Proteus仿真软件在三相交流电路教学中的应用探索.pdf
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1、116|电子制作2023 年 7 月科技论坛Proteus 仿真软件在三相交流电路教学中的应用探索 宫亚梅,陈兴业,李洪达,王二化(常州信息职业技术学院 智能装备学院,江苏常州,213164)基金项目:2022年江苏省高职院校教师专业带头人高端研修(团队访学)项目(2022TDFX001);常州信息职业技术学院课程思政(含劳动教育)示范建设项目(SG020101010161)。摘要:本文首先基于三相交流电路教学的现状,提出了三相交流电路教学迫在眉睫必须要改革的必要性;其次,从四个方面阐述了仿真软件引入三相交流电路教学改革的缘由;接着,通过三相交流电的波形特征、三相交流电的输出电压测试、负载星型
2、连接的电压特征、负载三角型连接的电压特征4个知识模块的举例探索Proteus仿真软件在三相交流电路教学中的应用过程;最后,总结了Proteus仿真软件引入教学改革的效果。关键词:Proteus仿真;电工学;三相交流电路 0 引言三相交流电路作为工业企业及生产生活中广泛应用的电路形式,非常有必要让学生正确掌握它的工作原理和特征,因此在电工学课程体系中将该部分知识列为教学的重点内容。另一方面,从知识点的横向比较来分析,三相交流电路相对于直流电路、单相交流电路而言,特征多而且复杂,理论更抽象、更晦涩,对于初学者而言理解起来相当困难,因此它也是教学中的难点。这部分知识如果老师仅仅是照本宣科理论讲解,对
3、于学生来讲被动接受,难以做到理解深入,概念清晰,不利于知识的真正吸收。因此,为了弥补在教学过程中纯理论学习的动力不足,效果不佳,迫切地需要寻求借助其他手段或资源,与理论教学二者相辅相成一起用于三相电路的重点和难点的实施,让学生学起来不再枯燥、容易理解。目前,随着教学改革的不断深入,越来越多新的教学手段和模式用于课堂实施,并取得了很好的成效1-3。1 仿真软件引入教学改革的缘由随着科学技术的发展,许多计算机辅助分析与设计软件应运而生,也逐渐成为辅助教学的重要手段2,68。在三相交流电路教学中引入仿真软件,第一,考虑到三相交流电路的电压高,危险性大,直接在实验室演示或者操作难度比较大,而且不安全,
4、应用软件仿真,是安全、可靠的。第二,针对关键问题难理解,长时间听不懂,学生容易失去听课兴趣,通过引入互动性强的仿真软件,学生在整个学习过程中会保持较集中的注意力,提高学习的积极性。第三,软件仿真过程中根据需要可以随时调整电路参数、结构、设计方案,直观、逼真的现象以及精确、误差小的测量数据,帮助学生轻松熟悉三相电路的特征、加深电路理论的理解,提高学习效率。第四,因仿真软件运行的实现只需要一台电脑,不仅易于在课堂中实施,在课外学生也可以不受时间和空间限制多次重复课内的操作内容,还可以根据自己的思考尝试重新设计新的电路来测试新功能和新要求,增加成就感,为学生的创新能力培养提供了便捷的平台和手段45。
5、2 Proteus 在三相交流电路中应用方案实施在众多仿真软件中选择 Proteus,是因为它应用的广泛性和综合性,不仅可以绘制电路原理图,还可以绘制PCB图,而且可以加载程序进行软硬件的联调。借助 Proteus 仿真软件辅助三相交流电路教学,考虑的关键问题是针对某一知识点如何设计恰当的电路完成特征显示和数据测量,不仅通过仿真的结果帮助学生掌握基本概念和基本电路知识,而且通过测试电路的巧妙设计传达给学生具备扎实电路设计技能的必要性,从理论和实践两方面让学生明白学好本门课程的重要性。下面从四个知识模块来探讨应用实施过程。2.1 三相交流电的波形特征三相交流电是三个单相交流信号的组合,要想正确掌
6、握其三个单相彼此特殊的关系,必须通过可视化的仪器观察三相输出的波形,从而根据波形去比对它们实际的联系,因此,设计电路的思路就是把三相交流电产生的三路电信号送入示波器不同的通道同步显示,这样三路信号的大小关系、频率关系、相位关系就会一目了然地呈现在示波器的屏幕上。具体的实施步骤如下:首先,从软件元器件库中选择组成测试电路的元器 件:三 相 电 源 V3PHASE、接 地 GROUND、示 波 器OSCILLOSCOPE,搭建电路如图 1 所示,三相电源的三根相线 L1、L2、L3 与示波器 ABC 通道分别相连,中线与接地相连;然后,双击三相电源,如图 2 所示,将参数Amplitudemode
7、 选择为 Rms 模式,其他均为默认值;最后,点击仿真运行按钮,测试电路开始工作,示波器窗口弹出,如图 3 所示,调整 D 通道到 OFF 挡关闭显示,调整ABC三通道纵向幅值以及横向周期显示的粗调和细调旋钮,wwwele169com|117科技论坛使得三路波形在屏幕上同步显示 1 个周期完整波形。观察三个单相波形:(a)三个波形纵向格子数均为相同的 12 格,右侧 ABC 通道标尺显示纵向每个格子均为 50V,因此幅值相同;(b)三个波形横向一个周期所占横向格子数相同为 20格,因此周期(或频率)相同;(c)三个波形波峰相差 6.6格,也就是一个周期的 1/3(20/3 格),即相位彼此相差
8、120。综上所述,三个单相幅值相同、频率相同、相位互差 120,这也就是三相交流电的特征。软件仿真过程中波形显示特征具体直观,给学生留下深刻的印象,掌握起来轻松不抽象。图 1三相波形显示电路 2.2 三相交流电的输出电压测试三相交流电最常用的是三相四线制的供电系统,有三根相线 L1、L2、L3 和一根中线 N,这些电压怎么用,输出是多大,需要设计的电路是能够用电压表逐个测量显示,并与我们常识中的市电 220V 和工业用电 380V 进行联系,具体的实施步骤如下:(1)相电压的测试首 先,选 择 组 成 测 试 电 路 的 元 器 件:三 相 电 源V3PHASE(参数设置同图 2)、接地 GR
9、OUND、交流电压表 ACVOLTMETER 和单刀三掷开关 SW-ROT-3,搭建电路如图 4 所示,单刀三掷开关的单刀端与电压表一端相连,三掷端分别与三根相线相连,电压表另一端与中线和接地连接,通过切换开关三掷端可以依次将电压表连接在相线 L1(或 L2 或 L3)和中线之间,也就是测量三相交流电源的三个相电压;接着,点击仿真运行按钮,如图 5 所示,当开关拨到最上方,测量的是 L1-中线之间的相电压,此时电压表测量值为 220V,这也是目前所用市电的电压值,依次向下切换开关可以测量 L2-中线和 L3-中线之间的电压,操作和显示与测试 L1 和中线方法相似,这里不再赘述。在软件仿真过程中
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