一种新型电力电子技术教学实验仪器的制作方法

本实用新型涉及电力电子教学设备具体涉及一种新型电力电子技术教学实验仪器。

背景技术：

目前国内高校实验室中使用的电力电子实验设备多为大型化组合式实验台形式，如天煌教仪，浙大求是等公司的产品，价格较贵，电压为强电380伏，学生实验比较危险，且占用场地面积较大，实验当中调节可控硅的控制角不方便，观察也不方便。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种新型电力电子技术教学实验仪器，可以提高实验操作安全性，方便控制和观察。

本实用新型解决上述技术问题的技术方案如下：一种新型电力电子技术教学实验仪器，包括隔离变压器、整流电路、单片机及驱动电路、可控硅及负载电路、按键电路和显示屏；所述隔离变压器具体为220v/36v的隔离变压器，所述隔离变压器的输入端连接市电，所述隔离变压器的输出端分别与所述整流电路的输入端和所述可控硅及负载电路的输入端连接；所述整流电路的输出端连接在所述单片机及驱动电路的输入端上，所述单片机及驱动电路的输出端连接在所述可控硅及负载电路的输入端上；所述按键电路连接在所述单片机及驱动电路的输入端上，所述显示屏连接在所述单片机及驱动电路的输出端上。

本实用新型的有益效果是：本实用新型一种新型电力电子技术教学实验仪器采用隔离变压器将市电转换成36v的安全电压，可以提高实验操作安全性，且可使整体设备耗电量减小；另外，对于晶闸管整流电路部分的实验，采用单片机控制的具有控制角显示的触发电路，触发角控制采用按键方式，角度显示采用液晶显示，对比模拟电路的触发电路，控制角调节方便直观。

在上述技术方案的基础上，本实用新型还可以做如下改进。

进一步，所述可控硅及负载电路包括tyn1225型号的单向可控硅q1和纯电阻负载r14；所述单向可控硅q1的阳极连接在所述隔离变压器的输出端正极上，所述单向可控硅q1的阴极通过所述纯电阻负载r14连接在所述隔离变压器的输出端负极上。

采用上述进一步方案的有益效果是：可控硅及负载电路小型化设计和选择，可节约成本，减小体积。

进一步，所述单片机及驱动电路包括单片机u1和驱动电路，所述单片机u1具体为stc89c52型单片机；所述驱动电路包括电阻r5、电阻r6、电阻r7、电阻r8和光耦u2；所述电阻r5的一端和所述电阻r6的一端均连接在所述单片机u1的p20引脚上，所述电阻r5的另一端和所述电阻r6的另一端分别连接在所述光耦u2的两个输入端上，所述光耦u2的第一输出端连接在所述单向可控硅q1的控制极上，所述光耦u2的第一输出端还通过所述电阻r7连接在所述单向可控硅q1的阳极上，所述光耦u2的第二输出端通过所述电阻r8连接在所述单向可控硅q1的阴极上。

采用上述进一步方案的有益效果是：单片机控制的触发脉冲产生电路，采用贴片式原件制作，进一步缩小整个实验设备的体积。

进一步，所述光耦u2的型号为moc3022。

进一步，所述按键电路包括按键s1、按键s2和按键s3；所述按键s1的一端接地，所述按键s1的另一端连接在所述单片机u1的p10引脚上，所述按键s1的另一端还通过电阻r1连接在电压vcc上；所述按键s2的一端接地，所述按键s2的另一端连接在所述单片机u1的p11引脚上，所述按键s2的另一端还通过电阻r2连接在电压vcc上；所述按键s3的一端接地，所述按键s3的另一端连接在所述单片机u1的p12引脚上，所述按键s3的另一端还通过电阻r3连接在电压vcc上。

进一步，所述显示屏为lcd1602液晶显示屏。

进一步，所述单片机u1上配设有交流电压过零点信号提取电路，所述交流电压过零点信号提取电路包括整流桥d1和光耦p1，所述整流桥d1的两个输入端连接在所述隔离变压器的两个输出端上，所述整流桥d1的两个输出端分别连接在所述光耦p1的发光二极管的两端上，所述光耦p1的光敏三极管的集电极通过电阻r9连接在vcc上，所述光耦p1的光敏三极管的发射极连接在所述单片机u1的p32/int0引脚上并接地。

进一步，所述整流桥d1的型号为db107，所述光耦p1的型号为p521。

进一步，所述整流电路包括整流桥d2、稳压器u3、电解电容c6和电解电容c7，所述整流桥d2的两个输入端连接在所述隔离变压器的两个输出端上，所述整流桥d2的一个输出端连接在所述稳压器u3的输入端上，所述整流桥d2的另一个输出端通过所述电解电容c6连接在所述稳压器u3的输入端上，所述整流桥d2的另一个输出端还接地；所述稳压器u3的接地端接地，所述稳压器u3的输出端与所述稳压器u3的接地端之间连接在所述电解电容c7，所述稳压器u3的输出端输出电压vcc。

采用上述进一步方案的有益效果是：系统电源采用开关电源，进一步缩小整个实验设备的体积，达到便携式的程度，教师可以带到课堂进行演示。

进一步，所述整流桥d2的型号为db107，所述稳压器u3的型号为78l05。

附图说明

图1为本实用新型一种新型电力电子技术教学实验仪器的原理框图；

图2为本实用新型一种新型电力电子技术教学实验仪器的具体电路结构示意图；

图3为本实用新型一种新型电力电子技术教学实验仪器中产生的交流电压过零点信号的波形图；

图4为220v交流主电源导通区间、同步信号和触发信号的时序关系图。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本实用新型，并非用于限定本实用新型的范围。

如图1所示，一种新型电力电子技术教学实验仪器，包括隔离变压器、整流电路、单片机及驱动电路、可控硅及负载电路、按键电路和显示屏；所述隔离变压器具体为220v/36v的隔离变压器，所述隔离变压器的输入端连接市电，所述隔离变压器的输出端分别与所述整流电路的输入端和所述可控硅及负载电路的输入端连接；所述整流电路的输出端连接在所述单片机及驱动电路的输入端上，所述单片机及驱动电路的输出端连接在所述可控硅及负载电路的输入端上；所述按键电路连接在所述单片机及驱动电路的输入端上，所述显示屏连接在所述单片机及驱动电路的输出端上。

本实用新型一种新型电力电子技术教学实验仪器采用隔离变压器将市电转换成36v的安全电压，可以提高实验操作安全性，且可使整体设备耗电量减小；另外，对于晶闸管整流电路部分的实验，采用单片机控制的具有控制角显示的触发电路，触发角控制采用按键方式，角度显示采用液晶显示，对比模拟电路的触发电路，控制角调节方便直观。

图2为本实用新型一种新型电力电子技术教学实验仪器的整体电路结构示意图，如图2所示：

所述可控硅及负载电路包括tyn1225型号的单向可控硅q1和纯电阻负载r14；所述单向可控硅q1的阳极连接在所述隔离变压器的输出端正极上，所述单向可控硅q1的阴极通过所述纯电阻负载r14连接在所述隔离变压器的输出端负极上。

所述单片机及驱动电路包括单片机u1和驱动电路，所述单片机u1具体为stc89c52型单片机；所述驱动电路包括电阻r5、电阻r6、电阻r7、电阻r8和光耦u2；所述电阻r5的一端和所述电阻r6的一端均连接在所述单片机u1的p20引脚上，所述电阻r5的另一端和所述电阻r6的另一端分别连接在所述光耦u2的两个输入端上，所述光耦u2的第一输出端连接在所述单向可控硅q1的控制极上，所述光耦u2的第一输出端还通过所述电阻r7连接在所述单向可控硅q1的阳极上，所述光耦u2的第二输出端通过所述电阻r8连接在所述单向可控硅q1的阴极上。所述光耦u2的型号为moc3022。

所述按键电路包括按键s1、按键s2和按键s3；所述按键s1的一端接地，所述按键s1的另一端连接在所述单片机u1的p10引脚上，所述按键s1的另一端还通过电阻r1连接在电压vcc上；所述按键s2的一端接地，所述按键s2的另一端连接在所述单片机u1的p11引脚上，所述按键s2的另一端还通过电阻r2连接在电压vcc上；所述按键s3的一端接地，所述按键s3的另一端连接在所述单片机u1的p12引脚上，所述按键s3的另一端还通过电阻r3连接在电压vcc上。

所述显示屏为lcd1602液晶显示屏。

所述单片机u1上配设有交流电压过零点信号提取电路，所述交流电压过零点信号提取电路包括整流桥d1和光耦p1，所述整流桥d1的两个输入端连接在所述隔离变压器的两个输出端上，所述整流桥d1的两个输出端分别连接在所述光耦p1的发光二极管的两端上，所述光耦p1的光敏三极管的集电极通过电阻r9连接在vcc上，所述光耦p1的光敏三极管的发射极连接在所述单片机u1的p32/int0引脚上并接地。所述整流桥d1的型号为db107，所述光耦p1的型号为p521。

所述整流电路包括整流桥d2、稳压器u3、电解电容c6和电解电容c7，所述整流桥d2的两个输入端连接在所述隔离变压器的两个输出端上，所述整流桥d2的一个输出端连接在所述稳压器u3的输入端上，所述整流桥d2的另一个输出端通过所述电解电容c6连接在所述稳压器u3的输入端上，所述整流桥d2的另一个输出端还接地；所述稳压器u3的接地端接地，所述稳压器u3的输出端与所述稳压器u3的接地端之间连接在所述电解电容c7，所述稳压器u3的输出端输出电压vcc。所述整流桥d2的型号为db107，所述稳压器u3的型号为78l05。

在本实用新型一种新型电力电子技术教学实验仪器中：

选用stc89c52型单片机，其目的是为了便于灵活设计。由于是要控制可控硅的触发，故使用的是tyn1225型号的单向可控硅。由于只需要控制可控硅的触发，故负载用的是纯电阻负载。

可控硅是一种被广泛应用在电路系统设计中的半导体器件，同时这种半导体器件在单片机的控制系统研发中也常常会被用到。双向可控硅在工作运行中不存在反向耐压问题，控制电路简单，这两种优势使其非常适合做交流无触点开关使用。双向可控硅的特点是导通后即使发信号去掉，它仍将保持导通；当负载电流为零(交流电压过零点)时，它会自动关断。所以需要在交流电的每个半波期间都要送出触发信号，触发信号的送出时间就决定了导通角的大小。控制导通角的实现方式就是在过零点后一段时间才触发双向可控硅开关导通，这段时间越长，可控硅导通的时间越短；反之，可控硅导通的时间越长。这就需要提取出交流电压的过零点，并以此为基础，确定触发信号的送出时间，达到调节的目的。

在利用本实用新型一种新型电力电子技术教学实验仪器进行试验时：

交流电压过零点信号提取电路即为包括整流桥d1和光耦p1的电路，单片机u1的p32/int0引脚与光耦p1之间传输的同步信号就是我们需要的交流电压过零点信号，其波形如图3所示。

本实用新型的主控单元以stc89c52单片机为核心，交流电压过零点信号提取电路中产生的同步信号接到stc89c52的int0，此信号的下降沿将使stc89c52产生中断，以此为延时时间的起点。

三个按键(按键s1、按键s2和按键s3)只用于控制单个可控硅：一个为开关，另外两个分别为增大导通角和减小导通角。220v交流主电源导通区间、同步信号和触发信号的时序关系如图4所示。图4中的阴影部分表示可控硅的导通区间，它的大小决定了可控硅导通的程度。改变延时时间可改变触发信号和同步信号的相位关系，即达到控制导通角的目的。

在本实用新型中：

1，整体系统最高采用36伏安全电压，可控硅及负载电路等均小型化设计和选择，学生实验操作安全性提高，整体设备耗电量减小。

2，对于晶闸管整流电路部分的实验，采用单片机控制的具有控制角显示的的触发电路，触发角控制采用按键方式，角度显示采用液晶显示，对比模拟电路的触发电路，控制角调节方便直观。

3，因小型化设计课节约成本，减小体积，如单片机控制的触发脉冲产生电路，采用贴片式原件制作，系统电源采用开关电源，进一步缩小整个实验设备的体积，达到便携式的程度，教师可以带到课堂进行演示。

本实用新型低成本、经济适用的小型便携式电力电子实验设备，是目前市场上的空白，预计具有较好的市场前景，不仅可以满足众多资金紧张的小型高校的需求，而且可以面向学生或电子爱好者，对于电力电子技术的教学和推广普及很有意义。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。