TELKOM NIKA Indonesia n  Journal of  Electrical En gineering   Vol. 15, No. 2, August 201 5, pp. 361 ~  367   DOI: 10.115 9 1 /telkomni ka. v 15i2.809 6        361     Re cei v ed Ma y 14, 201 5; Revi sed  Jun e  30, 2015; Accepted July 1 4 ,  2015   Software Based  Approach for Teaching  in Electrical  Engineering Classroom Courses: a C ase Stu d     Hem a n t  Meh a Dep a rtment of Electrical & El e c tronics Eng i n eer i ng, Institute of Engi n eer in g & Science,    IPS Academ y ,   Indore Ma dh ya  Pradesh, Ind i a   E-mail: meharhemant@y ahoo.com       A b st r a ct  As the d a by  day c h a nges  in th e tech no logy , tec hnic a l  requ ire m ents  and t e chn i q u e s  of th e   ind u stry chan ges si multan e ously. T her efo r e the re quir e me nts to ed u c ate our stu d ents not o n ly  the   conce p tua l  as  w e ll as  new  ap proac hes  bas e d  on  the  la test  techni qu es. Involve m ent of s o ftw are in teac hi n g   i s  n o t  o n l y  pro v i d in g   a   b e tte su p p o r t, mo re  cl ea r an d vi su a l   o p e r ati o n  o f  comp le x ci rcu i ts and  w a veforms  of  the faculty of  pow er electro n ics in  cl assr oo m teach i n g  as w e ll as to the stude nt to  und erstan d a  better  conce p t. T he softw are  packa ges  avai l abl e for si mu la tion of  pow er  electro n ic circ u i ts  are MATLAB, PSPICE and P S IM and many  mor e . In this  paper a u thor tak e s an exa m ple  of  an AC volta g e   control l er  to ex plai n th e softw are b a se d tea c hin g  a ppro a c h . Author  use d  tw o softw are base d  si mulati o n   tool to exp l ai n the AC Vo ltag e Contro ller a nd  co mpar e the s o ftw are based  appr oach w i th the bl ackb oard  &   PPT  Presentati on  base d  tec h niq ue. T h is  p a per is  h e lpf u l f o r the  faculty  o f  electric al  eng i neer ing  to fi nd  the   app licati ons of  MAT L AB/SIMU LINK and PSI M in teachi ng.     Ke y w ords tea c hin g , educ atio n, AC-AC conv erter, softw are, engi ne erin g     Copy right  ©  2015 In stitu t e o f  Ad van ced  En g i n eerin g and  Scien ce. All  rig h t s reser ve d .       1. Introduc tion    The software  has grown in popul a r ity, its usage in th e edu cational  field has be come an  importa nt preoccu pation   for mo re  an d mo re  univ e rsitie s all  o v er  the wo rl d.  In  ele c tri c al  engin eeri ng, softwa r e envi r onm ents like  MATLAB  and PSIM have  now the pote n tial to enhan ce  the conte n t of a large variety of cou r se s,  offerin g  teache rs th e oppo rtunity to develop new  edu cation al. There are variou software s  for l earning the diff erent  subj ect s  of ele c tri c al  engin eeri ng li ke ci rcuit theory, control system,  powe r  system, po wer ele c tro n ics and drive [1].     AC Voltag controlle rs are thyri s tor  b a se d d e vice s whi c h  conv ert fixed  alte rnating  voltage direct ly to variable  alternatin g voltage  withou t a cha nge i n  the fre que ncy (Fi gure  1).   Some of th main a ppli c at ions of a c  vol t age  cont rolle rs are fo r d o m estic a nd i n dustri a l h eati ng,  transfo rme r  t ap chan ging,  lighting  cont rol, speed  co ntrol of  singl e pha se  and  three  pha se  ac  drives a nd st arting of indu ction moto rs.  Earlier,  the  device s  u s ed  for these a p p licatio ns  we re  auto-tran sformers, tap-ch angin g  tran sforme rs, ma g netic am plifiers,  saturata bl e rea c tors et c. but  these  devi c e s  a r e  no re placed  by th yristor an tri a cs b a sed  a c  voltag co ntrolle rs be cause  controlle rs a r e also ad apt able for clo s e d  loop co ntro l systems. Since t he a c  voltage co ntrol l ers  are ph ase co ntrolled d e vices, thyristo rs  and tria cs a r e  line comm utated and a s  such n o  com p l e comm utation  circuitry is  re quire d in these controlle rs.         Figure 1. Single – Phase full  wave AC voltage control l er  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                             ISSN: 23 02-4 046                     TELKOM NI KA  Vol. 15, No. 2, August 2015 :  361 –  367   362 2.  The Ca se Stud y   2.1. Blackbo a rd Tech nique in Real Cl assroom   The ca se  stu d y is done on  the topic of  the pow er ele c troni cs su bje c t unde r the electri c al   engin eeri ng  cou r ses  wo rl d wild u n iversities. Fo r e x plaining thi s  topic to ou r stude nts in  a   cla s sroo m, we need to ma ke the ci rcuit on the bla c kb oard, a s  sh o w n in the cap t ure Figu re 2.           Figure 2. Blackboa rd capt ured im age from cla s sro o m       To  explain th e softwa r e uti lity,  I applied the  different way in  the cla s sroo and  capture d   some  imag es for differe nt types of A C  voltage  contro l l er  circuits., d ue to the la ke  of spa c e  I  ha ve  sho w n h e re just few n u m ber ima g e s  from  the  classro o m, tho s e  are  sufficien t to explain the   applie d meth odolo g y. Here I need to make the  circuit on bla c kboard and wi th these nee ds to  make  the  wa ves fo r thi s   p a rticul ar ci rcu i t by taki ng  some im agin a ry angle   α . In  this  black b oard I   take it  at  90  d egre e s. I  nee d a  lot  of time to ma ke  thi s   ci rcuit  an resp ective  wa ves a nd eve n  I  want to  ch a nge the  firin g  angl e, I u nable to  do  in the  sam e  and  if, I  come  a ve ry  bad   pre s entatio n. Here whole t he proc ess i s  just an i m agi nary, ope ratio n  of the devi c es a nd d r a w i ng  their wave s is also a typical  and time con s umin g tasks.      2.2.   Presentation Tec hni que in Real  Classr oom   For the b e tter un derstan ding an d for the ti me sa ving and fo clea r views,  we  can   also  a dapt  pre s entatio n techni que s, this meth o d  of teachin g  is also sho w n in the below  captu r ed Fi gu re 6 & Figu re  7. These met hod s are  prov iding lots of  si mplicity to explain con c ept s   of wo rking  of  AC volta ge  controlle r, bu t with th i s   we  nee also  th e ima g ination  of o peration  of   cir c uit s .             Figure 3. Blackboa rd capt ured im age from  cla s sroo m of Presentation   Figure 4. Blackboa rd capt ured im age from  cla s sroo m of Presentation       2.3.   Simulation Techniqu e in Real Cla ssroom   Below  captu r ed Figu re s 5-8 sho w n the  appli c ability o f  the propo se d method. Here  the   authors  u s e  the two  simulatio n  t ools for  expl aining  the  AC voltag e controll er,  i.e.  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
TELKOM NIKA   ISSN:  2302-4 046     Software Ba sed Approa ch  for Tea c hin g  in Electr i c al Engine erin g Cl assro o m  (Hem ant Meh a r)    363 MATLAB/SIMULINK an d PSIM. Here we can ea sily  explain the o peratio n of these  circuits by  dra w ing j u st i n  a fe w seco nds  or  by pre  pre pari ng fo this ci rcuit  and ju st sim u l a te and  ru n it in   front of the st udent in th e cla s sroo m. These prov ide  a virtual op eration an d wit h  the hel p of the   input pul se s we can ea sily  chan ge the shape/ p e rfo r m ance of the ci rcuit an d devi c e s .             Figure 5. capt ured im age from cla s sro o m  of  teachi ng u s in g MATLAB/SIMULINK Soft ware   Figure 6. Cap t ured ima ge from cl assroo m of  teachi ng u s in g MATLAB/SIMULINK Soft ware             Figure 7. Cap t ured ima ge from cl assroo m of  teachi ng u s in g PSIM Softw are   Figure 8. Cap t ured ima ge from cl assroo m of  teachi ng u s in g PSIM Softw are       3. Resul t and  Analy s is   3.1.  MATLAB/SIMULINK  Bas e d Simulation   MATLAB/SIMULINK ba se d  Simulation model for  AC voltage cont rolle r is sh own in fig .   belo w . The p e rform a n c e o f  the device s  is rep r e s e n ted with the h e lp of wavefo rms in fig u re.  In  this figu re  the  wave s fo ou tput voltage,  curre n t an d V  & I a c ross th e devi c are  sho w n, fo r th simpli city of the con c ept of  learning  and  pre s e n tation  of pro p o s ed  method  here  only a resi sti v e   load  is con s id ered.   Here with the  chan ge of the setting of the  Pulse G e nerato r  we can ea sily cha nge the  firing an gle of  the device.  We  can al so  adopt the di ff erent firin g  scheme s , but for this p a rti c u l ar   appli c ation th e pul se  gen e r ator is the b e st  suitabl o p tion. Fo r the  different typ e  of the  load   we   can  cho o se the different types of filter in g circuits to i m prove the o peratio n.  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                             ISSN: 23 02-4 046                     TELKOM NI KA  Vol. 15, No. 2, August 2015 :  361 –  367   364       Figure 9. Simulation Mod e l  of Single Phase  half Wave AC Voltage Cont rolle Figure 10.  Output Wavefo rms of Single  Phase  half wave AC Voltage Cont rolle           Figure 11. Simulation Mo d e l of Single Phase  full wave AC Voltage Co ntroller  Figure 12. Simulation Mo d e l of Single Phase  full wave AC Voltage Co ntroller      3.2.  PSIM B ased Simulation   A PSIM base d  Simulation   model fo r A C  voltage  cont rolle r is sho w n in figu re belo w The pe rform ance of the device s  is re pre s ente d  wi t h  the help of waveform s in figure s . In this   figure s   th e waves  fo r out put  voltage,  curre n an d V  a c ross  the device  are   sho w n. For   simpli city of the con c ept of  learning  and  pre s e n tation  of pro p o s ed  method  here  only a resi sti v e   load  is con s id ered.             Figure 13. Simulation Mo d e l of Single Phase  half wave AC Voltage Cont rolle Figure 14. Ou tput of Single Phase h a lf wave  AC Voltage Controlle     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
TELKOM NIKA   ISSN:  2302-4 046     Software Ba sed Approa ch  for Tea c hin g  in Electr i c al Engine erin g Cl assro o m  (Hem ant Meh a r)    365       Figure 15. Simulation Mo d e l of Single Phase  full wave AC Voltage Co ntroller  Figure 16. Ou tput of Single Phase h a lf Wave  AC Voltage Controlle     Here with th e  cha nge of th e setting of t he Gate Pul s e we  can  ea sily ch ange t he firing  angle  of the  device.  We  can  also ad opt the diffe rent firing  sch e mes, b u t for this p a rti c ul ar  appli c ation th e pul se  gen e r ator is the b e st  suitabl o p tion. Fo r the  different typ e  of the  load   we   can  cho o se the different types of filter in g circuits to i m prove the o peratio n.      Table 1. Co m pari s on b e tween Blackb oa rd, Pre s entati on and Software App r oa ch   Parameters  Blackboard  Presentation   Software   Circuit making time  Around 2 minute s   Le ss than 1 minutes  Less than 1 minutes  Output waves  dr aw ing  time  Approx.  5-10 min u tes  Sho w n b y  fig.  In fe w  seconds b a sed on  simulation time   Clarit y  of pe rform ance  Depends upon  d r aw in Much higher   Much higher   Pre-pr eparation  Must/use  notes  Required   Performance sho w b y   simulation   Modification   Not possible  Not possible  Easily  possible  Firing angles  Fixed an d unable  to  change  Easily  changed b y  simple  resetting  Easily  changed b y  simple  resetting  Explanation level  Poor   Higher   Higher   Circuit making time  Around 2 minute s   Le ss than 1 minutes  Less than 1 minutes  Output waves  dr aw ing  time  Approx.  5-10 min u tes  Sho w n b y  fig.  In fe w  seconds b a sed on  simulation time   Clarit y  of pe rform ance  Depends upon  d r aw in Much higher   Much higher   Pre-pr eparation  Must/use  notes  Required   Performance sho w b y   simulation   Modification   Not possible  Not possible  Easily  possible  Firing angles  Fixed an d unable  to  change  Easily  changed b y  simple  resetting  Easily  changed b y  simple  resetting  Explanation level  Poor   Higher   Higher   Circuit making time  Around 2 minute s   Le ss than 1 minutes  Less than 1 minutes      4.  Adv a ntages  and Limitati ons of Soft w a re Ap proac h   The follo wing  advantag es  derived  when  usin g Software i n  tea c hi ng po we r el e c troni cs  cou r s e s:   1)  It provides be tter visual op erati on of po wer el ect r oni cs  conve r ters.    2)  Use of softwa r e in cla s sroo m sa ve the time of the faculty.    3)  With user-frie ndly interface ,  simulati on speed, capabil i ty of simulating any type of  power conve r ters an d co ntrol circuits.   4)  Students can use  thi s   softw are for thei r p r oje c t wo rks.     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                             ISSN: 23 02-4 046                     TELKOM NI KA  Vol. 15, No. 2, August 2015 :  361 –  367   366 This pa per p r ovides a ba si c app roa c h to  deal  with the  software. The only limitation with  this software  approa ch i s  that the kn owle dge of  compute r  an d  depth  kno w l edge  of power   electroni cs  su bject is n e cessary  to identif y the truth results.      5. Conclu sion    This  ca se st udy provide s  the visual o perat io ns  of power ele c tronics conve r ters. Thi s   Paper  provides a  co mpa r i s on  between  blackb oard  & pre s entat io app roa c h  verse s  software   approa ch. As powe r  ele c tronic  system are g e tti ng more  compl e x today, the sim u lation u s ed f o edu cation i s   requi rin g  mo re features. T h is a p p r oa ch  is time  savin g  and  so me  dire ction s  in t he  developm ent  of sim u lation   are  di scu sse d  in thi s  pap e r , with  the  hel p of p r e s e n model  stud en ts   can  simulate  the power ele c troni cs ci rcui t with various  load & con d itions.       Ackn o w l e dg ements   The a u thor  woul d like to  than k to  wo rkin g o r ga nization, IES IPS Acad emy, and  the  depa rtment  o f  Electrical & Electro n ics Engine erin g for providing the  reso urce s for this wo rk. T he  author al so  woul d like to  thank  the  st udent s, fa cul t ies an re ad ers  of  my pa pers for thei valuable sug gestio n s.       Referen ces   [1] Hema nt Mehar. Soft w a re  Applicati on  In Under  Gradu ate Electri c al Engi ne eri ng Educ ation .   Internatio na l Journ a l of Eng i n eer i ng Res earc h  & T e chnol og y (IJERT ).  2012; 1(10): 20 12.   [2] https:// w w w . math w o rks.com/ accessl ogi n/lo gin.d o ? u ri= h ttp %3A% 2F %2F www . m ath w o r k s .in%2F d o w n l oads %2 stud e n t_do w n l o a d s % 2F in de x.   [3] http:// w w w . po w e rsimtech.c om/ i nd e x .ph p?n a m e= do w n lo ad.   [4]  Bhimbr a PS. Po w e r El ectroni cs.  4th Ed. Khanna Pu blic atio n. 2007.   [5]  Muhamm ad H  Rashi d . Po w e r  electron ics, circuit  devic es an d app lic ation. 3 r d Ed.  Pearso n educ atio n   Inc. 2007.   [6]  PC Sen. Po w e r electron ics. T a ta McGra w - H i ll pu blis hin g  co mpan y. 20 08.   [7]  BK khanch a n d ani. Po w e r ele c tronics. T a ta  McGra w - Hil l p ublis hi ng com p an y. 200 8.   [8]  Prof Sab y asac hi Sen g u p ta, et al. NPT E L Po w e Electro n ics  Notes. Availa b l e: nptel.i itm.ac.in.  [9]  Hema nt Meh a r . MAT L AB Simulati on  T e chni ques  i n  P o w e r  Electro n i cs.  IEEE Technology  and  Engi neer in g Educati on (IT EE) . 2012; 7(4): 6 2 [10]  Chu ng  Kuo, J a ck Hs ieh, F i r u z Z a re, G e rar d  L e d w i c h.  A n  Interactive  Ed ucatio nal  L ear nin g  T o o l  f o r   Power Electronics.  Conf. Po w e r Engi ne erin g, Australasi an U n iversiti es, AU PEC. 2007.   [11]  PJ van D u ijs e n , P Bau e r, B Davat. Simu l a ti on  an d Ani m ation  of Po w e r El ectronic s  and  Drives ,   Req u irem ents for Educati on.  Avail abl e: www.simulati on-res earch.com.   [12]  Rajes h  Verm a ,  Ashu Gupta,  Ka w a l j e e t Si ngh.  Sim u lati o n  Soft w a re E v alu a tion  an d  Selecti on: A  Compre he nsiv e F r ame w ork.  J. Automati on  & Systems En gin eeri ng.  20 0 8 : 221-2 34.   [13]  I.G.  Pacheco,  J.G. Matias, “ A  Methodology  Bas ed on Effective Practices  to Develop Educational  Soft w a re”,  in C o mputac ion y  Sistemas , Vol. 11, No. 4, pp. 313- 332, 2 008.   [14]  Palit SK, Mani N, Lithgo w  B .   Computer ai ded und ergr ad uate  e l ectro n ic  study pro g ra mme . Proc.   Pacific Region Conf. on Electr ical Engng. Educ. (PRCEEE,97).   Woll ong on g Univ e r sit y , NSW,  Australi a. 199 7 :  163 - 16 8.  [15] Sameer  K had e r T he Applic ati on of PSIM & MAT L AB/SIMU LINK in power electronics courses.  Conf.   Lear nin g  Env i ronme n ts and  Ecos y s tems  in En gin eeri ng Ed ucati on,  IEEE Global  Engi neer in g   Educati on C o n f erence (ED U C O N). Amman,  Jorda n . 201 0.  [16]  Kapi levic h  B,    Shai bon  H,  Ra hman  T A Simulati on mod e li ng in el ectrical   en gin eer ing: exper ienc e o f   teachi ng i n  Un iversity T e chn o lo gy of Malay s ia . IEEE First International  Confer ence on  Multi-Med i Engi neer in g Educati on Proc e edi ngs.   19 94: 92-9 8 [17]  Kevin M Pass i no. T eaching  Prof essio nal  a nd Ethic a l Asp e cts of Electri c al En gin eeri n g to a L a rg e   Class.  IEEE Tr ans. Educ.  19 9 8 ; 41(4): 14 9-1 54.   [18]  Hema nt Meh a r .  T he Case St ud y of S i mul a ti on of  P o w e r C onverter  Circu i t s Using  Psim  Soft w a re i n   T eaching.   Ame r ican Jo urna l o f  Education a l R e searc h 201 3; 1(4): 137-1 42.    [19]  W W  Coole y P Klink hach o r n , RL McC o n nell,  NT  Middl eton. Dev e l opi ng pr ofessi on alism i n  th e   electric al en gi n eeri ng classr oo m.  IEEE Trans.  Educ.  199 1; 34: 149-1 54.   [20]  Euzel i  C i pri a n o  d o s S antos,  Ediso n  R o b e rto C abra l  d a  S i lva .  Po w e r B l o ck Geometr y   Appl ied  to th e   Buil din g  of Po w e r Electro n ics  Converters.  IEEE Trans. Educ.  2013; 56( 2): 191- 198.    [21]  A Abramovitz. T eaching b eha vioral m ode lin g  and simu lati on  techniq ues for  po w e r e l ectro n ics cours e s .   IEEE Trans. E duc.  201 1; 54( 4): 523– 53 0.  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
TELKOM NIKA   ISSN:  2302-4 046     Software Ba sed Approa ch  for Tea c hin g  in Electr i c al Engine erin g Cl assro o m  (Hem ant Meh a r)    367 [22]  S F i nco, W  M e lo, F  C a stal d o , J Pomi lio,  B Borg es, P  Santos. A sm art po w e r i n te grated  circu i t   educ atio nal too l IEEE Trans.  Power   Electron .  2007; 22( 4): 1290- 130 2.   [23]  C Mi, Z Sh en,  T  Ceccarelli.  C ontin uin g   educ ation  in  po w e electro n ics.  IEEE Trans. Educ.  200 5; 48( 1):   183- 190.   [24]  M Prince, R  F e ld er. T he man y  faces  of in ductive t each i ng a nd  le arni n g J. Col l eg Sci. T eachi ng 200 7; 36: 14-2 0 [25] DW   Co oper,  et a l .  C o o perati v e l earn i n g : In creasi ng c o ll eg e facu lt y i n stru ctiona l pr od uctivit y AS H E - ERIC Hig her E ducati on R ep.  199 1; 4.   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.