可扩展型电力电子教学实验装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种电力电子教学实验装置，特别是一种可扩展型电力电子教学实验
目.0
【背景技术】
[0002]目前国内高等院校和高职高专院校，为了配合学生对于电力电子技术、电力拖动和自动控制等课程的学习和理解，需要在教学仪器市场选择教学仪器，让学生通过实验来提高动手能力，同时加深对相关知识的理解。然而，国内的很多教学设备存在着可扩展性不强的缺点，无法为学生提供具有综合性、灵活性的实验和教学内容的教学实验装置。
[0003]现有的电力电子类的实验装置往往是专门定制的，常具有价格昂贵、实验单一，不同的实验之间的通用性、综合性较差的缺点。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是要提供一种可扩展型电力电子教学实验装置，解决价格昂贵、实验单一，不同的实验之间的通用性、综合性较差的问题。
[0005]本发明的目的是这样实现的:可扩展型电力电子实验装置包括电源，开关，模块和组件;该实验装置的前面板有电子元器件标示和接线端子，电子元器件标示和接线端子在装置内部对应着相应的实体电路；
[0006]所述的模块包括有多个不同电路功能的模块，有IPM模块，信号调理模块，CompactR1控制器模块、测速模块和电表模块;所述的组件包括有PC机、负载、电机、自耦调压器和隔离变压器;PC机与CompactR1控制器模块连接，CompactR1控制器模块与信号调理模块连接;IPM模块与信号调理模块连接，电机与IPM模块的输出端连接，电机的输出轴通过测速模块与信号调理模块连接;负载同时与IPM模块和电表模块连接;外接的单相交流电源通过隔离变压器和自耦调压器为IPM模块提供交流电压;IPM模块向信号调理模块提供5V直流电源;与交流侧连接的直流稳压电源，为CompactR1控制器模块提供24V直流电源。
[0007]所述的电表模块包括交流电压表、交流电流表、直流电压表和直流电流表;电表模块和相应的接线端子设置在前面板上，无需外接电表，通过简单的连线能够测量出电路中的电信号的数值，前面板上有各主电路的空气开关，电阻、电感和电容元器件;测量信号输出接口，电子元件，电机和开关处的接线端子也引出到了前面板上;前面板左下角有自耦调压器旋钮，通过调节旋钮来调节输入到IPM模块的电压值;连接在前面板上的元器件旁边，都标示有相对应的文字和符号。
[0008]所述的IPM模块为智能功率模块，该模块使用内部的IGBT作为功率开关元件，采用6单元IPM封装，每个单元内部对应一个IGBT管；IPM模块有用户接口端子JPl和用户接口端子JP2两个接口端子;通过隔离变压器和自耦调压器引入的交流电，经IPM中的不控整流模块在端子P-N处产成直流电压;再通过控制信号来驱动六个IGBT管，进而组成Boost升压电路、Buck降压电路、单相半桥逆变电路、单相全桥逆变电路和三相全桥逆变电路；用户接口端子JPI有26针接口；其中，12路接口与信号调理模块通信;6路信号对应驱动6个IGBT管；2路信号对应向信号调理模块提供5V直流电源;4路检测信号分别对应为温度检测信号、V相电流检测信号、U相电流检测信号和VDC直流电压采样信号;检测信号经过信号调理模块进入Compac tR 1控制器，实现闭环控制。
[0009]所述的信号调理模块内部含有光耦和信号调理电路，光耦避免了控制电路和主电路的电气连接;信号调理电路有与IPM通信的26针端口，还有以下端口: IPM采样信号端口，将IPM中的采样信号，输入到CompactR1控制器的NI9215模拟输入采集板卡;25针井口公头端子，端子接口连接示波器来观测相应信号的波形等信息，同时作为信号输入端口，与其他实验装置连接;发波信号接收端子，接收CompactR1控制器发出的6路PffM信号;测速模块信息的接收端子。
[0010]所述的CompactR1控制器模块内置有NI9215模拟输入采集板卡和NI9401发波板卡;NI9215模拟输入采集板卡为16位模拟输入采集板卡，用于接收IPM的采样信号；发波板卡NI9401有8路数字量1口，输出6路PffM信号到信号调理模块;实验装置上设有网线接口，可通过网线将PC机与CompactRI O控制器模块相连接，将PC机中的电力电子程序下载到控制器中，然后进行相关的电力电子实验。
[0011 ]有益效果及优点，由于采用了上述方案，
[0012]本实验装置对于帮助学生或科研人员掌握基本实验方法和加强实验技能训练而言，具有设计合理，简单直观，便于操作的特点，由此而来的优异效果体现在以下几个方面:
[0013]本实验装置体积较小，外部只需要单向的交流电源即可，因此可以节约实验室的空间。
[0014]本实验装置内部的实体电路，在开关和电子元器件的附近均串联有保险丝，可以有效的对电路和电路器件进行过电流保护。同时，保险丝价格便宜，易于更换。
[0015]本实验装置将多项实验所需设备进行了模块化的汇集，不仅扩展性强而且成本适中，可以节约设备购置资金。
[0016]在LabView图形化开发环境中对CompactR1控制器模块进行编程，Labview是一种用图标代替文本行创建应用程序的图形化编程语言，其具有直观、易学易用的特点，图形化编程工具LabView产生的程序是框图的形式，代替了传统的程序代码，因而可以在短时间内被学生和科研人员掌握并应用到实验和实际工程中去。
[0017]解决了价格昂贵、实验单一，不同的实验之间的通用性、综合性较差的问题，达到了本发明的目的。
【附图说明】
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[0018]图1为本发明的实验装置结构示意图。
[0019]图2为本发明的装置前面板示意图。
[0020]图3为本发明的IPM模块中的用户接口端子JP2接口端子内部结构简图。
[0021]图4为本发明的电力电子实验示意图。
[0022]图5为本发明的电机实验示意图。
[0023]图6为本发明的实验操作流程图。
[0024]图中，1、PC机;2、CompactR10控制器模块;3、采集板卡NI9215;4、信号调理模块;5、负载;6、电表模块;7、发波板卡NI9401; 8、测速模块;9、用户接口端子JPl; 10、用户接口端子JP2; 11、IPM模块;12、电机;13、自耦调压器;14、隔离变压器;15、单相外接交流电源。
【具体实施方式】
[0025]可扩展型电力电子实验装置包括电源，开关，模块和组件;该实验装置的前面板有电子元器件标示和接线端子，电子元器件标示和接线端子在装置内部对应着相应的实体电路；
[0026]所述的模块包括有多个不同电路功能的模块，有IPM模块11，信号调理模块4，CompactR1控制器模块2、测速模块8和电表模块6 ;所述的组件包括有PC机1、负载5、电机12、自耦调压器13和隔离变压器14;PC机I与CompactR1控制器模块2连接，CompactR1控制器模块2与信号调理模4块连接;IPM模块11与信号调理模块4连接，电机12与IPM模块11的输出端连接，电机12的输出轴通过测速模块8与信号调理模块4连接;负载5同时与I PM模块11和电表模块6连接;外接的单相交流电源15通过隔离变压器14和自耦调压器13为IPM模块11提供交流电压；IPM模块11向信号调理模块4提供5V直流电源；与交流侧连接的直流稳压电源，为CompactR1控制器模块2提供24V直流电源。
[0027]电源采用外接交流电源，外接交流电源通过自耦调压器13和隔离变压器14接入，通过调节自耦调压器13为各模块提供不同等级的电压。
[0028]所述的电表模块包括交流电压表、交流电流表、直流电压表和直流电流表;电表模块和相应的接线端子设置在前面板上，无需外接电表，通过简单的连线能够测量出电路中的电信号的数值，前面板上有各主电路的空气开关，电阻、电感和电容元器件;测量信号输出接口，电子元件，电机和开关处的接线端子也引出到了前面板上;前面板左下角有自耦调压器旋钮，通过调节旋钮来调节输入到IPM模块的电压值;连接在前面板上的元器件旁边，都标示有相对应的文字和符号。
[0029]所述的IPM模块采用的是三菱公司的智能功率模块，该模块使用内部的IGBT作为功率开关元件，采用6单元IPM封装，每个单元内部对应一个IGBT管；IPM模块有用户接口端子JPl和用户接口端子JP2两个接口端子;通过隔离变压器和自耦调压器引入的交流电，经IPM中的不控整流模块在端子P-N处产成直流电压;再通过控制信号来驱动六个IGBT管，进而组成Boost升压电路、Buck降压电路、单相半桥逆变电路、单相全桥逆变电路和三相全桥逆变电路；用户接口端子JPI有26针接口；其中，12路接口与信号调理模块通信;6路信号对应驱动6个IGBT管;2路信号对应向信号调理模块提供5V直流电源;4路检测信号分别对应为温度检测信号、V相电流检测信号、U相电流检测信号和VDC直流电压采样信号;检测信号经过信号调理模块进入CompactR1控制器，实现闭环控制。
[0030]所述的IPM模块既可以实现Boost升压电路、Buck降压电路、单相半桥逆变电路、单相全桥逆变电路和三相全桥逆变电路，也可以经过扩展，在逆变后的交流侧接电机，用PC机中下载到CompactR1控制器模块中的程序实现控制电机的调速实验。
[0031]所述的信号调理模块内部含有光耦和信号调理电路，光耦起到隔离电路的作用，避免了控制电路和主电路的电气连接;信号调理电路有与IPM通信的26针端口，还有以下端口: IPM采样信号端口，将IPM中的采样信号，输入到CompactR1控制器的NI9215模拟输入采集板卡;25针井口公头端子，端子接口连接示波器来观测相应信号的波形等信息，同时作为信号输入端口，与其他实验装置连接;发波信号接收端子，接收CompactR1控制器发出的6路PffM信号;测速模块信息的接收端子。
[0032]所述的CompactR1控制器模块采用的NI公司的CompactR1控制器9030;该控制器内部配置有接收采样信号的采集板卡NI9215和发送PffM脉冲波的发波板卡NI9401;NI9215模拟输入采集板卡为16位模拟输入采集板卡，用于接收IPM中的采样信号;NI9401发波板卡有8路数字量1口，输出6路PWM信号到信号调理模块;实验装置上设有网线接口，可通过网线将PC机与CompactR1控制器模块相连接，将PC机中的电力电子程序下载到控制器中，然后进彳丁相关的电力电子实验。
[0033]下面结合附图，进一步详细描述本发明的实施例。
[0034]实施例1:可扩展型电力电子教学实验装置，如图1所示，包括PC机I ,CompactR1控制器2，信号调理模块4，IPM模块11和电表模