一種數(shù)字化電力電子實驗裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及的是一種實驗教學(xué)儀器，具體涉及的是一種采用數(shù)字化設(shè)計的電力電子實驗裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]目前國內(nèi)高職高專以及高等院校中的自動化等專業(yè)都需要學(xué)習(xí)電機(jī)學(xué)、電力電子技術(shù)、自動控制系統(tǒng)等專業(yè)課程，而這些課程的學(xué)習(xí)需要通過實驗教學(xué)將理論結(jié)合實際。這樣才能使學(xué)生更好的加深理論學(xué)習(xí)，掌握本質(zhì)并提高動手能力。但是現(xiàn)在國內(nèi)的設(shè)備均較為簡單且實驗內(nèi)容較少同時以驗證為主，無法滿足學(xué)校日益要求的實驗具有綜合性、開發(fā)性、先進(jìn)性的要求，也無法跟上電力電子技術(shù)發(fā)展的步伐。
[0003]現(xiàn)有技術(shù)的，數(shù)字化電力電子試驗裝置一般是專門定制裝置，不同的試驗需要相應(yīng)的裝置，試驗單一，開發(fā)性不強(qiáng)。
【實用新型內(nèi)容】
[0004]實用新型目的:為克服以上實驗裝置的缺陷本實用新型提供了一種具有綜合性、開發(fā)性、先進(jìn)性且適應(yīng)電力電子技術(shù)發(fā)展需要的數(shù)字化電力電子實驗裝置。
[0005]本實用新型技術(shù)方案如下:
[0006]一種數(shù)字化電力電子實驗裝置，包括實時控制單元、信號保護(hù)模塊和掛件區(qū)，掛件區(qū)插接實驗用模塊組件；
[0007]實驗用模塊組件均與信號保護(hù)模塊相連接，信號保護(hù)模塊與實時控制單元相連接。
[0008]掛件區(qū)插接的實驗?zāi)K組件為獨(dú)立組件結(jié)構(gòu)，包括交流伺服電機(jī)硬件在環(huán)模塊、單相橋式半控整流模塊、三相交流調(diào)壓模塊、單相交流調(diào)壓模塊、三相晶閘管全/半控橋零式整流模塊、SPWM控制單相交直交變頻模塊、IGBT直流斬波電路。
[0009]交流伺服電機(jī)硬件在環(huán)模塊可完成交流伺服系統(tǒng)實驗和SVPWM實驗和各種算法的驗證試驗；單相橋式半控整流模塊可完成單相可控整流電路實驗；三相交流調(diào)壓模塊可完成三相調(diào)壓實驗；單相交流調(diào)壓模塊可完成單相交流調(diào)壓實驗；三相晶閘管全/半控橋(零)式整流模塊可完成三相晶閘管整流實驗；SPWM控制單相交直交變頻模塊可完成SPWM控制單相交直交變頻電路的研宄；IGBT直流斬波模塊可完成直流斬波實驗。
[0010]交流伺服電機(jī)硬件在環(huán)模塊包括工作電機(jī)驅(qū)動控制器、交流伺服電機(jī)、扭矩傳感器單元、可調(diào)負(fù)載單元、負(fù)載控制器；工作電機(jī)驅(qū)動控制器、扭矩傳感器單元、負(fù)載控制器均與信號保護(hù)模塊相連接。
[0011]試驗用交流伺服電機(jī)連接在工作電機(jī)驅(qū)動控制器、扭矩傳感器單元之間；可調(diào)負(fù)載單元連接在扭矩傳感器單元、負(fù)載控制器之間。
[0012]交流伺服電機(jī)硬件在環(huán)模塊中，工作電機(jī)驅(qū)動控制器包括高壓供電模塊、光電隔離模塊、功率芯片供電模塊、功率驅(qū)動模塊、編碼器模塊、電流傳感器、電壓傳感器、工作電機(jī)電源模塊、保護(hù)電路模塊；
[0013]高壓供電模塊與工作電機(jī)電源模塊相連，光電隔離模塊、功率芯片供電模塊、工作電機(jī)電源模塊、保護(hù)電路模塊均與功率驅(qū)動模塊相連，功率驅(qū)動模塊連接試驗用交流伺服電機(jī)；
[0014]實時控制單元通過信號保護(hù)模塊、光電隔離模塊連接功率驅(qū)動模塊，編碼器模塊、電流傳感器、電壓傳感器均分別連接信號保護(hù)模塊、交流伺服電機(jī)。
[0015]實時控制單元產(chǎn)生六路PWM信號通過信號保護(hù)模塊輸送到工作電機(jī)驅(qū)動控制器，工作電機(jī)驅(qū)動控制器和試驗用交流伺服電機(jī)通過三相電源線、信號線相連，工作電機(jī)驅(qū)動控制器控制交流伺服電機(jī)的運(yùn)行，并獲得試驗用交流伺服電機(jī)的位置和速度信息；
[0016]工作電機(jī)驅(qū)動控制器采集到的交流伺服電機(jī)的實時數(shù)據(jù)通過信號保護(hù)模塊傳送給實時控制單元；
[0017]實時控制單元上設(shè)置的負(fù)載力矩參數(shù)傳送給負(fù)載控制器，負(fù)載控制器控制可調(diào)負(fù)載單元產(chǎn)生變化的負(fù)載力矩，同時實時控制單元對扭矩傳感器單元的輸出信號通過信號保護(hù)模塊實時米集；
[0018]可調(diào)負(fù)載單元、扭矩傳感器單元，和交流伺服電機(jī)同軸相連。
[0019]可調(diào)負(fù)載單元為負(fù)載電機(jī)。
[0020]交流伺服電機(jī)硬件在環(huán)模塊中，高壓供電模塊用于為工作電機(jī)電源模塊提供電源，包括接線端子部分、整流橋部分、繼電器保護(hù)部分，接線端子部分、整流橋部分、繼電器保護(hù)部分依次順序連接；
[0021]接線端子部分每個引線上均設(shè)置一個電容，用于濾波。
[0022]交流伺服電機(jī)硬件在環(huán)模塊中，光電隔離模塊20包括六路控制電路，受實時控制單元經(jīng)過信號保護(hù)模塊輸出的PWM信號的控制，光耦在PWM控制信號作用下導(dǎo)通和關(guān)斷IPM的輸入信號。
[0023]交流伺服電機(jī)硬件在環(huán)模塊中，功率芯片供電模塊包括四路相同的供電電路，供電電路彼此之間相互獨(dú)立；
[0024]每條供電電路包括24V電源和F2415S-2W集成器件，24V電源、F2415S-2W集成器件相連接。
[0025]交流伺服電機(jī)硬件在環(huán)模塊中，工作電機(jī)電源模塊輸出電機(jī)工作電源給功率驅(qū)動模塊，高壓供電模塊的電壓轉(zhuǎn)換后輸出電壓至工作電機(jī)電源模塊轉(zhuǎn)換為電機(jī)工作電源，同時電機(jī)工作電源經(jīng)過電源轉(zhuǎn)換芯片獲得功率芯片供電模塊輸出的24V電源，以及為電流傳感器、電壓傳感器提供供電的±12V直流電源；
[0026]±12V直流電源連接電流傳感器、電壓傳感器，為電流傳感器、電壓傳感器提供電源。
[0027]交流伺服電機(jī)硬件在環(huán)模塊中，保護(hù)電路模塊包括母線過壓欠壓保護(hù)電路、IPM輸出異常保護(hù)電路和保護(hù)控制電路；母線過壓欠壓保護(hù)電路、IPM輸出異常保護(hù)電路、軟啟動繼電器電路均與保護(hù)控制電路相連接。
[0028]光電隔離模塊的控制電路由PWM控制信號控制，光耦在PWM中的控制信號作用下導(dǎo)通和關(guān)斷IPM(Intelligent Power Module，智能功率模塊)的輸入信號；每路光耦都是相同的結(jié)構(gòu)，控制六路信號。這里的光耦相當(dāng)于一個開關(guān)，起到隔離電路的作用，避免了相互的干擾。
[0029]本實用新型通過實時控制單元的控制過程，建立閉環(huán)仿真模型，能夠?qū)⑺欧姍C(jī)處理結(jié)構(gòu)實時反饋到伺服系統(tǒng)，實現(xiàn)實際在環(huán)試驗；所有控制信號直接由實時控制單元實時發(fā)出，所有要采集的數(shù)據(jù)由實時控制單元實時采集；所以本系統(tǒng)是一種硬件在環(huán)實時系統(tǒng)，具有搭建控制模型快速、高效、方便的優(yōu)點。
[0030]值得說明的是，本實用新型實施控制單元以及其他控制過程為現(xiàn)有技術(shù)控制方法，本實用新型保護(hù)內(nèi)容為裝置組件及組件連接關(guān)系。
[0031]本實用新型的有益效果包括:
[0032]1、本實用新型能夠?qū)崿F(xiàn)、交流伺服系統(tǒng)實驗和SVPWM實驗、單相可控整流電路、三相晶閘管整流實驗、直流斬波實驗、三相調(diào)壓實驗、單相交流調(diào)壓實驗、SPWM控制單相交直交變頻電路試驗，實現(xiàn)試驗的綜合性和開發(fā)性，具有搭建模型快速、方便等優(yōu)點，相對于專用DSP芯片的控制系統(tǒng)要簡單且節(jié)省時間；本實用新型方便被測交流伺服電機(jī)快速接入，并建立閉環(huán)仿真模型，能夠?qū)⑺欧姍C(jī)處理結(jié)構(gòu)實時反饋到伺服系統(tǒng)，實現(xiàn)實際在環(huán)試驗；
[0033]2、電機(jī)控制的所有算法直接在實時控制單元中以matlab/Simulink語言實現(xiàn)，所有控制信號直接由實時控制單元實時發(fā)出，所有要采集的數(shù)據(jù)由實時控制單元實時采集；所以本系統(tǒng)是一種硬件在環(huán)實時系統(tǒng)，具有搭建控制模型快速、高效、方便的優(yōu)點，
[0034]3、在實時控制單元的控制下，負(fù)載控制器可以控制可調(diào)負(fù)載單元產(chǎn)生高精度、任意形式的可調(diào)負(fù)載。
[0035]4、該系統(tǒng)運(yùn)行時，電機(jī)以及負(fù)載單元的所有運(yùn)行參數(shù)、中間計算數(shù)據(jù)均可由實時控制單元實時采集，且以圖形的形式顯示；
[0036]5、相對于基于專用DSP芯片等的控制系統(tǒng)，本實用新型要簡單且節(jié)省時間，可以實時在線修改算法參數(shù)，為參數(shù)尋優(yōu)、各種算法的性能比較，以及控制算法的參數(shù)調(diào)節(jié)提供了方便。
[0037]5、進(jìn)行實驗時所有控制信號由實時控制單元發(fā)出，經(jīng)過隔離模塊和保護(hù)模塊送給具體的被控模塊，所有的過程參數(shù)由實時控制單元采集，并以圖形、數(shù)據(jù)等形式顯示，所有的控制算法在Matlab/Simulink中實現(xiàn)，快速、高效，是真正數(shù)字化的實驗裝置。
【附圖說明】
[0038]圖1是本實用新型的數(shù)字化電力電子實驗裝置結(jié)構(gòu)框圖；
[0039]圖2是本實用新型的交流伺服電機(jī)硬件在環(huán)模塊的結(jié)構(gòu)框圖；
[0040]圖3是工作電機(jī)驅(qū)動控制器的結(jié)構(gòu)框圖；
[0041]圖4是工作電機(jī)驅(qū)動控制器的高壓供電模塊的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0042]圖5是工作電機(jī)驅(qū)動控制器的光電隔離模塊的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0043]圖6是工作電機(jī)驅(qū)動控制器的功率芯片供電模塊的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0044]圖7是工作電機(jī)驅(qū)動控制器的編碼器模塊的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0045]圖8是工作電機(jī)驅(qū)動控制器的電流傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0046]圖9是工作電機(jī)驅(qū)動控制器的電壓傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0047]圖10是工作電機(jī)驅(qū)動控制器的工作電機(jī)電源模塊的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0048]圖11是工作電機(jī)驅(qū)動控制器的保護(hù)電路模塊的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0049]下面結(jié)合附圖和具體的實施例對本實用新型技術(shù)方案作進(jìn)一步的詳細(xì)描述，以使本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以更好的理解本實用新型并能予以實施，但所舉實施例不作為對本實用新型的限定。
[0050]為便于理解本實用新型，下面將結(jié)合附圖進(jìn)行闡述。
[0051]如圖1所示，一種數(shù)字化電力電子實驗裝置，包括實時控制單元1、信號保護(hù)模塊2和掛件區(qū)，掛件區(qū)插接實驗用模塊組件；實驗用模塊組件均與信號保護(hù)模塊2相連接，信號保護(hù)模塊2與實時控制單元I相連接。
[0052]掛件區(qū)插接的實驗?zāi)K組件為獨(dú)立組件結(jié)構(gòu)，包括交流伺服電機(jī)硬件在環(huán)模塊3、單相橋式半控整流模塊4、三相交流調(diào)壓模塊5、單相交流調(diào)壓模塊6、三相晶閘管全/半控橋(零)式整流模塊7、SPWM控制單相交直交變頻模塊8、IGBT直流斬波電路9。
[0053]交流伺服電機(jī)硬件在環(huán)模塊3可完成交流伺服系統(tǒng)實驗和SVPWM實驗和各種算法的驗證試驗；單相橋式半控整流模塊4可完成單相可控整流電路實驗；三相交流調(diào)壓模塊5可完成三相調(diào)壓實驗；單相交流調(diào)壓模塊6可完成單相交流調(diào)壓實驗；三相晶閘管全/半控橋(零)式整流模塊7可完成三相晶閘管整流實驗；SPWM控制單相交直交變頻模塊8可完成SPWM控制單相交直交變頻電路的研宄；IGBT直流斬波模塊9可完成直流斬波實驗。
[0054]如圖2所示，的交流伺服電機(jī)硬件在環(huán)模塊3包括工作電機(jī)驅(qū)動控制器10、交流伺服電機(jī)11、扭矩傳感器單元12、可調(diào)負(fù)載單元13、負(fù)載控制器14 ;工作電機(jī)驅(qū)動控制器10、扭矩傳感器單元12、負(fù)載控制器14均與信號保護(hù)模塊2相連接。
[0055]試驗用交流伺服電機(jī)11連接在工作電機(jī)驅(qū)動控制器10、扭矩傳感器單元12之間；可調(diào)負(fù)載單元13連接在扭矩傳感器單元12、負(fù)載控制器14之間。
[0056