Оптимизация лабораторного практикума по электротехнике с применением системы MatLabSimulink

Размещено на http://www.allbest.ru/

Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева

Оптимизация лабораторного практикума по электротехнике с применением системы MatLabSimulink

К.С. Степанов, Н.Г. Панкова

Рассмотрены вопросы внедрения пакета имитационного моделирования MatlabSimulink в учебный процесс по электротехнике. Дана характеристика разработанных учебно-методических пособий по использованию вышеуказанного пакета для моделирования изучаемых процессов. электротехника моделирование учебный методический

Ключевые слова: внедрение информационных технологий в процесс обучения, имитационное моделирование, Simulink.

Роль информатизации в образовании показана разными авторами в различных работах [1]. На кафедре теоретической и общей электротехники (ТОЭ) образовательно-научного института электроэнергетики (ИНЭЛ) Нижегородского государственного технического университета (НГТУ) им. Р.Е.Алексеева опыт применения информационных технологий в процессе обучения насчитывает более 20 лет.

Создание математических моделей для анализа установившихся и нестационарных процессов в разветвленных электрическихцепях, устройствах преобразовательной техники и системах информационного назначения является неотъемлемой частью современного процесса обучения студентов электротехнических специальностей [2-4].

Математическое и имитационное моделирование позволяют исследовать электромагнитные процессы в электрических устройствах, оптимизировать их параметры и разработать предпочтительные алгоритмы управления [2,5].

Наиболее мощным средством имитационного моделирования электротехнических устройств, систем энергетики является программный пакет MatlabSimulink[4,5,6].

Данный пакет представляется студентам как новый инструмент для освоения основ электротехники (линейные и нелинейные цепи, магнитные цепи, переходные процессы в электрических цепях) и электроники (управляемые выпрямители, транзисторные усилители), углубленного изучения машинных методов анализа режимов электротехнических устройств (трансформаторы, двигатели постоянного и переменного тока, генераторы) [5,7,8].

На кафедре наряду с проведением физического эксперимента на лабораторных стендах разработана методика использования средств «виртуальной лаборатории» пакета имитационного моделирования Simulink интегрированной программы Matlab [9].

Применение данной программы при высокой степени наглядности позволяет расширить границы физического эксперимента.

Рациональное сочетание «виртуального» и «физического» экспериментов позволяет значительно расширить тематику лабораторных исследований по всем основным разделам электротехнических дисциплин.

На кафедре разработаны учебно-методические пособия по использованию вышеуказанного пакета для информационного сопровождения учебного процесса, где материал представлен последовательно, ясно и лаконично[9].

Разработанные учебно-методические пособия представляют собой специально организованную учебно-информационную и профессионально-ориентированную среду, и являются системой электронных средств поддержки обучения. Указанные пособия рассматривают технологии имитационного моделирования, начиная с относительно несложных цепей и заканчивая представлением о возможности имитационных моделей при анализе переходных процессов в электротехнических устройствах повышенного уровня сложности.

На рис.1 приведена схема исследования процессов в тиристорном регуляторе действующего значения тока, смоделированная в среде MatlabSimulink.

Рис. 1 Схема тиристорного регулятора действующего значения тока

На рис.2 приведены осциллограммы изменения параметров на различных участках электрической цепи.

Рис. 2 Осциллограммы сигналов на участках схемы

В качестве примера лабораторной работы по электромеханике на рис. 3 приведена структурная схема имитационной модели лабораторной установки для исследования двухобмоточного трёхфазного трансформатора (схема соединения обмоток Y/Y)[6, 8].

Рис. 3 Схема модели для исследования трансформатора

Модель содержит блоки, директория доступа к которым указана в скобках:

· ИП-регулируемыйпервичныйисточникпитания 3-Phase Sourse (Simulink Library Browser\SimPowerSystems\ Electrical Sources);

· «трансформаторА, трансформаторВ, трансформаторС» - модельтрансформатора, образованную как трехфазная группа однофазных трансформаторовSaturable Transformer (Simulink Library Browser\SimPowerSystems\Elements);

· блокмодель «нагрузка» - симметричнаяактивно-индуктивнаяRLнагрузка (Simulink Library Browser\SimPowerSystems\Elements\3-Phaze Parallel RLC Branch);

· блоки Bus Bar1, Bus Bar2, Bus Bar3, обеспечивающие соединение в электрический узел-нулевая точка первичной и вторичной обмоток, нулевая точка звезды нагрузки, соответственно(Simulink Library Browser\SimPowerSystems\Connectors);

· Комплект блоков для измерения:

- фазных действующих значений токов (I1ф, RMS1, DisplayI1ф), напряжений (V1ф, RMS3, DisplayV1ф), активной P1ф и реактивной Q1ф мощности (PQ1, Demux1, DisplayP1ф, DisplayQ1ф) на первичной стороне трансформатора;

- фазных действующих значений токов (I2ф, RMS2, DisplayI2ф), напряжений (V2ф, RMS4, DisplayV2ф), активной P2ф и реактивной Q2ф мощности (PQ2, Demux2, DisplayP2ф, DisplayQ2ф) на вторичной стороне трансформатора;

- мгновенных значений первичного линейного напряжения (V1л, Scope1), фазного напряжения на первичной обмотке, намагничивающего тока и магнитного потока трансформатора (Multimeter, Demux3, Scope).

Математические блоки обработки, измерения и регистрации сигналов в библиотеке находятся по адресам -SimulinkLibraryBrowser\Sinks,SimulinkLibraryBrowser\SimPowerSystems\Measurements и SimulinkLibraryBrowser\SimPowerSystems\ExtraLibrary\Measurements, директория доступа к блоку Demux-SimulinkLibraryBrowser\Simulink\SignalRouting,.

Литература

1. Бородина Н.А., Подопригора С.Я. Роль субъекта информатизации высшего образования в современной России. // Инженерный вестник Дона.2012. №1. URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n1y2012/640.

2. Панфилов Д.И. Электротехника и электроника в экспериментах и упражнениях. Лаборатория на компьютере/ Д.И. Панфилов, В.С. Иванов, И.Н. Чепурин. М.: Издательство МЭИ, 2004.Т.1. 302 с.; Т.2. -331 с.

3. Гультяев А.К.MATLAB 5.2. Имитационное моделирование в среде Matlab. СПб.: КОРОНА принт, 2000. 288 с.

4. Дьяконов В.П., Круглов В.Н. Математические пакеты расширения Matlab. Специальный справочник. СПб.: ПИТЕР, 2001. 448 с.

5. Черных И.В. Моделирование электротехнических устройств в MatLab, SimPowerSystems и Simulink. СПб.: ПИТЕР, 2001. 189 с.

6. Ong C.M. Dynamic simulation of electric machinary using MatlabSimulink, New Jersey, Prentice Hall PTR, 1998, 626 pp.

7. Степанов К.С.Применение информационных технологий при обучении электротехническим дисциплинам/ К.С. Степанов, Н.Г.Панкова // «Инженерный вестник Дона», 2014, №2. URL:ivdon.ru/ru/magazine/archive/n2y2014/2384.

8. Кралин А.А. Моделирование трансфораторов преобразовательных агрегатов в Simulink/ А.А. Кралин, Б.Ю. Алтунин // «Инженерный вестник Дона», 2014, №.2 URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n2y2014/2362.

9. Блинов И.В., Кралин А.А., Панкова Н.Г. Информационное сопровождение учебного процесса по электротехнике с использованием системы MatlabSimulink: учебное пособие.- Н.Новгород: ВГИПА, 2004. 84 с.

10. Bhuyan K. Surge Modelling of Transformer Using MatlabSimulink/ Bhuyan K, Chatterjee S // India Conference (INDICON), december 2009 Annual IEEE pp 1-4.

Размещено на Allbest.ru