專利名稱：透明模塊式電力電子綜合實驗實訓平臺的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種實驗實訓平臺，尤其是涉及一種透明模塊式電力電子綜合實 驗實訓平臺。
背景技術：
傳統(tǒng)的電力電子實驗裝置是一種以實驗項目劃分模塊的實驗平臺，而且模塊采用 全密封不透明封裝形式，具有易于完成實驗的優(yōu)點。但是，實際使用過程中，上述傳統(tǒng)的電 力電子實驗裝置主要存在如下弊端1)按實驗項目劃分的模塊，學生只需要按實驗說明書 接線即可，實驗項目易于完成，但大部分學生接線時并沒有考慮電路是什么樣子，實驗效果 不好。2)實驗模塊為全密封的不透明封裝，學生做實驗時看不到實際器件和電路，導致形象 概念不強，因而大部分學生做完實驗后仍然不知道所使用的器件及電路結(jié)構到底是什么樣 子。3)原實驗平臺的集成化封裝，只能進行固有電路的性能驗證，無法進行綜合設計性實 驗。近年來，隨著對本科生實踐能力的要求不斷提高，綜合設計性實驗在教學中占的 地位越來越重要。教育部教學評估要求中規(guī)定高校必須有一定比例的綜合設計性實驗，這 就要求實驗平臺不僅能進行固有電路的性能驗證，還要求學生能夠根據(jù)需要自己動手靈活 的搭建各種個性化的電路，進行綜合設計型實驗。而現(xiàn)有的傳統(tǒng)實驗平臺無法滿足這一要 求，無法進行專業(yè)或者學科綜合實驗；并且現(xiàn)有的傳統(tǒng)實驗平臺是每門課程一套實驗平臺， 無法滿足學生靈活運用專業(yè)知識進行專業(yè)內(nèi)綜合實驗的要求，更無法完成學科綜合實驗。

實用新型內(nèi)容本實用新型所要解決的技術問題在于針對上述現(xiàn)有技術中的不足，提供一種透明 模塊式電力電子綜合實驗實訓平臺，其設計合理、組裝及接線方便、每個電路模塊均設置為 五面透明結(jié)構且實用價值高、功能全面，能簡單方便實現(xiàn)本專業(yè)或者學科內(nèi)的綜合實驗。為解決上述技術問題，本實用新型采用的技術方案是一種透明模塊式電力電子 綜合實驗實訓平臺，其特征在于包括多種透明式電路模塊和多根獨立的電路連接線；所 述多種透明式電路模塊包括電源模塊、控制模塊、開關器件模塊、電阻模塊、電感模塊、電容 模塊、電壓測量模塊、電流測量模塊和負載模塊九種電路模塊且所述九種電路模塊的數(shù)量 均為多個，所述透明式電路模塊由透明外殼、布設在透明外殼內(nèi)部且其上設置有對應電子 電路的電子線路板和安裝在透明外殼外側(cè)且與設置在所述電子線路板上的電子電路相接 的多個接線端子組成；所述九種電路模塊中的多個電路模塊的接線端子間通過電路連接線 進行連接，且所述九種電路模塊能以多種組合連接方式進行連接并相應組成多種類型電力 電子實驗電路。所述透明外殼為長方體形狀。所述透明外殼包括由5個透明面板組成且上部開口的透明殼體和扣裝在透明殼 體上的不透明面板。[0008]所述不透明面板的上表面上印制有所述電子線路板上所設置電子電路的電子線 路圖，所述多個接線端子均安裝在不透明面板上，所述電子線路圖上設置有多個接線點，且 所述多個接線端子對應安裝所述多個接線點上。所述控制模塊包括對由半控型器件組成的開關器件模塊進行控制的半控器件控 制模塊、對由全控型器件組成的開關器件模塊進行控制的全控器件控制模塊和對斬波電路 與開關電源電路進行控制的斬波及開關控制模塊三種類型控制模塊。所述控制模塊的電子線路板上所設置的電子電路包括控制器以及分別與控制器 相接的工作模式選擇開關、觸發(fā)角調(diào)整電位器和數(shù)碼顯示管。所述開關器件模塊包括晶閘管單相半橋模塊、IGBT單相半橋模塊、IGBT單管模 塊、MOSFET單相半橋模塊、MOSFET單管模塊、二極管單相半橋模塊和二極管單管模塊；所述 晶閘管單相半橋模塊的電子線路板上所設置的電子電路為由兩個晶閘管組成的單相半橋 電路，所述IGBT單相半橋模塊的電子線路板上所設置的電子電路為由兩個IGBT模塊組成 的單相半橋電路，IGBT單管模塊的電子線路板上所設置的電子電路為由一個IGBT模塊， MOSFET單相半橋模塊的電子線路板上所設置的電子電路為由兩個MOSFET管組成的單相半 橋電路，MOSFET單管模塊的電子線路板上所設置的電子電路為一個MOSFET管，二極管單相 半橋模塊的電子線路板上所設置的電子電路為由兩個二極管組成的單相半橋電路，二極管 單管模塊的電子線路板上所設置的電子電路為一個二極管。所述接線端子為接線柱，所述電路連接線的兩端設置有與接線柱配合使用的接線 接頭。本實用新型與現(xiàn)有技術相比具有以下優(yōu)點1、設計新穎合理，本實用新型的總體設計思路是把實驗電路按基本功能分解為多 種基本單元模塊，具體是劃分為14種實驗用電路模塊，學生通過自行搭建基本單元模塊完 成實驗。2、基本單元模塊設計簡潔靈活，可以滿足學生本科階段各實驗的需求，而且可以 充分發(fā)揮學生的積極主動性，搭建出各種個性化的電路出來。同時實驗模塊外封裝采用透 明設計，學生可以看到實際器件的形狀，更大的激發(fā)了學生學習的樂趣。3、該實驗裝置可替代傳統(tǒng)實驗平臺，也可與傳統(tǒng)實驗平臺互為補充，滿足學生的 創(chuàng)新性、綜合性和設計性實驗的需要。4、每個電路模塊均作成五面透明與一面不透明結(jié)構，透明部分便于學生觀察各種 器件的實際形狀，不透明一面安裝各種接線端子，并印刷有電路原理框圖及其他提示信息， 便于學生掌握和操作。5、實用價值高，基本單元模塊的劃分使學生做實驗的時候必須自己動手搭建電路 和系統(tǒng)，在搭建的過程中即熟悉和掌握了電路結(jié)構和系統(tǒng)結(jié)構，增強了實驗的效果，提高了 學生動手能力的培養(yǎng)。6、設計全面，把實驗平臺電路按器件分解成基本單元模塊，既可使學生方便快捷 的完成實驗，又充分發(fā)揮學生的積極主動性，根據(jù)自己的想法搭建出各種個性化電路出來， 充分考慮了 “易完成”和“靈活性”兩方面的要求。7、基本單元模塊即各電路模塊的結(jié)構，使得各實驗均通過不同電路模塊的組合連 接來完成，不同課程的實驗也可通過增加部分基本單元模塊來組合在一起完成。這樣，該實驗系統(tǒng)組合在一起可以完成專業(yè)綜合或者學科綜合實驗，分解開來也可以作為單獨一門課 程的實驗平臺。因而，本實用新型增強了實驗的靈活性，給學生提供了一個可以綜合利用本 專業(yè)或?qū)W科內(nèi)各種知識的平臺。綜上所述，本實用新型設計合理、組裝及接線方便、每個電路模塊均設置為五面透 明結(jié)構且實用價值高、功能全面，在提高學生動手能力和增強實驗效果的同時，給學生提供 了一個可以綜合利用本專業(yè)或?qū)W科內(nèi)各種知識進行親自動手搭建的實驗平臺，能簡單方便 實現(xiàn)本專業(yè)或者學科內(nèi)的綜合實驗。下面通過附圖和實施例，對本實用新型的技術方案做進一步的詳細描述。
圖1為本實用新型電源接線和控制及測量接線完成后的各電路模塊接線關系示 意圖。圖2為本實用新型控制模塊所設置電子電路的原理框圖。圖3為本實用新型電路模塊的結(jié)構示意圖。附圖標記說明1-電源模塊；2-控制模塊；2-1-控制器；2-2-工作模式選擇開2-3-觸發(fā)角調(diào)整電位器；2_4_數(shù)碼顯示管 ’關；3-開關器件模塊；4-電阻模塊； 5-電感模塊；6-電容模塊； 7-電壓測量模塊；8-電流測量模塊；9-接線柱；10-電路連接線；11-1-透明殼體；11-2-不透明面板；12-電子線路圖；13-負載模塊。
具體實施方式
如圖1所示，本實用新型包括多種透明式電路模塊和多根獨立的電路連接線10。 所述多種透明式電路模塊包括電源模塊1、控制模塊2、開關器件模塊3、電阻模塊4、電感模 塊5、電容模塊6、電壓測量模塊7、電流測量模塊8和負載模塊13九種電路模塊且所述九種 電路模塊的數(shù)量均為多個。所述透明式電路模塊由透明外殼11、布設在透明外殼11內(nèi)部且 其上設置有對應電子電路的電子線路板和安裝在透明外殼11外側(cè)且與設置在所述電子線 路板上的電子電路相接的多個接線端子組成。所述九種電路模塊中的多個電路模塊的接線 端子間通過電路連接線10進行連接，且所述九種電路模塊能以多種組合連接方式進行連 接并相應組成多種類型電力電子實驗電路。本實施例中，所述接線端子為接線柱9，所述電 路連接線10的兩端設置有與接線柱9配合使用的接線接頭。結(jié)合圖3，本實施例中，所述透明外殼11為長方體形狀。所述透明外殼11包括由 5個透明面板組成且上部開口的透明殼體11-1和扣裝在透明殼體11-1上的不透明面板 11-2。所述不透明面板11-2的上表面上印制有所述電子線路板上所設置電子電路的電子 線路圖12，所述多個接線端子均安裝在不透明面板11-2上，所述電子線路圖12上設置有多 個接線點，且所述多個接線端子對應安裝所述多個接線點上。具體而言，所述電源模塊1提供實驗所需的電源，輸入為三相交流市電且共有三 路輸出，其中一路輸出為交流50V，三相四線，供實驗中需要交流電源的場合使用；一路為直流50V，供實驗中需要直流電源的場合使用；另一路是直流15V，供控制模塊2使用，同時 變壓器引出一個A相5V的抽頭，也供給給控制模塊3進行同步使用。所述電源模塊1的每 路輸出電路中均串接有指示燈來指示是否有電壓輸出，并且設置有可靠的保護電路，用來 保障人身和器件的安全。如圖2所示，所述控制模塊2的電子線路板上所設置的電子電路包括控制器2-1 以及分別與控制器2-1相接的工作模式選擇開關2-2、觸發(fā)角調(diào)整電位器2-3和數(shù)碼顯示管 2-4。本實施例中，所述控制模塊2包括對由半控型器件組成的開關器件模塊3進行控制的 半控器件控制模塊、對由全控型器件組成的開關器件模塊3進行控制的全控器件控制模塊 和對斬波電路與開關電源電路進行控制的斬波及開關控制模塊三種類型控制模塊。實際使用時，所述控制模塊2為實驗電路提供各種控制信號，主要是開關器件的 開通和關斷信號，也就是說主要對開關器件模塊3。進行控制。所述控制模塊2以單片機 和DSP為核心，可以構成開環(huán)控制系統(tǒng)，也可以與電壓測量模塊7和電流測量模塊8構成比 環(huán)控制系統(tǒng)。所述控制器2-1的控制接口為通用接口，用戶可以自由選擇使用C8051F040、 MSP430、TMS320F2812等控制芯片；控制器2_1的編程接口對用戶開放，因此學生可以自己 編寫各種算法，進行各種創(chuàng)新性實驗。為縮小控制模塊的壓力，根據(jù)實驗器件的不同，把控 制模塊分為半控器件控制模塊、全控器件控制模塊和斬波及開關控制模塊三種類型控制模 塊三種類型。所述半控器件控制模塊主要對由晶間管組成的整流和逆變(有源逆變、無源電流 型逆變)電路進行控制，通過工作模式選擇開關2-2可以選擇工作在單相半波整流、單相全 波整流、單相橋式全控整流、單相橋式半控整流、單相橋式電流型逆變、三相半波整流、三相 全橋整流、三相橋式半控整流、三相橋式電流型逆變、交流電力開關、單相交流調(diào)壓器、三相 交流調(diào)壓器、單向交流調(diào)功器等十三種工作模式；通過旋鈕觸發(fā)角調(diào)整電位器2-3，可以調(diào) 整晶閘管觸發(fā)角的大小。所述全控器件控制模塊主要對由IGBT模塊和MOSFET管等全控型器件組成的電力 電子電路進行控制，通過工作模式選擇開關2-2可以選擇工作在單相半橋PWM整流、單向橋 式PWM整流、三相橋式PWM整流、斬控式交流調(diào)壓器、單相半橋電壓型逆變、單向全橋電壓型 逆變、三相橋式電壓型逆變、三電平逆變電路等八種工作模式；通過旋鈕觸發(fā)角調(diào)整電位器 2-3，可以調(diào)整占空比的大小。所述斬波及開關控制模塊主要對斬波電路和開關電源電路進行控制，通過工作模 式選擇開關2-2可以選擇工作在降壓斬波、升壓斬波、升降壓斬波、cuk斬波、sepic斬波、 zeta斬波、電流可逆斬波、橋式可逆斬波、三相三重降壓斬波、半橋型開關穩(wěn)壓電源、電流控 制性脈寬調(diào)制開關穩(wěn)壓電源實驗等十一種工作模式；通過擴展接口，還可以有學生自行搭 建其他開關電源電路；通過旋鈕觸發(fā)角調(diào)整電位器2-3，可以調(diào)整占空比的大小。所述開關器件模塊3包括晶閘管單相半橋模塊、IGBT單相半橋模塊、IGBT單管模 塊、MOSFET單相半橋模塊、MOSFET單管模塊、二極管單相半橋模塊和二極管單管模塊。所 述晶閘管單相半橋模塊的電子線路板上所設置的電子電路為由兩個晶閘管組成的單相半 橋電路，所述IGBT單相半橋模塊的電子線路板上所設置的電子電路為由兩個IGBT模塊組 成的單相半橋電路，IGBT單管模塊的電子線路板上所設置的電子電路為由一個IGBT模塊， MOSFET單相半橋模塊的電子線路板上所設置的電子電路為由兩個MOSFET管組成的單相半橋電路，MOSFET單管模塊的電子線路板上所設置的電子電路為一個MOSFET管，二極管單相 半橋模塊的電子線路板上所設置的電子電路為由兩個二極管組成的單相半橋電路，二極管 單管模塊的電子線路板上所設置的電子電路為一個二極管。所述晶閘管單相半橋模塊內(nèi)部還包含兩個晶閘管的驅(qū)動電路和緩沖吸收電路，另 外為了便于學生觀察晶閘管的門極驅(qū)動信號，在門極位置還留有測試點。所述IGBT單相半 橋模塊內(nèi)部還包含兩個晶閘管的驅(qū)動電路和緩沖吸收電路；另外為了便于學生觀察晶閘管 的門極驅(qū)動信號，在門極位置也留有測試點。MOSFET單相半橋模塊內(nèi)部還包含驅(qū)動電路和 緩沖吸收電路；另外為了便于學生觀察門極驅(qū)動信號，在門極位置也留有測試點。所述電阻模塊4可以設定33歐、40歐、50歐、100歐、150歐、200歐、250歐、300歐、 350歐等九種電阻阻值，電阻阻值的切換通過波段開關旋轉(zhuǎn)到不同位置進行設定，使學生在 實驗中可以不斷電而方便的改變電阻阻值。所述電感模塊5可以設定0. 33mH、0. 5mH、lmH、 1. 5mH、2mH、3mH等6種電感值，電感感值的切換通過波段開關旋轉(zhuǎn)到不同位置設定，使學生 在實驗中可以不斷電而方便的改變電感值。所述電容模塊6可通過波段開關選擇667uF、 1000uF、2000uF 和 3000uF 四種容值。所述電壓測量模塊7和電流測量模塊8的主要作用是檢測電路中的交直流電壓和 交直流電流，便于構建各種閉環(huán)控制系統(tǒng)。所述負載模塊13包括多種電機、燈泡、電阻絲等多種類型負載。以上所述，僅是本實用新型的較佳實施例，并非對本實用新型作任何限制，凡是根 據(jù)本實用新型技術實質(zhì)對以上實施例所作的任何簡單修改、變更以及等效結(jié)構變化，均仍 屬于本實用新型技術方案的保護范圍內(nèi)。
權利要求一種透明模塊式電力電子綜合實驗實訓平臺，其特征在于包括多種透明式電路模塊和多根獨立的電路連接線(10)；所述多種透明式電路模塊包括電源模塊(1)、控制模塊(2)、開關器件模塊(3)、電阻模塊(4)、電感模塊(5)、電容模塊(6)、電壓測量模塊(7)、電流測量模塊(8)和負載模塊(13)九種電路模塊且所述九種電路模塊的數(shù)量均為多個，所述透明式電路模塊由透明外殼(11)、布設在透明外殼(11)內(nèi)部且其上設置有對應電子電路的電子線路板和安裝在透明外殼(11)外側(cè)且與設置在所述電子線路板上的電子電路相接的多個接線端子組成；所述九種電路模塊中的多個電路模塊的接線端子間通過電路連接線(10)進行連接，且所述九種電路模塊能以多種組合連接方式進行連接并相應組成多種類型電力電子實驗電路。
2.按照權利要求1所述的透明模塊式電力電子綜合實驗實訓平臺，其特征在于所述 透明外殼(11)為長方體形狀。
3.按照權利要求2所述的透明模塊式電力電子綜合實驗實訓平臺，其特征在于所述 透明外殼(11)包括由5個透明面板組成且上部開口的透明殼體(11-1)和扣裝在透明殼體 (11-1)上的不透明面板(11-2)。
4.按照權利要求3所述的透明模塊式電力電子綜合實驗實訓平臺，其特征在于所述 不透明面板(11-2)的上表面上印制有所述電子線路板上所設置電子電路的電子線路圖 (12)，所述多個接線端子均安裝在不透明面板(11-2)上，所述電子線路圖(12)上設置有多 個接線點，且所述多個接線端子對應安裝所述多個接線點上。
5.按照權利要求1至4中任一項權利要求所述的透明模塊式電力電子綜合實驗實訓平 臺，其特征在于所述控制模塊(2)包括對由半控型器件組成的開關器件模塊(3)進行控制 的半控器件控制模塊、對由全控型器件組成的開關器件模塊(3)進行控制的全控器件控制 模塊和對斬波電路與開關電源電路進行控制的斬波及開關控制模塊三種類型控制模塊。
6.按照權利要求1至4中任一項權利要求所述的透明模塊式電力電子綜合實驗實訓 平臺，其特征在于所述控制模塊(2)的電子線路板上所設置的電子電路包括控制器(2-1) 以及分別與控制器(2-1)相接的工作模式選擇開關(2-2)、觸發(fā)角調(diào)整電位器(2-3)和數(shù)碼 顯示管(2-4)。
7.按照權利要求1至4中任一項權利要求所述的透明模塊式電力電子綜合實驗實訓 平臺，其特征在于所述開關器件模塊(3)包括晶閘管單相半橋模塊、IGBT單相半橋模塊、 IGBT單管模塊、M0SFET單相半橋模塊、M0SFET單管模塊、二極管單相半橋模塊和二極管單 管模塊；所述晶閘管單相半橋模塊的電子線路板上所設置的電子電路為由兩個晶閘管組 成的單相半橋電路，所述IGBT單相半橋模塊的電子線路板上所設置的電子電路為由兩個 IGBT模塊組成的單相半橋電路，IGBT單管模塊的電子線路板上所設置的電子電路為由一 個IGBT模塊，M0SFET單相半橋模塊的電子線路板上所設置的電子電路為由兩個M0SFET管 組成的單相半橋電路，M0SFET單管模塊的電子線路板上所設置的電子電路為一個M0SFET 管，二極管單相半橋模塊的電子線路板上所設置的電子電路為由兩個二極管組成的單相半 橋電路，二極管單管模塊的電子線路板上所設置的電子電路為一個二極管。
8.按照權利要求1至4中任一項權利要求所述的透明模塊式電力電子綜合實驗實訓平 臺，其特征在于所述接線端子為接線柱(9)，所述電路連接線(10)的兩端設置有與接線柱 (9)配合使用的接線接頭。
專利摘要本實用新型公開了一種透明模塊式電力電子綜合實驗實訓平臺，包括多種透明式電路模塊和多根獨立的電路連接線；多種透明式電路模塊包括電源模塊、控制模塊、開關器件模塊、電阻模塊、電感模塊、電容模塊、電壓測量模塊、電流測量模塊和負載模塊九種電路模塊且九種電路模塊的數(shù)量均為多個；所述九種電路模塊中的多個電路模塊間通過電路連接線進行連接且能以多種組合連接方式進行連接并相應組成多種類型電力電子實驗電路。本實用新型設計合理、組裝及接線方便、每個電路模塊均設置為五面透明結(jié)構且實用價值高、功能全面，在提高學生動手能力和增強實驗效果的同時，給學生提供了一個可綜合利用本專業(yè)或?qū)W科內(nèi)各種知識進行親自動手搭建的實驗平臺。
文檔編號G09B23/18GK201655110SQ20102011059
公開日2010年11月24日 申請日期2010年2月8日 優(yōu)先權日2010年2月8日
發(fā)明者宋先文, 郭春燕 申請人:西安普能電力電子科技有限公司