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基于MATLAB的《电力电子技术》虚拟实验系统设计

刘晓红
青岛农业大学机电工程学院，山东青岛（266109）
E-mail：[e-mail]
摘要：《电力电子技术》是一门实践性很强的专业课，而电力电子技术实验课程是其必不
可少的有机组成部分，该实验，综合性和专业性都很强。为改善该门课的实验条件和教学效
果,本文提出了一种基于MATLAB的虚拟实验系统的设计思想，设计了相应的仿真平台，该
虚拟实验系统既可用于教师的课堂教学和实验模拟，又可作为学生自学的辅助工具，同时可
以继续完成成为远程或网络实验平台。
关键词：电力电子技术，虚拟实验，MATLAB

1.引言
《电力电子技术》是电气工程及其自动化专业、自动化专业和其它相关专业的专业基础
课程之一，是一门实践性很强的课程[1]，在教学过程中常需借助大量的波形来分析各种电路
的工作状态、能量转换过程，在课堂教学活动组织过程中，常常需要大量的时间画图，不仅
影响了教学进度，同时学生也常感到教学内容枯燥无味，教学效果不佳。此外，作为其后续
课程电力电子技术实验，所涉及的实验项目不仅要求学生对所学理论知识很熟悉，还要有一
定的综合分析能力，此外，目前的电力电子技术实验台在设计过程中还有许多不尽完善的地
方，学生实验复杂，还容易出错，实验设备损坏率较高，因此，为了提高电力电子技术教学
效果，.激发学生的学习的兴趣，降低实验成本，本文基于MATLAB设计了一套虚拟实验系
统，本系统可用于《电力电子技术》课程的课堂教学演示、实验辅助教学、也可作为学生课
后自学的辅助工具。

2.虚拟实验的总体结构设计
在电力电子技术教学过程中，各种电路在不同条件下的输出电压、电流波形的测试和分
析是核心，因此本虚拟实验系统设计时着重考虑了这一点，一、可以在虚拟实验系统中对具
体的实验电路以及电路中的各种参数进行设置，并得出不同的仿真波形；二、具体的实验波
形可以通过数字示波器存储，在MATLAB中处理并存储，可供学生调出参考。本虚拟实验
系统设计完成后即可挂在服务器上，并通过MATLABWebServer配置服务器，即可实现网
内用户登陆访问[2]。
电力电子技术虚拟实验平台的主界面如图1所示，欢迎进入电力电子技术虚拟实验系统
为一个按钮相应区，只要用户按下鼠标，变出出现用户登陆界面，如图2所示。如果用户登
陆成功，则重新显示主界面，等待用户输入新的命令，否则关闭系统。图3和图4为用户登
陆后可操作的界面，可以对用户信息进行管理，也可以选择要进行的实验项目。演示实验是
虚拟实验的主要部分之一，它包括了实验内容、原理、意义、注意事项等的讲解、实验电路
的计算机仿真、实验结果的实时显示等。利用演示实验环节，教师可以方便、快捷地完成各
变换电路各参量的分析，仿真电路是已达建好的，教师在上课时只需点击鼠标就可以完成实
验结果的显示，利用鼠标和键盘可以对系统的参数进行修改，能方便地观测到同一系统不同
参数对输出结果的影响。

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图1系统主界面

图2用户登陆界面

操作实验作为虚拟实验室的一个重要组成部分，操作实验为教师、同学提供了一个自己
动手，用计算机模拟实验过程、分析实验结果的平台。使用者可以用鼠标拖动微机上的虚拟
实验仪器,按照实验要求、组装成为一个完整的实验系统.同时，可以在这个系统上完成整个
实验，包括实验参数的改变,数据采集以及实验结果的模拟、分析等等。

图3用户管理界面

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图4实验项目界面

3.具体的实验实例
电力电子技术虚拟实验系统结合具体的实验设备和实验内容共设置了十个实验项目，分
别与实验课程的是个实验一一对应。现以实验项目四为例，演示具体的实验内容。在用户登
陆后，选择实验项目中的实验四则会出现实验四的仿真模型，如图5所示。当然此处还应设
一个选择入口，仿真/实验，这样就可以选择是进入仿真系统还是进入实际实验演示系统，
这一块将在后续研究工作中加入。

图5实验四仿真模型

从图5中我们可以看出，此为一个由晶闸管组成的三相全控电路，电路由三相对称电源、
晶闸管整流桥、负载、六路出发脉冲、显示以及实验相关信息组成。双击三相电压源模块可
以更改电源电压的初始相位、幅值和频率，双击六路出发脉冲模块可以更改出发电路的触发
角，双击晶闸管整流桥模块可以更改实验所使用的电力电子器件，双击显示模块可以观看仿
真实验的相关波形，此外双击模型的右下角处，就可以获得实验的其他相关信息，如图6
所示，由于篇幅所限，实验的相关信息并未显示全，双击窗口既可以全部浏览。

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