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【關鍵詞】仿真軟件;電工電子教學

電工電子是高職校工科電類專業(yè)的重要專業(yè)基礎課，為后續(xù)課程準備必要的基礎知識，對培養(yǎng)學生的電工基礎知識、基本能力和綜合素質具有其他電類課程不能替代的重要作用。該課程理論嚴密、物理概念多、邏輯性強，與工程技術及生活實際聯(lián)系緊密，常常需要就宏觀現(xiàn)象進行微觀解釋。

該課程不但要求學生掌握電路的基本原理和計算方法，更重要的是培養(yǎng)學生對電路的分析、設計及實際應用的能力。然而在進行電子線路教學中，由于學生對電子元器件及實際電子線路缺乏感性認識， 因此教師感到難教、學生感到難學，所以需要大量的電子線路實驗來輔助教學。

為了滿足電子線路教學實驗的要求， 需要配置大量的電子設備、儀器、儀表、電子元器件、工具等。另外還需配備一定數(shù)量的、具有豐富實踐經(jīng)驗的實習指導教師。因此學校有限的教學資源與學生日益增長的教學實驗需求形成了一個較難解決的矛盾，所以在目前的教學條件下如何提高電子線路教學實驗的開出率一直是一個重點也是一個難點。如今，利用計算機輔助教學就能有效地解決這一問題

一、仿真軟件在電工電子課程理論教學中的作用

將計算機仿真軟件引入電工電子課程教學，使理論教學與虛擬仿真實驗緊密結合，能夠使教學知識點更加容易理解、抽象的知識變得更加直觀。學生在學習專業(yè)知識的同時也學習工具軟件的使用方法，能更好地適應社會需要。

仿真實驗能設置故障狀態(tài)和極限狀況，不會造成元器件和實驗儀器的損壞。仿真軟件逼真的界面及人機交互，可以產(chǎn)生身臨真實的實驗環(huán)境的感受。在電工電子教學環(huán)節(jié)，仿真實驗作為一種展示性的輔助教學手段，便于教師解釋復雜的物理過程或強調概念和原理，調動學生學習的積極性和主動性。

二、將虛擬仿真引入理論課堂，提高課堂教學效果

現(xiàn)在我們將仿真軟件的虛擬實驗功能引進課堂，在講解理論的同時，利用多媒體同步演示，顯示實驗結果，使一些抽象的概念形象化、直觀化、簡單化，彌補了理論上的抽象性。下面是我們具體應用仿真軟件來仿真的兩個實例。在電工基礎課程中要講解儀器儀表的使用，比如信號發(fā)生器、示波器、晶體管毫伏的使用，由于實驗中涉及的儀器儀表較多，學生在做實驗時經(jīng)常的到處出錯，實驗效果很差，但在做實驗之前，先在課程上用仿真軟件演示一遍實驗要做的內容，強調實驗過程中容易出現(xiàn)的錯誤，這樣學生在真正做實驗時就比較熟悉，達到了舉一反三的效果。

又比如講星形負載電路結構時，講到星形對稱負載有中線時，中線電流為零，中線不起作用，學生覺得抽象，但是用EWB仿真軟件做一下該實驗時，測其中線電流為零，去掉中線后，對電路的線電流及相電壓沒有任何影響，而當三相負載不對稱時，中線電流不為零，但相電壓卻對稱，從而給學生非常直觀的感受。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。

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

三、仿真軟件簡介

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、綜合、構建、仿真測試功能。仿真軟件或用仿真軟件構成的虛擬實驗臺，它是不能取代傳統(tǒng)的電工電子實驗的，只能起到輔助的作用。

Multisim軟件是一個專門用于電子線路仿真與設計的EDA工具軟件。它是一個完整的設計工具系統(tǒng)，具有一個龐大的元件數(shù)據(jù)庫，并提供原理圖輸入接口，可以進行從原理圖到PCB布線工具包的無縫數(shù)據(jù)傳輸。其中Multisim易學易用，便于學生進行綜合性的設計、實驗，有利于培養(yǎng)學生的綜合分析能力、開發(fā)能力和創(chuàng)新能力。

MATLAB是一套高性能的數(shù)值計算和可視化軟件。它最重要的特點是易于擴展，允許用戶自行建立完成指定功能的M文件，從而構成適合其他領域的工具箱，這大大擴大了MATLAB的應用范圍。MATLAB作為編程語言可視化工具，具有豐富可靠的矩陣運算、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、科學計算和數(shù)學學科中的許多問題，目前在信號處理、控制系統(tǒng)的仿真和神經(jīng)網(wǎng)絡的研究等方面都有廣泛的應用。SIMULINK是一個用來對動態(tài)系統(tǒng)進行建模、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。

四、將虛擬仿真引入理論課堂，提高課堂教學效果

現(xiàn)在我們將仿真軟件的虛擬實驗功能引進課堂，在講解理論的同時，利用多媒體同步演示，顯示實驗結果，使一些抽象的概念形象化、直觀化、簡單化，彌補了理論上的抽象性。下面是我們具體應用仿真軟件來仿真的兩個實例。在電工基礎課程中要講解儀器儀表的使用，比如信號發(fā)生器、示波器、晶體管毫伏的使用，由于實驗中涉及的儀器儀表較多，學生在做實驗時經(jīng)常的到處出錯，實驗效果很差，但在做實驗之前，先在課程上用仿真軟件演示一遍實驗要做的內容，強調實驗過程中容易出現(xiàn)的錯誤，這樣學生在真正做實驗時就比較熟悉，達到了舉一反三的效果。

又比如講星形負載電路結構時，講到星形對稱負載有中線時，中線電流為零，中線不起作用，學生覺得抽象，但是用仿真軟件做一下該實驗時，測其中線電流為零，去掉中線后，對電路的線電流及相電壓沒有任何影響，而當三相負載不對稱時，中線電流不為零，但相電壓卻對稱，從而給學生非常直觀的感受。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。得出結論后，讓學生在理解的基礎上記定性的一些結論就容易多了。在模擬電路中講授三極管共發(fā)射極放大電路時， 三極管具有放大和反相的作用， 學生理解起來非常困難。我們利用仿真軟件來仿真電路，用示波器來觀察波形，可以明顯看出放大的效果和反相的作用。學生先有了感性認識后，理論的講解聽起來就更輕松了，從而使上課達到了事半功倍的效果。

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關鍵詞： 電工電子課程群教學 仿真軟件 教學改革

電工電子課程群包含“電路分析基礎”、“電工電子技術”“信號與系統(tǒng)”、“數(shù)字信號處理”、“模擬電子技術”等課程。這些課程是理論性與實踐性都很強的課程，此類中的絕大部分課程具有抽象性高、理解難度大等特點。傳統(tǒng)授課存在理論講授與實踐演示相脫節(jié)的弊端，授課過程中難于通過實驗操作向學生展示理論知識的直觀應用效果，因此往往造成知識講授枯燥無味、教學效果不佳等問題。仿真軟件的引入為這些問題的解決開辟了新徑[1]。

一、仿真軟件簡介

計算機仿真具有效率高、可靠性高和成本低等特點。仿真軟件在教學中可以代替硬件實驗電路，其強大的實時交互性、信息的集成性和生動直觀性，可以為教學創(chuàng)設良好的平臺，極大地激發(fā)學生的學習興趣，有利于教師引導學生用科學的思維方法分析問題，提高學生的學習能力、探索和解決問題的能力。常用的仿真軟件有Multisim、MATLAB、SIMULINK等幾種[2]-[3]。

Multisim軟件是一個專門用于電子線路仿真與設計的EDA工具軟件。它是一個完整的設計工具系統(tǒng)，具有一個龐大的元件數(shù)據(jù)庫，并提供原理圖輸入接口，可以進行從原理圖到PCB布線工具包的無縫數(shù)據(jù)傳輸。Multisim易學易用，便于學生進行綜合性的設計﹑實驗，有利于培養(yǎng)學生的綜合分析能力﹑開發(fā)能力和創(chuàng)新能力。

MATLAB是一套高性能的數(shù)值計算和可視化軟件。它最重要的特點是易于擴展，允許用戶自行建立完成指定功能的M文件，從而構成適合其他領域的工具箱，這大大擴大了MATLAB的應用范圍。MATLAB作為編程語言可視化工具，具有豐富可靠的矩陣運算、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、科學計算和數(shù)學學科中的許多問題，目前在信號處理、控制系統(tǒng)的仿真和神經(jīng)網(wǎng)絡的研究等方面都有廣泛的應用。

SIMULINK是一個用來對動態(tài)系統(tǒng)進行建模、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。

二、仿真軟件在課程群教學中的應用

可把仿真軟件引入到教學中來，在課件中加入大量的仿真實例，應用仿真軟件輔助課程教學，使理論隨時得到驗證，從而加深學生對知識的理解。例如將“MATLAB語言”、“SIMULINK”引入到信號與系統(tǒng)的教學中來，將“信號與系統(tǒng)”和“MATLAB語言”兩門課程有機結合。利用PowerPoint、Flash及MATLAB語言等工具制作CAI課件，研制MATLAB演示程序，利用具有代表性的實例實時、動態(tài)地演示“信號與系統(tǒng)”的課堂講授內容，提高學生的學習興趣和理解能力。學生既可以較好地理解一些抽象的理論原理，又能將理論與應用結合起來，從而提高課堂教學效率。

將Multisim、SIMULINK引入到電路分析基礎、電工電子技術教學中來，既使學生感受到電路動態(tài)與靜態(tài)的真實狀態(tài)，將抽象的內容直觀化，又能提高學生的學習興趣和分析能力，大大提高教學質量。圖1為用Multisim進行信號發(fā)生器仿真的輸出波形，圖2為利用MATLAB對信號進行過采樣后重建的結果。

三、結語

將仿真軟件引入到電工電子課程群教學中來，可直觀演示各種定律定理，激發(fā)學生的學習興趣。應用仿真軟件進行虛擬實驗，突破了傳統(tǒng)實驗在時間和空間的限制，彌補了硬件實驗的不足，提高了學生的綜合性、創(chuàng)造性能力。

參考文獻：

[1]朱曉萍.應用型本科電工系列課程的教學改革與實踐[J].中國電力教育，2008（4）.

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【關鍵詞】仿真軟件;電子測量學;教學活動;運用

信息時代背景下，計算機技術與教育教學深度結合，形成了很多教學軟件。其中仿真軟件能夠克服客觀條件，充分展示學習內容。電子測量作為一門具有實踐性、抽象性特點的課程。當前教師在教學中采用傳統(tǒng)教學模式，向學生傳授的理論知識過于抽象，不夠具體，無法幫助學生日后形成完善的理論知識結構。利用仿真軟件開展電子測量教學活動，不僅能夠提高教學活動效果和效率，還能夠增強學生對教學內容的印象。因此加強對該問題的研究具有非常重要的現(xiàn)實意義。

一、仿真軟件概述

所謂仿真軟件，是指建立在集成電路、計算機技術基礎之上的一種高級、快速的電子設計自動化工具。其融合了數(shù)據(jù)庫、圖形學及計算數(shù)學等學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是國內外最為常用的DEA仿真軟件。在實踐應用中，不同仿真軟件各具特色，如PSpice功能較為強大，適合對復雜電路進行分析和優(yōu)化，而Protel綜合性能較好，且使用范圍非常廣，能夠將電路仿真及PCB設計有機整合到一起，提高仿真效果。

將仿真軟件引入到電子測量教學中，能夠突破傳統(tǒng)教學抽象、枯燥教學方式，將教學內容以動畫、圖文等多媒體視聽形式呈現(xiàn)出來，在輕松、愉悅的氛圍中進行自主探究學習。電子測量技術試驗需要設備投入非常大、且難度較大。如果引進仿真軟件進行模擬操作，能夠節(jié)省更多資源投入，且達到預期的教學目標，為師生交流提供良好的平臺。總而言之，將仿真軟件引入到實踐教學中非常必要，不僅是教育教學現(xiàn)代化改革的需求，也是提高教學質量的有效手段。

二、仿真軟件在電子測量教學中的運用

1.開展演示教學

在實踐教學中，教師可以將仿真軟件虛擬設備引入到課堂教學，幫助學生理解和消化理論知識。如果條件允許，可以配合電子白板進行師生互動，使得演示更加形象、具體，以此來調動學生學習熱情。如在進行函數(shù)信號發(fā)生器相關內容教學中，可以借助虛擬設備進行仿真。經(jīng)過仿真處理的信號發(fā)生器，圖形更加逼真、形象，無論輸入、還是輸出端口都能夠完全呈現(xiàn)出來。不僅如此，點擊鼠標能夠對設備進行操作，與真實的設備操作具有一致性。如選擇輸出波形、頻率。在此基礎上，教師組織并引導學生進行相關理論的講解，然后操作控件，最后與真實的設備進行對比，以證明演示教學具有較強的說服力。

2.簡化實驗過程

眾所周知，電子測量具有實踐性特點，單純依靠理論講解遠遠不夠，需要借助實踐操作進行相應的補充，以此來達到預期的培養(yǎng)目標。以往試驗教學中，教師需要搬運設備，不僅對設備性能產(chǎn)生諸多不良影響、縮短設備使用壽命，且使得演示操作過程繁瑣、麻煩。對此，教師可以積極引入仿真軟件，以此來簡化實驗過程。如利用示波器跟蹤測量信號波形、測量電路等，在有限的時間內獲得最佳教學效果。此外，教師還可以向學生介紹仿真軟件操作方式和方法，使得學生進行獨立的操作。

3.實現(xiàn)遠程控制

現(xiàn)階段，在實際教學中，我們不僅能夠在智能設備中應用，還可以與計算機連接到一起實現(xiàn)遠程控制目標。如在具體教學中，數(shù)字存儲示波器作為一部重要的設備，對其進行講解時，該設備自帶STO實時監(jiān)控軟件，與計算機連接后，我們能夠在電腦仿真界面上對設備進行針對性操作，如信號輸入、探頭衰減倍數(shù)的設置等。采取這種方式，能夠對傳統(tǒng)教學過程進行補償，且能夠幫助學生感受到對設備的真實性操作，增強學生對知識的體驗，循序漸進地形成完善的理論知識體系。

4.加強課程設計

目前，社會對電子測量人才提出了更高要求，尤其是人才的實踐能力。但現(xiàn)行教學活動中，往往側重課程知識的講解，實踐課程相對較少，不利于學生創(chuàng)新意識及動手能力的培養(yǎng)。對此，基于仿真軟件教學，我們將電子測量學與其他課程結合到一起，如模擬與數(shù)字電子的結合，設計出詳細的虛擬電路圖，然后進行波動監(jiān)控、數(shù)值測量等相關知識的分析，計算并獲取數(shù)據(jù)，為具體的安裝、焊接等活動提供科學依據(jù)。上述過程，教師都可以引導并組織學生參與其中，給予學生更多自利，進行自主探究學習，跟隨知識發(fā)展脈絡開展實踐學習。采取這種方式，既能夠為學生提供動手機會，還能夠培養(yǎng)學生實踐綜合能力。

不可否認，仿真軟件對于電子測量教學具有促進作用，但從本質上來看，仿真軟件的應用是一種教學輔助工具，不能夠一味地使用，教師要注重虛實結合，兼具理論與實踐，設置趣味性課堂，不斷提高教學有效性。

三、結論

根據(jù)上文所述，仿真軟件作為計算機技術發(fā)展的產(chǎn)物，是多學科共同作用下的結果，在提高教學質量、培養(yǎng)學生實踐能力等方面占據(jù)非常重要的位置。因此在教學中，教師要加強對仿真軟件的認識與分析，熟練掌握軟件操作方式，并立足于電子測量教學內容，將仿真軟件運用其中，構建趣味性課堂，調動學生積極性，優(yōu)化課程設計、開展展示教學，深化學生對教學內容的理解，不斷提高教學質量，從而促進電子測量教學持續(xù)開展，為社會培養(yǎng)更多專業(yè)人才。

參考文獻：

[1]姜開永.仿真軟件在電子測量學教學中的應用[J].科技信息，2013，（04）：264+266.

[2]董杰.仿真軟件在電子技術教學中的實例分析[J].中國教育技術裝備，2012，（24）：44-46.

[3]潘學文，趙全友，楊振南.Multisim仿真軟件在電子技術實驗教學中的應用及效果分析[J].湖南科技學院學報，2016，（05）：40-43.

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關鍵詞：電力系統(tǒng)分析；ETAP仿真軟件；電壓調節(jié)方法

作者簡介：朱慧（1980-），女，山東定陶人，青島科技大學自動化與電子工程學院，講師。（山東 青島 266042）

中圖分類號：G642 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2014）09-0064-02

“電力系統(tǒng)分析”是電氣工程及其自動化專業(yè)的一門專業(yè)骨干基礎課程，是學習其他后續(xù)課程（如“電力系統(tǒng)繼電保護”、“電力系統(tǒng)自動化”、“電力系統(tǒng)微機繼電保護”）的基礎。學習這門課程需掌握電路、電機、電磁場和高等數(shù)學等方面的知識，所涉及的知識面廣，理論性強，又包含大量的計算和畫圖，學生學起來抽象、難理解，會影響后續(xù)課程的學習。近年來，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，新技術不斷被應用到該領域中，迫切需要新的教學方法來適應電力系統(tǒng)發(fā)展對課堂教學的要求。ETAP是電力系統(tǒng)運行分析的專業(yè)仿真軟件，它提供完整的圖形化編輯器，以簡潔的方式對電力系統(tǒng)進行建模，且能快速準確地對系統(tǒng)進行仿真分析，分析結果能以多種形式直觀地輸出。若在課堂教學中引入ETAP仿真軟件，將有助于學生直觀系統(tǒng)、深入地學習“現(xiàn)代電力系統(tǒng)分析”課程。而“電力系統(tǒng)分析”教學中引入ETAP仿真軟件輔助教學，目前國內處于開始階段，僅有有限高校引進并開始使用ETAP仿真軟件輔助教學，是一個新的發(fā)展趨勢。本文針對ETAP仿真軟件和教學緊密結合以提高學生學習效果，進行了探討和分析。

一、ETAP仿真軟件介紹

ETAP仿真軟件是美國OTI公司從1996年開始發(fā)行的第一個真正32位Windows環(huán)境下電力系統(tǒng)分析計算應用程序，也是全美第一個特許提供給核電站進行電力系統(tǒng)分析的商用軟件。[1]ETAP仿真軟件確立了電力系統(tǒng)設計和分析軟件的標準，經(jīng)過多年的開發(fā)與完善，可以提供全圖形的用戶界面，以最簡潔的方式建立單線圖、阻抗圖、繼電保護圖、分析計算圖等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、移動和連接元件，放大、縮小和翻轉圖形，顯示或隱藏網(wǎng)絡，在用戶界面上點擊元件后可直接輸入元件的各類參數(shù)、屬性及運行狀態(tài)等，使用起來非常方便靈活。[2]

ETAP軟件還具有強大的計算分析和設計功能，可以進行潮流計算、短路計算、繼電保護配合、諧波分析、暫態(tài)分析、電機起動分析、接地網(wǎng)設計和低壓配電系統(tǒng)的設計等。ETAP軟件可以將分析結果以直接顯示、文本報告的形式、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界面、強大的計算分析和設計功能、直觀簡單的電氣操作等優(yōu)點在我國電力系統(tǒng)行業(yè)中得到廣泛應用。特別是近年來，隨著我國電力系統(tǒng)事業(yè)的發(fā)展，電力系統(tǒng)的容量及單機容量越大，電力系統(tǒng)的結構越來越復雜，學習、掌握優(yōu)秀的電力系統(tǒng)仿真軟件ETAP，將對電力系統(tǒng)規(guī)劃、分析與實時監(jiān)控等有很大的幫助。[4]一些高校為了學生更加系統(tǒng)、深入地學習電力系統(tǒng)分析課程，以及在畢業(yè)后能盡快地適應工作需要，引入了ETAP仿真軟件。

二、ETAP軟件仿真與課堂授課的結合

在引進ETAP軟件之后，結合多年的課堂教學經(jīng)驗，對“電力系統(tǒng)分析”課程中的若干關鍵知識點和難點進行了仿真教學案例設計，并應用于課堂教學。電力系統(tǒng)的電壓調節(jié)方法是“電力系統(tǒng)分析”課程的重要內容，下面就以這部分內容為例，講解ETAP軟件仿真與課堂授課的結合。

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、改變無功功率分布的方法調節(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，變壓器的勵磁支路和電纜線路的導納支路都略去。變壓器歸算到低壓側的阻抗為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)計算的理論分析，參數(shù)計算如下：，

，通過以上兩式計算得到：。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，以百分數(shù)形式表示。[5]

通過以上公式推導、計算，求得母線3的電壓為95.8%。很顯然，此電壓偏低，若通過并聯(lián)靜電電容器的方法改變其功率分布，需要計算并聯(lián)的靜電電容器應該提供的無功功率，才能將其電壓提高到98%。根據(jù)靜電電容器無功功率計算公式，求得。[6]經(jīng)過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的無功功率。

若通過改變變壓器分接頭進而改變其變比的方法將母線3的電壓提高到98%，需要通過計算選擇合適的變壓器分接頭。系統(tǒng)中的變壓器有五個分接頭，此時接在主接頭上，母線3的電壓為95.8%，現(xiàn)若將母線3的電壓提高到98%，分接頭電壓應為，因35-2.5%分接頭對應的電壓為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)電壓調節(jié)方法的理論分析，整個過程中學生接觸到的只有數(shù)字和公式，普遍反應抽象、難以理解，若此時通過ETAP軟件仿真分析一下，增加學生對電壓調節(jié)方法的感性認識，將會使電壓調節(jié)過程變得更加直觀、具體和豐富有趣，達到最好的教學效果，從而大大調動學習的積極性，激發(fā)學習本門課程的興趣。

2.ETAP軟件仿真分析

首先建立該系統(tǒng)的ETAP軟件仿真模型，模型中無窮大功率電源用等效電網(wǎng)U1表示，母線1對應的節(jié)點設為平衡節(jié)點，負荷1和2分別用電動機Mtr3和等效負荷Lump3表示，并設置好各元件的參數(shù)。下面只需點擊潮流分析功能模塊按鈕，再點擊運行潮流按鈕，即可進行潮流仿真分析。分析結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%，與理論分析結果一致。不過，此電壓值偏低，為改善電壓質量，現(xiàn)在通過改變功率分布的方式調節(jié)母線3的電壓。將靜電電容器并聯(lián)在母線上，設置好其參數(shù)，進行ETAP軟件潮流仿真分析，其結果如圖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%，此時并聯(lián)電容器提供的無功功率恰好為1700kvar，與前面的理論分析結果一致。

下面通過改變變壓器變比來進行調壓的ETAP仿真分析。原來變壓器分接頭接在主接頭上，通過剛才的潮流仿真分析結果看到，對應母線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。對改變變壓器分接頭后的系統(tǒng)進行ETAP軟件潮流仿真分析，其分析結果如圖6所示。從圖中可以直觀地看到，此時母線3的電壓為98.03%，其電壓質量提高，和理論分析結果一致。

從上面的分析可以看到，對于電力系統(tǒng)的電壓調節(jié)方法這部分內容，傳統(tǒng)授課方式往往以繁瑣的公式推導結合抽象的數(shù)學描述進行講解，學生學習時感覺抽象、枯燥，難以深刻理解并掌握。對于這部分內容，充分利用ETAP仿真軟件，多角度地對電壓調節(jié)方法進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)原來的運行狀態(tài)，也可以看到并聯(lián)電容器和變壓器變比改變后系統(tǒng)的運行狀態(tài)，很顯然系統(tǒng)的運行狀態(tài)得到了改善，電壓質量得到了提高。整個仿真過程很直觀，這樣有助于學生對重點和難點部分的理解，同時激發(fā)了學習本門課程的興趣，獲得不錯的教學效果。

三、結論

ETAP仿真軟件能很方便地對各種電力系統(tǒng)進行建模，快速準確地對電力系統(tǒng)進行多種不同運行方式下的仿真分析，且能對比不同運行方式下的結果，豐富課堂內容和教學形式，使學生更加深刻理解電力系統(tǒng)的運行。

本文探討了ETAP仿真軟件在教學中的應用，通過ETAP軟件仿真演示，使得相關教學內容實現(xiàn)了直觀可視化效果，增強了學生對電力系統(tǒng)運行的感性認識。教學效果反饋也表明學生對相關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中的優(yōu)勢。同時，ETAP仿真軟件的學習，使學生真正具備運用理論知識對電力系統(tǒng)仿真分析和計算的能力，有助于學生成為電力系統(tǒng)方面的工程技術、研究復合型人才，為以后從事電氣工程設計、運行、分析、控制和保護等工作打下堅實的基礎。

參考文獻：

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[2]馮煜，王雷，陳陳.電力系統(tǒng)仿真軟件ETAP的特性與功能簡介[J].供用電，2005，（5）：23-26.

[3]李廣凱，李庚銀.電力系統(tǒng)仿真軟件綜述[J].電氣電子教學學報，

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[4]甄威，陳寶喜，唐永紅.實時仿真電力系統(tǒng)仿真中的應用[J].四川電力技術，2006，29（6）：32-35.

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關鍵詞：電子技術；仿真；Multisim；課堂教學

作者簡介：翁玲（1978-），女，河南信陽人，河北工業(yè)大學電氣工程學院，講師；

陳盛華（1973-），女，遼寧開原人，河北工業(yè)大學電氣工程學院，講師。

基金項目：本文系河北工業(yè)大學2011年教學改革立項項目“加強學生實踐創(chuàng)新能力培養(yǎng)的電子技術實驗教學探討”、“電子技術基礎課堂動態(tài)教學的探討”的研究成果。

中圖分類號：G642.0 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2013）14-0075-02

電子技術基礎是電類學科各專業(yè)的專業(yè)技術基礎課程，包括模擬電子技術和數(shù)字電子技術兩門主要課程，還包括電子技術實驗、電子技術課程設計、電子工藝實習等實踐教學環(huán)節(jié)。電子技術課程的教學任務是讓學生獲得電子技術方面的基本理論、基本知識和基本技能，培養(yǎng)學生分析、解決問題的能力和創(chuàng)新能力，為后續(xù)專業(yè)課程的學習打好基礎。隨著電子技術的迅速發(fā)展，在學時不變的情況下，面對越來越多的教學內容，傳統(tǒng)的課堂教學已經(jīng)難以勝任。在課堂教學中加入仿真軟件，可以用來設計電路，模擬各種電路的功能，將學生難以理解的原理用生動的畫面來解釋，幫助學生克服抽象概念較難理解的障礙，并且?guī)椭鷮W生理解并學習各種測量電路的方法，增強對電路的感性認識。[1-5]

河北工業(yè)大學（以下簡稱“我?！保╇娮訉W教研組積極進行教學實驗改革。自2004年開始在實驗學時不變的情況下增加電子技術實驗仿真，給每組實驗臺配備電腦，讓學生做完實驗后進行仿真驗證，提高了學生學習電子技術的興趣和學生的創(chuàng)新能力。[6-7]然而由于班級較多，每個實驗項目的安排不方便做到每次課堂教學后就可以進行實驗驗證和推理，因此在電子技術課堂教學中也引入仿真，在開展理論教學的同時，利用仿真幫助學生理解難懂的內容，幫助學生掌握各種儀器的基本使用及電路參數(shù)的測試方法。事實證明運用該方法取得的教學效果形象生動，并能有效地激發(fā)學生對電子技術的學習興趣，增強學生學習的積極性和主動性。電子技術仿真教學已經(jīng)成為課堂教學的有力補充。

一、課堂教學中引入仿真軟件的必要性

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

電子技術是一門實踐性較強的專業(yè)技術基礎學科，在進行教學時，理論與實踐相結合，才能使學生更好地領會、理解、掌握。將仿真教學加入到多媒體的課堂教學中，在課堂教學上也能觀察到原先在實驗室才能觀察到的現(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，講解各種輸入信號的變化或者電路參數(shù)的改變對電路輸出信號的影響，操作速度快。比如要測電路中某個節(jié)點的電壓波形，只需要添加一個示波器就能看到相應的節(jié)點波形，學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。在演示過程中教師可以隨時改變電路元件的參數(shù)或增加電路元件的數(shù)量，讓學生直觀地看到從簡單電路到復雜電路的變化過程，體會不同電路性能和特性的變化。將仿真教學加入到課堂教學中，可以將課堂上的教學內容形象地展現(xiàn)在學生面前，變抽象為直觀，加深學生對理論知識的理解和掌握。

學生在課堂上掌握了電路的原理后，對仿真軟件的用法、電路參數(shù)的測量方法也有一定的了解。有的學生會在課后主動裝載仿真軟件，自行完成電路設計及分析過程。在實驗室進行實驗項目時，我們一般采用實驗項目仿真分析和硬件測試同時進行的方法，學生在硬件測試完電路參數(shù)后，在計算機上用仿真軟件設計電路，進行仿真分析。改變電路參數(shù)，觀察不同電路參數(shù)對電路性能的影響，使用虛擬儀器觀測出各實驗點的波形及整個電路的實驗結果。由于課堂教學中學生已經(jīng)大體掌握了軟件的用法，在后續(xù)的電子技術課程設計和電子工藝實習階段，學生能熟練地應用仿真軟件。仿真軟件的引入，激發(fā)了學生學習的興趣，使學生由被動學習轉變?yōu)橹鲃訉W習，調動學習的主動性和積極性，同時使學生能逐漸將新知識、新技術、新手段應用到實踐中去，極大提高了學生的創(chuàng)新能力。

NI Multisim10.0是美國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、單片機仿真、VHDL和VerilogHDL建模、Ultiboard設計電路板等技術方面都有更多的創(chuàng)新和提高，屬于EDA技術的更高層次范疇。[8]鑒于Multisim10的優(yōu)良性能，在電子技術課堂教學中引入了NI Multisim10.0軟件。

二、教學應用案例

1.60進制計數(shù)器

計數(shù)器是數(shù)字系統(tǒng)里應用最多的時序邏輯電路。[9]利用計數(shù)器可以很方便地構成計時器電路，例如秒表等。常見的集成計數(shù)器芯片有十進制、十六進制、7位二進制、12位二進制、14位二進制等。在需要其他任意一種進制的計數(shù)器時，只能用已有的計數(shù)器產(chǎn)品經(jīng)過外電路的不同連接方式得到。[9]任意進制計數(shù)器的構成方法是數(shù)字電子技術基礎理論課講解的重點內容，學生在掌握了任意進制計數(shù)器構成后，教師可以在課堂上通過仿真方便地對這些內容做擴展，比如構成60進制計數(shù)器即秒表電路，提高學生的學習興趣。

圖1為60進制計數(shù)器仿真電路圖。仿真時采用兩片十進制計數(shù)器74160U1和74160U2，其中第一片74160U1接成十進制計數(shù)器，其2管腳時鐘CLK由50Hz方波提供。第二片74160U2根據(jù)置零法接成六進制計數(shù)器，其時鐘CLK由第一片74160的最高位QD提供。第一片74160的計數(shù)循環(huán)為0到9，在第一片74160計數(shù)到9時，第二片74160開始計數(shù)，計數(shù)循環(huán)為從0到5。兩個74160的輸出端QD、QC、QB、QA分別接到兩個顯示數(shù)碼管上，直觀地顯示計算時鐘個數(shù)的數(shù)值。當仿真運行時，兩個數(shù)碼管上分別顯示的計數(shù)循環(huán)為00～59，即為60進制計數(shù)器的顯示結果。這樣的仿真擴展，課上大約需要10～15分鐘的時間。在學生掌握了任意進制計數(shù)器構成方法后，應用這種仿真方法對學生的知識進一步擴展，能提高學生的學習興趣。學生課下可以繼續(xù)設計類似的電路，提高了學生的創(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有外加信號輸入的情況下，依靠電路自己振蕩而產(chǎn)生的正弦波輸出電壓的電路。[10]這部分電路對于學生來說比較生澀難懂。在實驗室實驗過程中，學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渡過程，因此，學生對振蕩電路的學習往往感覺很難，興趣不大。在講解這部分內容時，配合Multisim仿真教學，讓學生從仿真軟件中觀察振蕩電路起振過程，從而加深了對振蕩電路各部分組成的理解。

仿真電路圖如圖2（a）所示，選用集成運放LM324，其4、11管腳分別為±12V電壓。RC串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡、同相比例運算電路構成了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，仿真結果如圖2（b）所示。給學生講解完振蕩電路構成原理后，學生們已經(jīng)明白電路若能起振，同相比例運算電路的反饋電阻R2、R1之間必須保證R2≥R1。為了使學生便于理解振蕩電路起振過程，在仿真中加入可調電阻R5，仿真過程中改變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、輸出矩形波等過渡過程。從仿真結果圖2（b）可以直接觀察出在實驗室難以觀察的起振過程，加深學生對振蕩電路的理解。

三、結束語

在課堂教學中加入仿真軟件，一方面可以使學生更容易學習生澀難懂的理論知識，幫助學生掌握各種儀器的基本使用及電路參數(shù)的測試方法，另一方面還可以提高學生的學習興趣。我校在最近幾年的電子技術教學改革中，首先增加了實驗仿真，學生反映較好。而后又在學時不變的情況下，在課堂教學中隨時加入仿真，經(jīng)過實踐，這種教學方法取得的教學效果較好，值得推廣。

參考文獻：

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[7]孫英，邢慶國，傅仲文.電子技術課程中多途徑培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力[J].河北工業(yè)大學成人教育學院學報，2009，24（2）：17-19.

[8]黃培根，任清褒.Multisim10計算機虛擬仿真實驗室[M].北京：電子工業(yè)出版社，2008.

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關鍵字：Mulitsim10；24S籃球倒計時器；BCD碼

中圖分類號：G420 文獻標識碼：A 文章編號：1673-9795（2013）06（b）-0000-00

0.引言

數(shù)字電子技術課程是電子、通信、計算機、數(shù)控等相關專業(yè)的重要技術基礎課，強調集成電路設計方法和分析方法的研究，并且該課程具有非常強的實踐性。在教學和實踐中引入基于Multisim10的虛擬仿真軟件，理解數(shù)字電子技術理論，設計數(shù)字電路都具有著非常重要的作用。Multisim10軟件的應用可以有效地輔助數(shù)字電子技術理論教學、補充實驗設備不足、提高課程設計質量、節(jié)約教學成本。

將Mulitisim10軟件與數(shù)字電路實驗結合起來，鼓勵學生利用仿真軟件建立一個虛擬實驗室進行虛擬實驗，幫助學生更好的完成實驗。現(xiàn)在以Multisim10仿真軟件為平臺，通過實施具體的實踐項目，提高學生的學習興趣，并調動學生們的積極性。本文以籃球24S倒計時器實驗項目為例，介紹了Multisim10仿真軟件在數(shù)字電子技術實驗中的應用。

1.實驗項目各模塊的設計

籃球24S倒計時器電路主要包括兩大部分，一部分是秒信號發(fā)生器，另一部分是BCD碼24進制減法計數(shù)器。為了達到更好的視覺效果，電路中加入顯示電路。下面對電路中主要模塊的仿真分別進行描述。

2.秒信號發(fā)生器

秒信號發(fā)生器采用555定時器構成的多諧振蕩器，該電路是一種比較典型的秒脈沖發(fā)生電路，它具有電路簡單，性能可靠，信號精準的特點。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實現(xiàn)脈沖波形的產(chǎn)生，可以通過調節(jié)充放電回路中的電位器Rw，來調整脈沖波形的周期，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，有助于調節(jié)秒信號。Multisim10仿真軟件中，提供的安捷倫示波器十分逼真，如同操作真實示波器一樣，可以很輕而易舉的在計算機上進行操作。在仿真操作過程中，不僅大大增強學生對儀器的熟悉程度，還節(jié)約了教學成本，避免了外界條件對實驗操作的制約。

3.BCD碼24進制減法計數(shù)器

8421BCD碼24進制遞減計數(shù)器是由74LS192構成的。 24進制遞減計數(shù)器的預置數(shù)為N=（0010 0100）8421BCD=（24）D。它的技術原理是，每當?shù)臀挥嫈?shù)器的端產(chǎn)生負跳變借位脈沖時，高位計數(shù)器減1計數(shù)。當高、低位計數(shù)器處于全0，同時在CPD=0時，置數(shù)端，計數(shù)器完成并行置數(shù)。

該電路的工作過程是按下J1啟動/停止按鍵，將計數(shù)器置數(shù)成24，倒計數(shù)開始。當計數(shù)器減到0時，高位計數(shù)器產(chǎn)生借位信號時，將屏蔽計數(shù)器的脈沖，從而計數(shù)器停止計數(shù)。圖2為計數(shù)器電路及計數(shù)器輸出波形。該仿真電路由虛擬儀器中的字發(fā)生器提供計數(shù)脈沖，并通過邏輯分析儀來觀察輸出觀測輸出波形。

4.參考電路

秒信號發(fā)生電路替代字發(fā)生器，計數(shù)器的輸出通過數(shù)碼管顯示計數(shù)值，就可以構成簡單的籃球24S倒計時器。

5.結論

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。對于數(shù)字電路實驗，仿真方式開辟了新的設計渠道。該仿真方式對于驗證電路的原理，開發(fā)和設計電路極為方便，同時具有極大的靈活性。學生可以輕松的更換器件，調用儀器，觀察波形，不受時間、地點、器件和設備的限制，隨時隨地地進行仿真實驗。加強了學生計算機應用能力、實際操作能力的培養(yǎng)，有提高了學生的綜合設計能力，培養(yǎng)了學生的創(chuàng)造性思維。

參考文獻：

[1] 謝自美.電路線路設計.實驗測試（二版）.武漢.華中科技大學出版社。2000.

[2] 李世雄，丁康源.數(shù)字集成技術教程.北京：高等教育出版社.1993

[3] 楊志忠.數(shù)字基礎：數(shù)字部分.北京.中國電力工業(yè)出版社.1999

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【關鍵詞】 Multisim 仿真 教學應用

1 問題的提出

在以往單一的教學中，教師只是把書本上的知識總結歸納地講給學生，從學生的角度分析，技校的學生思想比較活躍，但基礎知識相對比較差，再加上電路分析本身就是一個很抽象的學科，這就使學生在學習電路分析的時候感到有一定的困難，從而對學習沒有興趣，成績自然就不好。那么，如何盡快地培養(yǎng)出滿足市場需要的電工電子技能型人才成為教學工作者必須研究的問題。

由于在電子電工實驗和實習操作中，我們需要很多相關的實驗儀器，其中有些儀表儀器價錢比較昂貴，操作起來也比較復雜，若在實驗和實習中完全依賴這些昂貴的儀器進行實做訓練，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新方法。

運用Multisim仿真系統(tǒng)教學是解決這一問題的重要途徑。它既能解決學生實習時不熟悉儀表操作的問題，又可以大大提高學生的學習興趣，還能提高學生的電子電路設計的能力，使課堂的實驗演示更加靈活方便。

2 電子設計軟件教學模式的確定

職業(yè)技術教育的電子電工技術應用專業(yè)的職業(yè)培訓是使學生獲得電子電工應用專業(yè)職業(yè)技能，既能適應現(xiàn)有的社會傳統(tǒng)的電工電子專業(yè)的需要，也可以參與新項目的研究和開發(fā)。為此，我們需要建立一整套適應教學和市場需要的培養(yǎng)體系，使技校的學生除了動手能力、實踐能力很強以外，參與新技術研究的能力也得到提高。

電工電子軟件的應用技術教學模式應當是將傳統(tǒng)的教學模式與新的多媒體教學模式相結合，使學生在掌握書本上的科學知識和專業(yè)知識的同時與實踐相結合，更能從學生直觀地角度來闡述難懂得知識。從另一個方面來說，給一些學習較好的同學一個電子設計的平臺，從而能得到更好地鍛煉。

3 Multisim仿真系統(tǒng)在教學中的應用

3.1 Multisim仿真系統(tǒng)的選用。我們選用了Multisim2001，它是一個用于電路設計和仿真的EDA工具軟件。Multisim2001與EWB相比在功能上有了較大的改進，提供了標準的實際元（器）件庫、RF庫、功能強大品種齊全的仿真儀器和能滿足各種需求的分析方法。Multisim2001的開放式元件庫和仿真結果的輸出，可與多種EDA軟件匹配。其本身也是一個完整的系統(tǒng)設計工具，結合Spice、VHDL、Verilog可對模擬、數(shù)字和RF電路進行仿真。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”等課程的仿真設計平臺。使電工、電子技術理論課的教學更加生動活潑，課堂實驗演示更加靈活方便。

3.2 Multisim仿真系統(tǒng)在電工電子教學中的應用。

3.2.1 在電路分析中的應用。在電路分析中，戴維南定理一個非常重要的內容，但是，它對于技校的學生來說又是一個十分難理解的解題方法。在理論知識掌握了一定程度以后，我們用Multisim仿真系統(tǒng)軟件來驗證，會讓學生更好理解定理、方法的應用，在Multisim中用萬用表分別測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，使計算簡單化。

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，熟悉在Multisim中選取元件、連接電路、表頭測量的基本操作過程。

圖1-1 戴維南定理應用電路

基本操作：①從元器件庫中選取電壓源和電阻，創(chuàng)建圖1-1所示電路。②啟動Place菜單中的Place Junction命令，再啟動Place中的Place Text命令，在需要添加端點的位置上點擊鼠標，輸入文字A、B。從右邊儀表庫中選出數(shù)字萬用表（Multimeter），并接至端點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”。啟動仿真開關，萬用表讀數(shù)為8.0V，如圖1-3所示，此為A、B兩端的開路電壓。

圖1-2 測量開路電壓和短路電流

圖1-3 圖1-4

③仍將萬用表接至A、B兩端，在面板上選擇“A”和“DC”，啟動仿真開關，萬用表讀數(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。

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

3.2.2 Multisim在電子線路中的應用。在模擬電子線路分析與設計過程中，經(jīng)常需要選擇合適元器件。如果在設計過程中，每換一個元件就進行一次測量，則工作量非常大。利用Multisim提供的大量的仿真分析法，可以為電路設計提供許多有效的方法。

例如：單級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，需要設置合適的靜態(tài)工作點，靜態(tài)工作點過高或過低，都會影起信號的失真。通過改變放大電路的偏置電壓，可以獲得合適的靜態(tài)工作點。

單級共射放大電路是一個低頻、小信號放大電路。當輸入信號的幅度過大時，即便有了合適的靜態(tài)工作點，同樣會出現(xiàn)失真。改變輸入信號的幅值即可測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Multisim仿真系統(tǒng)軟件，為放大電路選擇合適的靜態(tài)工作點，以及如何利用系統(tǒng)軟件測量放大電路的性能參數(shù)。

3.2.3 靜態(tài)工作點的設置。創(chuàng)建如圖2-1所示電路，運行仿真開關，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，工作點上移，輸出波形出現(xiàn)了飽和失真。

圖2-1 單級共射放大電路

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，使工作點下移。如果工作點偏低，會引起截止失真，消除的方法是：減小基極電阻，以增大基極電流，使工作點上移。

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

圖2-4 仿真分析點

3.2.4 輸入信號的變化對方法電路輸出的影響?，F(xiàn)在我們相應的改變輸入信號V1，將輸入信號幅值變?yōu)?mV時，測得的波形如圖2-5所示。再分別改變?yōu)?5mV、20mV時，都有相應的失真，輸出波形上寬下窄，當輸入信號幅值改為21mV時，波形嚴重失真，如圖2-6所示。因此說明，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放大，當輸入信號太大時，會出現(xiàn)非線性失真。

圖2-5改變輸入時的輸出波形

圖2-6改變輸入時的輸出波形

3.2.5 測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)字萬用表對它們進行測量。

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

3.2.5.2 測量輸入電阻。如圖2-7所示，將萬用表接入電路中。運行仿真開關，可從電壓表XMM2和電流表XMM1上讀取數(shù)據(jù)，則Rif=Ui/Ii，測得頻率為1kHz時的輸入電阻。

圖2-7 輸入電阻測試電路

3.2.5.3 測量輸出電阻。根據(jù)輸出電阻計算方法，將負載開路，信號源短路，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，測得頻率為1kHz時的輸入電阻。

圖2-8 輸出電阻測試電路

4 Multisim仿真系統(tǒng)的應用效果、存在的問題及解決的方法

通過以上舉例分析，Multisim仿真系統(tǒng)軟件無論在教師教學中還是在學生的學習過程中都很方便，在引入仿真教學之前，教師只是僅限于書本上的知識，而學生對這些枯燥的知識沒有學習興趣，既影響了教師的教學效果，也影響學生的學習效果。引入Multisim仿真系統(tǒng)之后，學生可以直觀的分析電路，使學生的學習主動性與積極性大為提高。另外，在技能訓練中，可以激發(fā)學生的動手、動腦能力，大大節(jié)約了實習訓練成本。

當然，軟件的應用也會存在一些問題，比如仿真出來的一些曲線可能和以往見到的不太一樣，學生存在對比，以至于混淆；軟件對學生英文水平也是一個大的挑戰(zhàn)，等等。這就要求教師要正確的引導和指導學生，彌補軟件教學的不足。

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

參考文獻

1 蔣卓勤等.Multisim2001及其在電子設計中的應用.西安電子科技大學出版社

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關鍵詞： 電子與信息技術 電子實驗 電路仿真 教學實例

電子技術基礎是中等職業(yè)學校電子與信息技術專業(yè)最重要的專業(yè)基礎課程，也是一門實踐性很強的課程。該課程專業(yè)性強，教師的教和學生的學都存在一定難度，特別是實驗條件差、學生基礎差的學校更是如此。采用電路仿真軟件輔助教學，使抽象的理論直觀化、形象化，使實驗與理論得到了有機結合，可以把教師和學生從傳統(tǒng)的教學模式中解放出來，使學生充分發(fā)揮主觀能動性，主動參與到教學中，大大提高教學效率。

一、電子與信息技術專業(yè)實驗課程教學現(xiàn)狀

電子線路是一門較為抽象的理論型課程。學習電路理論時必須理論聯(lián)系實際，抓好教學實驗環(huán)節(jié)，讓學生根據(jù)自己的實際情況，結合教學要求進行實驗操作，驗證所學的電路原理。但是，學生在實驗中出現(xiàn)的種種現(xiàn)象不盡如人意，暴露了傳統(tǒng)實物實驗的一些固有缺陷。

例如：電子技術基礎是中職學生入學后首先要學習的專業(yè)課程，學生不熟悉電路連接，還沒有掌握好錫焊技術，連接電路時極易出錯；電路連接錯誤，易造成電子元器件及測試儀器的損壞。學生不熟悉儀器操作也是造成儀器容易損壞的原因；實驗的元器件離散性大，環(huán)境變化引起的溫漂、干擾等因素會造成實驗數(shù)據(jù)偏差；傳統(tǒng)的電子技術實驗是以實物為主的，設備易磨損老化，需要定期更新；教學實驗室的設備配置與教學大綱的教學要求相對應，隨著教學要求的提高及電子技術的飛速發(fā)展，實驗設備的技術水平不斷提高，數(shù)量要有所增加，造成實驗經(jīng)費困難。

EWB正是一款能夠很好地解決上述問題的電子仿真實驗軟件，元器件庫儲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，儀器庫則有萬用表、示波器、信號發(fā)生器、掃頻儀、邏輯分析儀、數(shù)字信號發(fā)生器、邏輯轉換等儀器，接通開關就可以進行和實物實驗一樣的測試分析，非常適合電學的初學者使用，讓學生有置身于真實電路實驗室的感覺，在不知不覺中學習電子技術基礎知識，快速進入電子領域，從而激發(fā)興趣。同時，可以彌補實驗儀器、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過程更加靈活，各種信息通過文本、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的優(yōu)點

1.使課程內容直觀性增強，激發(fā)學生的學習興趣。

應用電路仿真軟件輔助教學，正是一體化教學模式的具體體現(xiàn)，把傳統(tǒng)的實驗搬到電腦屏幕上，將靜止的、紙上談兵的理論教學變成動態(tài)的、可視的一體化教學，增加了學生動手操作的機會，進一步激發(fā)了學生的學習興趣。

在傳統(tǒng)教學中，教師往往對著靜止的圖表很難將一些電路工作的動態(tài)過程講清楚，比如單管放大電路中靜態(tài)工作點調整引起的失真現(xiàn)象的教學。運用EWB仿真軟件，學生可以自己搭接電路、設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整靜態(tài)工作點引起輸出波形失真的變化過程。又如在振蕩電路的教學過程中，用常規(guī)的實驗手段雖能觀察到振蕩波形，但無法看到電路的起振過程。教師用口頭表述的方法向學生解釋這個過程，現(xiàn)在有了仿真軟件，就可以從虛擬示波器上看到這一過程，甚至可以使之停在起振過程中的某一時刻，進行觀察與分析。這樣，教與學效率都得到了極大提高。

2.安全、省時、省費用。

使用電路仿真軟件輔助教學，可以避免因電路接錯、工具使用等因素引起的安全問題。通常電子實驗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線、換元件，這項工作不僅費時而且易損壞元件。在電路仿真軟件中可以隨意更換元件或修改元件參數(shù)。教師只需用心設計實驗課題，而無需再準備實驗材料和設備、實驗中拼插、焊接實驗元器件、使用實驗設備、實驗后清點實驗材料，以及日常維護實驗器材等，大大加快了學生做實驗的速度。這些工作只需使用者輕輕點擊鼠標就可以完成，既節(jié)約時間、提高效率，又降低實驗成本。

3.有助于學生掌握相關專業(yè)軟件。

職業(yè)學校中非計算機專業(yè)的學生的計算機應用能力基礎還很薄弱。學生通過電路仿真軟件的學習和使用，不僅能加深對電路的認識、理解，而且有助于提高對計算機操作的熟練程度，加深對相關專業(yè)軟件的了解。老師精心設計實驗項目，學生在項目實施過程中，從元件庫的建立到項目的完稿、試運行到交付都自己完成。這樣，學生對電路仿真軟件的應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)代社會技術人才工作中得力的工具。

三、電路仿真軟件應用在電子技術教學中的效果

1.操作步驟簡單易用，過程真實。

在線測量時，測量的步驟、儀器的控制面板布局和儀器的操作、控制方法都與真實實驗相似。學生通過練習，能快速掌握實驗操作和儀器的使用，并在邊測試、邊修改、邊分析的過程中，很容易發(fā)現(xiàn)各元件參數(shù)對電路的作用與影響，將理論與實踐有機結合。

2.動態(tài)測試一致性好，結果真實。

電路仿真軟件可讓操作者隨意更換電路元件、設置元件參數(shù)，并作動態(tài)測試。其測試數(shù)值與理論計算值具有很強的一致性。

四、使用電路仿真軟件存在的問題

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驗教學的方便之路，為學生提供了一個廣闊的活動舞臺，對開展素質教育大有益處。誠然，EWB軟件功能非常強大，它可以取代《電子技術》的部分實驗課程，且已成為課堂教學的一種輔助形式，但它畢竟是一個模擬系統(tǒng)，不能完全代替電子實習訓練。在使用過程中存在一些問題。

1.仿真實驗并不能完全代替實物實驗，諸如元件的插接工藝、焊點的質量、電烙鐵的使用等方面的技能在電路仿真軟件中無法學習，必須經(jīng)過反復實踐訓練。一味追求仿真，只能走入一個新的誤區(qū)。

2.不是所有實驗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，需要通過刻度讀數(shù)。如果這樣的實驗用電路仿真軟件教學，學生就無法掌握儀表的接線和讀數(shù)方法，對教學產(chǎn)生一定的影響。

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近年來我國制造業(yè)不斷發(fā)展，各行各業(yè)對高水平應用型技術人才的需求在逐年增長，為滿足實驗、實訓教學要求，高校勢必需要投入大量資金購置設備，而且本科類學生實踐能力較弱，若直接在真實機床上進行操作，極容易其引起撞刀事故[1]。將數(shù)控仿真技術應用于實驗教學中，可使學生通過仿真掌握數(shù)控加工的整個工藝流程后再進行實踐操作，可以取得較好的教學效果。本文針對一種典型零件的加工為例，介紹數(shù)控銑仿真技術在實驗教學中的實際應用。

1 典型零件結構分析

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及凸臺圓角、H形凹槽、三個深孔和一個腰型槽。

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

對于橢圓凸臺和凸臺倒角，且凸臺厚度為15mm；H形凹槽厚度為5mm，若采用手工編程的形式進行加工，不僅要計算關鍵點坐標，還需要用到宏程序對橢圓軌跡、凸臺軌跡和厚度增量進行編程，缺乏實際操作經(jīng)驗者或初學者難以掌握。若運用軟件建立零件三維模型，并對三維模型自動編程，生成NC代碼直接傳送到數(shù)控機床進行加工，則省去人工用宏程序編程和坐標點計算的難題，學生也容易掌握。

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，但UG軟件的綜合功能是最強大的[2，3]，本次選用的UG10.0進行操作。

上述零件僅有凸臺、凹槽和孔，因此在UG10.0草圖中，按照對應尺寸建立主視圖的草圖模型，然后對各特征進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）通過對上述零件結構及尺寸分析可知，內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的平底銑刀對內外輪廓開粗，和對外輪廓精加工；選用直徑為5mm的平底銑刀對內輪廓進行精加工；選用直徑為8mm的鉆頭進行鉆孔。因此，創(chuàng)建刀具，并將工件坐標系設置在頂部中心位置。

（2）銑削策略選用“使用邊界面銑削”，創(chuàng)建工序名稱為“外形開粗”，設置刀具為10mm銑刀，幾何體為WORKPIECE，指定面邊界為凸臺底面外圓端面，切削模式為“跟隨部件”，毛坯距離設置為15mm，每刀切削深度為2mm，最終底面余量為0.5mm。切削參數(shù)中：余量選項卡的部件余量設置為0.5mm，拐角的“凸角”選項設置為“延伸”，連接的“開放刀路”設置為“變換切削方向”。轉速設置為“3000r/min”，進給設置為“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)建橢圓凸臺精加工程序，在精加工中遵循“先光底再光側，光底要留側，光側要留底”的原則，需要先做底面精加工程序，在參數(shù)設置中，需要將每刀切削深度修改為“0”，最終底面余量修改為“0”，部件余量設置為“0.5mm”，并生成刀具路徑；然后再創(chuàng)建橢圓凸臺側面精加工程序，參數(shù)設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”，部件余量設置為“0”。

（4）運用同樣的加工策略，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)建凸臺圓角的加工刀具路徑。

（6）使用鉆孔策略創(chuàng)建三個Φ8孔的加工路徑。

2.3 刀具路徑仿真及NC代碼生成

通過2.2的策略設置可生成該零件所有輪廓刀具路徑，選中所有加工策略，點擊“確認刀軌”，選擇“3D動態(tài)仿真”將動畫速度調慢，可以觀察到刀具路徑仿真過程及加工完成后的零件狀態(tài)。

若刀具路徑仿真沒有出現(xiàn)報警，則可進行NC代碼的生成。選中所有刀具路徑策略，右擊“后處理”，設置對應的機床系統(tǒng)即可生成如圖3所示的零件NC代碼。

3 斯沃數(shù)控軟件中的仿真加工

NC代碼生成以后，為了驗證程序的正確性和檢查加工過程中有無碰撞和過切，我們可以將其加載到斯沃仿真軟件中進行三維實體仿真[4]。首先創(chuàng)建毛坯，由于軟件中沒有設置三抓卡盤作為夾具，模擬過程中用臺虎鉗裝夾，然后將生成的NC代碼加載到斯沃軟件中，設置對刀參數(shù)，按下循環(huán)啟動進行模擬加工。模擬加工若無問題，則可將NC代碼直接傳送至數(shù)控機床進行實際加工。

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【關鍵詞】Multisim 供配電技術 課程教學 應用

【中圖分類號】 G 【文獻標識碼】A

【文章編號】0450-9889（2014）03C-0179-03

一、傳統(tǒng)式的教學方法及效果分析

傳統(tǒng)式的教學方法，一般采用以下基本程序：復習舊課―激發(fā)學習動機―講授新課―鞏固練習―檢查評價―間隔性復習。這種以教師為主導的教學方法，其教學效果受到很多因素的制約，一是教師的專業(yè)技術水平，二是教師的語言表達能力，三是授課對象注意力的集中程度。而在上述三種因素中，最不穩(wěn)定的是授課對象的注意力，不僅控制難度大，而且對教學效果也是最具“破壞力”的因素，尤其在信息化快速發(fā)展的今天，人們獲取知識的途徑已經(jīng)顯現(xiàn)多樣化，過去那種“跟著老師在課堂上學”的教學方法也將受到前所未有的沖擊。面對自我意識更強的授課對象群，在知識的傳授過程中，如果還把學生當做被動的接受者，結果只會增加學生的逆反心理，不利于激發(fā)學生的學習積極性、主動性和創(chuàng)造性。

供配電技術是一門融理論性、工程性和實踐性于一體的專業(yè)技術課程，該課程主要面向的職業(yè)崗位群有三大類：一是變電所（站）值班員與維護員、供配電設備檢修員與設備管理員；二是建筑配電系統(tǒng)設計員與安裝員；三是供配電設備制造所需要的工藝員、檢查員、維護員、調試員等。按崗位目標的要求和教學的目的，不僅要使學生明白“為什么”，而且要教會學生“怎么做”，實現(xiàn)教、學、做一體。然而，要實現(xiàn)這個教學目標，僅有好的師資隊伍是不夠的，還需要相對完善的實訓設備系統(tǒng)來支撐。

任何事物的發(fā)展都要經(jīng)歷一個逐漸成長的過程，實訓基地的建設也不例外，在實驗實訓設備不足的情況下，如何才能最大程度地提高教學質量？引入現(xiàn)代教育技術輔助教學，是一個不錯的選擇。

二、Multisim強電仿真功能的開發(fā)

Multisim是一款電子應用仿真軟件，它具有強大的元件庫功能，通過對其中機電元件庫功能的開發(fā)，實現(xiàn)了Multisim在強電環(huán)境下的仿真應用。下面以“功率因數(shù)測試與無功功率補償”為實驗項目，介紹具體電路的設計與仿真運行的方法。

（一）實驗模型的設計

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

圖1 車間變電所電氣系統(tǒng)圖

2.中性點運行方式。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荷供電的要求，采用中性點直接接地的運行方式，輸出模式為典型的“三相四線制”，即三個相線和一個中性線，也稱為N線或PN線。

3.主要技術指標。（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)結組標號為Dyn0。（4）負載配置：三相異步電動機2臺，單相照明設備3組，額定功率3×1000W，分別接于三相四線制的U、V、W相上，未接補償電容器時系統(tǒng)總的功率為117KW。（5）補償前系統(tǒng)高壓側的功率因數(shù)為0.817，補償后高壓側的功率因數(shù)≥0.9。（6）無功功率補償選擇并聯(lián)電容器法，電容器的采用連接，補償裝置的接入點為變壓器低壓母線。

（二）仿真電路的設計

仿真軟件的版本為Multisim9，設計內容：車間變電所“功率因數(shù)測試與無功功率補償”電路。設計的步驟如下：

1.仿真元件的創(chuàng)建與選擇。從仿真元件庫中選擇元件，是Multisim仿真電路設計的第一步，只有選擇與供配電系統(tǒng)相匹配的仿真元件，才能實現(xiàn)相應的仿真功能。

（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計，關鍵的問題是解決三相變壓器元件的創(chuàng)建及參數(shù)的設置，因為在Multisim9現(xiàn)有的元件庫中無法找到符合車間變電所需要的電力變壓器的元件模型，本設計方案利用元件庫里現(xiàn)有的虛擬變壓器進行組裝。具體做法是：將3個變壓器的一次繞組6個接頭按照頭尾相接（注意變壓器的同名端）的原則接成，再從三角形的3個頂點各引出一根線，分別與三相交流電源的三個相線相接；將3個變壓器的二次繞組的6個接頭接成星形，即將3個變壓器的二次繞組的3個異名端連接在一起，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個同名端各引出一根線作為車間供配電系統(tǒng)3個相線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，可直接從電源庫中選擇，方法是在元件工具欄里找到電源庫的圖標，雙擊打開該元件庫，選擇信號電壓源即可，如圖2的V1所示。其余電路元件可從Multisim9相應的元件庫中查找。

2.元件參數(shù)的設置。對于車間變電所“功率因數(shù)測試及無功功率補償”的仿真電路來說，對仿真運行影響較大的元器件是三相變壓器和10KV交流電源，參數(shù)設置方法如下：

（1）三相變壓器的參數(shù)設置。本設計所選擇的變壓器，是由元件庫里虛擬的單相變壓器組裝而成，其特點是各相磁路獨立，因此，對每個單相變壓器的參數(shù)設置要完全相同。首先，確定變壓器的變壓比。根據(jù)國家標準GB156-1993《電壓標準》規(guī)定，車間變電所高壓側的額定電壓10KV，低壓側的額定電壓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100KV.A的全密封式三相變壓器為例，其型號：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磁電阻Rm：

（3）

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

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

（4）

因此對信號源參數(shù)設置為： “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系，合理調整元件的布局，并將電路接通，如圖3所示。

圖3 車間變電所“功率因數(shù)測試及無功功率補償”仿真電路圖

（三）仿真運行

1.補償電容器組接入前的仿真運行。車間變電所“功率因數(shù)測試及無功功率補償”仿真電路圖如圖3所示。仿真運行時，先閉合出線斷路器S2，后合高壓斷路器S1，此時，照明燈X1、X2、X3被點亮，各電壓、電流表相繼顯示各線路的額定電壓及負載電流值。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 無補償?shù)墓β屎凸β室驍?shù)

2.系統(tǒng)無功功率補償量的計算。從圖4所示的測試結果可知，未接入電容補償裝置前功率因數(shù)只有0.817，不符合我國電業(yè)部門規(guī)定的≥0.9的要求，因此，需要對該系統(tǒng)進行無功功率的補償，補償?shù)姆椒ú捎迷诘蛪耗妇€并接電容器的方法。

（1）無功功率補償量的計算。無功功率補償量用Qc表示，考慮到變壓器的無功功率的損耗遠大于有功功率的損耗，因此，在變壓器低壓側補償時，低壓補償后功率因數(shù)應略高于0.9，本設計方案按0.95計算。

（5）

取整數(shù)。

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

（6）

那么單相無功功率補償量為（電容器C=1μF時）：

（7）

需要并聯(lián)電容器的總容量：

（8）

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

3.補償電容器接入后的仿真運行。在補償電容器接入前仿真運行的基礎上，依次閉合S3和S4，將補償電容器接入系統(tǒng)，此時測試的數(shù)據(jù)即為補償后有功功率和功率因數(shù)，雙擊圖3所示的功率表XWM1，即可顯示所測試的結果，如圖5所示。

圖5 補償后的功率和功率因數(shù)

從測試結果可以看出，并接電容補償裝置后的功率因數(shù)達到0.923，基本滿足了設計要求。在功率因數(shù)提高的同時，系統(tǒng)的有功功率也由原來的117.326KW增加到133.975KW，這是由于變壓器的無功功率損耗所造成的。

三、教學過程的設計與課時安排

教學過程的設計，以創(chuàng)設真實的工作情景為指導，以完成車間變電所“功率因數(shù)測試與無功功率補償”仿真電路的設計與運行為主線，通過讓學生親自參與項目的實驗，達到“做中學”的教學目的。

基于Multisim“功率因數(shù)測試與無功功率補償”電路設計及仿真運行的成功，為Multisim在供配電技術實驗教學中的應用打下了良好的基礎。利用現(xiàn)代仿真技術開展輔助教學，模擬真實的供配電系統(tǒng)，將復雜、抽象的理論問題，通過仿真實驗進行直觀、形象化的教學，既有效激勵了學生的求知欲望，更重要的是通過讓其參與仿真實驗，學到了許多分析和解決問題的方法。

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