]如图3所示，交流伺服电机硬件在环模块3中，工作电机驱动控制器10包括高压供电模块15、光电隔离模块20、功率芯片供电模块24、功率驱动模块19、编码器模块21、电流传感器22、电压传感器23、工作电机电源模块16、保护电路模块17 ；
[0057]高压供电模块15与工作电机电源模块16相连，光电隔离模块20、功率芯片供电模块24、工作电机电源模块16、保护电路模块17均与功率驱动模块19相连，功率驱动模块19连接试验用交流伺服电机11 ;
[0058]实时控制单元I通过信号保护模块2、光电隔离模块20连接功率驱动模块19，编码器模块21、电流传感器22、电压传感器23均分别连接信号保护模块2、交流伺服电机11。
[0059]实时控制单元I产生六路PWM信号通过信号保护模块2输送到工作电机驱动控制器10，工作电机驱动控制器10和试验用交流伺服电机11通过三相电源线、信号线相连，工作电机驱动控制器10控制交流伺服电机11的运行，并获得试验用交流伺服电机11的位置和速度信息；
[0060]工作电机驱动控制器10采集到的交流伺服电机11的实时数据通过信号保护模块2传送给实时控制单元I ;
[0061]实时控制单元I上设置的负载力矩参数传送给负载控制器14，负载控制器14控制可调负载单元13产生变化的负载力矩，同时实时控制单元I对扭矩传感器单元12的输出信号通过信号保护模块2实时采集；
[0062]可调负载单元13、扭矩传感器单元12和交流伺服电机11同轴相连。可调负载单元给工作电机加载不同的负载，同时，扭矩传感器单元能够采集可调负载单元和交流伺服电机的相对扭矩。
[0063]可调负载单元13为负载电机。
[0064]本实施例中，实时控制单元I上安装了 Quanser公司出品的QuaRC实时软件和Matlab软件，Matlab与QuaRC软件包括电机控制算法的实现与参数设置部分、负载力矩设置部分和动态性能参数显示部分；电机控制算法的实现与参数设置部分用于调制控制信号PWM波形，并通过实时控制软件输送到工作电机驱动控制器10 ;负载力矩设置部分用于控制可调负载单元13，产生可调的负载；动态性能参数显示部分用于显示工作电机驱动控制器10传送过来的电机运行动态数据，用于观察整个系统的运行状况。
[0065]进行实验时所有控制信号由实时控制单元(PC机+Quanser平台+数据采集卡)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。
[0066]图4所示，交流伺服电机硬件在环模块3中，高压供电模块15用于为工作电机电源模块16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；
[0067]接线端子部分每个引线上均设置一个电容，用于滤波；整流桥选用的型号为6RI100G-160,该型号性能稳定，使得交流电转化成直流电；第三部分的继电器采用的是NVF4-3A-Z80b，防止初始上电时电流过大而烧坏电路元器件。
[0068]图5所示，交流伺服电机硬件在环模块3中，光电隔离模块(20)包括六路控制电路，受实时控制单元I经过信号保护模块2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。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。
[0069]图6所示，交流伺服电机硬件在环模块3中，功率芯片供电模块24包括四路相同的供电电路，供电电路彼此之间相互独立；
[0070]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；具体地，24V的电源电压接F2415S-2W的输入引脚I和引脚2，F2415S_2W的输出引脚7和引脚5接光耦的供电端子，在F2415S-2W的输出引脚7和引脚5之间接一个IK电阻，防止电流过大而烧坏F2415S-2W集成器件。
[0071]图7为工作电机驱动控制器的编码器模块21的结构示意图，编码器将输入信号转化为电信号后方便后续处理。
[0072]如图8所示，电流传感器22连接±12V直流电源和实时控制单元的QPIDe数据采集卡;
[0073]±12V为电流传感器提供电源，在电源和地之间接上电容防止电磁干扰，通过采样电阻获得采样电流，通过QPIDe数据采集卡中的模拟输入通道，将数据传回实时控制单元I的QuaRC中，用于控制算法。
[0074]图9为工作电机驱动控制器的电压传感器23的结构示意图，其工作原理和电流传感器22相同。
[0075]图10所示，交流伺服电机硬件在环模块3中，工作电机电源模块16输出电机工作电源给功率驱动模块19，高压供电模块15的电压转换后输出电压至工作电机电源模块16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24输出的24V电源，以及为电流传感器22、电压传感器23提供供电的土 12V直流电源；
[0076]土 12V直流电源连接电流传感器22、电压传感器23，为电流传感器22、电压传感器23提供电源。
[0077]图11所示，交流伺服电机硬件在环模块3中，保护电路模块17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。
[0078]过压和欠压保护电路包括LM2903和HCPL2631两个芯片构成，LM2903是比较器，输入电压与1V相比，看是否达到过压或欠压报警值，HCPL2631为光耦，起隔离作用。IPM输出异常和母线电压过压保护电路通过两个光耦进行了隔离，当出现异常信号光耦TLP181关断，停止IPM的输出；当出现母线电压过压信号时，通过光耦HCPL0454对IPM输入相应的控制信号，从而处理过压情况。软启动继电器电路输入信号利用光耦AQW212来控制软启动电阻的旁路继电器APA3312来实现24V电源电路的开通与关断，实现功率板的保护功能。
[0079]以上仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出:对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。
【主权项】
1.一种数字化电力电子实验装置，其特征在于，包括实时控制单元(I )、信号保护模块(2)和挂件区，所述挂件区插接实验用模块组件； 所述实验用模块组件均与所述信号保护模块(2)相连接，信号保护模块(2)与实时控制单元(I)相连接。
2.根据权利要求1所述的数字化电力电子实验装置，其特征在于:所述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)。
3.根据权利要求2所述的数字化电力电子实验装置，其特征在于:所述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； 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。
4.根据权利要求3所述的数字化电力电子实验装置，其特征在于:所述交流伺服电机硬件在环模块(3)中，工作电机驱动控制器(10)包括高压供电模块(15)、光电隔离模块(20)、功率芯片供电模块(24)、功率驱动模块(19)、编码器模块(21)、电流传感器(22)、电压传感器(23 )、工作电机电源模块(16 )、保护电路模块(17 ); 高压供电模块(15)与工作电机电源模块(16)相连，光电隔离模块(20)、功率芯片供电模块(24)、工作电机电源模块(16 )、保护电路模块(17 )均与功率驱动模块(19 )相连，功率驱动模块(19)连接试验用交流伺服电机(11); 实时控制单元(I)通过信号保护模块(2)、光电隔离模块(20)连接功率驱动模块(19)，编码器模块(21)、电流传感器(22)、电压传感器(23)均分别连接信号保护模块(2)、交流伺服电机(11)。
5.根据权利要求4所述的数字化电力电子实验装置，其特征在于:工作电机驱动控制器(10)和试验用交流伺服电机(11)通过三相电源线、信号线相连 可调负载单元(13)、扭矩传感器单元(12)，和交流伺服电机(11)同轴相连。
6.根据权利要求3所述的数字化电力电子实验装置，其特征在于:高压供电模块(15)用于为工作电机电源模块(16)提供电源，包括接线端子部分、整流桥部分、继电器保护部分，所述接线端子部分、整流桥部分、继电器保护部分依次顺序连接； 接线端子部分每个引线上均设置一个电容。
7.根据权利要求3所述的数字化电力电子实验装置，其特征在于:光电隔离模块(20)包括六路控制电路。
8.根据权利要求3所述的数字化电力电子实验装置，其特征在于:保护电路模块(17)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；所述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。
【专利摘要】本实用新型公开了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，所述挂件区插接实验用模块组件；所述试验用模块组件均与所述信号保护模块（2）相连接，信号保护模块（2）与实时控制单元（1）相连接。本实用新型的控制器采用的是实时控制单元作为控制器，其功能强大且性能稳定、高精度，可以方便的对交流伺服电机、单相桥式半控整流等电力电子模块等进行理论算法验证与实时控制，解决了传统电机控制器、电力电子实验的精度有限和纯仿真算法的无法实时控制的弊端。
【IPC分类】G09B23-18
【公开号】CN204576921
【申请号】CN201520113320
【发明人】黄家才, 施昕昕, 张玎橙
【申请人】南京工程学院
【公开日】2015年8月19日
【申请日】2015年2月16日