將虛擬儀器技術(shù)融入《電工》課堂，強(qiáng)化實(shí)踐教學(xué)效果

宋 舒 楊武鋼 肖 梅

《電工與電子技術(shù)基礎(chǔ)》課程是高等學(xué)校工科非電專業(yè)的一門重要的技術(shù)基礎(chǔ)課，它涵蓋了電專業(yè)多門專業(yè)基礎(chǔ)課程的內(nèi)容，理論與實(shí)踐并重，培養(yǎng)非電專業(yè)學(xué)生的“電”思維能力和素質(zhì)，為后續(xù)學(xué)習(xí)打下一個(gè)良好的基礎(chǔ)。

虛擬儀器技術(shù)是測(cè)試技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，它融合了測(cè)試?yán)碚摗x器原理和技術(shù)、計(jì)算機(jī)接口技術(shù)、高速總線技術(shù)以及圖形軟件編程等技術(shù)。其主要以計(jì)算機(jī)為硬件平臺(tái)，并配備一定的外設(shè)，通過軟件編程實(shí)現(xiàn)由用戶自己定義的、帶有虛擬儀器顯示面板的、各種傳統(tǒng)儀器所擁有的功能。利用LabVIEW 開發(fā)《電工》課程教學(xué)軟件，可在課堂上實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)地顯示某電路中各個(gè)參數(shù)之間變化關(guān)系，使學(xué)生更快、更深地理解理論知識(shí)，提高課堂教學(xué)效果。

例如在講解第四章正弦交流電路時(shí)，學(xué)生對(duì)在正弦交流電源作用下，各種負(fù)載上產(chǎn)生的電壓、電流關(guān)系容易產(chǎn)生混淆。利用LabVIEW開發(fā)軟件，就可以輕松解決這一問題。

當(dāng)220V正弦交流電源給電阻負(fù)載供電時(shí)，用鼠標(biāo)滑動(dòng)滑塊，就改變電路中電阻大小，分別得到電阻值為2Ω 和5Ω 時(shí)的電壓、電流波形，見圖1、圖2（圖中，白色細(xì)線為電壓波形，紅色粗線為電流波形）。結(jié)論：電壓不變時(shí)，電阻越大與電流越小，其電壓與電流同相位。

當(dāng)220V正弦交流電源給電感負(fù)載供電時(shí)，滑動(dòng)滑塊即改變電感大小，分別得到電感值為10mH和20mH時(shí)的電壓、電流波形，見圖3、圖4（圖中，白色細(xì)線為電壓波形，黃色粗線為電流波形）。結(jié)論：電壓不變時(shí)，電感越大與電流越小，其電壓超前電流90°。

當(dāng)220V正弦交流電源給電容負(fù)載供電時(shí)，滑動(dòng)滑塊即改變電容大小，分別得到電容值為300μF和750μF時(shí)的電壓、電流波形，見圖5、圖6（圖中，白色細(xì)線為電壓波形，綠色粗線為電流波形）。結(jié)論：電壓不變時(shí)，電容越大與電流越大，其電壓滯后電流90°。

有了上面的基礎(chǔ)，再進(jìn)一步講解RLC串聯(lián)電路。首先強(qiáng)調(diào)因?yàn)槭谴?lián)電路，所以流過電阻、電感、電容上的電流是相同的，故設(shè)i=30sin314t進(jìn)行仿真運(yùn)行。分別滑動(dòng)滑塊即改變電路中電阻、電感或電容的值，選擇電阻2Ω、電感10mH和電容300μF以及電阻5Ω、電感20mH和電容750μF時(shí)得到圖7、圖8（圖中，白色為總電流，枚紅色為總電壓，紅色為電阻電壓，黃色為電感電壓，綠色為電容電壓）。比較圖7、圖8發(fā)現(xiàn)，圖7中總電壓相位滯后總電流，圖8中總電壓相位超前總電流；而電阻、電感、電容上的電壓和電流依然保持各自原有的數(shù)值與相位關(guān)系。結(jié)論：電阻、電感、電容上的電壓電流各自保持原有的數(shù)值與相位關(guān)系，但它們的大小影響著RLC串聯(lián)電路的總電壓、總電流的大小和相位。

通過這種直觀的教學(xué)軟件演示，清晰地展示出各種電壓之間的大小和相位關(guān)系，使理論與實(shí)踐相結(jié)合，啟發(fā)學(xué)生思維，激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，在有限的間內(nèi)獲得了良好的教學(xué)效果。

圖7取不同值時(shí)RLC串聯(lián)電路波形

圖8取不同值時(shí)RLC串聯(lián)電路波形

[1]王磊.精通LabVIEW8.0[M].北京：電子工業(yè)出版社，2007.