一种适于理实一体教学模式的电力电子实验实训装置的制作方法

本实用新型涉及电力电子技术领域，特别是涉及一种适于理实一体教学模式的电力电子实验实训装置。

背景技术：

传统的电力电子技术教学时，理论教学，数值仿真以及验证性实验分别在三个不同的教学场合中进行，难以激发学生的学习兴趣。特别是对高职学生而言，这样的教学方式使得学生难以进行知识的自主建构，导致认知负荷增加，降低了学习效率，难以适应应用型人才培养的需求。

此外，学生在进行电力电子实验时，除了常见的学生单独实验以及同桌合作实验之外，经常会需要小组合作进行学习实验。在小组合作进行电力电子实验时，小组的人围绕站立在电气柜前方，一方面不利于教学管理，另一方面也不利于提高学习效果。

综上所述，如何有效地提高学生进行电力电子实验时的学习效果，并且适应高职教学的应用型人才培养的需求，是目前本领域技术人员急需解决的技术问题。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种适于理实一体教学模式的电力电子实验实训装置，以有效地提高学生进行电力电子实验时的学习效果，并且适应高职教学的应用型人才培养的需求。

为解决上述技术问题，本实用新型提供如下技术方案：

一种适于理实一体教学模式的电力电子实验实训装置，包括：四张结构相同的拼接实验桌，用于提供电源以及负载的电气柜，放置在所述电气柜上的电力电子模块；

四张所述拼接实验桌与所述电气柜拼接，以使四位拼接实验桌的使用者利用所述电气柜以及所述电力电子模块进行电力电子实验。

优选的，每一张所述拼接实验桌的水平面均为等腰梯形，且腰与底边的夹角均为45°，所述电气柜为长方体的电气柜；

四张所述拼接实验桌与所述电气柜拼接的结构包括：针对任意一张拼接实验桌，将该拼接实验桌的水平面的等腰梯形的上底所在的垂直平面作为该拼接实验桌的拼接面，所述电气柜的四个侧面分别与四张所述拼接实验桌的拼接面拼接。

优选的，每一张所述拼接实验桌的水平面均为等腰梯形，且腰与底边的夹角均为45°，所述电气柜为长方体的电气柜；

四张所述拼接实验桌与所述电气柜拼接的结构包括：

将第一拼接实验桌的水平面的等腰梯形的上底所在的垂直平面作为所述第一拼接实验桌的拼接面，将第二拼接实验桌的水平面的等腰梯形的上底所在的垂直平面作为所述第二拼接实验桌的拼接面，将第三拼接实验桌的水平面的等腰梯形的第一侧边所在的垂直平面作为所述第三拼接实验桌的拼接面，将第四拼接实验桌的水平面的等腰梯形的第二侧边所在的垂直平面作为所述第四拼接实验桌的拼接面；

所述电气柜的四个侧面分别与四张所述拼接实验桌的拼接面拼接，且所述第一拼接实验桌与所述第二拼接实验桌关于所述电气柜对称，所述第三拼接实验桌与所述第四拼接实验桌关于所述电气柜对称。

优选的，每一张所述拼接实验桌的水平面均为等腰梯形，且腰与底边的夹角均为45°，所述电气柜为长方体的电气柜；

四张所述拼接实验桌与所述电气柜拼接的结构包括：

将第一拼接实验桌的水平面的等腰梯形的上底所在的垂直平面作为所述第一拼接实验桌的拼接面，将第三拼接实验桌的水平面的等腰梯形的第一侧边所在的垂直平面作为所述第三拼接实验桌的拼接面，将第四拼接实验桌的水平面的等腰梯形的第二侧边所在的垂直平面作为所述第四拼接实验桌的拼接面；

所述电气柜的四个侧面中的三个分别与三个拼接面拼接，且所述第一拼接实验桌与所述第二拼接实验桌关于所述电气柜对称，且所述第三拼接实验桌与所述第四拼接实验桌关于所述电气柜对称，第二拼接实验桌的水平面的等腰梯形的下底所在的垂直平面与所述第一拼接实验桌的水平面的等腰梯形的下底所在的垂直平面拼接。

优选的，所述电力电子模块通过托盘放置在所述电气柜的顶部平面；

其中，所述托盘具有绝缘层以及与所述绝缘层连接的底层钢板，所述电力电子模块的底部固定有磁铁，以使所述电力电子模块放置在所述托盘的绝缘层上之后，固定所述电力电子模块与所述托盘之间的相对位置。

优选的，所述电气柜包括：

用于接收单相交流输入，并调整电压等级的变压电路；

与所述变压电路连接，用于进行单相与三相之间的转换，并输出三相交流电的三相交流输出电路；

与所述变压电路连接，用于输出单相交流电的单相交流输出电路；

用于接收所述单相交流输入，并进行交直流的转换的第一直流输出电路。

优选的，电气柜中还包括：

与所述第一直流输出电路连接，用于进行直流电压大小调整的第二直流输出电路。

优选的，所述变压电路的输入端还设置有软启动电路。

优选的，所述电气柜中包括直流电子负载，rlc负载，三相可变电阻，三相电感以及三相交流电容，所述直流电子负载和所述三相可变电阻放置在所述电气柜的顶层。

优选的，所述电气柜以及四张所述拼接实验桌均安装有止锁负重轮。

应用本实用新型实施例所提供的技术方案，将拼接实验桌与电气柜拼接，使得拼接实验桌的使用者可以利用电气柜以及电力电子模块进行电力电子实验，因此本申请的电力电子实验实训装置允许学生进行理论学习以及进行电力电子实验，实现了理实一体的教学模式，适应了高职教学的应用型人才培养的需求。同时，本申请考虑到如果需要进行小组学习，传统方案中面向中小学智慧教室的拼接式课桌，采用五至六人位的拼接课桌时，规模太大合作效果不佳，采用三人位的拼接课桌时不能适应电力电子的实验需求，特别是实验规模较大的场合，并且小组太多也不利于管理。因此本申请采用四张结构相同的拼接实验桌，即由四人作为一个小组，有利于提高小组合作效果，提高学生进行电力电子实验时的学习体验。因此，本申请的方案，有效地提高了学生进行电力电子实验时的学习效果，并且适应高职教学的应用型人才培养的需求。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型中适于理实一体教学模式的电力电子实验实训装置的一种结构示意图；

图2为本实用新型中适于理实一体教学模式的电力电子实验实训装置的另一种结构示意图；

图3为本实用新型中适于理实一体教学模式的电力电子实验实训装置的又一种结构示意图；

图4为本实用新型一种具体场合中托盘竖直放置在拼接实验桌上的正面示意图；

图5为图4的实施例中的侧面示意图；

图6为本实用新型一种具体实施方式中的电气柜的供电线路的结构示意图；

图7为电气柜中的器件布置的空间位置示意图。

具体实施方式

本实用新型的核心是提供一种适于理实一体教学模式的电力电子实验实训装置，有效地提高了学生进行电力电子实验时的学习效果，并且适应高职教学的应用型人才培养的需求。

为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型方案，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步的详细说明。显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

请参考图1，图1为本实用新型中一种适于理实一体教学模式的电力电子实验实训装置的结构示意图。

该适于理实一体教学模式的电力电子实验实训装置，包括：四张结构相同的拼接实验桌10，用于提供电源以及负载的电气柜20，以及放置在电气柜20上的电力电子模块30；

四张拼接实验桌10与电气柜20拼接，以使四位拼接实验桌10的使用者利用电气柜20以及电力电子模块30进行电力电子实验。

需要说明的是，图1，图2以及图3均为俯视图，图1中示出了一个电力电子模块30。图1中标示出的直流电子负载以及三相电阻，电容等器件，表示的是电气柜20中有内置这些器件，并且将相应端口设置在电气柜20的顶部平面，方便学生进行电力电子实验时使用。图2以及图3中未示出电力电子模块30以及电气柜20顶部平面的相关器件端口。

通常，四张拼接实验桌10与电气柜20拼接时，可以有三种拼接方式，适用于与不同的教学场景。

在一种具体实施方式中，每一张拼接实验桌10的水平面均为等腰梯形，且腰与底边的夹角均为45°，电气柜20为长方体的电气柜20；

四张拼接实验桌10与电气柜20拼接的结构包括：针对任意一张拼接实验桌10，将该拼接实验桌10的水平面的等腰梯形的上底所在的垂直平面作为该拼接实验桌10的拼接面，电气柜20的四个侧面分别与四张拼接实验桌10的拼接面拼接。

该种实施方式中的拼接方式适合于电路规模较小的实验项目的教学场景，可以由两名学生执行实验操作，一名学生负责计算仿真，最后一名学生负责实验数据的编辑整理。

需要说明的是，实际应用中的电气柜20通常均为长方体的电气柜20，其水平截面可能是正方形也可能是长方形，均可以应用本申请的方案。例如，在本申请的图1的实施方式中，电气柜20的水平截面为正方形，使得四张拼接实验桌10的拼接面分别与电气柜20的四个侧面拼接后，电力电子实验实训装置的水平截面为图1所示的正方形，该正方形的边长即等于任意一个拼接实验桌10的水平面的等腰梯形的下底的长度。但如果电气柜20的水平截面为长方形，四张拼接实验桌10的拼接面仍然可以与电气柜20的四个侧面拼接，只是四张拼接实验桌10相互之间会存在空隙，而不是恰好构成图1中的正方形。

进一步的，为了避免拼接完成后的电力电子实验实训装置发生移动，在一种具体实施方式中，电气柜20以及四张拼接实验桌10均安装有止锁负重轮，即在拼接过程中，允许电气柜20以及四张拼接实验桌10进行移动，在拼接完成后，将各个止锁负重轮调整为锁定状态，实现对电气柜20以及四张拼接实验桌10的位置固定。

此外，还可以通过相关紧固件来固定电气柜20与拼接实验桌10的位置，以及固定四张拼接实验桌10之间的位置，以避免拼接完成后的移动。例如可以通过相关夹具将相互接触的拼接实验桌10夹紧，又如，电气柜20的一个或多个侧面设置有凹槽结构，便于与拼接实验桌10的拼接面进行拼接，利于固定，防止发生移动。

在本实用新型的一种具体实施方式中，每一张拼接实验桌10的水平面均为等腰梯形，且腰与底边的夹角均为45°，电气柜20为长方体的电气柜20；

四张拼接实验桌10与电气柜20拼接的结构包括：

将第一拼接实验桌的水平面的等腰梯形的上底所在的垂直平面作为第一拼接实验桌的拼接面，将第二拼接实验桌的水平面的等腰梯形的上底所在的垂直平面作为第二拼接实验桌的拼接面，将第三拼接实验桌的水平面的等腰梯形的第一侧边所在的垂直平面作为第三拼接实验桌的拼接面，将第四拼接实验桌的水平面的等腰梯形的第二侧边所在的垂直平面作为第四拼接实验桌的拼接面。

电气柜20的四个侧面分别与四张拼接实验桌的拼接面拼接，且第一拼接实验桌与第二拼接实验桌关于电气柜20对称，第三拼接实验桌与第四拼接实验桌关于电气柜20对称。

在图2的实施方式中，电气柜20的水平截面也是为正方形，但可参照前文的描述，也可以应用于水平截面为长方形的电气柜20，图3的实施方式亦是如此。

图2中将四张拼接实验桌10依次称为：第一拼接实验桌，第二拼接实验桌，第三拼接实验桌以及第四拼接实验桌。该种实施方式中适合于电路规模较大的教学场景中，实验过程比较复杂，需要三人进行实验，一人进行仿真以及数据整理。

在本实用新型的一种具体实施方式中，每一张拼接实验桌10的水平面均为等腰梯形，且腰与底边的夹角均为45°，电气柜20为长方体的电气柜20；

可参阅图3，四张拼接实验桌10与电气柜20拼接的结构包括：

将第一拼接实验桌的水平面的等腰梯形的上底所在的垂直平面作为第一拼接实验桌的拼接面，将第三拼接实验桌的水平面的等腰梯形的第一侧边所在的垂直平面作为第三拼接实验桌的拼接面，将第四拼接实验桌的水平面的等腰梯形的第二侧边所在的垂直平面作为第四拼接实验桌的拼接面；

电气柜20的四个侧面中的三个分别与三个拼接面拼接，且第一拼接实验桌与第二拼接实验桌关于电气柜20对称，且第三拼接实验桌与第四拼接实验桌关于电气柜20对称，第二拼接实验桌的水平面的等腰梯形的下底所在的垂直平面与第一拼接实验桌的水平面的等腰梯形的下底所在的垂直平面拼接。

图3的实施方式中通常适用于电路规模特别大的教学场景中，实验过程非常复杂，需要四人相互配合完成实验。

还需要说明的是，图1，图2，图3的实施方式中：电气柜20的水平截面为正方形，每一张拼接实验桌10的水平面均为等腰梯形，且腰与底边的夹角均为45°。同时，该等腰梯形的上底长度等于其腰的长度，也即上底长度为a，下底长度为下底长度为上底的2.414倍，并且该长度也等于电气柜20的水平截面的正方形的边长。

而在其他实施方式中，等腰梯形的上底长度，腰长以及腰与底边的夹角均可以根据需要进行其他形式的数据设定，电气柜20的水平截面也可以不为正方形，能够完成四张拼接实验桌10与电气柜20的拼接即可。但是，最为常用的还是上述等腰梯形的腰与底边的夹角为45°，上底长度，等于腰长，也等于电气柜20的水平截面的正方形边长的方案。该种方案中的数据设定，可以使得拼接完成后，2张拼接实验桌10之间，或者多张拼接实验桌10之间都不存在大的缝隙，例如图1中四张拼接实验桌10与电气柜20构成一个完整的正方形，图2以及图3中，第一拼接实验桌，第二拼接实验桌，第三拼接实验桌以及电气柜20构成一个完整的梯形，这样有利于为学生提供一个较大的操作平台，也有利于实验器材等物件的放置。

本申请的方案中，将拼接实验桌10与电气柜20拼接，使得拼接实验桌10的使用者可以利用电气柜20以及电力电子模块30进行电力电子实验，因此本申请的电力电子实验实训装置允许学生进行理论学习以及进行电力电子实验，实现了理实一体的教学模式，适应了高职教学的应用型人才培养的需求。同时，本申请考虑到如果需要进行小组学习，传统方案中面向中小学智慧教室的拼接式课桌，采用五至六人位的拼接课桌时，规模太大合作效果不佳，采用三人位的拼接课桌时不能适应电力电子的实验需求，特别是实验规模较大的场合，并且小组太多也不利于管理。因此本申请采用四张结构相同的拼接实验桌10，即由四人作为一个小组，有利于提高小组合作效果，提高学生进行电力电子实验时的学习体验。因此，本申请的方案，有效地提高了学生进行电力电子实验时的学习效果，并且适应高职教学的应用型人才培养的需求。

在本实用新型的一种具体实施方式中，电力电子模块30通过托盘放置在电气柜20的顶部平面；

其中，托盘具有绝缘层以及与绝缘层连接的底层钢板，电力电子模块30的底部固定有磁铁，以使电力电子模块30放置在托盘的绝缘层上之后，固定电力电子模块30与托盘之间的相对位置。

需要说明的是，一个托盘上可以放置一个或多个电力电子模块30，各个电力电子模块30的类型均可以根据需要进行选取，而电力电子模块30的类型通常可以包括：功率开关以及驱动电路模块，检测电路模块，控制电路模块等，又如可以是电力电子积木。

为了对实验电路进行管理，避免不同的电力电子模块30之间的连线被无意之间扯动，以及避免电路短路造成的爆炸事故，可以采用具有透明亚克力罩的托盘。

托盘的绝缘层可以为耐磨塑料，背部连接有钢板，例如用胶水在耐磨塑料的底层粘接钢板。电力电子模块30的底部固定有磁铁，例如可以通过螺丝等方式，在电力电子模块30的底部平面固定一个或多个强磁铁，这样便可以使得电力电子模块30与托盘之间的相对位置得到固定。当托盘上放置多个电力电子模块30时，不同的电力电子模块30之间采用绝缘导线来实现电路连接，而当电力电子模块30的数量较多时，还可以采用拼接的方式。

此外，该种实施方式中，电力电子模块30是通过托盘放置在电气柜20的顶部平面。在其他实施方式中，例如教师教学时，也可以将电力电子模块30吸合在托盘上，再将托盘垂直放置在一个拼接实验桌10上。例如图4为托盘竖直放置在拼接实验桌10上的正面示意图，该托盘上放置了5个电力电子模块30。具体为3个电力电子积木模块，一个检测模块以及一个控制模块。图5为侧面示意图，可以通过磁性角铁快速夹具实现托盘的竖直放置，即该磁性角铁快速夹具通过螺丝与拼接实验桌10之间固定，并与托盘吸合从而避免托盘倒下。

在本实用新型的一种具体实施方式中，电气柜20包括：

用于接收单相交流输入，并调整电压等级的变压电路；

与变压电路连接，用于进行单相与三相之间的转换，并输出三相交流电的三相交流输出电路；

与变压电路连接，用于输出单相交流电的单相交流输出电路；

用于接收单相交流输入，并进行交直流的转换的第一直流输出电路。

考虑到传统方案中，输出三相交流电的装置以及输入单相交流电的装置通常放置在不同的实验场所中，考虑到本申请的方案为了通过电力电子实验实训装置实现理论教学与实际实验的理实一体化，适应高职教学的应用型人才培养的需求，因此该种实施方式中，电气柜20中设置了三相交流输出电路以及单相交流输出电路，使得在同一场合中，例用该电气柜20便可以完成需要三相交流电的实验以及需要单相交流电的实验，有利于促进理实一体化。同时也有利于降低电缆铺设的费用。

电力柜的供电线路的具体结构可以根据需要进行设定和选取，例如图6为一种具体实施方式中的电气柜20的供电线路的结构示意图。

变压电路接收单相交流输入，即本申请的电气柜20采用单相电源供电，也即常见的市电。变压电路具体包括自耦变压器以及隔离变压器，此外，图6的实施方式中还设置了指示灯l1并联于自耦变压器的一次侧，用于显示一次侧是否有电压。自耦变压器的二次侧和隔离变压器的一次侧相连，隔离变压器的二次侧经过空气断路器与三相交流输出电路连接，具体的，与带有双电容补偿的单/三相变压器相连。指示灯l2用于显示三相交流输出电路是否接收到电压。此外，图6的三相交流输出电路中还包括了指针电压表，用于指示三相输出电压的幅值，并且在三相输出端均设置有保险丝。此外，变压电路以及单相交流输出电路中也在相应位置设置有电能表，以便于学生获知电气柜20的状态，从而进行电路调节，例如进行电压等级的调节。图6中的单相交流输出电路以及三相交流输出电路的输出端均设置有空气断路器。

该种实施方式中，电气柜20中还设置有用于接收单相交流输入，并进行交直流的转换的第一直流输出电路。图6中，第一直流输出电路可以将接收的220v交流电转换为24v直流电。

可以看出，由于电气柜20中设置了输出三相交流电的三相交流输出电路，输出单相交流电的单相交流输出电路，以及输出直流电的第一直流输出电路，有利于通过该电气柜20实现电力电子中的各类实验，有助于理实一体化的实现。

在本实用新型的一种实施方式中，电气柜20中还包括：

与第一直流输出电路连接，用于进行直流电压大小调整的第二直流输出电路。

该种实施方式中，考虑到不同实验部件可能需要不同等级的直流电，因此在电气柜20中设置了用于进行直流电压大小调整的第二直流输出电路，有利于进一步提升电气柜20的应用范围。例如图6中，该第二直流输出电路包括了24v转15v的电路以及24v转5v的电路。

在图6的实施方式中，变压电路的输入端还设置有软启动电路。单相交流电经过保险丝与软起动电路相连，在上电启动的过程中，交流输入电压先通过软启动电路中的抗冲击的限流电阻再输入至自耦变压器的线圈。待大约5至10秒的充电暂态过程完成后，闭合软启动电路中的断路器，完成软起动上电过程。通过软启动电路的设置有利于避免产生过大的涌浪电流。

在本实用新型的一种具体实施方式中，电气柜20中除了包括图6中的供电电路的各个器件，还可以放置有直流电子负载，例如为滤波器，600w直流电子负载，rlc负载，三相可变电阻，三相电感以及三相交流电容等器件。即本申请的电气柜20可以提供电力电子模块30等相关部件所需的交直流电源，还可以提供滤波器以及各类负载组合。

并且考虑到电气柜20中部分器件无需学生操作，而部分器件需要将其与电气柜20外部的其他装置连接，例如需要将直流电子负载与其他装置连接进行电力电子实验。部分器件需要调整其状态，例如调整自耦变压器的旋钮以进行电压调节。

因此，在该种实施方式中，可以将直流电子负载和三相可变电阻放置在电气柜20的顶层。参见图7，需要说明的是，本申请的图1，图2，图3均为俯视图，图7为侧视图，表示的是电气柜20的侧面。图7中，将直流电子负载，三相可变电阻以及单相调压器放置在电气柜20的顶层，以便于方便地将这些器件的相关接口引出至电气柜20的顶部平面，进而可以被学生用于进行电力电子实验。

还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本文中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的技术方案及其核心思想。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，还可以对本实用新型进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本实用新型权利要求的保护范围内。