一种数字化电力电子及电气控制的实验方法及装置与流程

本发明属于自动控制技术领域，尤其涉及一种数字化电力电子及电气控制的实验方法及装置。

背景技术：

目前，电力电子是利用电力电子器件对电能进行控制和转换的学科，是电力、电子、控制三大电气工程技术领域之间的交叉学科；目前高校都在加强现代电力电子技术的教学内容，相比而言，电力电子技术实验课程相对滞后，而且当前大学本科实验教学设备均较为简单且实验内容较少，同时往往以验证为主，无法满足学校对学生综合性、开发性、先进性学习能力的培养，也无法跟上电力电子技术发展的步伐；目前教学用数字化电力电子实验装置的功能单一，无法适应演示、教学等多样化的需求。

通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：教学用数字化电力电子实验装置的功能单一，无法适应演示、教学等多样化的需求。

技术实现要素：

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种数字化电力电子及电气控制的实验方法及装置。

本发明是这样实现的，一种数字化电力电子及电气控制的实验方法，所述数字化电力电子及电气控制的实验方法为：

步骤一，将实验模式划分为单相模式、三相模式、变频模式，通过实验模式选择模块利用实验模式选择按键选择实验模式。

步骤二，通过图像采集装置利用摄像头采集所述数字化电力电子及电气控制的实验图像；通过信号采集模块利用信号采集装置采集所述实验过程中产生的电流、电压信号。

步骤三，通过中央控制模块利用中央处理器控制所述数字化电力电子及电气控制的实验装置各个模块的正常运行。

步骤四，通过信号转换模块接收采集的电流、电压信号，作为模拟输入信号，并获取所述电流、电压的初始采样时钟信号和处理时钟信号。

步骤五，通过信号转换程序根据所述采样时钟信号对所述模拟输入信号进行采样并且使用所述处理时钟信号控制所述模数转换器的操作速度来产生待转换电流、电压信号的样本；所述量化过程是通过所述处理时钟信号来操作的。

步骤六，基于所述数字转换信号以及所述模拟信号源的一个或多个特征来控制述采样时钟信号和所述处理时钟信号中的至少一个；以及基于所述数字转换信号来产生模拟信号。

步骤七，通过信号保护模块利用信号保护程序对转换后的模拟信号进行保护；通过电流电压监测模块利用电流传感器和电压传感器监测电流、电压。

步骤八，通过信号源输出直流电源，获得待测电路的直流电流和直流电压；输出第一频率交流信号，获得所述待测电路的第一交流电流和第一交流电压。

步骤九，通过电路评估模块利用电路评估程序根据所述直流电流、直流电压、第一交流电流及第一交流电压计算所述待测电路的直流电阻。

步骤十，根据所述第一阻抗和直流电阻分析判断获得所述待测电路的电路结构以及电路结构中的各个元件的参数，评估电路运行可行性，并生成可行性分析报告。

步骤十一，通过控制实验模块利用实验程序进行控制实验的演示；通过驱动模块利用电机进行实验过程驱动；通过高压供电模块利用高压电进行实验过程供电。

步骤十二，通过数据存储模块利用存储器存储采集的实验图像、实验模式、电流电压信号、模拟信号及可行性分析报告。

步骤十三，通过显示模块利用显示器显示采集的实验图像、实验模式、电流电压信号、模拟信号及可行性分析报告的实时数据。

进一步，步骤一中，所述单相模式中包括单相半控整流实验模式、单相交流调压实验模式；所述三相模式中包括三相全控整流实验模式、三相半控整流实验模式、三相交流调压实验模式；所述变频模式中包括单相交变频实验模式、三相交变频实验模式。

进一步，所述单相模式实验方法包括以下步骤：

(1)在计算机中设定相位角，通过交流电源转换模块输出的单相交流电，输入至信号转换模块进行转换；

(2)将转换后的信号经信号保护模块进行量化变为数字量；计算机以固定频率对量化后的数字量进行读取；

(3)根据读取到的数字量，计算机判断单相交流电是正过零还是负过零，并发出相应的指示信息，进行单相过零检测；

(4)以过零点为参考点，在交流信号的相位达到设定相位角时刻，控制程序发出控制指令，进行单相半控整流实验及单相交流调压实验；

(5)返回“(1)”，继续执行。

进一步，所述三相模式实验方法包括以下步骤：

1)在计算机中设定相位角，交流电源转换模块输出的三相交流电，输入至信号转换模块进行转换；

2)将转换后的信号经信号保护模块进行量化变为数字量；计算机以固定频率对量化后的数字量进行读取；

3)根据读取到的数字量，计算机判断单相交流电是正过零还是负过零，并发出相应的指示信息，进行三相过零检测；

4)以过零点为参考点，在交流信号的相位达到设定相位角时刻，控制程序发出控制指令，进行三相全控整流实验、三相半控整流实验、三相交流调压实验；

5)返回“1)”，继续执行。

进一步，步骤六中，所述基于所述数字转换信号来产生模拟信号的方法，还包括：

基于所述数字转换信号以及所述模拟信号源的一个或多个特征来预测所述数字转换信号的下一样本的至少一部分；

基于至少部分地预测的下一样本来控制所述采样时钟信号和所述处理时钟信号中的至少一个。

进一步，步骤十中，所述获得所述待测电路的电路结构以及电路结构中的各个元件的参数的方法，包括：

通过所述第一阻抗确定所述待测电路的电路类型，所述电路类型为容性电路或感性电路两种类型；

根据所确定的电路类型选择相应的预设电路模型，通过所述第一阻抗和直流电阻计算所述预设电路模型中各个元件的参数。

本发明的另一目的在于提供一种应用所述的数字化电力电子及电气控制的实验方法的数字化电力电子及电气控制的实验装置，所述数字化电力电子及电气控制的实验装置包括：

实验模式选择模块、图像采集模块、信号采集模块、中央控制模块、信号转换模块、信号保护模块、电流电压监测模块、电路评估模块、控制实验模块、驱动模块、高压供电模块、数据存储模块、显示模块。

实验模式选择模块，与中央控制模块连接，用于通过实验模式选择按键选择实验模式；

图像采集模块，与中央控制模块连接，用于通过摄像头采集所述数字化电力电子及电气控制的实验图像；

信号采集模块，与中央控制模块连接，用于通过信号采集装置采集所述实验过程中产生的电流、电压信号；

中央控制模块，与实验模式选择模块、图像采集模块、信号采集模块、信号转换模块、信号保护模块、电流电压监测模块、电路评估模块、控制实验模块、驱动模块、高压供电模块、数据存储模块、显示模块连接，用于通过中央处理器控制所述数字化电力电子及电气控制的实验装置各个模块的正常运行；

信号转换模块，与中央控制模块连接，用于通过信号转换程序将采集的电流、电压信号转化为模拟信号；

信号保护模块，与中央控制模块连接，用于通过信号保护程序对转换后的模拟信号进行保护；

电流电压监测模块，与中央控制模块连接，用于通过电流传感器和电压传感器监测电流、电压；

电路评估模块，与中央控制模块连接，用于通过电路评估程序评估电路运行可行性，并生成可行性分析报告；

控制实验模块，与中央控制模块连接，用于通过实验程序进行控制实验的演示；

驱动模块，与中央控制模块连接，用于通过电机进行实验过程驱动；

高压供电模块，与中央控制模块连接，用于通过高压电进行实验过程供电；

数据存储模块，与中央控制模块连接，用于通过存储器存储采集的实验图像、实验模式、电流电压信号、模拟信号及可行性分析报告；

显示模块，与中央控制模块连接，用于通过显示器显示采集的实验图像、实验模式、电流电压信号、模拟信号及可行性分析报告的实时数据。

进一步，所述控制实验模块具体包括：

单相半控整流模块、单相交流调压模块、三相全控整流模块、三相半控整流模块、三相交流调压模块、单相交变频模块、三相交变频模块、直流电源转换模块、交流电源转换模块。

本发明的另一目的在于提供一种存储在计算机可读介质上的计算机程序产品，包括计算机可读程序，供于电子装置上执行时，提供用户输入接口以实施所述的数字化电力电子及电气控制的实验方法。

本发明的另一目的在于提供一种计算机可读存储介质，储存有指令，当所述指令在计算机上运行时，使得计算机执行所述的数字化电力电子及电气控制的实验方法。

结合上述的所有技术方案，本发明所具备的优点及积极效果为：本发明提供的数字化电力电子及电气控制的实验装置的功能齐全，能够实现单相半控整流实验模式、单相交流调压实验模式、三相全控整流实验模式、三相半控整流实验模式、三相交流调压实验模式等多种实验，实验更全面，教学效果更好；数字化电力电子及电气控制的实验方法具有实时性高、数据采样精确的优点，更加方便、高效。

本发明通过信号转换模块可以非常灵活地控制模数转换以为模拟信号源的不同要求和/或特征做准备；由模拟信号传达的信息可以以压缩方式呈现并因此可以以节能方式传递。通过电路评估模块对电路进行检测、分析，实现了获得待测电路的电路结构以及电路结构中的各个元件的参数。

附图说明

图1是本发明实施例提供的数字化电力电子及电气控制的实验方法流程图。

图2是本发明实施例提供的数字化电力电子及电气控制的实验装置结构框图；

图中：1、实验模式选择模块；2、图像采集模块；3、信号采集模块；4、中央控制模块；5、信号转换模块；6、信号保护模块；7、电流电压监测模块；8、电路评估模块；9、控制实验模块；10、驱动模块；11、高压供电模块；12、数据存储模块；13、显示模块。

图3是本发明实施例提供的单相模式实验方法流程图。

图4是本发明实施例提供的通过信号转换程序将采集的电流、电压信号转化为模拟信号的方法流程图。

图5是本发明实施例提供的通过电路评估程序评估电路运行可行性，并生成可行性分析报告的方法流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种数字化电力电子及电气控制的实验方法及装置，下面结合附图对本发明作详细的描述。

如图1所示，本发明实施例提供的数字化电力电子及电气控制的实验方法包括以下步骤：

s101，通过实验模式选择模块，与中央控制模块连接，用于通过实验模式选择按键选择实验模式。

s102，通过图像采集装置利用摄像头采集所述数字化电力电子及电气控制的实验图像。

s103，通过信号采集模块利用信号采集装置采集所述实验过程中产生的电流、电压信号。

s104，通过中央控制模块利用中央处理器控制所述数字化电力电子及电气控制的实验装置各个模块的正常运行。

s105，通过信号转换模块利用信号转换程序将采集的电流、电压信号转化为模拟信号。

s106，通过信号保护模块利用信号保护程序对转换后的模拟信号进行保护；通过电流电压监测模块利用电流传感器和电压传感器监测电流、电压。

s107，通过电路评估模块利用电路评估程序评估电路运行可行性，并生成可行性分析报告；通过控制实验模块利用实验程序进行控制实验的演示。

s108，通过驱动模块利用电机进行实验过程驱动；通过高压供电模块利用高压电进行实验过程供电。

s109，通过数据存储模块利用存储器存储采集的实验图像、实验模式、电流电压信号、模拟信号及可行性分析报告。

s110，通过显示模块利用显示器显示采集的实验图像、实验模式、电流电压信号、模拟信号及可行性分析报告的实时数据。

如图2所示，本发明实施例提供的数字化电力电子及电气控制的实验装置包括：实验模式选择模块1、图像采集模块2、信号采集模块3、中央控制模块4、信号转换模块5、信号保护模块6、电流电压监测模块7、电路评估模块8、控制实验模块9、驱动模块10、高压供电模块11、数据存储模块12、显示模块13。

实验模式选择模块1，与中央控制模块4连接，用于通过实验模式选择按键选择实验模式；

图像采集模块2，与中央控制模块4连接，用于通过摄像头采集所述数字化电力电子及电气控制的实验图像；

信号采集模块3，与中央控制模块4连接，用于通过信号采集装置采集所述实验过程中产生的电流、电压信号；

中央控制模块4，与实验模式选择模块1、图像采集模块2、信号采集模块3、信号转换模块5、信号保护模块6、电流电压监测模块7、电路评估模块8、控制实验模块9、驱动模块10、高压供电模块11、数据存储模块12、显示模块13连接，用于通过中央处理器控制所述数字化电力电子及电气控制的实验装置各个模块的正常运行；

信号转换模块5，与中央控制模块4连接，用于通过信号转换程序将采集的电流、电压信号转化为模拟信号；

信号保护模块6，与中央控制模块4连接，用于通过信号保护程序对转换后的模拟信号进行保护；

电流电压监测模块7，与中央控制模块4连接，用于通过电流传感器和电压传感器监测电流、电压；

电路评估模块8，与中央控制模块4连接，用于通过电路评估程序评估电路运行可行性，并生成可行性分析报告；

控制实验模块9，与中央控制模块4连接，用于通过实验程序进行控制实验的演示；

驱动模块10，与中央控制模块4连接，用于通过电机进行实验过程驱动；

高压供电模块11，与中央控制模块4连接，用于通过高压电进行实验过程供电；

数据存储模块12，与中央控制模块4连接，用于通过存储器存储采集的实验图像、实验模式、电流电压信号、模拟信号及可行性分析报告；

显示模块13，与中央控制模块4连接，用于通过显示器显示采集的实验图像、实验模式、电流电压信号、模拟信号及可行性分析报告的实时数据。

本发明实施例提供的控制实验模块具体包括：

单相半控整流模块、单相交流调压模块、三相全控整流模块、三相半控整流模块、三相交流调压模块、单相交变频模块、三相交变频模块、直流电源转换模块、交流电源转换模块。

下面结合具体实施例对本发明作进一步描述。

实施例1

本发明实施例提供的数字化电力电子及电气控制的实验方法如图1所示，作为优选实施例，本发明将实验模式划分为单相模式、三相模式、变频模式，通过实验模式选择模块利用实验模式选择按键选择实验模式。

本发明实施例提供的单相模式中包括单相半控整流实验模式、单相交流调压实验模式；所述三相模式中包括三相全控整流实验模式、三相半控整流实验模式、三相交流调压实验模式；所述变频模式中包括单相交变频实验模式、三相交变频实验模式。

如图3所示，本发明实施例提供的单相模式实验方法包括以下步骤：

s201，在计算机中设定相位角，通过交流电源转换模块输出的单相交流电，输入至信号转换模块进行转换。

s202，将转换后的信号经信号保护模块进行量化变为数字量；计算机以固定频率对量化后的数字量进行读取。

s203，根据读取到的数字量，计算机判断单相交流电是正过零还是负过零，并发出相应的指示信息，进行单相过零检测。

s204，以过零点为参考点，在交流信号的相位达到设定相位角时刻，控制程序发出控制指令，进行单相半控整流实验及单相交流调压实验。

s205，返回s201，继续执行。

本发明实施例提供的三相模式实验方法包括以下步骤：

1)在计算机中设定相位角，交流电源转换模块输出的三相交流电，输入至信号转换模块进行转换；

2)将转换后的信号经信号保护模块进行量化变为数字量；计算机以固定频率对量化后的数字量进行读取；

3)根据读取到的数字量，计算机判断单相交流电是正过零还是负过零，并发出相应的指示信息，进行三相过零检测；

4)以过零点为参考点，在交流信号的相位达到设定相位角时刻，控制程序发出控制指令，进行三相全控整流实验、三相半控整流实验、三相交流调压实验；

5)返回“1)”，继续执行。

实施例2

本发明实施例提供的数字化电力电子及电气控制的实验方法如图1所示，作为优选实施例，如图4所示，本发明实施例提供的通过信号转换程序将采集的电流、电压信号转化为模拟信号的方法包括：

s301，通过信号转换模块接收采集的电流、电压信号，作为模拟输入信号，并获取所述电流、电压的初始采样时钟信号和处理时钟信号。

s302，通过信号转换程序根据所述采样时钟信号对所述模拟输入信号进行采样并且使用所述处理时钟信号控制所述模数转换器的操作速度来产生待转换电流、电压信号的样本；所述量化过程是通过所述处理时钟信号来操作的。

s302，基于所述数字转换信号以及所述模拟信号源的一个或多个特征来控制述采样时钟信号和所述处理时钟信号中的至少一个；以及基于所述数字转换信号来产生模拟信号。

本发明实施例提供的所述基于所述数字转换信号来产生模拟信号的方法，还包括：

基于所述数字转换信号以及所述模拟信号源的一个或多个特征来预测所述数字转换信号的下一样本的至少一部分；

基于至少部分地预测的下一样本来控制所述采样时钟信号和所述处理时钟信号中的至少一个。

实施例3

本发明实施例提供的数字化电力电子及电气控制的实验方法如图1所示，作为优选实施例，如图5所示，本发明实施例提供的通过电路评估程序评估电路运行可行性，并生成可行性分析报告的方法包括：

s401，通过信号源输出直流电源，获得待测电路的直流电流和直流电压；输出第一频率交流信号，获得所述待测电路的第一交流电流和第一交流电压。

s402，通过电路评估模块利用电路评估程序根据所述直流电流、直流电压、第一交流电流及第一交流电压计算所述待测电路的直流电阻。

s403，根据所述第一阻抗和直流电阻分析判断获得所述待测电路的电路结构以及电路结构中的各个元件的参数，评估电路运行可行性，并生成可行性分析报告。

本发明实施例提供的所述获得所述待测电路的电路结构以及电路结构中的各个元件的参数的方法，包括：

通过所述第一阻抗确定所述待测电路的电路类型，所述电路类型为容性电路或感性电路两种类型；

根据所确定的电路类型选择相应的预设电路模型，通过所述第一阻抗和直流电阻计算所述预设电路模型中各个元件的参数。

本发明通过实验模式选择按键选择实验模式；通过信号转换程序将电流、电压信号转化为模拟信号；通过信号保护程序进行信号保护；通过电流传感器和电压传感器监测电流、电压；通过电路评估程序评估电路运行可行性；通过实验程序进行控制实验的演示；通过电机进行实验过程驱动；通过高压电进行实验过程供电；通过摄像头采集实验图像；通过存储器对教学实验图像进行存储。

在上述实施例中，可以全部或部分地通过软件、硬件、固件或者其任意组合来实现。当使用全部或部分地以计算机程序产品的形式实现，所述计算机程序产品包括一个或多个计算机指令。在计算机上加载或执行所述计算机程序指令时，全部或部分地产生按照本发明实施例所述的流程或功能。所述计算机可以是通用计算机、专用计算机、计算机网络、或者其他可编程装置。所述计算机指令可以存储在计算机可读存储介质中，或者从一个计算机可读存储介质向另一个计算机可读存储介质传输，例如，所述计算机指令可以从一个网站站点、计算机、服务器或数据中心通过有线(例如同轴电缆、光纤、数字用户线(dsl)或无线(例如红外、无线、微波等)方式向另一个网站站点、计算机、服务器或数据中心进行传输)。所述计算机可读取存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质或者是包含一个或多个可用介质集成的服务器、数据中心等数据存储设备。所述可用介质可以是磁性介质，(例如，软盘、硬盘、磁带)、光介质(例如，dvd)、或者半导体介质(例如固态硬盘solidstatedisk(ssd))等。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，都应涵盖在本发明的保护范围之内。