一种带整流功能的教学实训装置的制作方法

本实用新型涉及轨道交通领域，具体涉及轨道交通领域的一种一种教学实训装置。

背景技术：

在节能减排的大背景下，城市轨道交通发展日新月异。在城市轨道交通车辆制动时，会产生大量的制动能量，如何将该能量有效利用是城市轨道交通能量回馈系统的研究课题。许多高校开设了与此相关的变流器技术课程，但是相关的教学实验平台的资源却不充足。目前，市面上的变流器教学实验平台普遍存在以下问题：1.功能单一：仅包含整流和逆变功能；2.透明度低：仅能做验证性实验，不利于二次开发和拓展应用；3.与其他课程的衔接不够：实验与电机拖动、自动控制技术、fpga技术等课程之间的联系不够。

技术实现要素：

本实用新型要解决的技术问题是：提供一种带整流功能的变流器技术的教学实训装置，用于弥补传统实验的不足，丰富实验教学内容，加强变流器技术与电机拖动、自动控制技术、fpga技术等课程之间的联系。

针以上述问题，本实用新型提出的技术方案是：一种带整流功能的教学实训装置，实训装置包括电源、变压器电路、变流器电路、中间回路电路、直流负载电路、传感器电路a、功率驱动电路和控制器电路；电源、变压器电路、变流器电路、中间回路电路、直流负载电路依次连接；所述传感器电路a与控制器电路连接，所述控制器电路与功率驱动电路连接，所述功率驱动电路与变流器电路连接。

进一步地，传感器电路a还分别与变压器电路、变流器电路和中间回路电路连接。

进一步地，变压器电路包括变压器和滤波电感，滤波电感设有3个，分别是滤波电感l1、滤波电感l2和滤波电感l3，且滤波电感l1、滤波电感l2和滤波电感l3都分别与变压器电路连接。

进一步地，变流器电路包括绝缘栅双极型晶体管和二极管，且绝缘栅双极型晶体管与二极管并联构成三相整流桥。

进一步地，中间回路电路包括绝缘栅双极型晶体管、二极管和电阻，且绝缘栅双极型晶体管与二极管并联后再与电阻串连构成斩波电路。

进一步地，直流负载为直流电机。

本实用新型的优点是：本实用新型包含ac/dc整流功能，能完成开环或闭环控制实验，用户可通过修改控制器的算法进行拓展性实验,可完成电机拖动、控制技术、fpga技术课程的部分实验,且本实用新型集成度高，经济适用性好。

附图说明

图1为实施例一的系统结构框图；

图2为实施例一的主电路图；

图3为实施例一功率驱动电路图；

图4为实施例一电压传感器电路图；

图5为实施例一电流传感器电路图；

图6为实施例一控制器电路图。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本实用新型做进一步的描述：

实施例一

如图1所示，教学实训装置包括电源1、变压器电路3、变流器电路4、中间回路电路5、直流负载7、传感器电路a、功率驱动电路9和控制器电路10。电源1输出的三相电，依次经变压器电路3降压处理、变流器电路4整流处理，中间回路电路5稳压、滤波处理后得到直流电，最终作用于直流负载7，此过程为开环控制。传感器电路a采集变压器电路3电流信号、变流器电路4中间电压信号，传输至控制器电路10运算处理后，输出pwm控制信号，经功率驱动电路9驱动变流器电路4工作，此过程为闭环控制。ac/dc整流模块的工作是将三相交流电经过降压、整流、滤波等处理后变成直流电，给直流负载7供电。

如图2所示，为本实施例的主电路电路图。其中电源1采用ac380v三相电；虚线框3表示变压器电路3，由变压器和滤波电感l1、l2、l3组成，整流时变压器作升压用途，逆变时变压器作降压用途。图2中虚线框4表示变流器电路4，采用6支igbt管（v1~v6）和二极管并联（d1~d6）构成三相桥，可作为三相整流桥和三相逆变桥，igbt管的驱动信号（如uo1）由控制器通过功能驱动电路给定。图2中虚线框5表示中间回路电路5，igbt管v7、二极管d7与电阻r1构成斩波电路，c为支撑电容。

图2中直流负载7采用直流电机m2作为负载，交流负载14采用交流电机m1作为负载。图2中sc1、sc2、sc3、sc4为霍尔电流传感器，其详细电路如图5所示。图2中sv1、sv2为霍尔电压传感器，其详细电路如图4所示。传感器电路a由sc1、sc2、sc3、sv1构成，完成变压器电路输出电流和变流器电路输出电压的采集。

如图3所示，功率驱动电路由pc923功率驱动芯片实现，将控制器输出的5v电平信号（do1~do9）进行功率放大，转换为18v电平的驱动信号（uo1~uo9），最终去驱动igbt管（v1~v9）动作。如图4所示，电压传感器采用霍尔电压传感器，型号为chv-100，输入电压信号接至芯片的in+和in-端，输出信号m接至控制器的模拟输入通道（ai1~ai2），本实施例中电压传感器电路均一致。如图5所示，电流传感器采用霍尔电流传感器，型号为chf-300e，使用时将待测电线穿过传感器中间的空心即可，因此不需连接输入信号。输出信号m接至控制器的模拟输入通道（ai3~ai6）。本实施例中电流传感器电路均一致。

如图6所示，控制器电路由工控机加板卡构成，其中c1为工控机cpu，负责运行控制算法；c2为fpga板卡，型号为ml605，负责信号的高速输入输出；c3为数据采集板卡，型号为nipcidi096，负责将传感器输出的模拟信号转为数字信号，并输出pwm控制信号。c1、c2、c3通过pcie总线进行通信。c3支持多路模拟信号输入、数字信号输出。

很显然，在不脱离本实用新型所述原理的前提下，作出的若干改进或修饰都应视为本实用新型的保护范围。

技术特征：

1.一种带整流功能的教学实训装置，其特征在于，实训装置包括电源、变压器电路、变流器电路、中间回路电路、直流负载电路、传感器电路a、功率驱动电路和控制器电路；电源、变压器电路、变流器电路、中间回路电路、直流负载电路依次连接；且所述传感器电路a与控制器电路连接，所述控制器电路与功率驱动电路连接，所述功率驱动电路与变流器电路连接。

2.根据权利要求1所述的一种带整流功能的教学实训装置，其特征在于，传感器电路a还分别与变压器电路、变流器电路和中间回路电路连接。

3.根据权利要求1或2所述的一种带整流功能的教学实训装置，其特征在于，变压器电路包括变压器和滤波电感，滤波电感设有3个，分别是滤波电感l1、滤波电感l2和滤波电感l3，且滤波电感l1、滤波电感l2和滤波电感l3都分别与变压器电路连接。

4.根据权利要求1或2所述的一种带整流功能的教学实训装置，其特征在于，变流器电路包括绝缘栅双极型晶体管和二极管，且绝缘栅双极型晶体管与二极管并联构成三相整流桥。

5.根据权利要求1或2所述的一种带整流功能的教学实训装置，其特征在于，中间回路电路包括绝缘栅双极型晶体管、二极管和电阻，且绝缘栅双极型晶体管与二极管并联后再与电阻串连构成斩波电路。

6.根据权利要求1或2所述的一种带整流功能的教学实训装置，其特征在于，直流负载为直流电机。

技术总结
一种带整流功能的教学实训装置，实训装置包括电源、变压器电路、变流器电路、中间回路电路、直流负载电路、传感器电路A、功率驱动电路和控制器电路；电源、变压器电路、变流器电路、中间回路电路、直流负载电路依次连接。所述传感器电路A与控制器电路连接，所述控制器电路与功率驱动电路连接，所述功率驱动电路与变流器电路连接。本实用新型包含AC/DC整流功能，能完成开环或闭环控制实验，用户可通过修改控制器的算法进行拓展性实验,可完成电机拖动、控制技术、FPGA技术课程的部分实验,且本实用新型集成度高，经济适用性好。

技术研发人员：杨利;谢永超;吴海波;刘海龙;高赢;余娟
受保护的技术使用者：湖南铁道职业技术学院
技术研发日：2019.08.14
技术公布日：2020.04.14