【摘要】利用PSIM进行电力电子教学通常采用建模仿真、观察波形的方法，但是这些方法还具有一定的局限性。PSIM提供了一些重要功能以便于增强与用户之间的交互性，本文对PSIM的几个重要功能进行仿真分析，并将其引入到电力电子技术课程的理论和实践教学。实践证明，该方法能有效激发学生的学习兴趣，对于丰富教学手段、提高教学质量非常有效。
【关键词】PSIM；电力电子技术；仿真平台；参数扫描；示波器
现代计算机仿真技术为电力电子电路或系统的研究与设计提供了崭新途径，使复杂的分析和设计过程变得更加简单有效。同时也为高校特别是高职院校相关专业课程的教学提供了新的思路，不仅可以帮助同学们理解知识要点，提高学生学习的趣味性和积极性，还可以成为理论和实践教学环节有益的补充[1-2]。
1、基于PSIM的电力电子技术仿真平台
PSIM是一款专为电力电子和电机控制系统设计的仿真软件，因其仿真速度快、用户界面友好、交互性强、简单易学等特点，为电力电子技术、模拟与数字控制以及电机控制系统设计提供了强大而高效仿真平台。PSIM作为电力电子技术领域仿真速度最快的软件之一，在全世界范围内60多个国家的高校、大型企业、研究机构得到了广泛的应用。此外，PSIM作为优秀的开放式仿真平台，还可以与第三方软件进行联合仿真，为用户提供了更加高效的仿真环境[2]。PSIM软件仿真元件库拥有丰富的元器件模型，可以进行任意电路级和系统级电力变换电路的建模仿真。其附加的各仿真包为电力电子技术及其它专业课程的教学和研究提供了强有力的工具。此外，PSIM官方网站提供了免费试用的Demo版,虽然仿真元器件个数受到一定限制,但并不影响课程教学研究的需要。限于篇幅，本文仅介绍PSIM可以用于电力电子技术教学和研究的几个重要功能，如故障仿真功能以及示波器功能，并给出了仿真结果，而对于PSIM的基本使用方法及建模仿真步骤则不再赘述。
2、电路故障仿真功能
由于教材上介绍的通常是电路处于正常工作状态时的情况，同学们对正常工作状态容易理解。然而在实验过程中由于学生误操作或者是器件损坏等原因，常常得不到正常波形，导致学生很难判断故障原因。利用PSIM可以对典型故障情形进行建模仿真，便于学生深入理解电路工作原理，且不用担心损坏元器件或者出现安全隐患。因此，通过故障仿真教学可以提高学生对理论知识的理解，也可以让学生先做仿真再做物理实验，以达到提高实验效率的目的。在PSIM中进行故障设置的方法非常简单，只要选中相关元件，点击右键，选中Disable即可，该元件将变成灰色；若要恢复正常状态，使用相同的操作，选择Enable即可。限于篇幅，本文仅介绍某个晶闸管损坏或者脉冲丢失的情况。如图1(a)所示为单相桥式可控整流电路仿真模型，现假设VT2出现故障，则输出电压Vd的仿真波形如图1(b)所示，此时输出电压Vd的波形已变成单相半波可控整流的情况[3-5]。
3、PSIM中的虚拟示波器功能
3.1虚拟示波器简介
PSIM中的电压/电流测量模块(Voltage/Currentprobe)主要用于存储仿真结果，在SIMVIEW波形处理程序中实现波形显示和处理，这也是PSIM最常用的功能之一。除此之外，PSIM还提供了很强的用户交互功能，利用虚拟示波器即可允许用户在仿真过程中实时修改参数并观察仿真结果，极大的提升了与用户之间的交互能力。PSIM共提供了4种规格的示波器：1通道、2通道和4通道电压示波器以及电流示波器，示波器仿真模型如图2所示。电压示波器可以在Element->Other->Probes菜单下找到，电流示波器可通过鼠标右键点击需要显示电流波形的元件，并在CurrentScope中勾选相应的电流选项即可出现。
3.2虚拟示波器功能及参数设置
虚拟示波器的显示和操作界面与实际示波器非常相似，因此使用极为方便。现以两通道示波器为例：主要包括时基调节按钮，通道A和通道B幅度调节按钮，DC、AC、GND耦合功能选项也与实际示波器一样。时基刻度有us、ms、s三种时间基准，幅值刻度有mV和V两种基准。各操作按钮或选项的功能及特点如下：（1）时基选项（TimebaseScale），用于设定时间轴（x轴）的刻度。（2）通道选项（ChannelA和ChannelB），用于设定幅值轴（y轴）的刻度、偏移量以及波形颜色。DC、AC、GND耦合选项功能也与实际示波器相似，如果选择DC则显示完整波形，选择AC则只显示交流成分，选择GND则将波形置为零。（3）触发选项（Trigger），用于设置触发条件，有ON和OFF两个选项，如果选择OFF，则波形处于自由运行模式；如果选择ON，则必须满足触发条件时才开始显示波形。（4）自动定标选项（AutoScale），如果AutoScale选项勾选的话，则所有通道将自动调整到合适位置，以便将全部波形显示在可见区域。（5）与实际示波器一样，虚拟电压示波器所有通道只能测试对地电压。（6）对于电流示波器，它和元件是通过CurrentFlag联系起来的，如果要使用这项功能，只要右键点击相应元件，在CurrentScopes菜单下选择相应支路电流，如果该支路电流被选择，则其名称前面将显示一个“√”的标记。
3.3示波器仿真波形及分析
现以单相桥式可控整流电路仿真分析为例。在图1(a)仿真原理图中放置一个双通道电压示波器和一个电流示波器，并在开始仿真之前，将时钟形状的SimulationControl中FreeRun单选框选中。需要特别注意的是，由于示波器通道测的是对地电压，因此与实际示波器一样，需在接探头负极的相应位置放置一个接地符号，否则会因为失去参考点而不能得到正常的仿真波形。如图3（a）所示为负载电压ud波形以及采用间接法测出的负载电流波形（用电阻电压波形等效），如图3（b）所示为直接采用电流示波器测得的负载电流波形，只要选择合适的幅值刻度，两者波形是完全一致的。
4、结论
近几年实践教学证明，PSIM作为电力电子技术领域专用的仿真软件，以其仿真快速、用户界面友好、交互性强、简单易学的特点，特别适合于电力电子技术的理论和实践教学。结合高职学院电力电子技术专业的课程设置和实际教学情况，将PSIM引入电力电子技术的教学和研究，合理运用各种功能，对于丰富教学资源和教学手段，提高学生学习兴趣，提高教学效果均大有裨益[6]。此外，在电力电子技术课程中进行简单的培训后，绝大部分同学可以顺利的建立仿真模型并分析仿真结果。对于促进学生将自主性、研究性学习的理念贯穿到整个专业课程的教学，为后续专业课程的理解和消化吸收提供了有利的工具，具有很高的应用价值。
参考文献：
［1］王耀,吴艳萍,郑丹.基于PSIM仿真的电力电子课程设计［J］.实验技术与管理,2013,30(12):108-110.
［2］陈爽,段国艳.基于PSIM的电力电子技术教学初探［J］.四川工程职业技术学院学报,2013,29(4):66-69.
［3］PSIMuser’sguide(version9.0［)M］,PowersimInc,2009．
［4］洪武.PSIM在电力电子技术教学中的应用［J］.实验科学与技术,2009,7(1):37-38.
［5］王兆安,刘进军.电力电子技术(第五版)［M］.北京:机械工业出版杜,2013．
［6］罗如山,陈政石,刘美.基于PSIM的“电力电子技术”仿真教学研究［J］.中国电力教育,2012,38(27):85-86.
作者：陈爽 赖诚 范娟 单位：四川工程职业技术学院
