Multisim在中職電氣自動化專業教學中的應用

潘夢莎

摘 ?要：中職電氣自動化專業課程豐富，理論性和實踐性要求高，將Multisim計算機仿真實驗引入到教學當中，為學生提供了更為直觀、有效、經濟的學習手段，使得學生更容易理解和掌握電氣知識，提高實驗能力。本文以臺州第一技師學院（籌）電氣自動化專業為背景，介紹Multisim軟件在電工基礎、電子技術基礎以及電力電子變流技術教學中的應用。

關鍵詞：中職電氣自動化;仿真;教學

1 概述

隨著職業教育的不斷發展，以培養高級工以上技能人才為任務的技師學院辦學實力和水平穩步提高，極大的促進了就業和社會經濟的發展。現代化工業的不斷發展使電氣自動化技術方面的人才需求大增，依托于溫嶺市的電氣自動化行業特點，臺州第一技師學院電氣自動化設備與維修（技師）專業培養從事電氣自動化設備安裝、編程、調試與維修的高素質技術技能人才，推動了當地電氣自動化產業的蓬勃發展。

中職電氣自動化專業部分課程設置如表1所示。

表中涉及到的多數專業課程為理實一體化課程。由于學生普遍存在動手實踐能力強，但理論基礎薄弱的情況，在理實一體化教學過程中，較易出現能夠按照要求完成實訓，但是對于實訓的原理仍然較為模糊，出現知其然而不知其所以然的現象。為了改變單一的授課類型，提高學生的知識接收效果，豐富電路分析手段，在專業課程教學中，結合Multisium仿真軟件，對電路原理及效果進行直觀展示，加深學生對理論理解的同時，通過Multisim軟件仿真貫穿多個課程，學生能夠更好的掌握軟件的功能以及使用方法，為實踐探索提供更好的理論支撐和技術手段。

2 Multisim仿真實驗

2.1 Multisim軟件在電工基礎課程中的應用

電工基礎課程中，涉及到較多的基礎運算，尤其是復雜直流電路的分析，既為后續學習電子技術基礎等課程奠定理論基礎，又是電工操作中重要的分析方法。因此，理解并掌握復雜直流電路的分析方法，具有重要的意義。

以疊加原理為例，常見的授課方法有實驗法和理論分析法。實驗法是通過搭建實際電路，測量各觀測點的電壓值，得出疊加原理。另一種是通過理論計算，分別計算出電壓源和電流源單獨作用時候的電路圖2、圖3中，流過R3的電流值 和 ，并通過實際測量圖1中 的值，得到 + = ，即疊加原理。這兩種方法的優點是實驗現象直觀，學生易于理解和掌握，缺點是實驗條件受限，無法使每個同學都能夠參與到探究中。

在Multisim軟件中搭建電路如下所示。圖1是原始電路，圖2、圖3分別是電壓源和電流源單獨作用時候的電路圖，3個電路在同一個仿真界面中同時運行，便于觀察電路工作情況，得出規律。學生根據測量要求，自行放置電壓表和電流表，記錄并觀察測量的值。在得出 + = 疊加原理的結論后，通過改變電路中的電源或電阻值，驗證結論是否正確。再通過練習，加深對疊加原理的理解，鞏固和提高應用能力。

通過在Multisim軟件中搭建電路，以計算機仿真的形式實驗，進行測量和探索，體現了學生的主體地位，發揮了學生的主觀能動性，提高了學習的興趣和求知欲。同時，又擺脫了實驗條件的限制，可以使每位同學都參與到自主探究的活動中來，改善了教學效果。

2.2 Multisim軟件在電子技術基礎課程中的應用

Multisim軟件提供了多種測量和分析器件，如電壓表、電流表、多通道示波器、波特測試儀、失真分析儀等，為觀測電路工作情況提供了強大的支撐。以電子技術基礎課程中分壓式射極偏置放大電路（圖4）為例，通過虛擬示波器XSC1的A、B通道，能夠觀測到輸入電壓和輸出電壓的波形變化情況，計算電壓放大倍數。圖5和圖6分別是負載開關斷開和閉合狀態下的，輸入、輸出電壓的波形，可以明顯看出接入負載電阻后，輸出電壓幅值降低，電壓放大倍數下降。

學生在實驗過程中，可以很直觀的對放大電路進行仿真實驗，同時，教師還可以設置一系列的探索性問題，例如電流放大倍數如何測量等等，給予學生自主探究的空間，提高分析問題，解決問題的能力。

2.3 Multisim軟件在電力電子變流技術課程中的應用

電力電子變流技術是一門理論性與實踐性都非常強的課程[1]。需要結合電工基礎和電子技術基礎對電路原理及功能進行分析。同時，對于交變電路，還要求能夠畫出各個元件的電壓和電流波形，做進一步的分析。對電路分析的各知識點的融會貫通的要求表較高，中職學生獨立分析的能力欠缺，因此單純的理論課的教學效果很差。實驗教學雖然能夠在一定程度上幫助學生更直觀的得到波形，但是由于實驗所涉及的都是功率器件，學生操作不熟練，因此故障率較高，得不到正確的實驗結果，直接影響了實踐環節的教學效果。

在教學中引入仿真實驗的方法，用模擬元件代替實際元件獲得電路輸出電壓和電流的波形，避免了實驗的誤操作引起的安全問題，又能夠得到理想的實驗效果，學生基本能夠在計算機上獨立完成仿真實驗。以三相半波整流電感性負載電路為例[2][3]。在multisim中搭建仿真電路如圖7所示，晶閘管門極控制信號由方波脈沖信號源提供，參數設置如圖所示。通過虛擬示波器，觀測輸入三相交流電波形、觸發信號波形、輸出電流波形以及VT1晶閘管的電壓波形。由于Multisim沒有直接可以顯示電流波形的虛擬儀器，因此在測量輸出電流波形時，使用了電流探針功能，可以將流過探針的電流值，按比例轉化成電壓值輸出（圖8），再將輸出接到示波器即可得到按比例放大/縮小以后的電流波形如圖9所示。

3、結論

在中職電氣自動化專業課程中引入Multisim軟件的仿真實驗，可以使枯燥的理論知識更為生動、形象化，激發學生的學習興趣和積極性，促進中職學生對理論知識的理解，同時也拓寬了學生對計算機的應用能力。Multisim功能強大，仿真元件和儀器豐富，能夠滿足中職電氣自動化課程的仿真實驗需求，因此，在課堂中加入Multisim仿真的教學，可以豐富學生的電路分析方法，形成一貫性和系統性，也為學生提供了一種更智能的計算手段，拓寬了視野。

參考文獻

[1] ?周珊.Multisim 10仿真在電力電子技術課程實驗教學中的應用[J].黑龍江科技信息，2013（36）：45.

[2] ?雷躍，譚永紅.NI Multisim11在電力電子技術教學中的應用[J].電子測試，2011（06）：62-65.

[3] ?王國強，孫紅艷.Multisim在電力電子技術教學改革實踐中的應用[J].實驗科學與技術，2011，9（05）：50-52.