multisim11在电力电子技术教学中的应用[J].电子测试，2011（06）：62-65.

[3]  王国强，孙红艳.Multisim在电力电子技术教学改革实践中的应用[J].实验科学与技术，2011，9（05）：50-52.