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【關(guān)鍵詞】仿真軟件;電工電子教學(xué)

電工電子是高職校工科電類專業(yè)的重要專業(yè)基礎(chǔ)課，為后續(xù)課程準(zhǔn)備必要的基礎(chǔ)知識(shí)，對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的電工基礎(chǔ)知識(shí)、基本能力和綜合素質(zhì)具有其他電類課程不能替代的重要作用。該課程理論嚴(yán)密、物理概念多、邏輯性強(qiáng)，與工程技術(shù)及生活實(shí)際聯(lián)系緊密，常常需要就宏觀現(xiàn)象進(jìn)行微觀解釋。

該課程不但要求學(xué)生掌握電路的基本原理和計(jì)算方法，更重要的是培養(yǎng)學(xué)生對(duì)電路的分析、設(shè)計(jì)及實(shí)際應(yīng)用的能力。然而在進(jìn)行電子線路教學(xué)中，由于學(xué)生對(duì)電子元器件及實(shí)際電子線路缺乏感性認(rèn)識(shí)， 因此教師感到難教、學(xué)生感到難學(xué)，所以需要大量的電子線路實(shí)驗(yàn)來(lái)輔助教學(xué)。

為了滿足電子線路教學(xué)實(shí)驗(yàn)的要求， 需要配置大量的電子設(shè)備、儀器、儀表、電子元器件、工具等。另外還需配備一定數(shù)量的、具有豐富實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的實(shí)習(xí)指導(dǎo)教師。因此學(xué)校有限的教學(xué)資源與學(xué)生日益增長(zhǎng)的教學(xué)實(shí)驗(yàn)需求形成了一個(gè)較難解決的矛盾，所以在目前的教學(xué)條件下如何提高電子線路教學(xué)實(shí)驗(yàn)的開(kāi)出率一直是一個(gè)重點(diǎn)也是一個(gè)難點(diǎn)。如今，利用計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)就能有效地解決這一問(wèn)題

一、仿真軟件在電工電子課程理論教學(xué)中的作用

將計(jì)算機(jī)仿真軟件引入電工電子課程教學(xué)，使理論教學(xué)與虛擬仿真實(shí)驗(yàn)緊密結(jié)合，能夠使教學(xué)知識(shí)點(diǎn)更加容易理解、抽象的知識(shí)變得更加直觀。學(xué)生在學(xué)習(xí)專業(yè)知識(shí)的同時(shí)也學(xué)習(xí)工具軟件的使用方法，能更好地適應(yīng)社會(huì)需要。

仿真實(shí)驗(yàn)?zāi)茉O(shè)置故障狀態(tài)和極限狀況，不會(huì)造成元器件和實(shí)驗(yàn)儀器的損壞。仿真軟件逼真的界面及人機(jī)交互，可以產(chǎn)生身臨真實(shí)的實(shí)驗(yàn)環(huán)境的感受。在電工電子教學(xué)環(huán)節(jié)，仿真實(shí)驗(yàn)作為一種展示性的輔助教學(xué)手段，便于教師解釋復(fù)雜的物理過(guò)程或強(qiáng)調(diào)概念和原理，調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性。

二、將虛擬仿真引入理論課堂，提高課堂教學(xué)效果

現(xiàn)在我們將仿真軟件的虛擬實(shí)驗(yàn)功能引進(jìn)課堂，在講解理論的同時(shí)，利用多媒體同步演示，顯示實(shí)驗(yàn)結(jié)果，使一些抽象的概念形象化、直觀化、簡(jiǎn)單化，彌補(bǔ)了理論上的抽象性。下面是我們具體應(yīng)用仿真軟件來(lái)仿真的兩個(gè)實(shí)例。在電工基礎(chǔ)課程中要講解儀器儀表的使用，比如信號(hào)發(fā)生器、示波器、晶體管毫伏的使用，由于實(shí)驗(yàn)中涉及的儀器儀表較多，學(xué)生在做實(shí)驗(yàn)時(shí)經(jīng)常的到處出錯(cuò)，實(shí)驗(yàn)效果很差，但在做實(shí)驗(yàn)之前，先在課程上用仿真軟件演示一遍實(shí)驗(yàn)要做的內(nèi)容，強(qiáng)調(diào)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中容易出現(xiàn)的錯(cuò)誤，這樣學(xué)生在真正做實(shí)驗(yàn)時(shí)就比較熟悉，達(dá)到了舉一反三的效果。

又比如講星形負(fù)載電路結(jié)構(gòu)時(shí)，講到星形對(duì)稱負(fù)載有中線時(shí)，中線電流為零，中線不起作用，學(xué)生覺(jué)得抽象，但是用EWB仿真軟件做一下該實(shí)驗(yàn)時(shí)，測(cè)其中線電流為零，去掉中線后，對(duì)電路的線電流及相電壓沒(méi)有任何影響，而當(dāng)三相負(fù)載不對(duì)稱時(shí)，中線電流不為零，但相電壓卻對(duì)稱，從而給學(xué)生非常直觀的感受。使他們知道了中性線在三相電路中的作用，上課效果非常的好。

得出結(jié)論后，讓學(xué)生在理解的基礎(chǔ)上記定性的一些結(jié)論就容易多了。在模擬電路中講授三極管共發(fā)射極放大電路時(shí)， 三極管具有放大和反相的作用，學(xué)生理解起來(lái)非常困難。我們利用EWB仿真軟件來(lái)仿真電路，用示波器來(lái)觀察波形，可以明顯看出放大的效果和反相的作用。學(xué)生先有了感性認(rèn)識(shí)后，理論的講解聽(tīng)起來(lái)就更輕松了，從而使上課達(dá)到了事半功倍的效果。

三、仿真軟件簡(jiǎn)介

目前高等院校使用的軟件大多為EWB、Protel、Multisim等，這些軟件具有電路的邏輯編輯、化簡(jiǎn)、綜合、構(gòu)建、仿真測(cè)試功能。仿真軟件或用仿真軟件構(gòu)成的虛擬實(shí)驗(yàn)臺(tái)，它是不能取代傳統(tǒng)的電工電子實(shí)驗(yàn)的，只能起到輔助的作用。

Multisim軟件是一個(gè)專門用于電子線路仿真與設(shè)計(jì)的EDA工具軟件。它是一個(gè)完整的設(shè)計(jì)工具系統(tǒng)，具有一個(gè)龐大的元件數(shù)據(jù)庫(kù)，并提供原理圖輸入接口，可以進(jìn)行從原理圖到PCB布線工具包的無(wú)縫數(shù)據(jù)傳輸。其中Multisim易學(xué)易用，便于學(xué)生進(jìn)行綜合性的設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)，有利于培養(yǎng)學(xué)生的綜合分析能力、開(kāi)發(fā)能力和創(chuàng)新能力。

MATLAB是一套高性能的數(shù)值計(jì)算和可視化軟件。它最重要的特點(diǎn)是易于擴(kuò)展，允許用戶自行建立完成指定功能的M文件，從而構(gòu)成適合其他領(lǐng)域的工具箱，這大大擴(kuò)大了MATLAB的應(yīng)用范圍。MATLAB作為編程語(yǔ)言可視化工具，具有豐富可靠的矩陣運(yùn)算、圖形繪制、數(shù)據(jù)和圖像處理及交互式編程等功能，可解決工程、科學(xué)計(jì)算和數(shù)學(xué)學(xué)科中的許多問(wèn)題，目前在信號(hào)處理、控制系統(tǒng)的仿真和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的研究等方面都有廣泛的應(yīng)用。SIMULINK是一個(gè)用來(lái)對(duì)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行建模、仿真和分析的軟件包，它支持連續(xù)、離散或者兩者混合的線性系統(tǒng)和非線性系統(tǒng)，與傳統(tǒng)的仿真軟件用差分方程和微分方程建模相比具有直觀、方便、靈活的特點(diǎn)。

四、將虛擬仿真引入理論課堂，提高課堂教學(xué)效果

現(xiàn)在我們將仿真軟件的虛擬實(shí)驗(yàn)功能引進(jìn)課堂，在講解理論的同時(shí)，利用多媒體同步演示，顯示實(shí)驗(yàn)結(jié)果，使一些抽象的概念形象化、直觀化、簡(jiǎn)單化，彌補(bǔ)了理論上的抽象性。下面是我們具體應(yīng)用仿真軟件來(lái)仿真的兩個(gè)實(shí)例。在電工基礎(chǔ)課程中要講解儀器儀表的使用，比如信號(hào)發(fā)生器、示波器、晶體管毫伏的使用，由于實(shí)驗(yàn)中涉及的儀器儀表較多，學(xué)生在做實(shí)驗(yàn)時(shí)經(jīng)常的到處出錯(cuò)，實(shí)驗(yàn)效果很差，但在做實(shí)驗(yàn)之前，先在課程上用仿真軟件演示一遍實(shí)驗(yàn)要做的內(nèi)容，強(qiáng)調(diào)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中容易出現(xiàn)的錯(cuò)誤，這樣學(xué)生在真正做實(shí)驗(yàn)時(shí)就比較熟悉，達(dá)到了舉一反三的效果。

又比如講星形負(fù)載電路結(jié)構(gòu)時(shí)，講到星形對(duì)稱負(fù)載有中線時(shí)，中線電流為零，中線不起作用，學(xué)生覺(jué)得抽象，但是用仿真軟件做一下該實(shí)驗(yàn)時(shí)，測(cè)其中線電流為零，去掉中線后，對(duì)電路的線電流及相電壓沒(méi)有任何影響，而當(dāng)三相負(fù)載不對(duì)稱時(shí)，中線電流不為零，但相電壓卻對(duì)稱，從而給學(xué)生非常直觀的感受。使他們知道了中性線在三相電路中的作用，上課效果非常的好。得出結(jié)論后，讓學(xué)生在理解的基礎(chǔ)上記定性的一些結(jié)論就容易多了。在模擬電路中講授三極管共發(fā)射極放大電路時(shí)， 三極管具有放大和反相的作用， 學(xué)生理解起來(lái)非常困難。我們利用仿真軟件來(lái)仿真電路，用示波器來(lái)觀察波形，可以明顯看出放大的效果和反相的作用。學(xué)生先有了感性認(rèn)識(shí)后，理論的講解聽(tīng)起來(lái)就更輕松了，從而使上課達(dá)到了事半功倍的效果。

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關(guān)鍵詞： 電工電子課程群教學(xué) 仿真軟件 教學(xué)改革

電工電子課程群包含“電路分析基礎(chǔ)”、“電工電子技術(shù)”“信號(hào)與系統(tǒng)”、“數(shù)字信號(hào)處理”、“模擬電子技術(shù)”等課程。這些課程是理論性與實(shí)踐性都很強(qiáng)的課程，此類中的絕大部分課程具有抽象性高、理解難度大等特點(diǎn)。傳統(tǒng)授課存在理論講授與實(shí)踐演示相脫節(jié)的弊端，授課過(guò)程中難于通過(guò)實(shí)驗(yàn)操作向?qū)W生展示理論知識(shí)的直觀應(yīng)用效果，因此往往造成知識(shí)講授枯燥無(wú)味、教學(xué)效果不佳等問(wèn)題。仿真軟件的引入為這些問(wèn)題的解決開(kāi)辟了新徑[1]。

一、仿真軟件簡(jiǎn)介

計(jì)算機(jī)仿真具有效率高、可靠性高和成本低等特點(diǎn)。仿真軟件在教學(xué)中可以代替硬件實(shí)驗(yàn)電路，其強(qiáng)大的實(shí)時(shí)交互性、信息的集成性和生動(dòng)直觀性，可以為教學(xué)創(chuàng)設(shè)良好的平臺(tái)，極大地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，有利于教師引導(dǎo)學(xué)生用科學(xué)的思維方法分析問(wèn)題，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)能力、探索和解決問(wèn)題的能力。常用的仿真軟件有Multisim、MATLAB、SIMULINK等幾種[2]-[3]。

Multisim軟件是一個(gè)專門用于電子線路仿真與設(shè)計(jì)的EDA工具軟件。它是一個(gè)完整的設(shè)計(jì)工具系統(tǒng)，具有一個(gè)龐大的元件數(shù)據(jù)庫(kù)，并提供原理圖輸入接口，可以進(jìn)行從原理圖到PCB布線工具包的無(wú)縫數(shù)據(jù)傳輸。Multisim易學(xué)易用，便于學(xué)生進(jìn)行綜合性的設(shè)計(jì)﹑實(shí)驗(yàn)，有利于培養(yǎng)學(xué)生的綜合分析能力﹑開(kāi)發(fā)能力和創(chuàng)新能力。

MATLAB是一套高性能的數(shù)值計(jì)算和可視化軟件。它最重要的特點(diǎn)是易于擴(kuò)展，允許用戶自行建立完成指定功能的M文件，從而構(gòu)成適合其他領(lǐng)域的工具箱，這大大擴(kuò)大了MATLAB的應(yīng)用范圍。MATLAB作為編程語(yǔ)言可視化工具，具有豐富可靠的矩陣運(yùn)算、圖形繪制、數(shù)據(jù)和圖像處理及交互式編程等功能，可解決工程、科學(xué)計(jì)算和數(shù)學(xué)學(xué)科中的許多問(wèn)題，目前在信號(hào)處理、控制系統(tǒng)的仿真和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的研究等方面都有廣泛的應(yīng)用。

SIMULINK是一個(gè)用來(lái)對(duì)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行建模、仿真和分析的軟件包，它支持連續(xù)、離散或者兩者混合的線性系統(tǒng)和非線性系統(tǒng)，與傳統(tǒng)的仿真軟件用差分方程和微分方程建模相比具有直觀、方便、靈活的特點(diǎn)。

二、仿真軟件在課程群教學(xué)中的應(yīng)用

可把仿真軟件引入到教學(xué)中來(lái)，在課件中加入大量的仿真實(shí)例，應(yīng)用仿真軟件輔助課程教學(xué)，使理論隨時(shí)得到驗(yàn)證，從而加深學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解。例如將“MATLAB語(yǔ)言”、“SIMULINK”引入到信號(hào)與系統(tǒng)的教學(xué)中來(lái)，將“信號(hào)與系統(tǒng)”和“MATLAB語(yǔ)言”兩門課程有機(jī)結(jié)合。利用PowerPoint、Flash及MATLAB語(yǔ)言等工具制作CAI課件，研制MATLAB演示程序，利用具有代表性的實(shí)例實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)地演示“信號(hào)與系統(tǒng)”的課堂講授內(nèi)容，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和理解能力。學(xué)生既可以較好地理解一些抽象的理論原理，又能將理論與應(yīng)用結(jié)合起來(lái)，從而提高課堂教學(xué)效率。

將Multisim、SIMULINK引入到電路分析基礎(chǔ)、電工電子技術(shù)教學(xué)中來(lái)，既使學(xué)生感受到電路動(dòng)態(tài)與靜態(tài)的真實(shí)狀態(tài)，將抽象的內(nèi)容直觀化，又能提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和分析能力，大大提高教學(xué)質(zhì)量。圖1為用Multisim進(jìn)行信號(hào)發(fā)生器仿真的輸出波形，圖2為利用MATLAB對(duì)信號(hào)進(jìn)行過(guò)采樣后重建的結(jié)果。

三、結(jié)語(yǔ)

將仿真軟件引入到電工電子課程群教學(xué)中來(lái)，可直觀演示各種定律定理，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。應(yīng)用仿真軟件進(jìn)行虛擬實(shí)驗(yàn)，突破了傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)在時(shí)間和空間的限制，彌補(bǔ)了硬件實(shí)驗(yàn)的不足，提高了學(xué)生的綜合性、創(chuàng)造性能力。

參考文獻(xiàn)：

[1]朱曉萍.應(yīng)用型本科電工系列課程的教學(xué)改革與實(shí)踐[J].中國(guó)電力教育，2008（4）.

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【關(guān)鍵詞】仿真軟件;電子測(cè)量學(xué);教學(xué)活動(dòng);運(yùn)用

信息時(shí)代背景下，計(jì)算機(jī)技術(shù)與教育教學(xué)深度結(jié)合，形成了很多教學(xué)軟件。其中仿真軟件能夠克服客觀條件，充分展示學(xué)習(xí)內(nèi)容。電子測(cè)量作為一門具有實(shí)踐性、抽象性特點(diǎn)的課程。當(dāng)前教師在教學(xué)中采用傳統(tǒng)教學(xué)模式，向?qū)W生傳授的理論知識(shí)過(guò)于抽象，不夠具體，無(wú)法幫助學(xué)生日后形成完善的理論知識(shí)結(jié)構(gòu)。利用仿真軟件開(kāi)展電子測(cè)量教學(xué)活動(dòng)，不僅能夠提高教學(xué)活動(dòng)效果和效率，還能夠增強(qiáng)學(xué)生對(duì)教學(xué)內(nèi)容的印象。因此加強(qiáng)對(duì)該問(wèn)題的研究具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。

一、仿真軟件概述

所謂仿真軟件，是指建立在集成電路、計(jì)算機(jī)技術(shù)基礎(chǔ)之上的一種高級(jí)、快速的電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化工具。其融合了數(shù)據(jù)庫(kù)、圖形學(xué)及計(jì)算數(shù)學(xué)等學(xué)科形成一種通用性軟件包?，F(xiàn)有電子類仿真軟件有View logic、OrCAD等，其中Multisim是國(guó)內(nèi)外最為常用的DEA仿真軟件。在實(shí)踐應(yīng)用中，不同仿真軟件各具特色，如PSpice功能較為強(qiáng)大，適合對(duì)復(fù)雜電路進(jìn)行分析和優(yōu)化，而Protel綜合性能較好，且使用范圍非常廣，能夠?qū)㈦娐贩抡婕癙CB設(shè)計(jì)有機(jī)整合到一起，提高仿真效果。

將仿真軟件引入到電子測(cè)量教學(xué)中，能夠突破傳統(tǒng)教學(xué)抽象、枯燥教學(xué)方式，將教學(xué)內(nèi)容以動(dòng)畫、圖文等多媒體視聽(tīng)形式呈現(xiàn)出來(lái)，在輕松、愉悅的氛圍中進(jìn)行自主探究學(xué)習(xí)。電子測(cè)量技術(shù)試驗(yàn)需要設(shè)備投入非常大、且難度較大。如果引進(jìn)仿真軟件進(jìn)行模擬操作，能夠節(jié)省更多資源投入，且達(dá)到預(yù)期的教學(xué)目標(biāo)，為師生交流提供良好的平臺(tái)?？偠灾?，將仿真軟件引入到實(shí)踐教學(xué)中非常必要，不僅是教育教學(xué)現(xiàn)代化改革的需求，也是提高教學(xué)質(zhì)量的有效手段。

二、仿真軟件在電子測(cè)量教學(xué)中的運(yùn)用

1.開(kāi)展演示教學(xué)

在實(shí)踐教學(xué)中，教師可以將仿真軟件虛擬設(shè)備引入到課堂教學(xué)，幫助學(xué)生理解和消化理論知識(shí)。如果條件允許，可以配合電子白板進(jìn)行師生互動(dòng)，使得演示更加形象、具體，以此來(lái)調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)熱情。如在進(jìn)行函數(shù)信號(hào)發(fā)生器相關(guān)內(nèi)容教學(xué)中，可以借助虛擬設(shè)備進(jìn)行仿真。經(jīng)過(guò)仿真處理的信號(hào)發(fā)生器，圖形更加逼真、形象，無(wú)論輸入、還是輸出端口都能夠完全呈現(xiàn)出來(lái)。不僅如此，點(diǎn)擊鼠標(biāo)能夠?qū)υO(shè)備進(jìn)行操作，與真實(shí)的設(shè)備操作具有一致性。如選擇輸出波形、頻率。在此基礎(chǔ)上，教師組織并引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行相關(guān)理論的講解，然后操作控件，最后與真實(shí)的設(shè)備進(jìn)行對(duì)比，以證明演示教學(xué)具有較強(qiáng)的說(shuō)服力。

2.簡(jiǎn)化實(shí)驗(yàn)過(guò)程

眾所周知，電子測(cè)量具有實(shí)踐性特點(diǎn)，單純依靠理論講解遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，需要借助實(shí)踐操作進(jìn)行相應(yīng)的補(bǔ)充，以此來(lái)達(dá)到預(yù)期的培養(yǎng)目標(biāo)。以往試驗(yàn)教學(xué)中，教師需要搬運(yùn)設(shè)備，不僅對(duì)設(shè)備性能產(chǎn)生諸多不良影響、縮短設(shè)備使用壽命，且使得演示操作過(guò)程繁瑣、麻煩。對(duì)此，教師可以積極引入仿真軟件，以此來(lái)簡(jiǎn)化實(shí)驗(yàn)過(guò)程。如利用示波器跟蹤測(cè)量信號(hào)波形、測(cè)量電路等，在有限的時(shí)間內(nèi)獲得最佳教學(xué)效果。此外，教師還可以向?qū)W生介紹仿真軟件操作方式和方法，使得學(xué)生進(jìn)行獨(dú)立的操作。

3.實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制

現(xiàn)階段，在實(shí)際教學(xué)中，我們不僅能夠在智能設(shè)備中應(yīng)用，還可以與計(jì)算機(jī)連接到一起實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制目標(biāo)。如在具體教學(xué)中，數(shù)字存儲(chǔ)示波器作為一部重要的設(shè)備，對(duì)其進(jìn)行講解時(shí)，該設(shè)備自帶STO實(shí)時(shí)監(jiān)控軟件，與計(jì)算機(jī)連接后，我們能夠在電腦仿真界面上對(duì)設(shè)備進(jìn)行針對(duì)性操作，如信號(hào)輸入、探頭衰減倍數(shù)的設(shè)置等。采取這種方式，能夠?qū)鹘y(tǒng)教學(xué)過(guò)程進(jìn)行補(bǔ)償，且能夠幫助學(xué)生感受到對(duì)設(shè)備的真實(shí)性操作，增強(qiáng)學(xué)生對(duì)知識(shí)的體驗(yàn)，循序漸進(jìn)地形成完善的理論知識(shí)體系。

4.加強(qiáng)課程設(shè)計(jì)

目前，社會(huì)對(duì)電子測(cè)量人才提出了更高要求，尤其是人才的實(shí)踐能力。但現(xiàn)行教學(xué)活動(dòng)中，往往側(cè)重課程知識(shí)的講解，實(shí)踐課程相對(duì)較少，不利于學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)及動(dòng)手能力的培養(yǎng)。對(duì)此，基于仿真軟件教學(xué)，我們將電子測(cè)量學(xué)與其他課程結(jié)合到一起，如模擬與數(shù)字電子的結(jié)合，設(shè)計(jì)出詳細(xì)的虛擬電路圖，然后進(jìn)行波動(dòng)監(jiān)控、數(shù)值測(cè)量等相關(guān)知識(shí)的分析，計(jì)算并獲取數(shù)據(jù)，為具體的安裝、焊接等活動(dòng)提供科學(xué)依據(jù)。上述過(guò)程，教師都可以引導(dǎo)并組織學(xué)生參與其中，給予學(xué)生更多自利，進(jìn)行自主探究學(xué)習(xí)，跟隨知識(shí)發(fā)展脈絡(luò)開(kāi)展實(shí)踐學(xué)習(xí)。采取這種方式，既能夠?yàn)閷W(xué)生提供動(dòng)手機(jī)會(huì)，還能夠培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐綜合能力。

不可否認(rèn)，仿真軟件對(duì)于電子測(cè)量教學(xué)具有促進(jìn)作用，但從本質(zhì)上來(lái)看，仿真軟件的應(yīng)用是一種教學(xué)輔助工具，不能夠一味地使用，教師要注重虛實(shí)結(jié)合，兼具理論與實(shí)踐，設(shè)置趣味性課堂，不斷提高教學(xué)有效性。

三、結(jié)論

根據(jù)上文所述，仿真軟件作為計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展的產(chǎn)物，是多學(xué)科共同作用下的結(jié)果，在提高教學(xué)質(zhì)量、培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐能力等方面占據(jù)非常重要的位置。因此在教學(xué)中，教師要加強(qiáng)對(duì)仿真軟件的認(rèn)識(shí)與分析，熟練掌握軟件操作方式，并立足于電子測(cè)量教學(xué)內(nèi)容，將仿真軟件運(yùn)用其中，構(gòu)建趣味性課堂，調(diào)動(dòng)學(xué)生積極性，優(yōu)化課程設(shè)計(jì)、開(kāi)展展示教學(xué)，深化學(xué)生對(duì)教學(xué)內(nèi)容的理解，不斷提高教學(xué)質(zhì)量，從而促進(jìn)電子測(cè)量教學(xué)持續(xù)開(kāi)展，為社會(huì)培養(yǎng)更多專業(yè)人才。

參考文獻(xiàn)：

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篇4

關(guān)鍵詞：電力系統(tǒng)分析；ETAP仿真軟件；電壓調(diào)節(jié)方法

作者簡(jiǎn)介：朱慧（1980-），女，山東定陶人，青島科技大學(xué)自動(dòng)化與電子工程學(xué)院，講師。（山東 青島 266042）

中圖分類號(hào)：G642 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-0079（2014）09-0064-02

“電力系統(tǒng)分析”是電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)的一門專業(yè)骨干基礎(chǔ)課程，是學(xué)習(xí)其他后續(xù)課程（如“電力系統(tǒng)繼電保護(hù)”、“電力系統(tǒng)自動(dòng)化”、“電力系統(tǒng)微機(jī)繼電保護(hù)”）的基礎(chǔ)。學(xué)習(xí)這門課程需掌握電路、電機(jī)、電磁場(chǎng)和高等數(shù)學(xué)等方面的知識(shí)，所涉及的知識(shí)面廣，理論性強(qiáng)，又包含大量的計(jì)算和畫圖，學(xué)生學(xué)起來(lái)抽象、難理解，會(huì)影響后續(xù)課程的學(xué)習(xí)。近年來(lái)，隨著電力系統(tǒng)的不斷發(fā)展，電力系統(tǒng)的規(guī)模日益增大，新技術(shù)不斷被應(yīng)用到該領(lǐng)域中，迫切需要新的教學(xué)方法來(lái)適應(yīng)電力系統(tǒng)發(fā)展對(duì)課堂教學(xué)的要求。ETAP是電力系統(tǒng)運(yùn)行分析的專業(yè)仿真軟件，它提供完整的圖形化編輯器，以簡(jiǎn)潔的方式對(duì)電力系統(tǒng)進(jìn)行建模，且能快速準(zhǔn)確地對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行仿真分析，分析結(jié)果能以多種形式直觀地輸出。若在課堂教學(xué)中引入ETAP仿真軟件，將有助于學(xué)生直觀系統(tǒng)、深入地學(xué)習(xí)“現(xiàn)代電力系統(tǒng)分析”課程。而“電力系統(tǒng)分析”教學(xué)中引入ETAP仿真軟件輔助教學(xué)，目前國(guó)內(nèi)處于開(kāi)始階段，僅有有限高校引進(jìn)并開(kāi)始使用ETAP仿真軟件輔助教學(xué)，是一個(gè)新的發(fā)展趨勢(shì)。本文針對(duì)ETAP仿真軟件和教學(xué)緊密結(jié)合以提高學(xué)生學(xué)習(xí)效果，進(jìn)行了探討和分析。

一、ETAP仿真軟件介紹

ETAP仿真軟件是美國(guó)OTI公司從1996年開(kāi)始發(fā)行的第一個(gè)真正32位Windows環(huán)境下電力系統(tǒng)分析計(jì)算應(yīng)用程序，也是全美第一個(gè)特許提供給核電站進(jìn)行電力系統(tǒng)分析的商用軟件。[1]ETAP仿真軟件確立了電力系統(tǒng)設(shè)計(jì)和分析軟件的標(biāo)準(zhǔn)，經(jīng)過(guò)多年的開(kāi)發(fā)與完善，可以提供全圖形的用戶界面，以最簡(jiǎn)潔的方式建立單線圖、阻抗圖、繼電保護(hù)圖、分析計(jì)算圖等100多種不同的圖形。利用用戶界面的編輯工具條，可以很方便地增加、刪除、移動(dòng)和連接元件，放大、縮小和翻轉(zhuǎn)圖形，顯示或隱藏網(wǎng)絡(luò)，在用戶界面上點(diǎn)擊元件后可直接輸入元件的各類參數(shù)、屬性及運(yùn)行狀態(tài)等，使用起來(lái)非常方便靈活。[2]

ETAP軟件還具有強(qiáng)大的計(jì)算分析和設(shè)計(jì)功能，可以進(jìn)行潮流計(jì)算、短路計(jì)算、繼電保護(hù)配合、諧波分析、暫態(tài)分析、電機(jī)起動(dòng)分析、接地網(wǎng)設(shè)計(jì)和低壓配電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)等。ETAP軟件可以將分析結(jié)果以直接顯示、文本報(bào)告的形式、曲線的形式等多種形式直觀地輸出。[3]因此，ETAP仿真軟件其良好的人機(jī)界面、強(qiáng)大的計(jì)算分析和設(shè)計(jì)功能、直觀簡(jiǎn)單的電氣操作等優(yōu)點(diǎn)在我國(guó)電力系統(tǒng)行業(yè)中得到廣泛應(yīng)用。特別是近年來(lái)，隨著我國(guó)電力系統(tǒng)事業(yè)的發(fā)展，電力系統(tǒng)的容量及單機(jī)容量越大，電力系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)越來(lái)越復(fù)雜，學(xué)習(xí)、掌握優(yōu)秀的電力系統(tǒng)仿真軟件ETAP，將對(duì)電力系統(tǒng)規(guī)劃、分析與實(shí)時(shí)監(jiān)控等有很大的幫助。[4]一些高校為了學(xué)生更加系統(tǒng)、深入地學(xué)習(xí)電力系統(tǒng)分析課程，以及在畢業(yè)后能盡快地適應(yīng)工作需要，引入了ETAP仿真軟件。

二、ETAP軟件仿真與課堂授課的結(jié)合

在引進(jìn)ETAP軟件之后，結(jié)合多年的課堂教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)“電力系統(tǒng)分析”課程中的若干關(guān)鍵知識(shí)點(diǎn)和難點(diǎn)進(jìn)行了仿真教學(xué)案例設(shè)計(jì)，并應(yīng)用于課堂教學(xué)。電力系統(tǒng)的電壓調(diào)節(jié)方法是“電力系統(tǒng)分析”課程的重要內(nèi)容，下面就以這部分內(nèi)容為例，講解ETAP軟件仿真與課堂授課的結(jié)合。

1.理論分析

在圖1所示的電力系統(tǒng)中，分別采用改變變壓器變比、改變無(wú)功功率分布的方法調(diào)節(jié)母線3的電壓。畫出系統(tǒng)的等值電路，如圖2所示。等值電路中，變壓器的勵(lì)磁支路和電纜線路的導(dǎo)納支路都略去。變壓器歸算到低壓側(cè)的阻抗為ZT，線路的阻抗為Zl。按照“電力系統(tǒng)分析”課程中變壓器等值電路與參數(shù)計(jì)算的理論分析，參數(shù)計(jì)算如下：，

，通過(guò)以上兩式計(jì)算得到：。電纜阻抗參數(shù)為。變壓器和線路的總阻抗為，系統(tǒng)中的負(fù)荷。母線1的電壓為35kV，且保持不變，則理想變壓器二次繞組的電壓為11kV，線路和變壓器阻抗上的壓降，母線3的電壓，以百分?jǐn)?shù)形式表示。[5]

通過(guò)以上公式推導(dǎo)、計(jì)算，求得母線3的電壓為95.8%。很顯然，此電壓偏低，若通過(guò)并聯(lián)靜電電容器的方法改變其功率分布，需要計(jì)算并聯(lián)的靜電電容器應(yīng)該提供的無(wú)功功率，才能將其電壓提高到98%。根據(jù)靜電電容器無(wú)功功率計(jì)算公式，求得。[6]經(jīng)過(guò)以上的理論分析可知，為將母線3的電壓升高到98%，并聯(lián)的靜電電容器需提供1.7Mvar的無(wú)功功率。

若通過(guò)改變變壓器分接頭進(jìn)而改變其變比的方法將母線3的電壓提高到98%，需要通過(guò)計(jì)算選擇合適的變壓器分接頭。系統(tǒng)中的變壓器有五個(gè)分接頭，此時(shí)接在主接頭上，母線3的電壓為95.8%，現(xiàn)若將母線3的電壓提高到98%，分接頭電壓應(yīng)為，因35-2.5%分接頭對(duì)應(yīng)的電壓為34.125kV，與此分接頭的電壓最接近，因此為使母線3的電壓提高到98%，分接頭改接到35-2.5%。

以上是電力系統(tǒng)電壓調(diào)節(jié)方法的理論分析，整個(gè)過(guò)程中學(xué)生接觸到的只有數(shù)字和公式，普遍反應(yīng)抽象、難以理解，若此時(shí)通過(guò)ETAP軟件仿真分析一下，增加學(xué)生對(duì)電壓調(diào)節(jié)方法的感性認(rèn)識(shí)，將會(huì)使電壓調(diào)節(jié)過(guò)程變得更加直觀、具體和豐富有趣，達(dá)到最好的教學(xué)效果，從而大大調(diào)動(dòng)學(xué)習(xí)的積極性，激發(fā)學(xué)習(xí)本門課程的興趣。

2.ETAP軟件仿真分析

首先建立該系統(tǒng)的ETAP軟件仿真模型，模型中無(wú)窮大功率電源用等效電網(wǎng)U1表示，母線1對(duì)應(yīng)的節(jié)點(diǎn)設(shè)為平衡節(jié)點(diǎn)，負(fù)荷1和2分別用電動(dòng)機(jī)Mtr3和等效負(fù)荷Lump3表示，并設(shè)置好各元件的參數(shù)。下面只需點(diǎn)擊潮流分析功能模塊按鈕，再點(diǎn)擊運(yùn)行潮流按鈕，即可進(jìn)行潮流仿真分析。分析結(jié)果在建模圖上直觀顯示輸出，如圖3所示，母線3的電壓為95.81%，與理論分析結(jié)果一致。不過(guò)，此電壓值偏低，為改善電壓質(zhì)量，現(xiàn)在通過(guò)改變功率分布的方式調(diào)節(jié)母線3的電壓。將靜電電容器并聯(lián)在母線上，設(shè)置好其參數(shù)，進(jìn)行ETAP軟件潮流仿真分析，其結(jié)果如圖4所示。從該圖中可以看出，并聯(lián)靜電電容器后，母線3的電壓升高到98%，此時(shí)并聯(lián)電容器提供的無(wú)功功率恰好為1700kvar，與前面的理論分析結(jié)果一致。

下面通過(guò)改變變壓器變比來(lái)進(jìn)行調(diào)壓的ETAP仿真分析。原來(lái)變壓器分接頭接在主接頭上，通過(guò)剛才的潮流仿真分析結(jié)果看到，對(duì)應(yīng)母線3的電壓為95.81%。根據(jù)剛才的理論分析，為將母線3的電壓升高到98%，需將其分接頭改接到35-2.5%上。在ETAP軟件中，改變變壓器的分接頭為35-2.5%，如圖5所示。對(duì)改變變壓器分接頭后的系統(tǒng)進(jìn)行ETAP軟件潮流仿真分析，其分析結(jié)果如圖6所示。從圖中可以直觀地看到，此時(shí)母線3的電壓為98.03%，其電壓質(zhì)量提高，和理論分析結(jié)果一致。

從上面的分析可以看到，對(duì)于電力系統(tǒng)的電壓調(diào)節(jié)方法這部分內(nèi)容，傳統(tǒng)授課方式往往以繁瑣的公式推導(dǎo)結(jié)合抽象的數(shù)學(xué)描述進(jìn)行講解，學(xué)生學(xué)習(xí)時(shí)感覺(jué)抽象、枯燥，難以深刻理解并掌握。對(duì)于這部分內(nèi)容，充分利用ETAP仿真軟件，多角度地對(duì)電壓調(diào)節(jié)方法進(jìn)行較為全面的論述和論證演示，不僅可以直觀地看到系統(tǒng)原來(lái)的運(yùn)行狀態(tài)，也可以看到并聯(lián)電容器和變壓器變比改變后系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，很顯然系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)得到了改善，電壓質(zhì)量得到了提高。整個(gè)仿真過(guò)程很直觀，這樣有助于學(xué)生對(duì)重點(diǎn)和難點(diǎn)部分的理解，同時(shí)激發(fā)了學(xué)習(xí)本門課程的興趣，獲得不錯(cuò)的教學(xué)效果。

三、結(jié)論

ETAP仿真軟件能很方便地對(duì)各種電力系統(tǒng)進(jìn)行建模，快速準(zhǔn)確地對(duì)電力系統(tǒng)進(jìn)行多種不同運(yùn)行方式下的仿真分析，且能對(duì)比不同運(yùn)行方式下的結(jié)果，豐富課堂內(nèi)容和教學(xué)形式，使學(xué)生更加深刻理解電力系統(tǒng)的運(yùn)行。

本文探討了ETAP仿真軟件在教學(xué)中的應(yīng)用，通過(guò)ETAP軟件仿真演示，使得相關(guān)教學(xué)內(nèi)容實(shí)現(xiàn)了直觀可視化效果，增強(qiáng)了學(xué)生對(duì)電力系統(tǒng)運(yùn)行的感性認(rèn)識(shí)。教學(xué)效果反饋也表明學(xué)生對(duì)相關(guān)概念方法的理解更加迅速、概念更加清晰，充分體現(xiàn)了ETAP仿真軟件在課程教學(xué)中的優(yōu)勢(shì)。同時(shí)，ETAP仿真軟件的學(xué)習(xí)，使學(xué)生真正具備運(yùn)用理論知識(shí)對(duì)電力系統(tǒng)仿真分析和計(jì)算的能力，有助于學(xué)生成為電力系統(tǒng)方面的工程技術(shù)、研究復(fù)合型人才，為以后從事電氣工程設(shè)計(jì)、運(yùn)行、分析、控制和保護(hù)等工作打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

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篇5

關(guān)鍵詞：電子技術(shù)；仿真；Multisim；課堂教學(xué)

作者簡(jiǎn)介：翁玲（1978-），女，河南信陽(yáng)人，河北工業(yè)大學(xué)電氣工程學(xué)院，講師；

陳盛華（1973-），女，遼寧開(kāi)原人，河北工業(yè)大學(xué)電氣工程學(xué)院，講師。

基金項(xiàng)目：本文系河北工業(yè)大學(xué)2011年教學(xué)改革立項(xiàng)項(xiàng)目“加強(qiáng)學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新能力培養(yǎng)的電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)探討”、“電子技術(shù)基礎(chǔ)課堂動(dòng)態(tài)教學(xué)的探討”的研究成果。

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-0079（2013）14-0075-02

電子技術(shù)基礎(chǔ)是電類學(xué)科各專業(yè)的專業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)課程，包括模擬電子技術(shù)和數(shù)字電子技術(shù)兩門主要課程，還包括電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)、電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)、電子工藝實(shí)習(xí)等實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)。電子技術(shù)課程的教學(xué)任務(wù)是讓學(xué)生獲得電子技術(shù)方面的基本理論、基本知識(shí)和基本技能，培養(yǎng)學(xué)生分析、解決問(wèn)題的能力和創(chuàng)新能力，為后續(xù)專業(yè)課程的學(xué)習(xí)打好基礎(chǔ)。隨著電子技術(shù)的迅速發(fā)展，在學(xué)時(shí)不變的情況下，面對(duì)越來(lái)越多的教學(xué)內(nèi)容，傳統(tǒng)的課堂教學(xué)已經(jīng)難以勝任。在課堂教學(xué)中加入仿真軟件，可以用來(lái)設(shè)計(jì)電路，模擬各種電路的功能，將學(xué)生難以理解的原理用生動(dòng)的畫面來(lái)解釋，幫助學(xué)生克服抽象概念較難理解的障礙，并且?guī)椭鷮W(xué)生理解并學(xué)習(xí)各種測(cè)量電路的方法，增強(qiáng)對(duì)電路的感性認(rèn)識(shí)。[1-5]

河北工業(yè)大學(xué)（以下簡(jiǎn)稱“我校”）電子學(xué)教研組積極進(jìn)行教學(xué)實(shí)驗(yàn)改革。自2004年開(kāi)始在實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)不變的情況下增加電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)仿真，給每組實(shí)驗(yàn)臺(tái)配備電腦，讓學(xué)生做完實(shí)驗(yàn)后進(jìn)行仿真驗(yàn)證，提高了學(xué)生學(xué)習(xí)電子技術(shù)的興趣和學(xué)生的創(chuàng)新能力。[6-7]然而由于班級(jí)較多，每個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的安排不方便做到每次課堂教學(xué)后就可以進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證和推理，因此在電子技術(shù)課堂教學(xué)中也引入仿真，在開(kāi)展理論教學(xué)的同時(shí)，利用仿真幫助學(xué)生理解難懂的內(nèi)容，幫助學(xué)生掌握各種儀器的基本使用及電路參數(shù)的測(cè)試方法。事實(shí)證明運(yùn)用該方法取得的教學(xué)效果形象生動(dòng)，并能有效地激發(fā)學(xué)生對(duì)電子技術(shù)的學(xué)習(xí)興趣，增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性。電子技術(shù)仿真教學(xué)已經(jīng)成為課堂教學(xué)的有力補(bǔ)充。

一、課堂教學(xué)中引入仿真軟件的必要性

電子技術(shù)課程尤其是模擬電子技術(shù)課程理論抽象，學(xué)生反映該課程比較枯燥并難以理解和接受，甚至被學(xué)生稱為“天書”。傳統(tǒng)的電子技術(shù)課堂教學(xué)中存在以下問(wèn)題：電子電路復(fù)雜，若采用傳統(tǒng)的教學(xué)方式，課堂臨時(shí)畫電路圖進(jìn)行講解和分析，這樣花費(fèi)時(shí)間非常多。另外，在學(xué)時(shí)不變的情況下，課堂教學(xué)進(jìn)行的電路工作原理的分析只能采用理性分析，分析過(guò)程不夠形象，不便于學(xué)生的理解和接受，教學(xué)效率較低。目前雖然我們已經(jīng)在電子技術(shù)的課堂教學(xué)中引入了多媒體教學(xué)，制作的課件也越來(lái)越形象，在一定程度上增強(qiáng)了教學(xué)效果，[7]但是，僅僅是多媒體教學(xué)還不能滿足電子技術(shù)的教學(xué)要求。采用多媒體方式教學(xué)時(shí)，只能滿足理論教學(xué)，對(duì)電路的分析、驗(yàn)證和電路參數(shù)的測(cè)試顯得不足。

電子技術(shù)是一門實(shí)踐性較強(qiáng)的專業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)學(xué)科，在進(jìn)行教學(xué)時(shí)，理論與實(shí)踐相結(jié)合，才能使學(xué)生更好地領(lǐng)會(huì)、理解、掌握。將仿真教學(xué)加入到多媒體的課堂教學(xué)中，在課堂教學(xué)上也能觀察到原先在實(shí)驗(yàn)室才能觀察到的現(xiàn)象。教師可以在講解完電子電路后，在多媒體教室中分析該電路的特性，講解各種輸入信號(hào)的變化或者電路參數(shù)的改變對(duì)電路輸出信號(hào)的影響，操作速度快。比如要測(cè)電路中某個(gè)節(jié)點(diǎn)的電壓波形，只需要添加一個(gè)示波器就能看到相應(yīng)的節(jié)點(diǎn)波形，學(xué)生能夠形象直觀地觀察到電路的工作情況，了解到不同形式的電路的功能。在演示過(guò)程中教師可以隨時(shí)改變電路元件的參數(shù)或增加電路元件的數(shù)量，讓學(xué)生直觀地看到從簡(jiǎn)單電路到復(fù)雜電路的變化過(guò)程，體會(huì)不同電路性能和特性的變化。將仿真教學(xué)加入到課堂教學(xué)中，可以將課堂上的教學(xué)內(nèi)容形象地展現(xiàn)在學(xué)生面前，變抽象為直觀，加深學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的理解和掌握。

學(xué)生在課堂上掌握了電路的原理后，對(duì)仿真軟件的用法、電路參數(shù)的測(cè)量方法也有一定的了解。有的學(xué)生會(huì)在課后主動(dòng)裝載仿真軟件，自行完成電路設(shè)計(jì)及分析過(guò)程。在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目時(shí)，我們一般采用實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目仿真分析和硬件測(cè)試同時(shí)進(jìn)行的方法，學(xué)生在硬件測(cè)試完電路參數(shù)后，在計(jì)算機(jī)上用仿真軟件設(shè)計(jì)電路，進(jìn)行仿真分析。改變電路參數(shù)，觀察不同電路參數(shù)對(duì)電路性能的影響，使用虛擬儀器觀測(cè)出各實(shí)驗(yàn)點(diǎn)的波形及整個(gè)電路的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。由于課堂教學(xué)中學(xué)生已經(jīng)大體掌握了軟件的用法，在后續(xù)的電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)和電子工藝實(shí)習(xí)階段，學(xué)生能熟練地應(yīng)用仿真軟件。仿真軟件的引入，激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，使學(xué)生由被動(dòng)學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃?dòng)學(xué)習(xí)，調(diào)動(dòng)學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和積極性，同時(shí)使學(xué)生能逐漸將新知識(shí)、新技術(shù)、新手段應(yīng)用到實(shí)踐中去，極大提高了學(xué)生的創(chuàng)新能力。

NI Multisim10.0是美國(guó)NI公司于2007年推出的版本，該版本并不局限于電子電路的虛擬仿真，其在LabVIEW虛擬儀器、單片機(jī)仿真、VHDL和VerilogHDL建模、Ultiboard設(shè)計(jì)電路板等技術(shù)方面都有更多的創(chuàng)新和提高，屬于EDA技術(shù)的更高層次范疇。[8]鑒于Multisim10的優(yōu)良性能，在電子技術(shù)課堂教學(xué)中引入了NI Multisim10.0軟件。

二、教學(xué)應(yīng)用案例

1.60進(jìn)制計(jì)數(shù)器

計(jì)數(shù)器是數(shù)字系統(tǒng)里應(yīng)用最多的時(shí)序邏輯電路。[9]利用計(jì)數(shù)器可以很方便地構(gòu)成計(jì)時(shí)器電路，例如秒表等。常見(jiàn)的集成計(jì)數(shù)器芯片有十進(jìn)制、十六進(jìn)制、7位二進(jìn)制、12位二進(jìn)制、14位二進(jìn)制等。在需要其他任意一種進(jìn)制的計(jì)數(shù)器時(shí)，只能用已有的計(jì)數(shù)器產(chǎn)品經(jīng)過(guò)外電路的不同連接方式得到。[9]任意進(jìn)制計(jì)數(shù)器的構(gòu)成方法是數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)理論課講解的重點(diǎn)內(nèi)容，學(xué)生在掌握了任意進(jìn)制計(jì)數(shù)器構(gòu)成后，教師可以在課堂上通過(guò)仿真方便地對(duì)這些內(nèi)容做擴(kuò)展，比如構(gòu)成60進(jìn)制計(jì)數(shù)器即秒表電路，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

圖1為60進(jìn)制計(jì)數(shù)器仿真電路圖。仿真時(shí)采用兩片十進(jìn)制計(jì)數(shù)器74160U1和74160U2，其中第一片74160U1接成十進(jìn)制計(jì)數(shù)器，其2管腳時(shí)鐘CLK由50Hz方波提供。第二片74160U2根據(jù)置零法接成六進(jìn)制計(jì)數(shù)器，其時(shí)鐘CLK由第一片74160的最高位QD提供。第一片74160的計(jì)數(shù)循環(huán)為0到9，在第一片74160計(jì)數(shù)到9時(shí)，第二片74160開(kāi)始計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)循環(huán)為從0到5。兩個(gè)74160的輸出端QD、QC、QB、QA分別接到兩個(gè)顯示數(shù)碼管上，直觀地顯示計(jì)算時(shí)鐘個(gè)數(shù)的數(shù)值。當(dāng)仿真運(yùn)行時(shí)，兩個(gè)數(shù)碼管上分別顯示的計(jì)數(shù)循環(huán)為00～59，即為60進(jìn)制計(jì)數(shù)器的顯示結(jié)果。這樣的仿真擴(kuò)展，課上大約需要10～15分鐘的時(shí)間。在學(xué)生掌握了任意進(jìn)制計(jì)數(shù)器構(gòu)成方法后，應(yīng)用這種仿真方法對(duì)學(xué)生的知識(shí)進(jìn)一步擴(kuò)展，能提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。學(xué)生課下可以繼續(xù)設(shè)計(jì)類似的電路，提高了學(xué)生的創(chuàng)新能力。

2.RC橋式正弦波振蕩電路

正弦波振蕩電路是在沒(méi)有外加信號(hào)輸入的情況下，依靠電路自己振蕩而產(chǎn)生的正弦波輸出電壓的電路。[10]這部分電路對(duì)于學(xué)生來(lái)說(shuō)比較生澀難懂。在實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，學(xué)生也很難觀察到振蕩電路從起振到最終輸出正弦波電壓的過(guò)渡過(guò)程，因此，學(xué)生對(duì)振蕩電路的學(xué)習(xí)往往感覺(jué)很難，興趣不大。在講解這部分內(nèi)容時(shí)，配合Multisim仿真教學(xué)，讓學(xué)生從仿真軟件中觀察振蕩電路起振過(guò)程，從而加深了對(duì)振蕩電路各部分組成的理解。

仿真電路圖如圖2（a）所示，選用集成運(yùn)放LM324，其4、11管腳分別為±12V電壓。RC串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡(luò)、同相比例運(yùn)算電路構(gòu)成了RC橋式正弦波振蕩電路。二極管D2、D3為非線性環(huán)節(jié)，作用是穩(wěn)定輸出電壓的幅值。[10]利用虛擬示波器可以方便地觀察振蕩電路輸出端波形，仿真結(jié)果如圖2（b）所示。給學(xué)生講解完振蕩電路構(gòu)成原理后，學(xué)生們已經(jīng)明白電路若能起振，同相比例運(yùn)算電路的反饋電阻R2、R1之間必須保證R2≥R1。為了使學(xué)生便于理解振蕩電路起振過(guò)程，在仿真中加入可調(diào)電阻R5，仿真過(guò)程中改變R5的值，即可在示波器中清楚地觀察振蕩電路起振、輸出正弦波、輸出矩形波等過(guò)渡過(guò)程。從仿真結(jié)果圖2（b）可以直接觀察出在實(shí)驗(yàn)室難以觀察的起振過(guò)程，加深學(xué)生對(duì)振蕩電路的理解。

三、結(jié)束語(yǔ)

在課堂教學(xué)中加入仿真軟件，一方面可以使學(xué)生更容易學(xué)習(xí)生澀難懂的理論知識(shí)，幫助學(xué)生掌握各種儀器的基本使用及電路參數(shù)的測(cè)試方法，另一方面還可以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。我校在最近幾年的電子技術(shù)教學(xué)改革中，首先增加了實(shí)驗(yàn)仿真，學(xué)生反映較好。而后又在學(xué)時(shí)不變的情況下，在課堂教學(xué)中隨時(shí)加入仿真，經(jīng)過(guò)實(shí)踐，這種教學(xué)方法取得的教學(xué)效果較好，值得推廣。

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篇6

關(guān)鍵字：Mulitsim10；24S籃球倒計(jì)時(shí)器；BCD碼

中圖分類號(hào)：G420 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1673-9795（2013）06（b）-0000-00

0.引言

數(shù)字電子技術(shù)課程是電子、通信、計(jì)算機(jī)、數(shù)控等相關(guān)專業(yè)的重要技術(shù)基礎(chǔ)課，強(qiáng)調(diào)集成電路設(shè)計(jì)方法和分析方法的研究，并且該課程具有非常強(qiáng)的實(shí)踐性。在教學(xué)和實(shí)踐中引入基于Multisim10的虛擬仿真軟件，理解數(shù)字電子技術(shù)理論，設(shè)計(jì)數(shù)字電路都具有著非常重要的作用。Multisim10軟件的應(yīng)用可以有效地輔助數(shù)字電子技術(shù)理論教學(xué)、補(bǔ)充實(shí)驗(yàn)設(shè)備不足、提高課程設(shè)計(jì)質(zhì)量、節(jié)約教學(xué)成本。

將Mulitisim10軟件與數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)結(jié)合起來(lái)，鼓勵(lì)學(xué)生利用仿真軟件建立一個(gè)虛擬實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行虛擬實(shí)驗(yàn)，幫助學(xué)生更好的完成實(shí)驗(yàn)。現(xiàn)在以Multisim10仿真軟件為平臺(tái)，通過(guò)實(shí)施具體的實(shí)踐項(xiàng)目，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，并調(diào)動(dòng)學(xué)生們的積極性。本文以籃球24S倒計(jì)時(shí)器實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目為例，介紹了Multisim10仿真軟件在數(shù)字電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用。

1.實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目各模塊的設(shè)計(jì)

籃球24S倒計(jì)時(shí)器電路主要包括兩大部分，一部分是秒信號(hào)發(fā)生器，另一部分是BCD碼24進(jìn)制減法計(jì)數(shù)器。為了達(dá)到更好的視覺(jué)效果，電路中加入顯示電路。下面對(duì)電路中主要模塊的仿真分別進(jìn)行描述。

2.秒信號(hào)發(fā)生器

秒信號(hào)發(fā)生器采用555定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩器，該電路是一種比較典型的秒脈沖發(fā)生電路，它具有電路簡(jiǎn)單，性能可靠，信號(hào)精準(zhǔn)的特點(diǎn)。其電路圖及輸出脈沖波形如圖1所示。該電路是利用電容的充放電來(lái)實(shí)現(xiàn)脈沖波形的產(chǎn)生，可以通過(guò)調(diào)節(jié)充放電回路中的電位器Rw，來(lái)調(diào)整脈沖波形的周期，使輸出波形的周期為1S。利用虛擬儀器安捷倫示波器可以觀察波形的周期，頻率，以及占空比等信息，有助于調(diào)節(jié)秒信號(hào)。Multisim10仿真軟件中，提供的安捷倫示波器十分逼真，如同操作真實(shí)示波器一樣，可以很輕而易舉的在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行操作。在仿真操作過(guò)程中，不僅大大增強(qiáng)學(xué)生對(duì)儀器的熟悉程度，還節(jié)約了教學(xué)成本，避免了外界條件對(duì)實(shí)驗(yàn)操作的制約。

3.BCD碼24進(jìn)制減法計(jì)數(shù)器

8421BCD碼24進(jìn)制遞減計(jì)數(shù)器是由74LS192構(gòu)成的。 24進(jìn)制遞減計(jì)數(shù)器的預(yù)置數(shù)為N=（0010 0100）8421BCD=（24）D。它的技術(shù)原理是，每當(dāng)?shù)臀挥?jì)數(shù)器的端產(chǎn)生負(fù)跳變借位脈沖時(shí)，高位計(jì)數(shù)器減1計(jì)數(shù)。當(dāng)高、低位計(jì)數(shù)器處于全0，同時(shí)在CPD=0時(shí)，置數(shù)端，計(jì)數(shù)器完成并行置數(shù)。

該電路的工作過(guò)程是按下J1啟動(dòng)/停止按鍵，將計(jì)數(shù)器置數(shù)成24，倒計(jì)數(shù)開(kāi)始。當(dāng)計(jì)數(shù)器減到0時(shí)，高位計(jì)數(shù)器產(chǎn)生借位信號(hào)時(shí)，將屏蔽計(jì)數(shù)器的脈沖，從而計(jì)數(shù)器停止計(jì)數(shù)。圖2為計(jì)數(shù)器電路及計(jì)數(shù)器輸出波形。該仿真電路由虛擬儀器中的字發(fā)生器提供計(jì)數(shù)脈沖，并通過(guò)邏輯分析儀來(lái)觀察輸出觀測(cè)輸出波形。

4.參考電路

秒信號(hào)發(fā)生電路替代字發(fā)生器，計(jì)數(shù)器的輸出通過(guò)數(shù)碼管顯示計(jì)數(shù)值，就可以構(gòu)成簡(jiǎn)單的籃球24S倒計(jì)時(shí)器。

5.結(jié)論

利用Mulitisim10仿真軟件不僅提供了數(shù)千種電路元器件，還提供了許多虛擬儀器。對(duì)于數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)，仿真方式開(kāi)辟了新的設(shè)計(jì)渠道。該仿真方式對(duì)于驗(yàn)證電路的原理，開(kāi)發(fā)和設(shè)計(jì)電路極為方便，同時(shí)具有極大的靈活性。學(xué)生可以輕松的更換器件，調(diào)用儀器，觀察波形，不受時(shí)間、地點(diǎn)、器件和設(shè)備的限制，隨時(shí)隨地地進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)。加強(qiáng)了學(xué)生計(jì)算機(jī)應(yīng)用能力、實(shí)際操作能力的培養(yǎng)，有提高了學(xué)生的綜合設(shè)計(jì)能力，培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)造性思維。

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篇7

【關(guān)鍵詞】 Multisim 仿真 教學(xué)應(yīng)用

1 問(wèn)題的提出

在以往單一的教學(xué)中，教師只是把書本上的知識(shí)總結(jié)歸納地講給學(xué)生，從學(xué)生的角度分析，技校的學(xué)生思想比較活躍，但基礎(chǔ)知識(shí)相對(duì)比較差，再加上電路分析本身就是一個(gè)很抽象的學(xué)科，這就使學(xué)生在學(xué)習(xí)電路分析的時(shí)候感到有一定的困難，從而對(duì)學(xué)習(xí)沒(méi)有興趣，成績(jī)自然就不好。那么，如何盡快地培養(yǎng)出滿足市場(chǎng)需要的電工電子技能型人才成為教學(xué)工作者必須研究的問(wèn)題。

由于在電子電工實(shí)驗(yàn)和實(shí)習(xí)操作中，我們需要很多相關(guān)的實(shí)驗(yàn)儀器，其中有些儀表儀器價(jià)錢比較昂貴，操作起來(lái)也比較復(fù)雜，若在實(shí)驗(yàn)和實(shí)習(xí)中完全依賴這些昂貴的儀器進(jìn)行實(shí)做訓(xùn)練，投入大，消耗的成本比較高。因此，電路模擬軟件就是我們所需要的一種教學(xué)新方法。

運(yùn)用Multisim仿真系統(tǒng)教學(xué)是解決這一問(wèn)題的重要途徑。它既能解決學(xué)生實(shí)習(xí)時(shí)不熟悉儀表操作的問(wèn)題，又可以大大提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，還能提高學(xué)生的電子電路設(shè)計(jì)的能力，使課堂的實(shí)驗(yàn)演示更加靈活方便。

2 電子設(shè)計(jì)軟件教學(xué)模式的確定

職業(yè)技術(shù)教育的電子電工技術(shù)應(yīng)用專業(yè)的職業(yè)培訓(xùn)是使學(xué)生獲得電子電工應(yīng)用專業(yè)職業(yè)技能，既能適應(yīng)現(xiàn)有的社會(huì)傳統(tǒng)的電工電子專業(yè)的需要，也可以參與新項(xiàng)目的研究和開(kāi)發(fā)。為此，我們需要建立一整套適應(yīng)教學(xué)和市場(chǎng)需要的培養(yǎng)體系，使技校的學(xué)生除了動(dòng)手能力、實(shí)踐能力很強(qiáng)以外，參與新技術(shù)研究的能力也得到提高。

電工電子軟件的應(yīng)用技術(shù)教學(xué)模式應(yīng)當(dāng)是將傳統(tǒng)的教學(xué)模式與新的多媒體教學(xué)模式相結(jié)合，使學(xué)生在掌握書本上的科學(xué)知識(shí)和專業(yè)知識(shí)的同時(shí)與實(shí)踐相結(jié)合，更能從學(xué)生直觀地角度來(lái)闡述難懂得知識(shí)。從另一個(gè)方面來(lái)說(shuō)，給一些學(xué)習(xí)較好的同學(xué)一個(gè)電子設(shè)計(jì)的平臺(tái)，從而能得到更好地鍛煉。

3 Multisim仿真系統(tǒng)在教學(xué)中的應(yīng)用

3.1 Multisim仿真系統(tǒng)的選用。我們選用了Multisim2001，它是一個(gè)用于電路設(shè)計(jì)和仿真的EDA工具軟件。Multisim2001與EWB相比在功能上有了較大的改進(jìn)，提供了標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)際元（器）件庫(kù)、RF庫(kù)、功能強(qiáng)大品種齊全的仿真儀器和能滿足各種需求的分析方法。Multisim2001的開(kāi)放式元件庫(kù)和仿真結(jié)果的輸出，可與多種EDA軟件匹配。其本身也是一個(gè)完整的系統(tǒng)設(shè)計(jì)工具，結(jié)合Spice、VHDL、Verilog可對(duì)模擬、數(shù)字和RF電路進(jìn)行仿真。Multisim2001也被廣泛的用作“電路分析”、“模擬電子線路”、“數(shù)字電路”和“通信電子線路”等課程的仿真設(shè)計(jì)平臺(tái)。使電工、電子技術(shù)理論課的教學(xué)更加生動(dòng)活潑，課堂實(shí)驗(yàn)演示更加靈活方便。

3.2 Multisim仿真系統(tǒng)在電工電子教學(xué)中的應(yīng)用。

3.2.1 在電路分析中的應(yīng)用。在電路分析中，戴維南定理一個(gè)非常重要的內(nèi)容，但是，它對(duì)于技校的學(xué)生來(lái)說(shuō)又是一個(gè)十分難理解的解題方法。在理論知識(shí)掌握了一定程度以后，我們用Multisim仿真系統(tǒng)軟件來(lái)驗(yàn)證，會(huì)讓學(xué)生更好理解定理、方法的應(yīng)用，在Multisim中用萬(wàn)用表分別測(cè)量電路的端口電壓和端口短路電流，就可以輕松地求出線性電路的戴維南等效電路，使計(jì)算簡(jiǎn)單化。

如圖1-1所示電路為例：利用戴維南定理求解戴維南等效電路，同時(shí)，熟悉在Multisim中選取元件、連接電路、表頭測(cè)量的基本操作過(guò)程。

圖1-1 戴維南定理應(yīng)用電路

基本操作：①?gòu)脑骷?kù)中選取電壓源和電阻，創(chuàng)建圖1-1所示電路。②啟動(dòng)Place菜單中的Place Junction命令，再啟動(dòng)Place中的Place Text命令，在需要添加端點(diǎn)的位置上點(diǎn)擊鼠標(biāo)，輸入文字A、B。從右邊儀表庫(kù)中選出數(shù)字萬(wàn)用表（Multimeter），并接至端點(diǎn)A、B：表頭“+”與A連接，“-”與B連接，如圖1-2所示。雙擊XMM1，在面板上選擇“V”和“DC”。啟動(dòng)仿真開(kāi)關(guān)，萬(wàn)用表讀數(shù)為8.0V，如圖1-3所示，此為A、B兩端的開(kāi)路電壓。

圖1-2 測(cè)量開(kāi)路電壓和短路電流

圖1-3 圖1-4

③仍將萬(wàn)用表接至A、B兩端，在面板上選擇“A”和“DC”，啟動(dòng)仿真開(kāi)關(guān)，萬(wàn)用表讀數(shù)為2mA，如圖1-4所示。此為A、B兩端短路電流。④根據(jù)戴維南定理，等效電阻等于電路的端口開(kāi)路電壓和端口短路電流的比值，故該電路的戴維南等效電阻R=8/2=4。⑤根據(jù)測(cè)量的數(shù)據(jù)，可畫出戴維南等效電路，如圖1-5所示。

從這個(gè)例子我們可以看出，在解決較復(fù)雜的電路問(wèn)題的時(shí)候，可以應(yīng)用Multisim系統(tǒng)軟件將這一解題方法直觀的展現(xiàn)在學(xué)生面前，使學(xué)生能有興趣接受和掌握這一定理的應(yīng)用，豐富了課堂教學(xué)。

3.2.2 Multisim在電子線路中的應(yīng)用。在模擬電子線路分析與設(shè)計(jì)過(guò)程中，經(jīng)常需要選擇合適元器件。如果在設(shè)計(jì)過(guò)程中，每換一個(gè)元件就進(jìn)行一次測(cè)量，則工作量非常大。利用Multisim提供的大量的仿真分析法，可以為電路設(shè)計(jì)提供許多有效的方法。

例如：?jiǎn)渭?jí)共射放大電路是放大電路的基本形式，為獲得不失真的放大輸出，需要設(shè)置合適的靜態(tài)工作點(diǎn)，靜態(tài)工作點(diǎn)過(guò)高或過(guò)低，都會(huì)影起信號(hào)的失真。通過(guò)改變放大電路的偏置電壓，可以獲得合適的靜態(tài)工作點(diǎn)。

單級(jí)共射放大電路是一個(gè)低頻、小信號(hào)放大電路。當(dāng)輸入信號(hào)的幅度過(guò)大時(shí)，即便有了合適的靜態(tài)工作點(diǎn)，同樣會(huì)出現(xiàn)失真。改變輸入信號(hào)的幅值即可測(cè)量出最大不失真輸出電壓。放大電路的輸入、輸出電阻是衡量放大器性能的重要參數(shù)。那么，我們通過(guò)Multisim仿真系統(tǒng)軟件，為放大電路選擇合適的靜態(tài)工作點(diǎn)，以及如何利用系統(tǒng)軟件測(cè)量放大電路的性能參數(shù)。

3.2.3 靜態(tài)工作點(diǎn)的設(shè)置。創(chuàng)建如圖2-1所示電路，運(yùn)行仿真開(kāi)關(guān)，可看到如圖2-2所示的輸出波形。然后我們更改一下元件的參數(shù)，看看它對(duì)放大電路有什么影響。

雙擊電阻R3，將其數(shù)變?yōu)镽3=27kohm，可以看到輸出波形如圖2-3所示。很顯然，由于R3增大，三極管基極偏置電壓增大，致使基極電流、集電極電流增大，工作點(diǎn)上移，輸出波形出現(xiàn)了飽和失真。

圖2-1 單級(jí)共射放大電路

圖2-2 共射放大電路輸出 圖2-3 共射放大電路輸出

由理論分析可知，工作點(diǎn)偏高，易引起飽和失真，消除的方法是：增大基極電阻，以減小基極電流，使工作點(diǎn)下移。如果工作點(diǎn)偏低，會(huì)引起截止失真，消除的方法是：減小基極電阻，以增大基極電流，使工作點(diǎn)上移。

在電路窗口單擊鼠標(biāo)右鍵，在彈出的快捷菜單中點(diǎn)擊show命令，選擇show node names。啟動(dòng)Simulate菜單中Analysis下的DC Operating Point命令，在彈出的對(duì)話框中的Output variables頁(yè)將節(jié)點(diǎn)2、3、4作為仿真分析點(diǎn)，點(diǎn)擊Simulate按鈕，可獲得仿真結(jié)果如圖2-4所示。

圖2-4 仿真分析點(diǎn)

3.2.4 輸入信號(hào)的變化對(duì)方法電路輸出的影響。現(xiàn)在我們相應(yīng)的改變輸入信號(hào)V1，將輸入信號(hào)幅值變?yōu)?mV時(shí)，測(cè)得的波形如圖2-5所示。再分別改變?yōu)?5mV、20mV時(shí)，都有相應(yīng)的失真，輸出波形上寬下窄，當(dāng)輸入信號(hào)幅值改為21mV時(shí)，波形嚴(yán)重失真，如圖2-6所示。因此說(shuō)明，由于三極管的非線性，圖2-1所示的放大電路僅適合小信號(hào)放大，當(dāng)輸入信號(hào)太大時(shí)，會(huì)出現(xiàn)非線性失真。

圖2-5改變輸入時(shí)的輸出波形

圖2-6改變輸入時(shí)的輸出波形

3.2.5 測(cè)量放大電路的放大倍數(shù)、輸入電阻和輸出電阻。放大電路的放大倍數(shù)、輸入電阻和輸出電阻是放大電路的重要性參數(shù)。我們利用數(shù)字萬(wàn)用表對(duì)它們進(jìn)行測(cè)量。

3.2.5.1 測(cè)量放大倍數(shù)。利用圖2-1所示電路，雙擊示波器圖標(biāo)，就可以從示波器上觀測(cè)到輸入、輸出電壓值，計(jì)算放大倍數(shù)Av=V0/Vi。

3.2.5.2 測(cè)量輸入電阻。如圖2-7所示，將萬(wàn)用表接入電路中。運(yùn)行仿真開(kāi)關(guān)，可從電壓表XMM2和電流表XMM1上讀取數(shù)據(jù)，則Rif=Ui/Ii，測(cè)得頻率為1kHz時(shí)的輸入電阻。

圖2-7 輸入電阻測(cè)試電路

3.2.5.3 測(cè)量輸出電阻。根據(jù)輸出電阻計(jì)算方法，將負(fù)載開(kāi)路，信號(hào)源短路，在輸出回路中接入電壓表和電流表，如圖2-8所示。設(shè)置為交流AC，從電壓表XMM2和電流表XMM1上讀取數(shù)據(jù)，則ROf=UO/IO，測(cè)得頻率為1kHz時(shí)的輸入電阻。

圖2-8 輸出電阻測(cè)試電路

4 Multisim仿真系統(tǒng)的應(yīng)用效果、存在的問(wèn)題及解決的方法

通過(guò)以上舉例分析，Multisim仿真系統(tǒng)軟件無(wú)論在教師教學(xué)中還是在學(xué)生的學(xué)習(xí)過(guò)程中都很方便，在引入仿真教學(xué)之前，教師只是僅限于書本上的知識(shí)，而學(xué)生對(duì)這些枯燥的知識(shí)沒(méi)有學(xué)習(xí)興趣，既影響了教師的教學(xué)效果，也影響學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。引入Multisim仿真系統(tǒng)之后，學(xué)生可以直觀的分析電路，使學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性與積極性大為提高。另外，在技能訓(xùn)練中，可以激發(fā)學(xué)生的動(dòng)手、動(dòng)腦能力，大大節(jié)約了實(shí)習(xí)訓(xùn)練成本。

當(dāng)然，軟件的應(yīng)用也會(huì)存在一些問(wèn)題，比如仿真出來(lái)的一些曲線可能和以往見(jiàn)到的不太一樣，學(xué)生存在對(duì)比，以至于混淆；軟件對(duì)學(xué)生英文水平也是一個(gè)大的挑戰(zhàn)，等等。這就要求教師要正確的引導(dǎo)和指導(dǎo)學(xué)生，彌補(bǔ)軟件教學(xué)的不足。

總之，Multisim加工仿真軟件在教學(xué)中的應(yīng)用尚在起步與研究探索階段，只要積極思考在應(yīng)用中產(chǎn)生的問(wèn)題，主動(dòng)采取應(yīng)對(duì)措施，正確發(fā)揮其在教學(xué)中的作用，就一定能收到事半功倍的效果。

參考文獻(xiàn)

1 蔣卓勤等.Multisim2001及其在電子設(shè)計(jì)中的應(yīng)用.西安電子科技大學(xué)出版社

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關(guān)鍵詞： 電子與信息技術(shù) 電子實(shí)驗(yàn) 電路仿真 教學(xué)實(shí)例

電子技術(shù)基礎(chǔ)是中等職業(yè)學(xué)校電子與信息技術(shù)專業(yè)最重要的專業(yè)基礎(chǔ)課程，也是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的課程。該課程專業(yè)性強(qiáng)，教師的教和學(xué)生的學(xué)都存在一定難度，特別是實(shí)驗(yàn)條件差、學(xué)生基礎(chǔ)差的學(xué)校更是如此。采用電路仿真軟件輔助教學(xué)，使抽象的理論直觀化、形象化，使實(shí)驗(yàn)與理論得到了有機(jī)結(jié)合，可以把教師和學(xué)生從傳統(tǒng)的教學(xué)模式中解放出來(lái)，使學(xué)生充分發(fā)揮主觀能動(dòng)性，主動(dòng)參與到教學(xué)中，大大提高教學(xué)效率。

一、電子與信息技術(shù)專業(yè)實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)現(xiàn)狀

電子線路是一門較為抽象的理論型課程。學(xué)習(xí)電路理論時(shí)必須理論聯(lián)系實(shí)際，抓好教學(xué)實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，讓學(xué)生根據(jù)自己的實(shí)際情況，結(jié)合教學(xué)要求進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作，驗(yàn)證所學(xué)的電路原理。但是，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的種種現(xiàn)象不盡如人意，暴露了傳統(tǒng)實(shí)物實(shí)驗(yàn)的一些固有缺陷。

例如：電子技術(shù)基礎(chǔ)是中職學(xué)生入學(xué)后首先要學(xué)習(xí)的專業(yè)課程，學(xué)生不熟悉電路連接，還沒(méi)有掌握好錫焊技術(shù)，連接電路時(shí)極易出錯(cuò)；電路連接錯(cuò)誤，易造成電子元器件及測(cè)試儀器的損壞。學(xué)生不熟悉儀器操作也是造成儀器容易損壞的原因；實(shí)驗(yàn)的元器件離散性大，環(huán)境變化引起的溫漂、干擾等因素會(huì)造成實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)偏差；傳統(tǒng)的電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)是以實(shí)物為主的，設(shè)備易磨損老化，需要定期更新；教學(xué)實(shí)驗(yàn)室的設(shè)備配置與教學(xué)大綱的教學(xué)要求相對(duì)應(yīng)，隨著教學(xué)要求的提高及電子技術(shù)的飛速發(fā)展，實(shí)驗(yàn)設(shè)備的技術(shù)水平不斷提高，數(shù)量要有所增加，造成實(shí)驗(yàn)經(jīng)費(fèi)困難。

EWB正是一款能夠很好地解決上述問(wèn)題的電子仿真實(shí)驗(yàn)軟件，元器件庫(kù)儲(chǔ)存許多大公司的晶體管、阻容元件、集成電路和數(shù)字門電路芯片等元器件，儀器庫(kù)則有萬(wàn)用表、示波器、信號(hào)發(fā)生器、掃頻儀、邏輯分析儀、數(shù)字信號(hào)發(fā)生器、邏輯轉(zhuǎn)換等儀器，接通開(kāi)關(guān)就可以進(jìn)行和實(shí)物實(shí)驗(yàn)一樣的測(cè)試分析，非常適合電學(xué)的初學(xué)者使用，讓學(xué)生有置身于真實(shí)電路實(shí)驗(yàn)室的感覺(jué)，在不知不覺(jué)中學(xué)習(xí)電子技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)，快速進(jìn)入電子領(lǐng)域，從而激發(fā)興趣。同時(shí)，可以彌補(bǔ)實(shí)驗(yàn)儀器、元件少的不足，避免儀器、元器件的損壞。電子化的教育媒體使教學(xué)過(guò)程更加靈活，各種信息通過(guò)文本、聲音、圖像等直觀形式傳遞，具有豐富的手法和巨大的表現(xiàn)力，能夠更好地吸引學(xué)生的注意，加深他們的理解和記憶。

二、使用電路仿真軟件輔助教學(xué)的優(yōu)點(diǎn)

1.使課程內(nèi)容直觀性增強(qiáng)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

應(yīng)用電路仿真軟件輔助教學(xué)，正是一體化教學(xué)模式的具體體現(xiàn)，把傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)搬到電腦屏幕上，將靜止的、紙上談兵的理論教學(xué)變成動(dòng)態(tài)的、可視的一體化教學(xué)，增加了學(xué)生動(dòng)手操作的機(jī)會(huì)，進(jìn)一步激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

在傳統(tǒng)教學(xué)中，教師往往對(duì)著靜止的圖表很難將一些電路工作的動(dòng)態(tài)過(guò)程講清楚，比如單管放大電路中靜態(tài)工作點(diǎn)調(diào)整引起的失真現(xiàn)象的教學(xué)。運(yùn)用EWB仿真軟件，學(xué)生可以自己搭接電路、設(shè)置電路不同的工作狀態(tài)，還可以在虛擬示波器上看到因調(diào)整靜態(tài)工作點(diǎn)引起輸出波形失真的變化過(guò)程。又如在振蕩電路的教學(xué)過(guò)程中，用常規(guī)的實(shí)驗(yàn)手段雖能觀察到振蕩波形，但無(wú)法看到電路的起振過(guò)程。教師用口頭表述的方法向?qū)W生解釋這個(gè)過(guò)程，現(xiàn)在有了仿真軟件，就可以從虛擬示波器上看到這一過(guò)程，甚至可以使之停在起振過(guò)程中的某一時(shí)刻，進(jìn)行觀察與分析。這樣，教與學(xué)效率都得到了極大提高。

2.安全、省時(shí)、省費(fèi)用。

使用電路仿真軟件輔助教學(xué)，可以避免因電路接錯(cuò)、工具使用等因素引起的安全問(wèn)題。通常電子實(shí)驗(yàn)需要在印制電路板上完成元器件安裝、電路連接，不同的電路，甚至同一電路的不同工作狀態(tài)都需要我們不斷地拆導(dǎo)線、換元件，這項(xiàng)工作不僅費(fèi)時(shí)而且易損壞元件。在電路仿真軟件中可以隨意更換元件或修改元件參數(shù)。教師只需用心設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)課題，而無(wú)需再準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)材料和設(shè)備、實(shí)驗(yàn)中拼插、焊接實(shí)驗(yàn)元器件、使用實(shí)驗(yàn)設(shè)備、實(shí)驗(yàn)后清點(diǎn)實(shí)驗(yàn)材料，以及日常維護(hù)實(shí)驗(yàn)器材等，大大加快了學(xué)生做實(shí)驗(yàn)的速度。這些工作只需使用者輕輕點(diǎn)擊鼠標(biāo)就可以完成，既節(jié)約時(shí)間、提高效率，又降低實(shí)驗(yàn)成本。

3.有助于學(xué)生掌握相關(guān)專業(yè)軟件。

職業(yè)學(xué)校中非計(jì)算機(jī)專業(yè)的學(xué)生的計(jì)算機(jī)應(yīng)用能力基礎(chǔ)還很薄弱。學(xué)生通過(guò)電路仿真軟件的學(xué)習(xí)和使用，不僅能加深對(duì)電路的認(rèn)識(shí)、理解，而且有助于提高對(duì)計(jì)算機(jī)操作的熟練程度，加深對(duì)相關(guān)專業(yè)軟件的了解。老師精心設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，學(xué)生在項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中，從元件庫(kù)的建立到項(xiàng)目的完稿、試運(yùn)行到交付都自己完成。這樣，學(xué)生對(duì)電路仿真軟件的應(yīng)用就有了較全面的了解。掌握了一門專業(yè)軟件的使用方法，是現(xiàn)代社會(huì)技術(shù)人才工作中得力的工具。

三、電路仿真軟件應(yīng)用在電子技術(shù)教學(xué)中的效果

1.操作步驟簡(jiǎn)單易用，過(guò)程真實(shí)。

在線測(cè)量時(shí)，測(cè)量的步驟、儀器的控制面板布局和儀器的操作、控制方法都與真實(shí)實(shí)驗(yàn)相似。學(xué)生通過(guò)練習(xí)，能快速掌握實(shí)驗(yàn)操作和儀器的使用，并在邊測(cè)試、邊修改、邊分析的過(guò)程中，很容易發(fā)現(xiàn)各元件參數(shù)對(duì)電路的作用與影響，將理論與實(shí)踐有機(jī)結(jié)合。

2.動(dòng)態(tài)測(cè)試一致性好，結(jié)果真實(shí)。

電路仿真軟件可讓操作者隨意更換電路元件、設(shè)置元件參數(shù)，并作動(dòng)態(tài)測(cè)試。其測(cè)試數(shù)值與理論計(jì)算值具有很強(qiáng)的一致性。

四、使用電路仿真軟件存在的問(wèn)題

電路仿真軟件使用十分方便，效果顯示非常直觀，很有趣味性，為教師提供了一條實(shí)驗(yàn)教學(xué)的方便之路，為學(xué)生提供了一個(gè)廣闊的活動(dòng)舞臺(tái)，對(duì)開(kāi)展素質(zhì)教育大有益處。誠(chéng)然，EWB軟件功能非常強(qiáng)大，它可以取代《電子技術(shù)》的部分實(shí)驗(yàn)課程，且已成為課堂教學(xué)的一種輔助形式，但它畢竟是一個(gè)模擬系統(tǒng)，不能完全代替電子實(shí)習(xí)訓(xùn)練。在使用過(guò)程中存在一些問(wèn)題。

1.仿真實(shí)驗(yàn)并不能完全代替實(shí)物實(shí)驗(yàn)，諸如元件的插接工藝、焊點(diǎn)的質(zhì)量、電烙鐵的使用等方面的技能在電路仿真軟件中無(wú)法學(xué)習(xí)，必須經(jīng)過(guò)反復(fù)實(shí)踐訓(xùn)練。一味追求仿真，只能走入一個(gè)新的誤區(qū)。

2.不是所有實(shí)驗(yàn)都能使用電路仿真軟件，如電流表、電壓表等儀表的使用。原因是電路仿真軟件中的儀表都是數(shù)字式的，能直接顯示讀數(shù)，而目前教材中所使用的儀表還是傳統(tǒng)的，需要通過(guò)刻度讀數(shù)。如果這樣的實(shí)驗(yàn)用電路仿真軟件教學(xué)，學(xué)生就無(wú)法掌握儀表的接線和讀數(shù)方法，對(duì)教學(xué)產(chǎn)生一定的影響。

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近年來(lái)我國(guó)制造業(yè)不斷發(fā)展，各行各業(yè)對(duì)高水平應(yīng)用型技術(shù)人才的需求在逐年增長(zhǎng)，為滿足實(shí)驗(yàn)、實(shí)訓(xùn)教學(xué)要求，高校勢(shì)必需要投入大量資金購(gòu)置設(shè)備，而且本科類學(xué)生實(shí)踐能力較弱，若直接在真實(shí)機(jī)床上進(jìn)行操作，極容易其引起撞刀事故[1]。將數(shù)控仿真技術(shù)應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，可使學(xué)生通過(guò)仿真掌握數(shù)控加工的整個(gè)工藝流程后再進(jìn)行實(shí)踐操作，可以取得較好的教學(xué)效果。本文針對(duì)一種典型零件的加工為例，介紹數(shù)控銑仿真技術(shù)在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的實(shí)際應(yīng)用。

1 典型零件結(jié)構(gòu)分析

本文?x用銑削零件如圖1所示。從圖中可知：該零件毛坯為直徑為100mm、厚度為30mm的圓形鋁棒。需要加工的表面為橢圓凸臺(tái)及凸臺(tái)圓角、H形凹槽、三個(gè)深孔和一個(gè)腰型槽。

由于工件毛坯為圓形棒料，使用平口鉗裝夾，在加工過(guò)程中工件容易錯(cuò)位，若是大批量生產(chǎn)也不易實(shí)現(xiàn)零件的重復(fù)定位。因此，需要選用三爪卡盤進(jìn)行裝夾。

對(duì)于橢圓凸臺(tái)和凸臺(tái)倒角，且凸臺(tái)厚度為15mm；H形凹槽厚度為5mm，若采用手工編程的形式進(jìn)行加工，不僅要計(jì)算關(guān)鍵點(diǎn)坐標(biāo)，還需要用到宏程序?qū)E圓軌跡、凸臺(tái)軌跡和厚度增量進(jìn)行編程，缺乏實(shí)際操作經(jīng)驗(yàn)者或初學(xué)者難以掌握。若運(yùn)用軟件建立零件三維模型，并對(duì)三維模型自動(dòng)編程，生成NC代碼直接傳送到數(shù)控機(jī)床進(jìn)行加工，則省去人工用宏程序編程和坐標(biāo)點(diǎn)計(jì)算的難題，學(xué)生也容易掌握。

2 零件建模及刀路仿真

2.1 零件三維建模

機(jī)械專業(yè)常用三維造型軟件有UG、PROE、SolidWorks，每種軟件都有各自的特點(diǎn)，但UG軟件的綜合功能是最強(qiáng)大的[2，3]，本次選用的UG10.0進(jìn)行操作。

上述零件僅有凸臺(tái)、凹槽和孔，因此在UG10.0草圖中，按照對(duì)應(yīng)尺寸建立主視圖的草圖模型，然后對(duì)各特征進(jìn)行拉伸求差或求和建立三維模型。

2.2 零件加工策略及刀具路徑生成

（1）通過(guò)對(duì)上述零件結(jié)構(gòu)及尺寸分析可知，內(nèi)輪廓最小圓角尺寸為R6，孔直徑為Φ8。所以需要選用直徑為10mm的平底銑刀對(duì)內(nèi)外輪廓開(kāi)粗，和對(duì)外輪廓精加工；選用直徑為5mm的平底銑刀對(duì)內(nèi)輪廓進(jìn)行精加工；選用直徑為8mm的鉆頭進(jìn)行鉆孔。因此，創(chuàng)建刀具，并將工件坐標(biāo)系設(shè)置在頂部中心位置。

（2）銑削策略選用“使用邊界面銑削”，創(chuàng)建工序名稱為“外形開(kāi)粗”，設(shè)置刀具為10mm銑刀，幾何體為WORKPIECE，指定面邊界為凸臺(tái)底面外圓端面，切削模式為“跟隨部件”，毛坯距離設(shè)置為15mm，每刀切削深度為2mm，最終底面余量為0.5mm。切削參數(shù)中：余量選項(xiàng)卡的部件余量設(shè)置為0.5mm，拐角的“凸角”選項(xiàng)設(shè)置為“延伸”，連接的“開(kāi)放刀路”設(shè)置為“變換切削方向”。轉(zhuǎn)速設(shè)置為“3000r/min”，進(jìn)給設(shè)置為“800mm/min”，生成刀路如圖2所示。

（3）仍然使用邊界面銑削策略，創(chuàng)建橢圓凸臺(tái)精加工程序，在精加工中遵循“先光底再光側(cè)，光底要留側(cè)，光側(cè)要留底”的原則，需要先做底面精加工程序，在參數(shù)設(shè)置中，需要將每刀切削深度修改為“0”，最終底面余量修改為“0”，部件余量設(shè)置為“0.5mm”，并生成刀具路徑；然后再創(chuàng)建橢圓凸臺(tái)側(cè)面精加工程序，參數(shù)設(shè)置中需要將每刀切削深度修改為“0”，最終底面余量修改為“0.5mm”，部件余量設(shè)置為“0”。

（4）運(yùn)用同樣的加工策略，創(chuàng)建H形凹槽及腰型槽的粗、精加工刀具路徑。

（5）使用型腔銑的策略創(chuàng)建凸臺(tái)圓角的加工刀具路徑。

（6）使用鉆孔策略創(chuàng)建三個(gè)Φ8孔的加工路徑。

2.3 刀具路徑仿真及NC代碼生成

通過(guò)2.2的策略設(shè)置可生成該零件所有輪廓刀具路徑，選中所有加工策略，點(diǎn)擊“確認(rèn)刀軌”，選擇“3D動(dòng)態(tài)仿真”將動(dòng)畫速度調(diào)慢，可以觀察到刀具路徑仿真過(guò)程及加工完成后的零件狀態(tài)。

若刀具路徑仿真沒(méi)有出現(xiàn)報(bào)警，則可進(jìn)行NC代碼的生成。選中所有刀具路徑策略，右擊“后處理”，設(shè)置對(duì)應(yīng)的機(jī)床系統(tǒng)即可生成如圖3所示的零件NC代碼。

3 斯沃?jǐn)?shù)控軟件中的仿真加工

NC代碼生成以后，為了驗(yàn)證程序的正確性和檢查加工過(guò)程中有無(wú)碰撞和過(guò)切，我們可以將其加載到斯沃仿真軟件中進(jìn)行三維實(shí)體仿真[4]。首先創(chuàng)建毛坯，由于軟件中沒(méi)有設(shè)置三抓卡盤作為夾具，模擬過(guò)程中用臺(tái)虎鉗裝夾，然后將生成的NC代碼加載到斯沃軟件中，設(shè)置對(duì)刀參數(shù)，按下循環(huán)啟動(dòng)進(jìn)行模擬加工。模擬加工若無(wú)問(wèn)題，則可將NC代碼直接傳送至數(shù)控機(jī)床進(jìn)行實(shí)際加工。

篇10

【關(guān)鍵詞】Multisim 供配電技術(shù) 課程教學(xué) 應(yīng)用

【中圖分類號(hào)】 G 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A

【文章編號(hào)】0450-9889（2014）03C-0179-03

一、傳統(tǒng)式的教學(xué)方法及效果分析

傳統(tǒng)式的教學(xué)方法，一般采用以下基本程序：復(fù)習(xí)舊課―激發(fā)學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)―講授新課―鞏固練習(xí)―檢查評(píng)價(jià)―間隔性復(fù)習(xí)。這種以教師為主導(dǎo)的教學(xué)方法，其教學(xué)效果受到很多因素的制約，一是教師的專業(yè)技術(shù)水平，二是教師的語(yǔ)言表達(dá)能力，三是授課對(duì)象注意力的集中程度。而在上述三種因素中，最不穩(wěn)定的是授課對(duì)象的注意力，不僅控制難度大，而且對(duì)教學(xué)效果也是最具“破壞力”的因素，尤其在信息化快速發(fā)展的今天，人們獲取知識(shí)的途徑已經(jīng)顯現(xiàn)多樣化，過(guò)去那種“跟著老師在課堂上學(xué)”的教學(xué)方法也將受到前所未有的沖擊。面對(duì)自我意識(shí)更強(qiáng)的授課對(duì)象群，在知識(shí)的傳授過(guò)程中，如果還把學(xué)生當(dāng)做被動(dòng)的接受者，結(jié)果只會(huì)增加學(xué)生的逆反心理，不利于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性、主動(dòng)性和創(chuàng)造性。

供配電技術(shù)是一門融理論性、工程性和實(shí)踐性于一體的專業(yè)技術(shù)課程，該課程主要面向的職業(yè)崗位群有三大類：一是變電所（站）值班員與維護(hù)員、供配電設(shè)備檢修員與設(shè)備管理員；二是建筑配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)員與安裝員；三是供配電設(shè)備制造所需要的工藝員、檢查員、維護(hù)員、調(diào)試員等。按崗位目標(biāo)的要求和教學(xué)的目的，不僅要使學(xué)生明白“為什么”，而且要教會(huì)學(xué)生“怎么做”，實(shí)現(xiàn)教、學(xué)、做一體。然而，要實(shí)現(xiàn)這個(gè)教學(xué)目標(biāo)，僅有好的師資隊(duì)伍是不夠的，還需要相對(duì)完善的實(shí)訓(xùn)設(shè)備系統(tǒng)來(lái)支撐。

任何事物的發(fā)展都要經(jīng)歷一個(gè)逐漸成長(zhǎng)的過(guò)程，實(shí)訓(xùn)基地的建設(shè)也不例外，在實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)設(shè)備不足的情況下，如何才能最大程度地提高教學(xué)質(zhì)量？引入現(xiàn)代教育技術(shù)輔助教學(xué)，是一個(gè)不錯(cuò)的選擇。

二、Multisim強(qiáng)電仿真功能的開(kāi)發(fā)

Multisim是一款電子應(yīng)用仿真軟件，它具有強(qiáng)大的元件庫(kù)功能，通過(guò)對(duì)其中機(jī)電元件庫(kù)功能的開(kāi)發(fā)，實(shí)現(xiàn)了Multisim在強(qiáng)電環(huán)境下的仿真應(yīng)用。下面以“功率因數(shù)測(cè)試與無(wú)功功率補(bǔ)償”為實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，介紹具體電路的設(shè)計(jì)與仿真運(yùn)行的方法。

（一）實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷脑O(shè)計(jì)

1.變電所類型的選擇。電力系統(tǒng)主要由發(fā)電廠、變電所、輸電線路和用電設(shè)備等四大要素構(gòu)成，從變電所的配置上看，車間變電所位于系統(tǒng)的末級(jí)，是所有用電設(shè)備與電網(wǎng)連接的橋梁，其數(shù)量最多，接觸面最廣。因此，在設(shè)計(jì)“功率因數(shù)測(cè)試與無(wú)功功率補(bǔ)償”仿真電路模型時(shí)，選擇了車間變電所作為基本模型。車間變電所的基本結(jié)構(gòu)由10KV電源進(jìn)線、10KV高壓斷路器、三相變壓器、低壓斷路器、用戶設(shè)備與電容補(bǔ)償裝置等構(gòu)成，如圖1所示。

圖1 車間變電所電氣系統(tǒng)圖

2.中性點(diǎn)運(yùn)行方式。車間變電所輸入電壓為10KV，而輸出電壓為220/380V，為滿足給三相和單相負(fù)荷供電的要求，采用中性點(diǎn)直接接地的運(yùn)行方式，輸出模式為典型的“三相四線制”，即三個(gè)相線和一個(gè)中性線，也稱為N線或PN線。

3.主要技術(shù)指標(biāo)。（1）變電所受電電壓，即配電電壓為10KV。（2）變電所饋出電壓，即輸出電壓為220/380V。（3）變壓器采用10/0.4KV三相變壓器，聯(lián)結(jié)組標(biāo)號(hào)為Dyn0。（4）負(fù)載配置：三相異步電動(dòng)機(jī)2臺(tái)，單相照明設(shè)備3組，額定功率3×1000W，分別接于三相四線制的U、V、W相上，未接補(bǔ)償電容器時(shí)系統(tǒng)總的功率為117KW。（5）補(bǔ)償前系統(tǒng)高壓側(cè)的功率因數(shù)為0.817，補(bǔ)償后高壓側(cè)的功率因數(shù)≥0.9。（6）無(wú)功功率補(bǔ)償選擇并聯(lián)電容器法，電容器的采用連接，補(bǔ)償裝置的接入點(diǎn)為變壓器低壓母線。

（二）仿真電路的設(shè)計(jì)

仿真軟件的版本為Multisim9，設(shè)計(jì)內(nèi)容：車間變電所“功率因數(shù)測(cè)試與無(wú)功功率補(bǔ)償”電路。設(shè)計(jì)的步驟如下：

1.仿真元件的創(chuàng)建與選擇。從仿真元件庫(kù)中選擇元件，是Multisim仿真電路設(shè)計(jì)的第一步，只有選擇與供配電系統(tǒng)相匹配的仿真元件，才能實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的仿真功能。

（1）三相變壓器的創(chuàng)建。車間變電所電氣主接線圖仿真電路的設(shè)計(jì)，關(guān)鍵的問(wèn)題是解決三相變壓器元件的創(chuàng)建及參數(shù)的設(shè)置，因?yàn)樵贛ultisim9現(xiàn)有的元件庫(kù)中無(wú)法找到符合車間變電所需要的電力變壓器的元件模型，本設(shè)計(jì)方案利用元件庫(kù)里現(xiàn)有的虛擬變壓器進(jìn)行組裝。具體做法是：將3個(gè)變壓器的一次繞組6個(gè)接頭按照頭尾相接（注意變壓器的同名端）的原則接成，再?gòu)娜切蔚?個(gè)頂點(diǎn)各引出一根線，分別與三相交流電源的三個(gè)相線相接；將3個(gè)變壓器的二次繞組的6個(gè)接頭接成星形，即將3個(gè)變壓器的二次繞組的3個(gè)異名端連接在一起，并直接與地相連接，作為車間供配電系統(tǒng)的N線，變壓器另外3個(gè)同名端各引出一根線作為車間供配電系統(tǒng)3個(gè)相線U、V、W。仿真模型如圖2所示。

圖2 三相變壓器仿真模型

（2）10KV三相交流電源及其它元件的選擇。10KV三相交流電源，可直接從電源庫(kù)中選擇，方法是在元件工具欄里找到電源庫(kù)的圖標(biāo)，雙擊打開(kāi)該元件庫(kù)，選擇信號(hào)電壓源即可，如圖2的V1所示。其余電路元件可從Multisim9相應(yīng)的元件庫(kù)中查找。

2.元件參數(shù)的設(shè)置。對(duì)于車間變電所“功率因數(shù)測(cè)試及無(wú)功功率補(bǔ)償”的仿真電路來(lái)說(shuō)，對(duì)仿真運(yùn)行影響較大的元器件是三相變壓器和10KV交流電源，參數(shù)設(shè)置方法如下：

（1）三相變壓器的參數(shù)設(shè)置。本設(shè)計(jì)所選擇的變壓器，是由元件庫(kù)里虛擬的單相變壓器組裝而成，其特點(diǎn)是各相磁路獨(dú)立，因此，對(duì)每個(gè)單相變壓器的參數(shù)設(shè)置要完全相同。首先，確定變壓器的變壓比。根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB156-1993《電壓標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定，車間變電所高壓側(cè)的額定電壓10KV，低壓側(cè)的額定電壓220/380V，因此，其變壓比為：

（1）

如果變壓器的二次繞組為100匝，那么其一次繞組的匝數(shù)為：

（匝） （2）

其次，確定變壓器初次繞組的電阻。以一個(gè)100KV.A的全密封式三相變壓器為例，其型號(hào)：S9-M-100/10。主要性能參數(shù)：空載損耗0.29KW、短路損耗1.5KW、空載電流1.6%、阻抗電壓4%，由此可推算變電壓器的勵(lì)磁電阻Rm：

（3）

“變壓器在空載時(shí)，”，因此，該變壓器一次繞組的直流電阻約為20Ω左右。仿真試驗(yàn)時(shí)，該電阻值可在20～60Ω的范圍內(nèi)選擇，具體數(shù)值需要根據(jù)負(fù)荷的大小而定。而變壓器二次繞組的直流電阻一般均小于1Ω，具體數(shù)值的選擇也需視負(fù)荷的大小而定。值得注意的是，3個(gè)單相變壓器的參數(shù)設(shè)置要相同，設(shè)置的參數(shù)包括：初級(jí)匝數(shù)、初級(jí)電阻、次級(jí)匝數(shù)、次級(jí)電阻，其它參數(shù)采用系統(tǒng)默認(rèn)值。

（2）10KV交流電源的參數(shù)設(shè)置。Multisim9元件庫(kù)所提供的交流信號(hào)源，其有效值為相電壓值，而車間變電所高壓側(cè)10KV的輸入電壓為線電壓，因此，該交流信號(hào)源的電壓為：

（4）

因此對(duì)信號(hào)源參數(shù)設(shè)置為： “Voltage”為5774V、“Frequency”為50Hz。

3.仿真電路的連接。完成元件查找后，可按車間變電所電氣主接線圖的連接關(guān)系，合理調(diào)整元件的布局，并將電路接通，如圖3所示。

圖3 車間變電所“功率因數(shù)測(cè)試及無(wú)功功率補(bǔ)償”仿真電路圖

（三）仿真運(yùn)行

1.補(bǔ)償電容器組接入前的仿真運(yùn)行。車間變電所“功率因數(shù)測(cè)試及無(wú)功功率補(bǔ)償”仿真電路圖如圖3所示。仿真運(yùn)行時(shí)，先閉合出線斷路器S2，后合高壓斷路器S1，此時(shí)，照明燈X1、X2、X3被點(diǎn)亮，各電壓、電流表相繼顯示各線路的額定電壓及負(fù)載電流值。雙擊圖3所示的功率表XWM1，如圖4所示。表中顯示的數(shù)據(jù)即為系統(tǒng)的有功功率和功率因數(shù)。

圖4 無(wú)補(bǔ)償?shù)墓β屎凸β室驍?shù)

2.系統(tǒng)無(wú)功功率補(bǔ)償量的計(jì)算。從圖4所示的測(cè)試結(jié)果可知，未接入電容補(bǔ)償裝置前功率因數(shù)只有0.817，不符合我國(guó)電業(yè)部門規(guī)定的≥0.9的要求，因此，需要對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行無(wú)功功率的補(bǔ)償，補(bǔ)償?shù)姆椒ú捎迷诘蛪耗妇€并接電容器的方法。

（1）無(wú)功功率補(bǔ)償量的計(jì)算。無(wú)功功率補(bǔ)償量用Qc表示，考慮到變壓器的無(wú)功功率的損耗遠(yuǎn)大于有功功率的損耗，因此，在變壓器低壓側(cè)補(bǔ)償時(shí)，低壓補(bǔ)償后功率因數(shù)應(yīng)略高于0.9，本設(shè)計(jì)方案按0.95計(jì)算。

（5）

取整數(shù)。

（2）需接入并聯(lián)電容量的計(jì)算。并聯(lián)補(bǔ)償電容器采用形連接，并聯(lián)電容器的裝設(shè)位置采用了低壓集中補(bǔ)償?shù)姆绞?，C=1μF時(shí)，其三相無(wú)功功率補(bǔ)償量為：

（6）

那么單相無(wú)功功率補(bǔ)償量為（電容器C=1μF時(shí)）：

（7）

需要并聯(lián)電容器的總?cè)萘浚?/p>

（8）

（3）補(bǔ)償電容器的個(gè)數(shù)及分組。補(bǔ)償電容器采用連接，若每個(gè)電容器的容量為100μF，12個(gè)電容器共計(jì)1200μF，考慮到電容器的無(wú)功損耗，因此補(bǔ)償量稍大是合適的。每組需3個(gè)電容器，12個(gè)電容共分為4組。其連接關(guān)系如圖3所示。

3.補(bǔ)償電容器接入后的仿真運(yùn)行。在補(bǔ)償電容器接入前仿真運(yùn)行的基礎(chǔ)上，依次閉合S3和S4，將補(bǔ)償電容器接入系統(tǒng)，此時(shí)測(cè)試的數(shù)據(jù)即為補(bǔ)償后有功功率和功率因數(shù)，雙擊圖3所示的功率表XWM1，即可顯示所測(cè)試的結(jié)果，如圖5所示。

圖5 補(bǔ)償后的功率和功率因數(shù)

從測(cè)試結(jié)果可以看出，并接電容補(bǔ)償裝置后的功率因數(shù)達(dá)到0.923，基本滿足了設(shè)計(jì)要求。在功率因數(shù)提高的同時(shí)，系統(tǒng)的有功功率也由原來(lái)的117.326KW增加到133.975KW，這是由于變壓器的無(wú)功功率損耗所造成的。

三、教學(xué)過(guò)程的設(shè)計(jì)與課時(shí)安排

教學(xué)過(guò)程的設(shè)計(jì)，以創(chuàng)設(shè)真實(shí)的工作情景為指導(dǎo)，以完成車間變電所“功率因數(shù)測(cè)試與無(wú)功功率補(bǔ)償”仿真電路的設(shè)計(jì)與運(yùn)行為主線，通過(guò)讓學(xué)生親自參與項(xiàng)目的實(shí)驗(yàn)，達(dá)到“做中學(xué)”的教學(xué)目的。

基于Multisim“功率因數(shù)測(cè)試與無(wú)功功率補(bǔ)償”電路設(shè)計(jì)及仿真運(yùn)行的成功，為Multisim在供配電技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用打下了良好的基礎(chǔ)。利用現(xiàn)代仿真技術(shù)開(kāi)展輔助教學(xué)，模擬真實(shí)的供配電系統(tǒng)，將復(fù)雜、抽象的理論問(wèn)題，通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)進(jìn)行直觀、形象化的教學(xué)，既有效激勵(lì)了學(xué)生的求知欲望，更重要的是通過(guò)讓其參與仿真實(shí)驗(yàn)，學(xué)到了許多分析和解決問(wèn)題的方法。

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