摘要：针对电工学实验易发生设备事故和人身事故的现象，提出了基于Matlab的电工实验仿真方案。 该方案以一个具体的电工实验为例，绘制出了其Simulink仿真电路，通过大量探索，总结了其参数 设置技巧。仿真结果最大误差在0,6 mA以内，对仿真实验数据分析，得出的结论完全正确，从而证 实了该方案的可行性。

 

 

在电工基础实验室，学生进行电工实验过程中， 常会出现错接线路而导致烧毁电流表及功率表。针 对这一问题，有2种解决方案：一是改装表计，在电 流表等本体上钻孔，以便安装保险座，该电流保险 串接于表计的进线上；二是探索采用基于Matlab 的部分电工实验方案。方案一简单，但是增加了实 验老师的工作量，同时需添加钻孔设备等，该方案特 别适合实验仪器设备不足、实验经费较紧张的实验 室；方案二是仿真实验，由于目前Matlab在科研教 学及工程应用中显示出越来越强大的优越性，它提 供的软件支持几乎遍布各个工程领域，利用其中的 Simulink作实验，不仅对学生以后的学习工作打下 良好的基础，其中的Model制作也给予了学生更广 泛的创作空间。以下就以一个电工实验为例探索基 于 Matlab 的 

 

的测量波形。从图形 上可以看到:00.02 s电路启动，电压、电流及有功功 率上升；从0.020.05 S，电路稳定；从0.05 s之后， 开关断开（即不并联电容），造成波动直至稳定。数据 的读取一方面可以通过Scope上的放大工具读出电 压^/、功率（紫红色的线条为无功功率）、干路电流 /z、曰光灯支路电流匕及电容支路电流厂。另一方面 可打开Powergui，点击稳态电压和电流，将Units设 为有效值，频率改为50 Hz，选测量，可方便地读取并 联电容之后的/z，匕义和U。仿真数据如表1所示。

 

a b a b a b a b a

S开路 0.400 0 0.400 0 0 0.4 0.4 47 47 220

0.47 0.373 0 0.373 0.032 5 0.032 0.4 0.4 47 47 220

4 0.222 4 0.223 0.276 5 0.276 0.4 0.4 47 47 220

4.7 0.214 1 0.214 0.324 8 0.325 0.4 0.4 47 47 220

8 0.302 9 0.303 0.552 9 0.553 0.4 0.4 47 47 220

12 0.535 7 0.536 0.829 4 0.829 0.4 0.4 47 47 220

 

注：a为测量值;b为理论值〔

根据表1中的数据可计算出/z，/(:的最大误差 为-0.6 mA(—0.27 %)和 0.5 mA( 1.5 %) JL,P 的误差 都为0。由表1绘出的干路电流与并联电容值的关 系如图4所示。

C/^jlF

 

图4干路电流与并联电容值的关系图 Fig.4 The relationship between main circuit current and parallel capacitance

由此可得出结论：感性负载（如日光灯和镇流 器）在并联电容后，两端电压不变，日光灯支路电流 不变，电路有功功率也不变；电容支路的电流随电容 值的增大而增大，并联总电流先随并联电容值的增 加反而减小（因容性负载电流超前电压90°)，达到某 —最小值（本电路的最小4为0.213 6 A)之后，随C 的增大而增大。故可找出使功率因数A很高而容 量又不太大的电容值为4.7 fiF(此时A=0.213 6 + 0.214 二 0.998)。

 

2结语

 

从以上过程看到：基于Matlab的电工仿真实验 不仅安全，且稳态值通过Powergui模块读取十分方 便，从Scope上可形象地看到波形的变化而不用操 作示波器的各种旋钮；更好的优点是让学生接触到 了工程领域中应用得相当广泛的Matlab软件。其缺 点是需根据不同的实验建模，各种模块参数的设置 也要注意，而这本身就是SinrnUnk仿真过程中要不 断学习和充实的。

 

上述仿真实验表明：仿真结果最大绝对误差为 0.6 mA，最大相对误差是1.5 %;对仿真数据的分析 所得出的结论完全正确。故该仿真方案是可行的。