电力电子可扩展实验平台的制作方法

本实用新型涉及教学设备领域，具体涉及一种电力电子可扩展实验平台。

背景技术：

为配合学生对电力电子技术等课程的学习和理解，需要试验设备来作为辅助设备。目前，国内教学设备大多专门定制，存在可扩展性不强的缺点，无法为学生提供具有综合性、灵活性的实验设备。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种电力电子可扩展实验平台，以解决现有电力电子实验台可扩展性不强的缺点。

本实用新型采用的技术方案是：

一种电力电子可扩展实验平台，其特征在于，包括：

24组IGBT，每组IGBT配套一个电容、一个驱动电路板，可搭建两电平换流器、三电平换流器、模块化多电平换流器、H桥级联型换流器；

可程控直流电源，配套三相交流电源、三相自耦调压器、空气开关、滤波电感、负载电路、电压传感器、电流传感器，可完成整流实验、离网逆变实验、并网逆变实验；

控制器，配套采集板卡、发波板卡、PC机、直流电源盒、光耦隔离板，能可靠执行labview实时应用程序。

所述的一种电力电子可扩展实验平台，其特征在于，所述可程控直流电源采用Chroma公司的62100H-450，额定电压为450V，额定电流为23A，额定功率为10kW；为逆变实验提供稳定的直流电源。

所述的一种电力电子可扩展实验平台，其特征在于，所述电容采用BHC公司的ALS30A332NF400，额定容量为3300μF，额定电压为400V(DC)；作为IGBT的配套设备，可在两电平、三电平拓扑中作直流侧电容使用或在级联型多电平换流器中作子模块电容使用。

所述的一种电力电子可扩展实验平台，其特征在于，所述IGBT采用英飞凌公司的BSM50GB120DLC，额定电压为1200V，额定电流为50A；每组IGBT包含两个IGBT管，是实验平台核心电力电子设备。

所述的一种电力电子可扩展实验平台，其特征在于，所述驱动电路板采用Concept公司的2SD315AI模块作为核心模块，外围电路采用15V DC电源供电，且有信号互锁电路以防止上下桥臂同时导通。

所述的一种电力电子可扩展实验平台，其特征在于，所述直流电源盒采用明纬公司的NES-150-15、NES-150-5，NES-150-15额定电压15V，额定功率150W；NES-150-5额定电压5V，额定功率130W；其中，NES-150-15为电压、电流传感器提供15V的直流电源；NES-150-5为光耦隔离板提供5V的直流电压；另外，NI cRIO-9030控制器拥有其配套的24V直流电源。

所述的一种电力电子可扩展实验平台，其特征在于，所述电压传感器采用LEM公司的LV25-P；电流传感器采用LEM公司的LA55-P；LV25-P采用±15VDC开关电源供电，原副边线圈匝数比为2500：1000；LA55-P采用±15VDC开关电源供电，原副边线圈匝数比为1：1000。

所述的一种电力电子可扩展实验平台，其特征在于，所述光耦隔离板可实现控制信号与驱动信号的电气隔离。

所述的一种电力电子可扩展实验平台，其特征在于，所述控制器采用美国国家仪器公司的NI cRIO-9030控制器，包括实时控制器、可重构现场可编程门阵列(FPGA)机箱、工业级I/O模块；集板卡采用NI9220*2，可实现同步16通道输入；发波板卡采用NI9401*3，可实现同步8个数字输出；PC机，通过网线与NI cRIO-9030控制器通信，实现对系统的实时监控和在线调试功能。

所述的一种电力电子可扩展实验平台，其特征在于，所述三相自耦调压器可根据换流器拓扑、调制方式、调制度改变变压器二次侧电压值，为换流器提供灵活的交流侧电压，变压器二次侧输出电压的范围为0～430V；三相交流电源提供380V的三相交流工频电。

滤波电感，可配合电容，搭建L、LC、LCL交流滤波器，以平滑波形；负载电路，主要包括电阻、电抗、电容三种，可用于搭建线性负载、非线性负载。

相比于现有技术，本实用新型的有益效果是：

本实用新型提供的一种电力电子可扩展实验平台，可以实现各种拓扑结构换流器的搭建，可完成不同拓扑、不同工况的电力电子实验。

附图说明

图1为本实用新型一种电力电子可扩展实验平台的结构示意图。

图中，1.可程控直流电源；2.电容；3.IGBT；4.驱动电路板；5.直流电源盒；6.电压传感器；7.电流传感器；8.滤波电感；9.光耦隔离板；10.采集板卡；11.发波板卡；12.控制器；13.负载电路；14.空气开关；15.三相自耦调压器；16.三相交流电源；17.PC机。

图2为本实用新型一种电力电子可扩展实验平台的实验操作流程。

具体实施方式

以下结合附图，具体说明本实用新型。

本实用新型一种电力电子可扩展实验平台的结构示意图如图1。

以下涉及到的各器件选型是本发明的优选实施方案，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

一种电力电子可扩展实验平台，其特征在于，包括：

24组IGBT 3，每组IGBT 3配套一个电容2、一个驱动电路板4，可搭建两电平换流器、三电平换流器、五电平模块化多电平换流器、九电平H桥级联型换流器；

可程控直流电源1，配套三相交流电源16、三相自耦调压器15、空气开关14、滤波电感8、负载电路13、电压传感器6、电流传感器7，可完成整流实验、离网逆变实验、并网逆变实验；

控制器12，配套采集板卡10、发波板卡11、PC机17、直流电源盒5、光耦隔离板9，能可靠执行labview实时应用程序。

可程控直流电源1采用Chroma公司的62100H-450，额定电压为450V，额定电流为23A，额定功率为10kW；为逆变实验提供稳定的直流电源。

电容2采用BHC公司的ALS30A332NF400，额定容量为3300μF，额定电压为400V(DC)；作为IGBT的配套设备，可在两电平、三电平拓扑中作直流侧电容使用或在级联型多电平换流器中作子模块电容使用。

IGBT3采用英飞凌公司的BSM50GB120DLC，额定电压为1200V，额定电流为50A；每组IGBT包含两个IGBT管，是实验平台核心电力电子设备。

驱动电路板4采用Concept公司的2SD315AI模块作为核心模块，外围电路采用15V DC电源供电，且有信号互锁电路以防止上下桥臂同时导通。

直流电源盒5采用明纬公司的NES-150-15、NES-150-5，NES-150-15额定电压15V，额定功率150W；NES-150-5额定电压5V，额定功率130W；其中，NES-150-15为电压、电流传感器6、7提供15V的直流电源；NES-150-5为光耦隔离板9提供5V的直流电压；另外，NI cRIO-9030控制器12拥有其配套的24V直流电源。

电压传感器6采用LEM公司的LV25-P；电流传感器7采用LEM公司的LA55-P；LV25-P采用±15VDC开关电源供电，原副边线圈匝数比为2500：1000；LA55-P采用±15VDC开关电源供电，原副边线圈匝数比为1：1000。

光耦隔离板9可实现控制信号与驱动信号的电气隔离。

控制器12采用美国国家仪器公司的NI cRIO-9030控制器，包括实时控制器、可重构现场可编程门阵列(FPGA)机箱、工业级I/O模块；集板卡10采用NI9220*2，可实现同步16通道输入；发波板卡11采用NI9401*3，可实现同步8个数字输出；PC机，通过网线与NI cRIO-9030控制器通信，实现对系统的实时监控和在线调试功能。

三相自耦调压器15可根据换流器拓扑、调制方式、调制度改变变压器二次侧电压值，为换流器提供灵活的交流侧电压，变压器二次侧输出电压的范围为0～430V；三相交流电源16提供380V的三相交流工频电。

滤波电感8，可配合电容，搭建L、LC、LCL交流滤波器，以平滑波形；负载电路13，主要包括电阻、电抗、电容三种，可用于搭建线性负载、非线性负载。

采用本实用新型一种电力电子可扩展实验平台的实验操作流程如图2所示。

1.根据实验目的，根据换流器拓扑完成换流器部分接线。2.完成通电检查。3.确定接线无误后，控制器、PC机上电。4.PC机与控制器完成通信，控制器下载并运行程序。5.主电路上电，观察实验结果并截取波形。6.停止运行实验台，先断主电路电，后断控制器电。