一种数字式多功能电力电子技术实验方法与流程

本发明涉及电力电子技术领域，更具体地说，涉及一种数字式多功能电力电子技术实验方法。

背景技术：

电力电子技术是一门新兴的应用于电力领域的电子技术，就是使用电力电子器件(如晶闸管，gto，igbt等)对电能进行变换和控制的技术。电力电子技术所变换的“电力”功率可大到数百mw甚至gw，也可以小到数w甚至1w以下，和以信息处理为主的信息电子技术不同，电力电子技术主要用于电力变换。电力电子技术已成为现代电气工程与自动化专业不可缺少的一门专业基础课，在培养该专业人才中占有重要地位。

电力电子技术与电气工程(强电)、信息工程(弱电)、控制工程三大学科紧密交叉，是连接弱电和强电的桥梁，是目前最活跃、发展最快的新兴学科之一，近20年来得到了迅速的发展。针对发展的需求，电力电子技术课程需要进行课程重构和实验改革。以往的电力电子技术教学设备主要采用模拟电路或者专用控制芯片方式实现，大多属于演示性或验证性实验，硬件电路固定，系统特性无法随意改变，控制方式单一且不能改变，体积大、成本高，限制了学生动手能力和创新能力的培养。

经检索，中国专利号zl201610056810.8，发明名称为：数字化电力电子及电气传动实时控制实验装置及实验方法，申请日为：2016年1月27日，该申请案公开的实验装置，包括计算机、数据采集及实时控制模块、信号转换模块、信号保护驱动模块、脉冲触发模块、时钟同步单元及电力电子及电气传动实验挂件区；该申请案还包括使用上述装置的试验方法；该申请案的实验装置能够完成综合性的电力电子和电气传动实验。但该申请案提供的实验装置体积大，其所需成本高，并且存在实验切换复杂的缺点。

技术实现要素：

1.发明要解决的技术问题

鉴于现有的电力电子实验平台存在硬件电路固定，系统特性无法随意改变，体积大、成本高的问题，本发明提供了一种数字式多功能电力电子技术实验方法，将所有实验集成为一体，利用共用部分元器件实现了减小体积的目的，通过拨动开关选择实验内容，实验切换简单便捷，提高了实验平台的综合性和集成度，节约成本并提高了实验平台的使用灵活性。

2.技术方案

为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：

本发明的一种数字式多功能电力电子技术实验平台，包括保护电路、采样电路、驱动电路、dsp核心控制板、pc机和电力电子集成主电路；所述的保护电路分别与采样电路、dsp核心控制板电连接；电力电子集成主电路通过采样电路与dsp核心控制板电连接；所述的驱动电路包括mos管驱动电路和晶闸管驱动电路，驱动电路分别与dsp核心控制板、电力电子集成主电路电连接；所述的dsp核心控制板与pc机电连接，接受pc机信号并反馈；所述的电力电子集成主电路包括单相半波可控整流电路、单相桥式可控整流电路、单相pwm整流电路、pwm产生与驱动电路、boost电路、buck电路、方波逆变电路和spwm逆变电路。

更进一步地，所述的单相半波可控整流电路和单相桥式可控整流电路共用一个电路，该电路包括电流传感器、四个晶闸管、多个拨动开关、多个水泥电阻和电感；所述的晶闸管s1输入端经拨动开关w14与电源连接的同时，与晶闸管s2的输出端连接；晶闸管s1输出端分别与晶闸管驱动电路的s5端、g5端、电流传感器a3的ip+端子连接；晶闸管s2的输出端还与晶闸管驱动电路的s6端、g6端连接；晶闸管s2的输入端接地的同时分为三路，一路经电阻r106和拨动开关w12接入电流传感器a3的ip-端子，另一路经电阻r105、拨动开关w13和电感l6接入电流传感器a3的ip-端子，最后一路经拨动开关w16和w15与电源连接；晶闸管s3输出端与晶闸管驱动电路的s7端、g7端连接的同时，接入电流传感器a3的ip+端子；晶闸管s3输入端分别与晶闸管s4输出端、拨动开关w16连接，同时经拨动开关w15接入电源；晶闸管s4输出端还与晶闸管驱动电路的s8端、g8端连接；晶闸管s4输入端与晶闸管s3的输入端连接；所述的电流传感器a3的vcc端子接入电源，同时经电容c48接地；gnd端子接地的同时，经电容c49接入采样电路；viout端子经电阻r132端子接入采样电路。

更进一步地，所述的单相pwm整流电路、pwm产生与驱动电路、boost电路、buck电路、方波逆变电路和spwm逆变电路共用一个电路，该电路包括电感、四个电力mos管、拨动开关、水泥电阻、电解电容、cbb电容和电流传感器；所述的电力mos管m1的1端子与mos管驱动电路的g1端连接，电力mos管m1的2端子经拨动开关w2和滑动变阻器b1接入电源，同时经拨动开关w3接入电流传感器a1的ip+端子；电力mos管m1的3端子与电力mos管m2的2端子连接，二者同时与mos管驱动电路的s1端、采样电路连接，并经三个串联的电感、拨动开关w1和滑动变阻器b1接入电源，经五个串联的电感和拨动开关w10接入采样电路，经拨开关w4和电感l3接入电流传感器a1的ip+端子，经拨动开关w5、电感l4和电容c122分别连接电力mos管m3的3端子和电力mos管m4的2端子，经拨动开关w5、电感l4和电阻r101分别连接电力mos管m3的3端子和电力mos管m4的2端子，经拨动开关w5和电感l4连接采样电路，经拨动开关w11连接电力mos管m3的3端子和电力mos管m4的2端子；所述的电力mos管m2的1端子与mos管驱动电路的g2端连接，电力mos管m2的3端子与mos管驱动电路的s2端连接，同时分别经二极管d12，经二极管d13和电阻r6，经电容c120，经电容c121，经电容c43和电阻r153，经电容c43和二极管d11接入滑动变阻器b1一端；并分别经电容c123、c124、cbb电容cbb1、cbb2接入拨动开关w9后接入电流传感器a1的ip-端子；电力mos管m2的3端子还分别经电阻r102、r103、r104接入拨动开关w6、w7、w8的一端，拨动开关w6、w7、w8的另一端均接入电流传感器a1的ip-端子；电力mos管m2的3端子接地；所述的电力mos管m3的1端子与mos管驱动电路的g3端连接；电力mos管m3的2端子与电流传感器a1的ip+端子连接；电力mos管m3的3端子分别与mos管驱动电路的s3端、电力mos管m4的2端子连接，同时接入采样电路；所述的电力mos管m4的1端子与mos管驱动电路的g4端连接；电力mos管m4的3端子分别接入mos管驱动电路的s4端和电力mos管m2的3端子；所述的电流传感器a1的ip-端子接入采样电路；电流传感器a1的vcc端子接入电源，同时经电容c125接地；电流传感器a1的输出viout端子经过r27和c126组成的滤波电路后接入采样电路。

更进一步地，所述的采样电路由多路电流传感器、电压传感器以及外围电路组成，用于获取实验过程中的电流信号和电压信号，并将相关信号发送到dsp核心控制板，该采样电路包括直流电压采样电路、交流电压采样电路和电流采样电路。

更进一步地，所述的保护电路由比较器电路和逻辑门电路组成，采样电路将主电路的关键电压电流信号进行采集，采集的信号通过比较器电路与设定值进行比较，输出0、1信号，再将此信号发送给逻辑门电路进行逻辑判断，最后将判断结果发送给dsp核心控制板，dsp核心控制板根据接收到的判断结果进行处理是否封锁pwm输出信号。

更进一步地，该实验平台还包括由ac-dc电源组件、dc-dc电源组件和dc-dc降压电路组成的电源模块，电源模块分别与保护电路、采样电路、驱动电路)、dsp核心控制板连接，为相连的电路提供电源。

更进一步地，所述的单相半波可控整流电路、单相桥式可控整流电路和单相pwm整流电路由单相交流输入电源供电，该单相交流输入电源包括变压器、过流保护电路和交流电压表。

更进一步地，所述的boost电路、buck电路、方波逆变电路和spwm逆变电路由单相直流输入电源供电，该单相直流输入电源包括ac/dc开关电源、过流保护电路和直流电压表。

利用上述实验平台进行的一种电力电子技术实验方法，利用拨动开关的开闭搭建不同主电路，完成不同实验；在进行单相半波可控整流实验、单相桥式全控整流实验和单相pwm整流实验时，先进行过零检测；检测完成后，对于单相半波可控整流实验，使拨动开关12、14、15、16、17处于on状态，其它开关处于off状态，主电路处于单相半波可控整流带电阻负载状态，进行单相半波可控整流带电阻负载实验；使拨动开关13、14、15、16、17、19处于on状态，其它开关处于off状态，主电路处于单相半波可控整流带阻感负载状态，进行单相半波可控整流带阻感负载实验；对于单相桥式全控整流实验，拨动开关12、14、15、17处于on状态，其它开关处于off状态，主电路处于单相桥式全控整流带电阻负载状态，进行单相桥式全控整流带电阻负载实验；拨动开关13、14、15、17、19处于on状态，其它开关处于off状态，主电路处于单相桥式全控整流带阻感负载状态，进行单相桥式全控整流带阻感负载实验；对于单相pwm整流实验，拨动开关3、6、9、10、11、17处于on状态，其它开关处于off状态，主电路处于单相pwm整流电路状态，进行单相pwm整流实验。

更进一步地，对于buck实验，拨动开关2、4、7、8、18处于on状态，其它开关处于off状态，主电路处于buck电路状态，进行buck实验；对于boost实验，拨动开关1、3、7、9、17处于on状态，其它开关处于off状态，主电路处于boost电路状态，进行boost实验；所述的方波逆变实验和spwm逆变实验电路相同，在实验时，拨动开关2、3、5处于on状态，其它开关处于off状态，主电路处于方波逆变和spwm逆变状态，pc机根据选择的逆变方式，进行方波逆变实验或spwm逆变实验。

3.有益效果

采用本发明提供的技术方案，与已有的公知技术相比，具有如下显著效果：

(1)鉴于现有技术中，基础实验教学设备均较为简单，其主要架构为老旧的模拟电路，或在每个种类的实验台中都设置了一个dsp控制电路，硬件电路固定，系统特性无法随意改变，导致成本高的问题，本发明提供了一种数字式多功能电力电子技术实验方法，该实验平台仅采用一块dsp芯片作为核心控制板，并将多种实验电路集成到一起，能够实现基础实验教学过程中几乎所有实验科目的实验功能，提高了实验平台的综合性和集成度，节约了成本。

(2)鉴于现有的实验平台多使用模块挂载的方式进行不同的试验导致实验平台灵活性差的问题，本发明的试验平台设置拨动开关，通过拨动开关的开闭搭建不同实验电路，提高了实验平台使用的灵活性。同时，本发明的实验平台利用pc机选择不同的试验，方便用户对不同实验进行控制。

(3)本发明的实验平台设置有保护电路，在实验过程中，若电路发生故障，自动切断输出，保证了实验安全的进行。同时实验平台还设置有采样电路和pc机，通过采样电路采集实验过程中的电流、电压信号，并传输给pc机以数字量形式显示，便于用户直观的得到实验结果，使用方便。

附图说明

图1为本发明的实验平台架构框图；

图2为本发明中实验平台上位机操作界面；

图3为本发明中单相半波可控整流实验操作界面；

图4为本发明实验平台的总实验电路图；

图5为本发明中采样电路的总电路图；

图6中(a)和(b)为本发明中采样电路的交流电压采样电路图；

图6中(c)和(d)为本发明中采样电路的电流采样电路图；

图6中(e)为本发明中采样电路的直流电压采样电路图；

图7为本发明中保护电路的电路图；

图8为本发明中电力mos管驱动电路图；

图9为本发明中晶闸管驱动电路图；

图10为本发明中单相半波可控整流带电阻负载实验电路图；

图11为本发明中单相半波可控整流带阻感负载实验电路图；

图12为本发明中单相桥式全控整流带电阻负载实验电路图；

图13为本发明中单相桥式全控整流带阻感负载实验电路图；

图14为本发明中单相pwm整流实验电路图；

图15为本发明中boost实验电路图；

图16为本发明中buck实验电路图；

图17为本发明中方波逆变和spwm逆变实验电路图；

图18为本发明中dsp与上位机通讯电路图。

具体实施方式

为进一步了解本发明的内容，结合附图和实施例对本发明作详细描述。

实施例1

结合图1，本实施例的一种数字式多功能电力电子技术实验平台，包括保护电路、采样电路、驱动电路、dsp核心控制板、pc机和电力电子集成主电路。所述的保护电路分别与采样电路、dsp核心控制板电连接。电力电子集成主电路通过采样电路与dsp核心控制板电连接。所述的驱动电路包括mos管驱动电路和晶闸管驱动电路，驱动电路分别与dsp核心控制板、电力电子集成主电路电连接。所述的dsp核心控制板与pc机电连接，接受pc机信号并反馈。

结合图18，dsp核心控制板使用的是ti公司生产的launchpad28027，用于模数(ad)转换、数模(da)转换、数字量输入输出(io)，且通过rs232转usb接口与pc机连接并进行实时双向通信。

结合图5，所述的采样电路由多路电流传感器、电压传感器以及外围电路组成，用于获取实验过程中的电流信号、电压信号，并将相关信号发送到dsp核心控制板中进行模拟量到数字量的转换，转换得到的数字量发送至pc机。采样电路包括直流电压采样、交流电压采样和电流采样：

结合图6中(e)图，直流电压采样：主电路的直流电压经电阻分压后经hcnr200芯片实现信号检测且与主电路隔离，输出侧的信号经运算放大器调理后输出为0～3.3v的信号输送到dsp核心控制器的ad引脚进行ad转换。

结合图6中(a)、(b)图，交流电压采样：主电路的交流电压经电压互感器实现信号检测且与主电路隔离，输出侧的信号经运算放大器调理后输出为0～3.3v的信号输送到dsp核心控制器的ad引脚进行ad转换。

结合图6中(c)、(d)图，电流采样：主电路的电流经电流传感器实现信号检测且与主电路隔离，输出的信号经运算放大器调理后输出为0～3.3v的信号输送到dsp核心控制器的ad引脚进行ad转换。

结合图7，保护电路由比较器电路和逻辑门电路组成，采样电路将主电路的关键电压电流信号进行采集，采集的信号通过比较器电路与设定值进行比较，输出0、1信号，再将此信号发送给逻辑门电路进行逻辑判断，最后将判断结果发送给dsp数字控制器，dsp根据接收到的判断结果进行处理是否封锁pwm输出信号。

结合图8和图9，本实施例的驱动电路由电力mos管驱动电路和晶闸管驱动电路组成。电力mos管驱动电路中，dsp核心控制板发出的pwm信号经mc1413芯片进行放大，放大后的pwm信号经tlp250芯片及外围电路后产生可驱动mos管的信号，且实现了驱动电路与主电路相隔离，避免主电路对控制回路产生干扰。晶闸管驱动电路中，dsp核心控制板发出的驱动信号通过mc1413芯片进行放大，放大后的驱动信号经tlp521_2光耦隔离芯片进行隔离，隔离后的信号再通过脉冲触发器电路产生触发信号用于驱动主电路中的晶闸管。

结合图4，本实施例的电力电子集成主电路包括：单相半波可控整流电路、单相桥式可控整流电路、单相pwm整流电路、pwm产生与驱动电路、boost电路、buck电路、方波逆变电路和spwm逆变电路。所述的驱动电路中的电力mos管驱动电路分别与单相pwm整流电路、pwm产生与驱动电路、boost电路、buck电路、方波逆变电路和spwm逆变电路相连接；晶闸管驱动电路分别与单相半波可控整流电路和单相桥式全控整流电路相连接。驱动电路用于为相连的电路提供信号驱动。所述的采样电路分别与单相半波可控整流电路、单相桥式可控整流电路、单相pwm整流电路、pwm产生与驱动电路、boost电路、buck电路、方波逆变电路、spwm逆变电路相连接，用于对相连的电路上的电压信号和电流信号进行转换得到便于采集的模拟信号。

在本实施例的电力电子集成主电路中，所述的单相半波可控整流电路和单相桥式可控整流电路共用一个电路，该电路包括电流传感器、四个晶闸管、拨动开关、水泥电阻和电感；所述的晶闸管s1输入端经拨动开关w14与电源连接的同时，与晶闸管s2的输出端连接；晶闸管s1输出端分别与晶闸管驱动电路的s5端、g5端、电流传感器a3的ip+端子连接；晶闸管s2的输出端还与晶闸管驱动电路的s6端、g6端连接；晶闸管s2的输入端接地的同时分为三路，一路经电阻r106和拨动开关w12接入电流传感器a3的ip-端子，另一路经电阻r105、拨动开关w13和电感l6接入电流传感器a3的ip-端子，最后一路经拨动开关w16和w15与电源连接；晶闸管s3输出端与晶闸管驱动电路的s7端、g7端连接的同时，接入电流传感器a3的ip+端子；晶闸管s3输入端分别与晶闸管s4输出端、拨动开关w16连接，同时经拨动开关w15接入电源；晶闸管s4输出端还与晶闸管驱动电路的s8端、g8端连接；晶闸管s4输入端与晶闸管s3的输入端连接；所述的电流传感器a3的vcc端子接入电源，同时经电容c48接地；gnd端子接地的同时，经电容c49接入采样电路；viout端子经电阻r132端子接入采样电路。

本实施例中，所述的单相pwm整流电路、pwm产生与驱动电路、boost电路、buck电路、方波逆变电路和spwm逆变电路共用一个电路，该电路包括电感、四个电力mos管、拨动开关、水泥电阻、电解电容、cbb电容和电流传感器；所述的电力mos管m1的1端子与mos管驱动电路的g1端连接，电力mos管m1的2端子经拨动开关w2和滑动变阻器b1接入电源，同时经拨动开关w3接入电流传感器a1的ip+端子；电力mos管m1的3端子与电力mos管m2的2端子连接，二者同时与mos管驱动电路的s1端、采样电路连接，并经三个串联的电感、拨动开关w1和滑动变阻器b1接入电源，经五个串联的电感和拨动开关w10接入采样电路，经拨开关w4和电感l3接入电流传感器a1的ip+端子，经拨动开关w5、电感l4和电容c122分别连接电力mos管m3的3端子和电力mos管m4的2端子，经拨动开关w5、电感l4和电阻r101分别连接电力mos管m3的3端子和电力mos管m4的2端子，经拨动开关w5和电感l4连接采样电路，经拨动开关w11连接电力mos管m3的3端子和电力mos管m4的2端子；所述的电力mos管m2的1端子与mos管驱动电路的g2端连接，电力mos管m2的3端子与mos管驱动电路的s2端连接，同时分别经二极管d12，经二极管d13和电阻r6，经电容c120，经电容c121，经电容c43和电阻r153，经电容c43和二极管d11接入滑动变阻器b1一端；并分别经电容c123、c124、cbb电容cbb1、cbb2接入拨动开关w9后接入电流传感器a1的ip-端子；电力mos管m2的3端子还分别经电阻r102、r103、r104接入拨动开关w6、w7、w8的一端，拨动开关w6、w7、w8的另一端均接入电流传感器a1的ip-端子；电力mos管m2的3端子接地；所述的电力mos管m3的1端子与mos管驱动电路的g3端连接；电力mos管m3的2端子与电流传感器a1的ip+端子连接；电力mos管m3的3端子分别与mos管驱动电路的s3端、电力mos管m4的2端子连接，同时接入采样电路；所述的电力mos管m4的1端子与mos管驱动电路的g4端连接；电力mos管m4的3端子分别接入mos管驱动电路的s4端和电力mos管m2的3端子；所述的电流传感器a1的ip-端子接入采样电路；电流传感器a1的vcc端子接入电源，同时经电容c125接地；电流传感器a1的输出viout端子经过r27和c126组成的滤波电路后接入采样电路。

本实施例的实验平台还包括单相交流输入电源、单相直流输入电源和电源模块。单相交流输入电源由变压器、过流保护电路、交流电压表组成，分别与单相半波可控整流电路、单相桥式可控整流电路和单相pwm整流电路相连接，用于为相连的电路提供交流输入电源。单相直流输入电源由ac/dc开关电源、过流保护电路、直流电压表组成，分别与boost电路、buck电路、方波逆变电路和spwm逆变电路相连接，用于为相连的电路提供直流输入电源。电源模块包括ac-dc电源模块(型号：he24p24lrn)、dc-dc电源模块(型号：b2424s-2wr2、b2415s-2wr2、b2405s-2wr2、vra2415ymd-6wr3)、dc-dc降压电路，并分别与保护电路、采样电路、驱动电路、dsp核心控制板相连接，用于为相连的电路提供系统控制所需的+24v、+15v、-15v、+5v和+3.3v的直流电源。

使用本实施例的实验平台进行实验，可以通过拨动开关搭建不同主电路，完成不同实验。

结合图10和图11，本实施例的单相半波可控整流电路分为两部分：带电阻负载的单相半波可控整流电路和带阻感负载的单相半波可控整流电路。带电阻负载的单相半波可控整流电路由一个晶闸管、拨动开关、水泥电阻组成。带阻感负载的单相半波可控整流电路由晶闸管、拨动开关、水泥电阻和电感组成。用于单相半波可控整流实验。

结合图12和图13，本实施例的单相桥式全控整流电路分为两部分：带电阻负载的单相桥式全控整流电路和带阻感负载的单相桥式全控整流电路。带电阻负载的单相桥式全控整流电路由四个晶闸管、拨动开关、水泥电阻组成。带阻感负载的单相桥式全控整流电路由四个晶闸管、拨动开关、水泥电阻和电感组成。用于单相桥式全控整流实验。单相半波可控整流电路和单相桥式全控整流电路布局在同一块主电路上，通过拨动开关来搭建不同的主电路。

结合图14，单相pwm整流电路由电感、四个电力mos管、拨动开关、水泥电阻、电解电容和cbb电容组成，用于单相pwm整流实验。pwm产生与驱动电路由dsp核心控制板和驱动芯片及其外围电路组成，用于pwm产生与驱动实验。boost电路由电感、电力mos管、拨动开关、水泥电阻、电解电容和cbb电容组成(参看图15)，用于boost实验。buck电路由电感、电力mos管、拨动开关、水泥电阻、电解电容和cbb电容组成(参看图16)，用于buck实验。方波逆变电路和spwm逆变电路使用的是相同的电路，由电感、电力mos管、拨动开关、cbb电容、水泥电阻组成(参看图17)，用于方波逆变实验和spwm逆变实验。各实验具体步骤如下：

用户在上位机控制界面选择实验内容和参数，pc机根据所选内容给dsp核心控制板发送控制指令，dsp核心控制板根据指令内容发出驱动信号，驱动信号经过驱动电路放大后驱动主电路上的mos管和晶闸管完成实验。

实验主电路的电压电流参数经采样电路转化为dsp可识别的信号，由dsp核心控制板对信号进行ad转换后变为离散的数字量，然后将这些数字量发送给pc机以动态图形式显示出来，代替示波器对电路中电压电流参数进行监控。

对于单相半波可控整流实验、单相桥式全控整流实验和单相pwm整流实验，可以通过软件算法实现过零检测，并根据过零检测计算出输入交流电压相位，最终发出触发信号或pwm信号。以单相半波可控整流实验的单相过零检测为例，具体流程包括：

步骤1：变压器输出的单相交流电输入到采样电路进行转换。

步骤2：步骤1转换后的信号传输给dsp核心控制板进行量化变为数字量。

步骤3：根据数字量判断输入交流电是正过零还是负过零，并发出相应的指示信息。

步骤4：返回步骤1，继续判断过零点。

在本实施例中，pc机获取用户在上位机操作界面中选取的触发角，并发送给dsp核心控制板。判断单相交流电输入电压的过零点，并根据过零点计算出输入交流电压的实时相位，在交流信号的相位到达所设定触发角时刻发出驱动信号，驱动信号经驱动电路中的脉冲触发器放大后，输送给单相半波可控整流电路和单相桥式全控整流电路。

单相半波可控整流实验的具体步骤如下：

步骤1：拨动开关12、14、15、16、17处于on状态，其它开关处于off状态，使得主电路处于单相半波可控整流带电阻负载状态。或者拨动开关13、14、15、16、17、19处于on状态，其它开关处于off状态，使得主电路处于单相半波可控整流带阻感负载状态。然后接入交流电源。

步骤2：在如图2所示的上位机操作界面选择单相半波可控整流实验，进入如图3所示的相应实验的控制界面。

步骤3：在上位机的控制界面选择触发角，pc机获取用户在上位机操作界面中选取的触发角，并发送给dsp核心控制板。

步骤4：dsp核心控制板根据采样电路发过来的信号判断单相交流电输入电压的过零点，并根据过零点计算出输入交流电压的实时相位，在交流信号的相位到达所设定触发角时刻发出驱动信号。

步骤5：驱动信号经驱动电路中的脉冲触发器放大后给单相半波可控整流电路。

步骤6：主电路的电压电流参数经采样电路转化为dsp可识别的信号，由dsp核心控制板对信号进行ad转换后变为离散的数字量，然后将这些数字量发送给pc机以动态图形式显示出来。

步骤7：返回到步骤3。

单相桥式全控整流实验的具体步骤如下：

步骤1：拨动开关12、14、15、17处于on状态，其它开关处于off状态，使得主电路处于单相桥式全控整流带电阻负载状态。或者拨动开关13、14、15、17、19处于on状态，其它开关处于off状态，使得主电路处于单相桥式全控整流带阻感负载状态。然后接入交流电源。

步骤2：在上位机操作界面选择单相桥式全控整流实验，进入相应实验的控制界面。

步骤3：在上位机的控制界面选择触发角，pc机获取用户在上位机操作界面中选取的触发角，并发送给dsp核心控制板。

步骤4：dsp核心控制板根据采样电路发过来的信号判断单相交流电输入电压的过零点，并根据过零点计算出输入交流电压的实时相位，在交流信号的相位到达所设定触发角时刻发出驱动信号。

步骤5：驱动信号经驱动电路中的脉冲触发器放大后给单相桥式全控整流电路。

步骤6：主电路的电压电流参数经采样电路转化为dsp可识别的信号，由dsp核心控制板对信号进行ad转换后变为离散的数字量，然后将这些数字量发送给pc机以动态图形式显示出来。

步骤7：返回到步骤3。

本实施例的实验方法还包括，pc机获取用户在上位机操作界面设置的开关频率和占空比，并将其发送给dsp核心控制板；dsp核心控制板根据开关频率和占空比发出相应的pwm信号，经驱动电路中的tlp250芯片放大后给buck电路和boost电路。

buck实验和boost实验的具体步骤如下：

步骤1：根据实验内容拨动开关，buck实验拨动开关2、4、7、8、18处于on状态，boost实验拨动开关1、3、7、9、17处于on状态，其它开关处于off状态，使得主电路处于buck电路或boost电路状态，然后接入直流电源。

步骤2：在上位机操作界面选择buck变换器实验或boost变换器实验，进入相应实验的控制界面。

步骤3：在上位机的控制界面选择开关频率和占空比，pc机获取用户在上位机操作界面中选择的参数，并发送给dsp核心控制板。

步骤4：dsp核心控制板根据所选择的参数发出相应的pwm信号。

步骤5：pwm信号经驱动电路中的tlp250芯片放大后给buck电路和boost电路。

步骤6：主电路的电压电流参数经采样电路转化为dsp可识别的信号，由dsp核心控制板对信号进行ad转换后变为离散的数字量，然后将这些数字量发送给pc机以动态图形式显示出来。

步骤7：返回到步骤3。

在进行单相pwm整流实验时，pc机获取用户在上位机操作界面设置的目标电压值vref，并将其发送给dsp核心控制板；采样电路对输出电压值vout进行实时采样，vout-vref经计算后输出调制比mi，dsp核心控制板发出与变压器输出电压相位相同且调制比为mi的spwm信号，经驱动电路中的tlp250芯片放大后给单相pwm整流电路。

单相pwm整流实验的具体步骤如下：

步骤1：拨动开关3、6、9、10、11、17处于on状态，其它开关处于off状态，使得主电路处于单相pwm整流电路状态，然后接入交流电源。

步骤2：在上位机操作界面选择单相pwm整流实验，进入实验的控制界面。

步骤3：在上位机的控制界面选择输出给定电压，pc机获取用户在上位机操作界面中选择的给定电压，并发送给dsp核心控制板。

步骤4：dsp核心控制板根据采样电路发过来的信号判断单相交流电输入电压的过零点，并根据过零点计算出输入交流电压的实时相位，然后根据相位和所选择的参数发出相应的pwm信号。

步骤5：pwm信号经驱动电路中的tlp250芯片放大后给单相pwm整流电路。

步骤6：主电路的电压电流参数经采样电路转化为dsp可识别的信号，由dsp核心控制板对信号进行ad转换后变为离散的数字量，然后将这些数字量发送给pc机以动态图形式显示出来。

步骤7：返回到步骤3。

在进行方波逆变实验和spwm逆变实验时，pc机获取用户在上位机操作界面选择的逆变方式，并将其发送给dsp核心控制板；dsp核心控制板根据逆变方式发出pwm信号，经驱动电路中的tlp250芯片放大后给方波逆变电路和spwm逆变电路。

方波逆变实验和spwm逆变实验具体步骤如下：

步骤1：拨动开关2、3、5处于on状态，其它开关处于off状态，使得主电路处于方波逆变和spwm逆变状态，然后接入直流电源。

步骤2：在如图2所示的上位机操作界面选择方波逆变实验或spwm逆变实验，进入相应实验的控制界面。

步骤3：在上位机的控制界面选择逆变方式，pc机获取用户在上位机操作界面中选择的逆变方式，并发送给dsp核心控制板。

步骤4：dsp核心控制板根据逆变方式发出相应的pwm信号。

步骤5：pwm信号经驱动电路中的tlp250芯片放大后给方波逆变电路和spwm逆变电路。

步骤6：主电路的输入输出电压参数经采样电路转化为dsp可识别的信号，由dsp核心控制板对信号进行ad转换后变为离散的数字量，然后将这些数字量发送给pc机以动态图形式显示出来。

步骤7：返回到步骤3。

本实施例的pc机控制界面程序在qt中以c语言的形式进行编写，通过实验控制界面对各实验电路的输入输出电压进行可视化、图形化显示，得到实验控制界面，并与控制程序相连接，在实验控制界面中通过按钮选择不同的实验类型；在ccs中编写代码并将代码下载到dsp核心控制板中，进行实验时，dsp核心控制板与pc机进行实时双向通讯，完成各实验，是一种真正数字化的实验装置。本实施例提供的实验设备与实时控制程序，可以实现多种实验验证，摒弃了之前电力电子实验单一性的缺点，具有综合性和可开发性，且适应电力电子技术发展需要的数字化实时控制实验装置及方法，它拥有高精度的控制系统，用于综合性的电力电子实验。且各项实验均设有实验面板，实验验证时，运行的参数、输入输出电压等数据和波形在实验控制界面上实时显示出来，清晰明了，便于分析、比较，且每项实验仅仅需要拨动相关的开关即可搭建成不同的主电路，方便高效，适合于本科院校高年级学生进行研究性电力电子实验要求。

本实施例提供的数字式多功能电力电子技术实验平台及运行方法，通过实验平台的单相半波可控整流电路可以完成单相半波可控整流实验；通过单相桥式全控整流电路可以完成单相桥式全控整流实验；通过pwm产生与驱动电路可以完成pwm产生与驱动实验；通过buck电路可以完成buck实验；通过boost电路可以完成boost实验；通过方波逆变电路可以实现方波逆变实验；通过spwm逆变电路完成spwm逆变实验；通过单相pwm整流电路可以完成单相pwm整流实验。相对于现有技术中，基础实验教学设备均较为简单主要架构为老旧的模拟电路，或者几乎在每个种类的实验台中都设置了一个dsp控制电路的成本较高且灵活性差的方案。本实施例实现了仅采用一块dsp芯片作为核心控制板和各实验集成到一起的电路就实现了基础实验教学过程中几乎所有实验科目的实验功能，提高了实验平台的综合性和集成度，节约了成本，提高了实验平台使用的灵活性。

以上示意性的对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。