现代电力电子技术实验平台及实验方法
专利汇可以提供现代电力电子技术实验平台及实验方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 涉及一种现代电 力 电子 技术实验平台，其包括公共系统平台、直流斩波及 软 开关 电路 、单端正激/反激及单相APFC整流电路、单三相可控整流电路、单三相逆变和变频 电机 控制电路、上位机；所述的公共系统平台由三相交流电源、负载、交直流仪表、低压直流电源组成。本发明采用基于模型设计技术的手段，用Simulink图形化的编程方法代替了C语言编程模式。这种模 块 化的 硬件 单元和 软件 模块，不仅便于学生理解实验的原理和过程，更可以让学生开展 先进控制 策略研究的探究性实验。，下面是现代电力电子技术实验平台及实验方法专利的具体信息内容。
1.一种现代电力电子技术实验平台的实验方法，其特征在于：其采用一种现代电力电子技术实验平台，其包括公共系统平台、直流斩波及软开关电路、单端正激/ 反激及单相APFC 整流电路、单三相可控整流电路、单三相逆变和变频电机控制电路、上位机；
所述的公共系统平台由三相交流电源、负载、交直流仪表、低压直流电源组成；
所述的直流斩波及软开关电路、单端正激/ 反激及单相APFC 整流电路、单三相可控整流电路、单三相逆变和变频电机控制电路分别包括DSP核心板TMS320F2812 和相应的实验电路，各实验电路连接公共系统平台，各实验电路输出经电压电流信号隔离电路连接数据采集电路，数据采集电路的信号经核心板处理后，控制信号依次经PWM 信号输出电路、PWM信号隔离驱动电路输入到实验电路中；各DSP核心板TMS320F2812经通信模块连接上位机；
所述的实验方法，包括下述步骤：
（1）在PC机的MATLAB/Simulink 软件环境下通过图形化编程软件编写DSP 核心板TMS320F2812的控制软件，包括控制算法、输入输出接口程序和监控接口程序；
（2）通过Simulink 下的自动代码生成工具，将Simulink 模型编译成CCS 项目，控制程序转换为C 代码程序；
（3）在CCS 环境下将此C 代码程序进行编译生成HEX 文件，下载到DSP 核心板TMS320F2812 中；
（4）采用DSP核心板TMS320F2812构建直流斩波及软开关电路、单端正激/ 反激及单相APFC 整流电路、单三相可控整流电路、单三相逆变和变频电机控制电路，结合公共系统平台和上位机进行电力电子技术实验；
用仿真器将控制程序从JTAG 口下载到DSP核心板TMS320F2812中，复位后启动微处理器TMS320F2812 运行控制程序；微处理器TMS320F2812 中的事件管理器EVA 产生PWM 信号并经PWM 信号输出电路6 输出给PWM 信号隔离驱动电路，输出可控制实验电路中IGBT 管的门极控制信号；实验电路在实验过程中的各个电压电流量通过检测电路输出给电压电流信号隔离电路，经强弱电隔离后输出到数据采集电路，通过微处理器TMS320F2812 中的AD 转换电路反馈到控制程序中进行闭环控制；并且DSP 核心板TMS320F2812在控制程序运行过程中产生的各种反馈参数和所需的控制参数通过USB 接口与PC 机中的虚拟仪器监控软件进行实时交换，学生能够在虚拟仪器监控软件上观测到逆变电路实验过程中的各种运行参数，能够在监控软件中修改控制参数，观察在不同控制参数下的实验效果；
所述的单三相逆变和变频电机控制电路的实验电路包括整流电路、可控全桥逆变电路、负载电感和电压电流检测电路，整流电路的输入端与公共系统平台的三相交流电源连接，整流电路的输出端与可控全桥逆变电路连接，PWM 信号隔离驱动电路连接可控全桥逆变电路，电压电流检测电路分别与可控全桥逆变电路和电压电流信号隔离电路连接；
公共系统平台的三相交流电源经过整流电路后整流为高压直流电源，作为可控全桥逆变电路的电源输入；由DSP 核心板TMS320F2812组成的DSP 控制系统输出6 路PWM 信号，经PWM信号隔离驱动电路后作为可控全桥逆变电路的控制信号；可控全桥逆变电路输出的脉宽调制电压经负载电感LC 电路滤波后输出电压和频率均可调节的交流电源；同时系统中直流侧的电压和电流量以及逆变后的交流电源的电压量和电流量经过电压电流检测电路、电压电流信号隔离电路后被数据采集电路所接收；
所述的直流斩波及软开关电路包括：
系统保护模块，用于实现过压保护、过流保护、欠压保护、过载保护和死区保护，使系统工作更安全和稳定；
直流斩波控制模块，用于检测电压电流，生成控制信号开关波形；
软开关控制模块，通过AD 转换器实现电压、电流的测量，分析检测信号计算出当前控制脉宽初始位置及宽度，利用PID 算法实现输出电压的闭环调节；
电压电流检测模块，采用定时器触发中断采样被测信号，并计算当前电压、电流和实时功率数据，通过一阶惯性滤波器滤除干扰信号，得到稳定的测量值；
USB 通信模块，使核心板与上位机之间通过高速中断的方式进行交互数据；
人机界面模块，用于选择功能和下传控制命令及显示电压、电流、功率数据，实时波形采集，对数据进行保存、恢复及分析；
所述的单端正激/反激及单相APFC 整流电路包括：
系统保护模块，用于实现过压保护、欠压保护、过流保护、死区延时、软启动、过载保护；
单端正/ 反激模块，根据给定的电压值启动软启动模块，检测当前电压的反馈值，由PID 控制器控制当前电压，实现闭环电压控制，同时采用电流截止负反馈的限制系统的最大输出电流，防止系统过载损坏；
APFC 整流模块，通过检测当前整流电路的输出电流和系统电源的相位进行判断，开通整流功率管的占空比，使系统的整流电流接近正弦值，得以提高整流电路的功率因数，实现绿色电源的功能；
数据采集模块，采用定时器触发中断采样被测信号，并计算当前电压、电流数据，通过一阶惯性滤波器滤除干扰信号，得到稳定的测量值；
USB 通信模块，使核心板与上位机之间通过高速中断的方式进行交互数据；
人机界面模块，用于选择功能和下传控制命令及显示电压、电流、功率数据，实时波形采集，对数据进行保存、恢复及分析；
所述的单三相可控整流电路包括：
系统保护模块，用于实现过压保护、过流保护、欠压保护、过载保护和死区保护，使系统工作更安全和稳定；
单相可控整流模块，通过检测单相交流电源的相位，确定控制脉冲的起始时刻，通过给定信号与检测电压的比较确定脉冲的宽度，控制整流电压的大小；
三相可控整流模块，通过检测三相交流电源的相位，确定控制脉冲的起始时刻，通过给定信号与检测电压的比较确定脉冲的宽度，控制整流电压的大小；
电压电流检测模块，采用定时器触发中断采样被测信号，并计算当前电压、电流和实时功率数据；通过一阶惯性滤波器滤除干扰信号，得到稳定的测量值；
USB 通信模块，使核心板与上位机之间通过高速中断的方式进行交互数据；
人机界面模块，用于选择功能和下传控制命令及显示电压、电流、功率数据，实时波形采集，对数据进行保存、恢复及分析；
所述的单三相逆变和变频电机控制电路包括：
系统保护模块，用于实现过速保护、欠压保护、过压保护、过流保护、和死区保护，使系统工作更安全和稳定；
单三相逆变模块，通过EVA 模块产生单三相SPWM 逆变控制信号，分别驱动四个和六个IGBT 功率管，同时通过PID 控制模块实现电压的稳定控制；
交流电机控制模块，将交流电机SPWM、SVPWM、空间矢量、磁场定向的控制算法下传到DSP核心板TMS320F2812，通过DSP 的EVA 模块实现SPWM 控制信号的形成，通过双闭环的形式达到异步电机的转速调节；
直流电机控制模块，通过AD 转换器实现电压、电流、转速的测量，分析检测信号计算出当前控制脉宽初始位置及宽度，利用神经网络PID 算法实现转速、电流PID 参数自适应调节；
USB 通信模块，使核心板与上位机之间通过高速中断的方式进行交互数据；
人机界面模块，用于选择功能和下传控制命令及显示电压、电流、转速数据，实时显示SPWM 波形的以及电机的正弦电压、电流信号，对数据进行保存、恢复及打印；
电压电流信号隔离电路中，交直流电流信号隔离电路接收霍尔电流传感器的输出信号IF1，由于霍尔电流传感器在检测电流为0A 时，输出电压为2.5V，所以在此电路的输入级运放U2A 加了一个负向偏置直流电压，由RP2 电位器调节，电位器RP1可调节电路的增益；
U2B、IC1、U3A 为模拟量线性光耦隔离电路，能够对模拟量进行隔离传输，在U3A 的输出端加了稳压管WD1，使输出电压幅度限制在0-3.3V 之间，与TMS320F2812的模拟信号输入幅度匹配；
直流电压信号隔离电路接收高压直流电压的分压信号UF1，由于UF1 是一个单极性信号，因此不需要加偏置信号，电位器RP3 调节电路的增益；
交流电压信号隔离电路通过电压互感器T1 接收交流电压信号，叠加直流偏置量，在U7A 输出单极性交流电压信号；
PWM 信号隔离驱动电路中，由DSP 核心板TMS320F2812上CPU 产生的6 路PWM 信号输出，经门电路驱动后输入到PWM 信号隔离电路，通过高速光耦对6 路PWM信号隔离后可驱动全桥逆变电路的6个IGBT 器件；
在进行直流斩波电路实验时，由DSP核心板TMS320F2812产生可调的PWM 波来控制直流斩波电路的运行，同时DSP核心板TMS320F2812实时采集直流斩波电路中的电压电流值，在实验监控软件中实时显示直流斩波电路的波形和参数；移相全桥零电压开关变换电路由H 桥电路和负载电路部分组成，H 桥的控制信号由DSP核心板TMS320F2812产生；DSP核心板TMS320F2812根据上位机设定的电压值或占空比以及其它运行参数，产生软开关电路所需的H 桥PWM 控制信号，并采集软开关电路中的电压电流值，在实验监控软件中实时显示软开关电路的波形和参数；
在进行单端正激/ 反激开关电源实验时，DSP核心板TMS320F2812产生开关电源功率管的PWM 信号，并采集开关电源的输出电压值，实现开关电源的恒压输出，同时在实验监控软件中实时显示开关电源的运行参数；
在进行单相APFC 整流电路实验时，DSP核心板TMS320F2812采集整流电路输入的交流电压和电流信号以及输出直流电压信号，经过运算后控制功率管的PWM 信号，完成单相APFC 整流电路的正常工作，并在实验监控软件中实现控制参数的设置和实时参数的显示；
在进行单三相可控整流电路实验时，DSP核心板TMS320F2812实时采集整流电路输入的交流电压和电流信号以及输出的直流电压和电流信号，根据上位机实验控制软件设定的控制参数，输出全桥整流电路可控器件的PWM 控制信号，实现整流电路的整流或逆变状态运行，并在实验监控软件中进行实时参数的显示；
在进行交流逆变实验时，DSP核心板TMS320F2812实时采集逆变电路输出的交流电压和电流信号，根据上位机实验控制软件设定的控制参数，输出全桥逆变电路可控器件的PWM 控制信号，实现逆变电路的交流电源运行，并在实验监控软件中进行实时参数的显示；
在进行调速控制实验时，DSP核心板TMS320F2812实时采集电机的转速或位置信号和电流信号，根据上位机实验控制软件设定的控制参数，输出全桥逆变电路可控器件的PWM 控制信号，实现电机转速的闭环控制，并在实验监控软件中进行实时参数的显示。
现代电力电子技术实验平台及实验方法
技术领域
背景技术
发明内容
具体实施方式
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