一種數字化電力電子實驗裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及的是一種實驗教學儀器，具體涉及的是一種采用數字化設計的電力電子實驗裝置。
【背景技術】
[0002]目前國內高職高專以及高等院校中的自動化等專業都需要學習電機學、電力電子技術、自動控制系統等專業課程，而這些課程的學習需要通過實驗教學將理論結合實際。這樣才能使學生更好的加深理論學習，掌握本質并提高動手能力。但是現在國內的設備均較為簡單且實驗內容較少同時以驗證為主，無法滿足學校日益要求的實驗具有綜合性、開發性、先進性的要求，也無法跟上電力電子技術發展的步伐。
[0003]現有技術的，數字化電力電子試驗裝置一般是專門定制裝置，不同的試驗需要相應的裝置，試驗單一，開發性不強。
【實用新型內容】
[0004]實用新型目的:為克服以上實驗裝置的缺陷本實用新型提供了一種具有綜合性、開發性、先進性且適應電力電子技術發展需要的數字化電力電子實驗裝置。
[0005]本實用新型技術方案如下:
[0006]一種數字化電力電子實驗裝置，包括實時控制單元、信號保護模塊和掛件區，掛件區插接實驗用模塊組件；
[0007]實驗用模塊組件均與信號保護模塊相連接，信號保護模塊與實時控制單元相連接。
[0008]掛件區插接的實驗模塊組件為獨立組件結構，包括交流伺服電機硬件在環模塊、單相橋式半控整流模塊、三相交流調壓模塊、單相交流調壓模塊、三相晶閘管全/半控橋零式整流模塊、SPWM控制單相交直交變頻模塊、IGBT直流斬波電路。
[0009]交流伺服電機硬件在環模塊可完成交流伺服系統實驗和SVPWM實驗和各種算法的驗證試驗；單相橋式半控整流模塊可完成單相可控整流電路實驗；三相交流調壓模塊可完成三相調壓實驗；單相交流調壓模塊可完成單相交流調壓實驗；三相晶閘管全/半控橋(零)式整流模塊可完成三相晶閘管整流實驗；SPWM控制單相交直交變頻模塊可完成SPWM控制單相交直交變頻電路的研宄；IGBT直流斬波模塊可完成直流斬波實驗。
[0010]交流伺服電機硬件在環模塊包括工作電機驅動控制器、交流伺服電機、扭矩傳感器單元、可調負載單元、負載控制器；工作電機驅動控制器、扭矩傳感器單元、負載控制器均與信號保護模塊相連接。
[0011]試驗用交流伺服電機連接在工作電機驅動控制器、扭矩傳感器單元之間；可調負載單元連接在扭矩傳感器單元、負載控制器之間。
[0012]交流伺服電機硬件在環模塊中，工作電機驅動控制器包括高壓供電模塊、光電隔離模塊、功率芯片供電模塊、功率驅動模塊、編碼器模塊、電流傳感器、電壓傳感器、工作電機電源模塊、保護電路模塊；
[0013]高壓供電模塊與工作電機電源模塊相連，光電隔離模塊、功率芯片供電模塊、工作電機電源模塊、保護電路模塊均與功率驅動模塊相連，功率驅動模塊連接試驗用交流伺服電機；
[0014]實時控制單元通過信號保護模塊、光電隔離模塊連接功率驅動模塊，編碼器模塊、電流傳感器、電壓傳感器均分別連接信號保護模塊、交流伺服電機。
[0015]實時控制單元產生六路PWM信號通過信號保護模塊輸送到工作電機驅動控制器，工作電機驅動控制器和試驗用交流伺服電機通過三相電源線、信號線相連，工作電機驅動控制器控制交流伺服電機的運行，并獲得試驗用交流伺服電機的位置和速度信息；
[0016]工作電機驅動控制器采集到的交流伺服電機的實時數據通過信號保護模塊傳送給實時控制單元；
[0017]實時控制單元上設置的負載力矩參數傳送給負載控制器，負載控制器控制可調負載單元產生變化的負載力矩，同時實時控制單元對扭矩傳感器單元的輸出信號通過信號保護模塊實時米集；
[0018]可調負載單元、扭矩傳感器單元，和交流伺服電機同軸相連。
[0019]可調負載單元為負載電機。
[0020]交流伺服電機硬件在環模塊中，高壓供電模塊用于為工作電機電源模塊提供電源，包括接線端子部分、整流橋部分、繼電器保護部分，接線端子部分、整流橋部分、繼電器保護部分依次順序連接；
[0021]接線端子部分每個引線上均設置一個電容，用于濾波。
[0022]交流伺服電機硬件在環模塊中，光電隔離模塊20包括六路控制電路，受實時控制單元經過信號保護模塊輸出的PWM信號的控制，光耦在PWM控制信號作用下導通和關斷IPM的輸入信號。
[0023]交流伺服電機硬件在環模塊中，功率芯片供電模塊包括四路相同的供電電路，供電電路彼此之間相互獨立；
[0024]每條供電電路包括24V電源和F2415S-2W集成器件，24V電源、F2415S-2W集成器件相連接。
[0025]交流伺服電機硬件在環模塊中，工作電機電源模塊輸出電機工作電源給功率驅動模塊，高壓供電模塊的電壓轉換后輸出電壓至工作電機電源模塊轉換為電機工作電源，同時電機工作電源經過電源轉換芯片獲得功率芯片供電模塊輸出的24V電源，以及為電流傳感器、電壓傳感器提供供電的±12V直流電源；
[0026]±12V直流電源連接電流傳感器、電壓傳感器，為電流傳感器、電壓傳感器提供電源。
[0027]交流伺服電機硬件在環模塊中，保護電路模塊包括母線過壓欠壓保護電路、IPM輸出異常保護電路和保護控制電路；母線過壓欠壓保護電路、IPM輸出異常保護電路、軟啟動繼電器電路均與保護控制電路相連接。
[0028]光電隔離模塊的控制電路由PWM控制信號控制，光耦在PWM中的控制信號作用下導通和關斷IPM(Intelligent Power Module，智能功率模塊)的輸入信號；每路光耦都是相同的結構，控制六路信號。這里的光耦相當于一個開關，起到隔離電路的作用，避免了相互的干擾。
[0029]本實用新型通過實時控制單元的控制過程，建立閉環仿真模型，能夠將伺服電機處理結構實時反饋到伺服系統，實現實際在環試驗；所有控制信號直接由實時控制單元實時發出，所有要采集的數據由實時控制單元實時采集；所以本系統是一種硬件在環實時系統，具有搭建控制模型快速、高效、方便的優點。
[0030]值得說明的是，本實用新型實施控制單元以及其他控制過程為現有技術控制方法，本實用新型保護內容為裝置組件及組件連接關系。
[0031]本實用新型的有益效果包括:
[0032]1、本實用新型能夠實現、交流伺服系統實驗和SVPWM實驗、單相可控整流電路、三相晶閘管整流實驗、直流斬波實驗、三相調壓實驗、單相交流調壓實驗、SPWM控制單相交直交變頻電路試驗，實現試驗的綜合性和開發性，具有搭建模型快速、方便等優點，相對于專用DSP芯片的控制系統要簡單且節省時間；本實用新型方便被測交流伺服電機快速接入，并建立閉環仿真模型，能夠將伺服電機處理結構實時反饋到伺服系統，實現實際在環試驗；
[0033]2、電機控制的所有算法直接在實時控制單元中以matlab/Simulink語言實現，所有控制信號直接由實時控制單元實時發出，所有要采集的數據由實時控制單元實時采集；所以本系統是一種硬件在環實時系統，具有搭建控制模型快速、高效、方便的優點，
[0034]3、在實時控制單元的控制下，負載控制器可以控制可調負載單元產生高精度、任意形式的可調負載。
[0035]4、該系統運行時，電機以及負載單元的所有運行參數、中間計算數據均可由實時控制單元實時采集，且以圖形的形式顯示；
[0036]5、相對于基于專用DSP芯片等的控制系統，本實用新型要簡單且節省時間，可以實時在線修改算法參數，為參數尋優、各種算法的性能比較，以及控制算法的參數調節提供了方便。
[0037]5、進行實驗時所有控制信號由實時控制單元發出，經過隔離模塊和保護模塊送給具體的被控模塊，所有的過程參數由實時控制單元采集，并以圖形、數據等形式顯示，所有的控制算法在Matlab/Simulink中實現，快速、高效，是真正數字化的實驗裝置。
【附圖說明】
[0038]圖1是本實用新型的數字化電力電子實驗裝置結構框圖；
[0039]圖2是本實用新型的交流伺服電機硬件在環模塊的結構框圖；
[0040]圖3是工作電機驅動控制器的結構框圖；
[0041]圖4是工作電機驅動控制器的高壓供電模塊的結構示意圖；
[0042]圖5是工作電機驅動控制器的光電隔離模塊的結構示意圖；
[0043]圖6是工作電機驅動控制器的功率芯片供電模塊的結構示意圖；
[0044]圖7是工作電機驅動控制器的編碼器模塊的結構示意圖；
[0045]圖8是工作電機驅動控制器的電流傳感器的結構示意圖；
[0046]圖9是工作電機驅動控制器的電壓傳感器的結構示意圖；
[0047]圖10是工作電機驅動控制器的工作電機電源模塊的結構示意圖；
[0048]圖11是工作電機驅動控制器的保護電路模塊的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0049]下面結合附圖和具體的實施例對本實用新型技術方案作進一步的詳細描述，以使本領域的技術人員可以更好的理解本實用新型并能予以實施，但所舉實施例不作為對本實用新型的限定。
[0050]為便于理解本實用新型，下面將結合附圖進行闡述。
[0051]如圖1所示，一種數字化電力電子實驗裝置，包括實時控制單元1、信號保護模塊2和掛件區，掛件區插接實驗用模塊組件；實驗用模塊組件均與信號保護模塊2相連接，信號保護模塊2與實時控制單元I相連接。
[0052]掛件區插接的實驗模塊組件為獨立組件結構，包括交流伺服電機硬件在環模塊3、單相橋式半控整流模塊4、三相交流調壓模塊5、單相交流調壓模塊6、三相晶閘管全/半控橋(零)式整流模塊7、SPWM控制單相交直交變頻模塊8、IGBT直流斬波電路9。
[0053]交流伺服電機硬件在環模塊3可完成交流伺服系統實驗和SVPWM實驗和各種算法的驗證試驗；單相橋式半控整流模塊4可完成單相可控整流電路實驗；三相交流調壓模塊5可完成三相調壓實驗；單相交流調壓模塊6可完成單相交流調壓實驗；三相晶閘管全/半控橋(零)式整流模塊7可完成三相晶閘管整流實驗；SPWM控制單相交直交變頻模塊8可完成SPWM控制單相交直交變頻電路的研宄；IGBT直流斬波模塊9可完成直流斬波實驗。
[0054]如圖2所示，的交流伺服電機硬件在環模塊3包括工作電機驅動控制器10、交流伺服電機11、扭矩傳感器單元12、可調負載單元13、負載控制器14 ;工作電機驅動控制器10、扭矩傳感器單元12、負載控制器14均與信號保護模塊2相連接。
[0055]試驗用交流伺服電機11連接在工作電機驅動控制器10、扭矩傳感器單元12之間；可調負載單元13連接在扭矩傳感器單元12、負載控制器14之間。
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