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摘要：针对电力电子实验教学的特点，应用NI ELVIS平台研究了电力电子电路实验设计的教学，对该平台的特点和应用进行了介绍，并用实例展示了NI ELVIS平台在电力电子电路设计实验教学中的应用。
关键词：电力电子；实验；NI ELVIS
作者简介：刘晋（1974-），男，河北涿州人，华北电力大学电气与电子工程学院，讲师；牛印锁（1973-），男，河北定州人，华北电力大学电气与电子工程学院，高级工程师。（北京?102206）
基金项目：本文系华北电力大学2010年教改项目的研究成果。
中图分类号：G642.423?????文献标识码：A?????文章编号：1007-0079（2012）21-0084-02
电力电子技术广泛应用于电力系统的发电、输电、配电和用电等领域；同时，在太阳能光伏发电和风力发电等可再生能源发电领域，电动汽车技术、电气节能和电力传动等领域也有广泛的应用。电力电子技术的广泛应用对电力电子技术教学和研究都提出了新的要求和内容。
目前，“电力电子技术”已经成为各个高校电气工程专业重要的专业基础课。由于电力电子技术的实践性强，其实验环节的教学方法和手段对于电力电子教学效果具有重要影响。
本文针对电力电子实验教学的特点，应用NI ELVIS平台进行了电力电子电路实验设计的教学研究，对于该平台的特点和应用进行了介绍，并用实例展示了NI ELVIS平台在电路设计实验教学中的应用。希望能够帮助从事电力电子实验教学的教师开拓教学思路、丰富教学手段、提高教学效果，为该课程的实验教学提供有益的参考和借鉴。
NI ELVIS（教学实验虚拟仪器套件）是一个基于LabVIEW的系统设计与原型创建的工具套件，用于高等院校的工程与科学实验室。使用NI ELVIS，学生们可以在学习以下一些领域中的工程理论知识的同时将它们付诸于实践：电子电路、信号处理、通信、控制系统、机械测量与机械电子等。
一、平台介绍
美国国家仪器公司（NI）的教学实验室虚拟仪器套件 (ELVIS)可用于电路的动手设计及原型设计及实现，平台集成了12款最常用仪器，包括示波器、数字万用表、函数发生器、波特分析仪等，紧凑的结构是实验室及课堂教学的理想实验平台。
ELVIS可通过USB接口与PC连接，实现快速易用的测量采集及显示，它将 NI ELVIS与Multisim的原理图与SPICE仿真环境结合在一起。学生可以将在教科书中学习的电力电子电路应用到Multisim中，从而通过学习电路建模仿真，理解电路的工作原理和控制方法。同时，学生在 Multisim环境中可以使用 ELVIS仪器，在ELVIS实验平台上用实际元器件搭建实际电路，通过Multisim软件，可以将设计电路的仿真结果与实际电路的测量结果进行比较。
在NI ELVIS平台上进行电力电子电路设计实验的基本过程如下：
（1）在Multisim 软件中根据电路性能要求搭建所设计的电路模型。模型中选取的元器件要和实际将要采用的元器件型号一致（可以从Multisim的元件库中进行选择）。模型搭建好后，通过仿真得到各个元件的电压和电流波形，以检验所设计电路的正确性和可行性。
（2）在验证了所设计的电路满足设计要求之后，在Multisim软件中打开NI ELVIS虚拟3D平台，仿真中所设计电路的元器件将以虚拟元器件的形式出现在虚拟平台上。学生可以将虚拟元器件在虚拟平台上进行布置和布线，模拟在实际面包板上进行电路实现。模拟布置和布线完成后，可以在虚拟平台上进行再次仿真，并将仿真结果和Multisim软件中电路模型的仿真结果进行对比。虚拟平台上实现的虚拟电路的布置和连线就是未来在实际ELVIS平台上搭建的电路原型。
（3）进行实际元器件的选购（实验室可以提供一些元器件供学生选择）。根据虚拟电路的结构、元件布置和连线，在实际ELVIS平台上搭建所设计的电路原型，并对电路进行测量，将实际电路测量结果和仿真结果进行对比。给出设计电路的性能评价，并对其进行修改。
（4）应用Multisim软件，将修改后的最终电路生成PCB设计图，并进行元件布置和连线调整，最终生成PCB印刷电路板图，可以完成真正的电路设计和制作。
通过这种模式的实验教学，使得学生通过ELVIS平台将电力电子电路理论和电力电子电路设计与实现的实践过程很好地结合起来，既缩短了电路设计的时间，又大大提高了学生的学习兴趣，是一种比较好的实验教学手段。
二、实验案例
下面以整流和PWM逆变电路实验设计与实现为例，介绍基于NI ELVIS平台的电力电子电路设计实验教学的特点。
图1为单相桥式整流电路的仿真原理图，通过仿真验证设计电路的可行性。图2为虚拟ELVIS面包板示意图，学生可以在电脑上完成元器件的布置和连线。图3为将仿真电路放置到虚拟ELVIS面包板上准备进行元器件的布置和连线。图4为在虚拟平台上搭建的电路。图5为模拟电路在虚拟3D ELVIS平台上的示意图。图6为实际ELVIS平台上的实际电路。
三、总结
本文通过实验案例展示了NI ELVIS平台在电力电子实验教学中的应用，希望能为其他院校该课程的教学和教学改革提供一定启发和有益的参考。
参考文献：
[1]黄智伟.基于NI Multisim的电子电路计算机仿真设计与分析[M].北京:电子工业出版社,2008.
[2]周润景. Multisim&LabVIEW虚拟仪器设计技术[M].北京:北京航空航天大学出版社,2008.
[3]张凯,郭栋. LabVIEW虚拟仪器工程设计与开发[M].北京:国防工业出版社,2004.
[4]旷钐.基于虚拟技术的整流电路设计[Z].
[5]谭晨.基于LabVIEW和Multisim的电力电子实验设计[Z].
（责任编辑：刘辉）
关键词：电力电子；实验；NI ELVIS
作者简介：刘晋（1974-），男，河北涿州人，华北电力大学电气与电子工程学院，讲师；牛印锁（1973-），男，河北定州人，华北电力大学电气与电子工程学院，高级工程师。（北京?102206）
基金项目：本文系华北电力大学2010年教改项目的研究成果。
中图分类号：G642.423?????文献标识码：A?????文章编号：1007-0079（2012）21-0084-02
电力电子技术广泛应用于电力系统的发电、输电、配电和用电等领域；同时，在太阳能光伏发电和风力发电等可再生能源发电领域，电动汽车技术、电气节能和电力传动等领域也有广泛的应用。电力电子技术的广泛应用对电力电子技术教学和研究都提出了新的要求和内容。
目前，“电力电子技术”已经成为各个高校电气工程专业重要的专业基础课。由于电力电子技术的实践性强，其实验环节的教学方法和手段对于电力电子教学效果具有重要影响。
本文针对电力电子实验教学的特点，应用NI ELVIS平台进行了电力电子电路实验设计的教学研究，对于该平台的特点和应用进行了介绍，并用实例展示了NI ELVIS平台在电路设计实验教学中的应用。希望能够帮助从事电力电子实验教学的教师开拓教学思路、丰富教学手段、提高教学效果，为该课程的实验教学提供有益的参考和借鉴。
NI ELVIS（教学实验虚拟仪器套件）是一个基于LabVIEW的系统设计与原型创建的工具套件，用于高等院校的工程与科学实验室。使用NI ELVIS，学生们可以在学习以下一些领域中的工程理论知识的同时将它们付诸于实践：电子电路、信号处理、通信、控制系统、机械测量与机械电子等。
一、平台介绍
美国国家仪器公司（NI）的教学实验室虚拟仪器套件 (ELVIS)可用于电路的动手设计及原型设计及实现，平台集成了12款最常用仪器，包括示波器、数字万用表、函数发生器、波特分析仪等，紧凑的结构是实验室及课堂教学的理想实验平台。
ELVIS可通过USB接口与PC连接，实现快速易用的测量采集及显示，它将 NI ELVIS与Multisim的原理图与SPICE仿真环境结合在一起。学生可以将在教科书中学习的电力电子电路应用到Multisim中，从而通过学习电路建模仿真，理解电路的工作原理和控制方法。同时，学生在 Multisim环境中可以使用 ELVIS仪器，在ELVIS实验平台上用实际元器件搭建实际电路，通过Multisim软件，可以将设计电路的仿真结果与实际电路的测量结果进行比较。
在NI ELVIS平台上进行电力电子电路设计实验的基本过程如下：
（1）在Multisim 软件中根据电路性能要求搭建所设计的电路模型。模型中选取的元器件要和实际将要采用的元器件型号一致（可以从Multisim的元件库中进行选择）。模型搭建好后，通过仿真得到各个元件的电压和电流波形，以检验所设计电路的正确性和可行性。
（2）在验证了所设计的电路满足设计要求之后，在Multisim软件中打开NI ELVIS虚拟3D平台，仿真中所设计电路的元器件将以虚拟元器件的形式出现在虚拟平台上。学生可以将虚拟元器件在虚拟平台上进行布置和布线，模拟在实际面包板上进行电路实现。模拟布置和布线完成后，可以在虚拟平台上进行再次仿真，并将仿真结果和Multisim软件中电路模型的仿真结果进行对比。虚拟平台上实现的虚拟电路的布置和连线就是未来在实际ELVIS平台上搭建的电路原型。
（3）进行实际元器件的选购（实验室可以提供一些元器件供学生选择）。根据虚拟电路的结构、元件布置和连线，在实际ELVIS平台上搭建所设计的电路原型，并对电路进行测量，将实际电路测量结果和仿真结果进行对比。给出设计电路的性能评价，并对其进行修改。
（4）应用Multisim软件，将修改后的最终电路生成PCB设计图，并进行元件布置和连线调整，最终生成PCB印刷电路板图，可以完成真正的电路设计和制作。
通过这种模式的实验教学，使得学生通过ELVIS平台将电力电子电路理论和电力电子电路设计与实现的实践过程很好地结合起来，既缩短了电路设计的时间，又大大提高了学生的学习兴趣，是一种比较好的实验教学手段。
二、实验案例
下面以整流和PWM逆变电路实验设计与实现为例，介绍基于NI ELVIS平台的电力电子电路设计实验教学的特点。
图1为单相桥式整流电路的仿真原理图，通过仿真验证设计电路的可行性。图2为虚拟ELVIS面包板示意图，学生可以在电脑上完成元器件的布置和连线。图3为将仿真电路放置到虚拟ELVIS面包板上准备进行元器件的布置和连线。图4为在虚拟平台上搭建的电路。图5为模拟电路在虚拟3D ELVIS平台上的示意图。图6为实际ELVIS平台上的实际电路。
三、总结
本文通过实验案例展示了NI ELVIS平台在电力电子实验教学中的应用，希望能为其他院校该课程的教学和教学改革提供一定启发和有益的参考。
参考文献：
[1]黄智伟.基于NI Multisim的电子电路计算机仿真设计与分析[M].北京:电子工业出版社,2008.
[2]周润景. Multisim&LabVIEW虚拟仪器设计技术[M].北京:北京航空航天大学出版社,2008.
[3]张凯,郭栋. LabVIEW虚拟仪器工程设计与开发[M].北京:国防工业出版社,2004.
[4]旷钐.基于虚拟技术的整流电路设计[Z].
[5]谭晨.基于LabVIEW和Multisim的电力电子实验设计[Z].
（责任编辑：刘辉）