一种数字化电力电子实验装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及的是一种实验教学仪器，具体涉及的是一种采用数字化设计的电力电子实验装置。
【背景技术】
[0002]目前国内高职高专以及高等院校中的自动化等专业都需要学习电机学、电力电子技术、自动控制系统等专业课程，而这些课程的学习需要通过实验教学将理论结合实际。这样才能使学生更好的加深理论学习，掌握本质并提高动手能力。但是现在国内的设备均较为简单且实验内容较少同时以验证为主，无法满足学校日益要求的实验具有综合性、开发性、先进性的要求，也无法跟上电力电子技术发展的步伐。
[0003]现有技术的，数字化电力电子试验装置一般是专门定制装置，不同的试验需要相应的装置，试验单一，开发性不强。
【实用新型内容】
[0004]实用新型目的:为克服以上实验装置的缺陷本实用新型提供了一种具有综合性、开发性、先进性且适应电力电子技术发展需要的数字化电力电子实验装置。
[0005]本实用新型技术方案如下:
[0006]一种数字化电力电子实验装置，包括实时控制单元、信号保护模块和挂件区，挂件区插接实验用模块组件；
[0007]实验用模块组件均与信号保护模块相连接，信号保护模块与实时控制单元相连接。
[0008]挂件区插接的实验模块组件为独立组件结构，包括交流伺服电机硬件在环模块、单相桥式半控整流模块、三相交流调压模块、单相交流调压模块、三相晶闸管全/半控桥零式整流模块、SPWM控制单相交直交变频模块、IGBT直流斩波电路。
[0009]交流伺服电机硬件在环模块可完成交流伺服系统实验和SVPWM实验和各种算法的验证试验；单相桥式半控整流模块可完成单相可控整流电路实验；三相交流调压模块可完成三相调压实验；单相交流调压模块可完成单相交流调压实验；三相晶闸管全/半控桥(零)式整流模块可完成三相晶闸管整流实验；SPWM控制单相交直交变频模块可完成SPWM控制单相交直交变频电路的研宄；IGBT直流斩波模块可完成直流斩波实验。
[0010]交流伺服电机硬件在环模块包括工作电机驱动控制器、交流伺服电机、扭矩传感器单元、可调负载单元、负载控制器；工作电机驱动控制器、扭矩传感器单元、负载控制器均与信号保护模块相连接。
[0011]试验用交流伺服电机连接在工作电机驱动控制器、扭矩传感器单元之间；可调负载单元连接在扭矩传感器单元、负载控制器之间。
[0012]交流伺服电机硬件在环模块中，工作电机驱动控制器包括高压供电模块、光电隔离模块、功率芯片供电模块、功率驱动模块、编码器模块、电流传感器、电压传感器、工作电机电源模块、保护电路模块；
[0013]高压供电模块与工作电机电源模块相连，光电隔离模块、功率芯片供电模块、工作电机电源模块、保护电路模块均与功率驱动模块相连，功率驱动模块连接试验用交流伺服电机；
[0014]实时控制单元通过信号保护模块、光电隔离模块连接功率驱动模块，编码器模块、电流传感器、电压传感器均分别连接信号保护模块、交流伺服电机。
[0015]实时控制单元产生六路PWM信号通过信号保护模块输送到工作电机驱动控制器，工作电机驱动控制器和试验用交流伺服电机通过三相电源线、信号线相连，工作电机驱动控制器控制交流伺服电机的运行，并获得试验用交流伺服电机的位置和速度信息；
[0016]工作电机驱动控制器采集到的交流伺服电机的实时数据通过信号保护模块传送给实时控制单元；
[0017]实时控制单元上设置的负载力矩参数传送给负载控制器，负载控制器控制可调负载单元产生变化的负载力矩，同时实时控制单元对扭矩传感器单元的输出信号通过信号保护模块实时米集；
[0018]可调负载单元、扭矩传感器单元，和交流伺服电机同轴相连。
[0019]可调负载单元为负载电机。
[0020]交流伺服电机硬件在环模块中，高压供电模块用于为工作电机电源模块提供电源，包括接线端子部分、整流桥部分、继电器保护部分，接线端子部分、整流桥部分、继电器保护部分依次顺序连接；
[0021]接线端子部分每个引线上均设置一个电容，用于滤波。
[0022]交流伺服电机硬件在环模块中，光电隔离模块20包括六路控制电路，受实时控制单元经过信号保护模块输出的PWM信号的控制，光耦在PWM控制信号作用下导通和关断IPM的输入信号。
[0023]交流伺服电机硬件在环模块中，功率芯片供电模块包括四路相同的供电电路，供电电路彼此之间相互独立；
[0024]每条供电电路包括24V电源和F2415S-2W集成器件，24V电源、F2415S-2W集成器件相连接。
[0025]交流伺服电机硬件在环模块中，工作电机电源模块输出电机工作电源给功率驱动模块，高压供电模块的电压转换后输出电压至工作电机电源模块转换为电机工作电源，同时电机工作电源经过电源转换芯片获得功率芯片供电模块输出的24V电源，以及为电流传感器、电压传感器提供供电的±12V直流电源；
[0026]±12V直流电源连接电流传感器、电压传感器，为电流传感器、电压传感器提供电源。
[0027]交流伺服电机硬件在环模块中，保护电路模块包括母线过压欠压保护电路、IPM输出异常保护电路和保护控制电路；母线过压欠压保护电路、IPM输出异常保护电路、软启动继电器电路均与保护控制电路相连接。
[0028]光电隔离模块的控制电路由PWM控制信号控制，光耦在PWM中的控制信号作用下导通和关断IPM(Intelligent Power Module，智能功率模块)的输入信号；每路光耦都是相同的结构，控制六路信号。这里的光耦相当于一个开关，起到隔离电路的作用，避免了相互的干扰。
[0029]本实用新型通过实时控制单元的控制过程，建立闭环仿真模型，能够将伺服电机处理结构实时反馈到伺服系统，实现实际在环试验；所有控制信号直接由实时控制单元实时发出，所有要采集的数据由实时控制单元实时采集；所以本系统是一种硬件在环实时系统，具有搭建控制模型快速、高效、方便的优点。
[0030]值得说明的是，本实用新型实施控制单元以及其他控制过程为现有技术控制方法，本实用新型保护内容为装置组件及组件连接关系。
[0031]本实用新型的有益效果包括:
[0032]1、本实用新型能够实现、交流伺服系统实验和SVPWM实验、单相可控整流电路、三相晶闸管整流实验、直流斩波实验、三相调压实验、单相交流调压实验、SPWM控制单相交直交变频电路试验，实现试验的综合性和开发性，具有搭建模型快速、方便等优点，相对于专用DSP芯片的控制系统要简单且节省时间；本实用新型方便被测交流伺服电机快速接入，并建立闭环仿真模型，能够将伺服电机处理结构实时反馈到伺服系统，实现实际在环试验；
[0033]2、电机控制的所有算法直接在实时控制单元中以matlab/Simulink语言实现，所有控制信号直接由实时控制单元实时发出，所有要采集的数据由实时控制单元实时采集；所以本系统是一种硬件在环实时系统，具有搭建控制模型快速、高效、方便的优点，
[0034]3、在实时控制单元的控制下，负载控制器可以控制可调负载单元产生高精度、任意形式的可调负载。
[0035]4、该系统运行时，电机以及负载单元的所有运行参数、中间计算数据均可由实时控制单元实时采集，且以图形的形式显示；
[0036]5、相对于基于专用DSP芯片等的控制系统，本实用新型要简单且节省时间，可以实时在线修改算法参数，为参数寻优、各种算法的性能比较，以及控制算法的参数调节提供了方便。
[0037]5、进行实验时所有控制信号由实时控制单元发出，经过隔离模块和保护模块送给具体的被控模块，所有的过程参数由实时控制单元采集，并以图形、数据等形式显示，所有的控制算法在Matlab/Simulink中实现，快速、高效，是真正数字化的实验装置。
【附图说明】
[0038]图1是本实用新型的数字化电力电子实验装置结构框图；
[0039]图2是本实用新型的交流伺服电机硬件在环模块的结构框图；
[0040]图3是工作电机驱动控制器的结构框图；
[0041]图4是工作电机驱动控制器的高压供电模块的结构示意图；
[0042]图5是工作电机驱动控制器的光电隔离模块的结构示意图；
[0043]图6是工作电机驱动控制器的功率芯片供电模块的结构示意图；
[0044]图7是工作电机驱动控制器的编码器模块的结构示意图；
[0045]图8是工作电机驱动控制器的电流传感器的结构示意图；
[0046]图9是工作电机驱动控制器的电压传感器的结构示意图；
[0047]图10是工作电机驱动控制器的工作电机电源模块的结构示意图；
[0048]图11是工作电机驱动控制器的保护电路模块的结构示意图。
【具体实施方式】
[0049]下面结合附图和具体的实施例对本实用新型技术方案作进一步的详细描述，以使本领域的技术人员可以更好的理解本实用新型并能予以实施，但所举实施例不作为对本实用新型的限定。
[0050]为便于理解本实用新型，下面将结合附图进行阐述。
[0051]如图1所示，一种数字化电力电子实验装置，包括实时控制单元1、信号保护模块2和挂件区，挂件区插接实验用模块组件；实验用模块组件均与信号保护模块2相连接，信号保护模块2与实时控制单元I相连接。
[0052]挂件区插接的实验模块组件为独立组件结构，包括交流伺服电机硬件在环模块3、单相桥式半控整流模块4、三相交流调压模块5、单相交流调压模块6、三相晶闸管全/半控桥(零)式整流模块7、SPWM控制单相交直交变频模块8、IGBT直流斩波电路9。
[0053]交流伺服电机硬件在环模块3可完成交流伺服系统实验和SVPWM实验和各种算法的验证试验；单相桥式半控整流模块4可完成单相可控整流电路实验；三相交流调压模块5可完成三相调压实验；单相交流调压模块6可完成单相交流调压实验；三相晶闸管全/半控桥(零)式整流模块7可完成三相晶闸管整流实验；SPWM控制单相交直交变频模块8可完成SPWM控制单相交直交变频电路的研宄；IGBT直流斩波模块9可完成直流斩波实验。
[0054]如图2所示，的交流伺服电机硬件在环模块3包括工作电机驱动控制器10、交流伺服电机11、扭矩传感器单元12、可调负载单元13、负载控制器14 ;工作电机驱动控制器10、扭矩传感器单元12、负载控制器14均与信号保护模块2相连接。
[0055]试验用交流伺服电机11连接在工作电机驱动控制器10、扭矩传感器单元12之间；可调负载单元13连接在扭矩传感器单元12、负载控制器14之间。
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