基于PSIM的实训系统在电力电子技术实验教学中的应用

王正创

（巢湖学院电子工程学院 安徽省巢湖市 238000）

随着科技的不断发展以及新型材料的诞生，电力电子器件的应用也比较广泛，同时由这些器件构成的电力电子电路也发展迅速，目前广泛应用于交通运输、电力系统、新能源系统、计算机通信系统等。电力电子技术发展十分迅速，是电气工程及其自动化专业的一门专业必修课程，主要教学内容是电力电子器件以及由这些电力电子器件构成的变换电路。在传统的教学中，通常以分析波形、解析电路以及相关的公式计算推导为主，再借助板书、PPT 等形式辅助课堂教学，但是从中发现，学生学习积极性不高，理解不够深刻，教学效率低，并且实验基本都是验证性实验，学生基本上是根据实验指导书连线，通过示波器观察波形，记录相关的数据，碰到连线错误或者相关的问题，学生迫不及待地等老师来解答，而并非自己动脑思考，动手解决问题，从而导致学生的应用实践能力较低，不能有效地提高学生的专业能力和动手能力，不利于应用型高校下的学生教育发展。

近年来，随着计算机技术的不断发展，计算机仿真成为辅助电力电子技术教学的热点，通过相关的仿真软件可以实现相应的电路工作情况，目前大部分使用的是MATLAB 仿真软件，能通过Simulink环境进行建模、仿真、分析，但是MATLAB仿真软件太单一，不能和硬件结合起来，得不出实际的波形和数据。本文在教学中运用PSIM 仿真软件，并通过实训系统对电路的实际测试验证。实践表明，相关电路的分析与讲解变得更加容易，学生的学习效率也相应提高，教学效果也明显得到了提高。

1 PSIM特点

PSIM 主要是应用在电力电子技术领域和电机控制领域的仿真软件，具有用户界面友好、仿真效率高速、波形解析等特点。对于一个基本的电路在PSIM 软件里包括四个部分：主回路、控制电路、传感器和开关控制电路。其中有主回路元件库：包括电力半导体模块、电动机模块、R、L、C 元件等；控制回路单元库：包括各种传递函数、逻辑电路单元、线性运算单元、非线性运算单元、离散数字信号处理功能单元等；传感器和开关控制电路：包括电压、电流传感器，晶闸管相控触发单元、开关控制驱动器等。

2 电力电子电路仿真实例

本文是以降压斩波电路为例，图1 为降压斩波电路的原理图，器件V 是全控型器件。其工作原理教材中有详细的介绍。

图1：降压斩波电路原理图

图2：降压斩波电路模拟电路模型

图3：降压斩波电路输出电压的仿真波形

2.1 设计参数

降压斩波电路参数设计如下：Vd=50V，Vtri=5Vpp/40kHz，L=365μH，C=300μF，R=24*24/10Ω。

2.2 建立模型

在PSIM 软件中选择相应的模块，并修改相应的参数，同时依次将各个模块之间连接起来，形成了相应的仿真模型如图2所示。

图4：降压斩波电路输出电流的仿真波形

图5：实训系统测得的输出电压波形

图6：实训系统测得的输出电流波形

2.3 仿真结果

本文的仿真时间为0.1s，设置好基本参数后，点击“Run Simulation”按钮，就可以得到图3 和4 的仿真结果。

从图3 中可以看出，输出电压有纹波波动，但是纹波的值很小，同时从电感电流中可以看出，电流是连续的。

2.4 实训系统验证

首先将模拟控制电路转换为数字控制电路，然后使用PSIM 的SimCoder 工具将控制电路一键生成CCode，再利用TICodeComposer 搭配PTS-1000 下载工具将CCode 下载到DSP 芯片中，接着通过实训系统，进行电路的实际测试验证。图5 和图6为通过示波器得出的输出电压和输出电流的波形。

通过实训系统的电路测试可以看出，输出电压具有波动，但是波动的幅值很小，由于负载中串联的电感值较大，所以负载电流连续。同时对比通过实训系统测得的波形和PSIM 软件仿真的波形，可以清晰地看到每个输出量波形之间的差别，有助于培养学生软硬件结合的动手能力。另外在做修改的时候，不需要重画构图，不需要重新建模，只需要将相应的参数进行修改即可，这样能充分调动学生的积极性，发散学生的思维，让学生自己去尝试设计，并在非常安全的环境下去获得相应的结果，避免了器件损坏以及危害人身安全的相关因素。

3 结论

通过在电力电子技术教学中，引入PSIM 仿真软件，并通过实训系统进行电路的测试和验证。采取这种软硬件结合的实验教学方式，不但可以提高学生的分析能力和动手设计能力，还可以减少实验设备的短缺、损坏等，进一步降低实验的危险程度，同时学生可以从实际电路测得的波形中、数据中直观地看出实验的现象和结果。这样的动态过程会激发学生学习电力电子技术的兴趣，降低了学习电力电子技术的难度，提高了教学效果，让学生更好地掌握电力电子技术的内容，更深一步地理解电力电子技术相关的电路原理。