一种数字式多功能电力电子技术实验方法技术

本发明专利技术公开了一种数字式多功能电力电子技术实验方法，涉及电力电子技术领域；本发明专利技术的实验平台包括保护电路、采样电路、驱动电路、DSP核心控制板、PC机和电力电子集成主电路，所述的电力电子集成主电路包括单相半波可控整流电路、单相桥式可控整流电路、单相PWM整流电路、PWM产生与驱动电路、Boost电路、Buck电路、方波逆变电路和SPWM逆变电路，可根据需求拨动开关以完成不同的实验；本发明专利技术的实验平台将多种实验电路集成到一起，提高了实验平台的综合性和集成度，配合相应的实验方法，能够实现基础实验教学过程中几乎所有实验科目的实验功能，解决了传统基础实验教学中设备特性无法随意改变的问题，在使用过程中方便、灵活。

An experimental method of digital multifunctional power electronic technology

【技术实现步骤摘要】
一种数字式多功能电力电子技术实验方法
本专利技术涉及电力电子
，更具体地说，涉及一种数字式多功能电力电子技术实验方法。
技术介绍
电力电子技术是一门新兴的应用于电力领域的电子技术，就是使用电力电子器件(如晶闸管，GTO，IGBT等)对电能进行变换和控制的技术。电力电子技术所变换的“电力”功率可大到数百MW甚至GW，也可以小到数W甚至1W以下，和以信息处理为主的信息电子技术不同，电力电子技术主要用于电力变换。电力电子技术已成为现代电气工程与自动化专业不可缺少的一门专业基础课，在培养该专业人才中占有重要地位。电力电子技术与电气工程(强电)、信息工程(弱电)、控制工程三大学科紧密交叉，是连接弱电和强电的桥梁，是目前最活跃、发展最快的新兴学科之一，近20年来得到了迅速的发展。针对发展的需求，电力电子技术课程需要进行课程重构和实验改革。以往的电力电子技术教学设备主要采用模拟电路或者专用控制芯片方式实现，大多属于演示性或验证性实验，硬件电路固定，系统特性无法随意改变，控制方式单一且不能改变，体积大、成本高，限制了学生动手能力和创新能力的培养。经检索，中国专利号ZL201610056810.8，专利技术名称为：数字化电力电子及电气传动实时控制实验装置及实验方法，申请日为：2016年1月27日，该申请案公开的实验装置，包括计算机、数据采集及实时控制模块、信号转换模块、信号保护驱动模块、脉冲触发模块、时钟同步单元及电力电子及电气传动实验挂件区；该申请案还包括使用上述装置的试验方法；该申请案的实验装置能够完成综合性的电力电子和电气传动实验。但该申请案提供的实验装置体积大，其所需成本高，并且存在实验切换复杂的缺点。
技术实现思路
1.专利技术要解决的技术问题鉴于现有的电力电子实验平台存在硬件电路固定，系统特性无法随意改变，体积大、成本高的问题，本专利技术提供了一种数字式多功能电力电子技术实验方法，将所有实验集成为一体，利用共用部分元器件实现了减小体积的目的，通过拨动开关选择实验内容，实验切换简单便捷，提高了实验平台的综合性和集成度，节约成本并提高了实验平台的使用灵活性。2.技术方案为达到上述目的，本专利技术提供的技术方案为：本专利技术的一种数字式多功能电力电子技术实验平台，包括保护电路、采样电路、驱动电路、DSP核心控制板、PC机和电力电子集成主电路；所述的保护电路分别与采样电路、DSP核心控制板电连接；电力电子集成主电路通过采样电路与DSP核心控制板电连接；所述的驱动电路包括MOS管驱动电路和晶闸管驱动电路，驱动电路分别与DSP核心控制板、电力电子集成主电路电连接；所述的DSP核心控制板与PC机电连接，接受PC机信号并反馈；所述的电力电子集成主电路包括单相半波可控整流电路、单相桥式可控整流电路、单相PWM整流电路、PWM产生与驱动电路、Boost电路、Buck电路、方波逆变电路和SPWM逆变电路。更进一步地，所述的单相半波可控整流电路和单相桥式可控整流电路共用一个电路，该电路包括电流传感器、四个晶闸管、多个拨动开关、多个水泥电阻和电感；所述的晶闸管S1输入端经拨动开关W14与电源连接的同时，与晶闸管S2的输出端连接；晶闸管S1输出端分别与晶闸管驱动电路的S5端、G5端、电流传感器A3的IP+端子连接；晶闸管S2的输出端还与晶闸管驱动电路的S6端、G6端连接；晶闸管S2的输入端接地的同时分为三路，一路经电阻R106和拨动开关W12接入电流传感器A3的IP-端子，另一路经电阻R105、拨动开关W13和电感L6接入电流传感器A3的IP-端子，最后一路经拨动开关W16和W15与电源连接；晶闸管S3输出端与晶闸管驱动电路的S7端、G7端连接的同时，接入电流传感器A3的IP+端子；晶闸管S3输入端分别与晶闸管S4输出端、拨动开关W16连接，同时经拨动开关W15接入电源；晶闸管S4输出端还与晶闸管驱动电路的S8端、G8端连接；晶闸管S4输入端与晶闸管S3的输入端连接；所述的电流传感器A3的VCC端子接入电源，同时经电容C48接地；GND端子接地的同时，经电容C49接入采样电路；VIOUT端子经电阻R132端子接入采样电路。更进一步地，所述的单相PWM整流电路、PWM产生与驱动电路、Boost电路、Buck电路、方波逆变电路和SPWM逆变电路共用一个电路，该电路包括电感、四个电力MOS管、拨动开关、水泥电阻、电解电容、CBB电容和电流传感器；所述的电力MOS管M1的1端子与MOS管驱动电路的G1端连接，电力MOS管M1的2端子经拨动开关W2和滑动变阻器B1接入电源，同时经拨动开关W3接入电流传感器A1的IP+端子；电力MOS管M1的3端子与电力MOS管M2的2端子连接，二者同时与MOS管驱动电路的S1端、采样电路连接，并经三个串联的电感、拨动开关W1和滑动变阻器B1接入电源，经五个串联的电感和拨动开关W10接入采样电路，经拨开关W4和电感L3接入电流传感器A1的IP+端子，经拨动开关W5、电感L4和电容C122分别连接电力MOS管M3的3端子和电力MOS管M4的2端子，经拨动开关W5、电感L4和电阻R101分别连接电力MOS管M3的3端子和电力MOS管M4的2端子，经拨动开关W5和电感L4连接采样电路，经拨动开关W11连接电力MOS管M3的3端子和电力MOS管M4的2端子；所述的电力MOS管M2的1端子与MOS管驱动电路的G2端连接，电力MOS管M2的3端子与MOS管驱动电路的S2端连接，同时分别经二极管D12，经二极管D13和电阻R6，经电容C120，经电容C121，经电容C43和电阻R153，经电容C43和二极管D11接入滑动变阻器B1一端；并分别经电容C123、C124、CBB电容CBB1、CBB2接入拨动开关W9后接入电流传感器A1的IP-端子；电力MOS管M2的3端子还分别经电阻R102、R103、R104接入拨动开关W6、W7、W8的一端，拨动开关W6、W7、W8的另一端均接入电流传感器A1的IP-端子；电力MOS管M2的3端子接地；所述的电力MOS管M3的1端子与MOS管驱动电路的G3端连接；电力MOS管M3的2端子与电流传感器A1的IP+端子连接；电力MOS管M3的3端子分别与MOS管驱动电路的S3端、电力MOS管M4的2端子连接，同时接入采样电路；所述的电力MOS管M4的1端子与MOS管驱动电路的G4端连接；电力MOS管M4的3端子分别接入MOS管驱动电路的S4端和电力MOS管M2的3端子；所述的电流传感器A1的IP-端子接入采样电路；电流传感器A1的VCC端子接入电源，同时经电容C125接地；电流传感器A1的输出VIOUT端子经过R27和C126组成的滤波电路后接入采样电路。更进一步地，所述的采样电路由多路电流传感器、电压传感器以及外围电路组成，用于获取实验过程中的电流信号和电压信号，并将相关信号发送到DSP核心控制板，该采样电路包括直流电压采样电路、交流电压采样电路和电流采样电路。更进一步地，所述的保护电路由比较器电路和逻辑门电路组成，采样电路将主电路的关键电压电流信号进行采集，采本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种数字式多功能电力电子技术实验方法，其特征在于：利用不同拨动开关的闭合，可分别进行单相半波可控整流实验、单相桥式全控整流实验、单相PWM整流实验、Buck实验、Boost实验、方波逆变实验和SPWM逆变实验。/n

【技术特征摘要】
1.一种数字式多功能电力电子技术实验方法，其特征在于：利用不同拨动开关的闭合，可分别进行单相半波可控整流实验、单相桥式全控整流实验、单相PWM整流实验、Buck实验、Boost实验、方波逆变实验和SPWM逆变实验。


2.根据权利要求1所述的一种数字式多功能电力电子技术实验方法，其特征在于：在进行单相半波可控整流实验、单相桥式全控整流实验和单相PWM整流实验时，先进行过零检测；检测完成后，对于单相半波可控整流实验，使拨动开关12、14、15、16、17处于ON状态，其它开关处于OFF状态，主电路处于单相半波可控整流带电阻负载状态，进行单相半波可控整流带电阻负载实验；使拨动开关13、14、15、16、17、19处于ON状态，其它开关处于OFF状态，主电路处于单相半波可控整流带阻感负载状态，进行单相半波可控整流带阻感负载实验；对于单相桥式全控整流实验，拨动开关12、14、15、17处于ON状态，其它开关处于OFF状态，主电路处于单相桥式全控整流带电阻负载状态，进行单相桥式全控整流带电阻负载实验；拨动开关13、14、15、17、19处于ON状态，其它开关处于OFF状态，主电路处于单相桥式全控整流带阻感负载状态，进行单相桥式全控整流带阻感负载实验；对于单相PWM整流实验，拨动开关3、6、9、10、11、17处于ON状态，其它开关处于OFF状态，主电路处于单相PWM整流电路状态，进行单相PWM整流实验。


3.根据权利要求1或2所述的一种数字式多功能电力电子技术实验方法，其特征在于：对于Buck实验，拨动开关2、4、7、8、18处于ON状态，其它开关处于OFF状态，主电路处于Buck电路状态，进行Buck实验；对于Boost实验，拨动开关1、3、7、9、17处于ON状态，其它开关处于OFF状态，主电路处于Boost电路状态，进行Boost实验；所述的方波逆变实验和SPWM逆变实验电路相同，在实验时，拨动开关2、3、5处于ON状态，其它开关处于OFF状态，主电路处于方波逆变和SPWM逆变状态，PC机根据选择的逆变方式，进行方波逆变实验或SPWM逆变实验。


4.根据权利要求3所述的一种数字式多功能电力电子技术实验方法，其特征在于：使用该方法的电力电子技术实验平台，包括保护电路、采样电路、驱动电路、DSP核心控制板、PC机和电力电子集成主电路；所述的保护电路分别与采样电路、DSP核心控制板电连接；电力电子集成主电路通过采样电路与DSP核心控制板电连接；所述的驱动电路包括MOS管驱动电路和晶闸管驱动电路，驱动电路分别与DSP核心控制板、电力电子集成主电路电连接；所述的DSP核心控制板与PC机电连接，接受PC机信号并反馈；所述的电力电子集成主电路包括单相半波可控整流电路、单相桥式可控整流电路、单相PWM整流电路、PWM产生与驱动电路、Boost电路、Buck电路、方波逆变电路和SPWM逆变电路。


5.根据权利要求4所述的一种数字式多功能电力电子技术实验方法，其特征在于：所述的实验平台中的单相半波可控整流电路和单相桥式可控整流电路共用一个电路，该电路包括电流传感器、四个晶闸管、多个拨动开关、多个水泥电阻和电感；所述的晶闸管S1输入端经拨动开关W14与电源连接的同时，与晶闸管S2的输出端连接；晶闸管S1输出端分别与晶闸管驱动电路的S5端、G5端、电流传感器A3的IP+端子连接；晶闸管S2的输出端还与晶闸管驱动电路的S6端、G6端连接；晶闸管S2的输入端接地的同时分为三路，一路经电阻R106和拨动开关W12接入电流传感器A3的IP-端子，另一路经电阻R105、拨动开关W13和电感L6接入电流传感器A3的IP-端子，最后一路经拨动开关W16和W15与电源连接；晶闸管S3输出端与晶闸管驱动电路的S7端、G7端连接的同时，接入电流传感器A3的IP+端子；晶闸管S3输入端分别与晶闸管S4输出端、拨动开关W16连接，同时经拨动开关W15接入电源；晶闸管S4输出端还与晶闸管驱动电路的S8端、G8端连接；晶闸管S4输入端与晶闸管S3的输入端连接；所述的电流传感器A3的VCC端子接入电源，同时经电容C48接地；GND端子接地的同时，经电容C49接入采样电路；VIOUT端子经电阻R132端子接入采样电路。

【专利技术属性】
技术研发人员：郑诗程，黄聪，林峰，
申请(专利权)人：安徽工业大学，
类型：发明
国别省市：安徽;34