一种多功能电力电子实训装置

1.本实用新型属于电力电子实训装置技术领域，具体涉及一种多功能电力电子实训装置。


背景技术：

2.电力电子技术在培养是现代电气工程及其自动化与自动化专业人才中占有重要地位。除电力电子技术理论及其实验课程，很多高校还开设电力电子技术相关的课程设计与实训课程，特别是本科生毕业设计、研究生论文选题，近乎50％的题目基于电力电子技术或与其密切相关。
3.电力电子技术课程完整的培养过程为“理论讲授
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软件仿真
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实验验证
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分析总结”，在这样一个硬件在环培养体系中，实验验证环节对教学效果起着重要作用，直接影响着学生对相关知识的理解深度。目前，国内大分高校通过购置一些专业公司制作的电力电子技术实验装置，开展实践课程教学，如单相晶闸管触发电路实验、直流斩波实验、整流/逆变电路实验等，但这些实验装置只留出了一些测试点，学生无法了解实验电路具体的构成与软硬件的互动关系，只能按照实验说明书完成相关节点的接线及测试，致使不少学生动手能力和实际应用能力不能满足用人单位的要求。此外，电力电子实验装置实验过程中操作不当，其主电路或驱动电路极易烧坏，传统电力电子实验装置中一个部件一旦烧坏，整个实验装置可能无法使用，这对实验教学的顺利开展是一项巨大的挑战。而且随着新型电力电子器件，如碳化硅、氮化镓等的出现，以及学生实训、毕业设计、创新实验等培养环节中设计一些新的主电路拓扑和控制算法，如果利用传统的电力电子实验装置将无法开展。
4.综上所述，目前电力电子技术实验装置已无法满足学生的培养要求。


技术实现要素：

5.本实用新型的目的在于提供一种多功能电力电子实训装置，解决了目前电力电子实验装置功能单一的问题。
6.为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案为：一种多功能电力电子实训装置，包括检测/保护/控制电路模块，检测/保护/控制电路模块通过导线连接功率器件驱动模块插接模块，功率器件驱动模块插接模块通过导线连接有功率器件模块插接模块，功率器件模块插接模块通过导线连接功率电阻/电容器/电抗器插接模块。
7.检测/保护/控制电路模块包括控制芯片，控制芯片插接在控制芯片仿真插槽中，控制芯片通过导线连接上位机通信接口，所述控制芯片通过导线连接有信号调理保护电路，所述信号调理保护电路通过导线连接有检测信号输入端子插槽，控制芯片通过控制信号连接有第二控制信号插槽，第二控制信号插槽通过导线连接第一控制信号插槽。
8.功率器件驱动模块插接模块包括第一控制信号插槽，第一控制信号插槽通过导线分别连接有若干个驱动模块插槽，每个驱动模块插槽内均插接有一个驱动模块，每个驱动模块的引脚都通过线路模块引出并集中在与其对应的第一驱动信号插槽内，每个第一驱动
信号插槽都通过导线连接有一个第二驱动信号插槽。
9.功率器件模块插接模块上固定安装有若干个第二驱动信号插槽，功率器件模块插接模块上固定安装有若干个功率管模块插槽，每个功率管模块插槽内均插接有一个功率模块，每个功率模块的引脚都通过线路模块引出并集中在功率模块主电路引出端子插槽内，功率模块主电路引出端子插槽通过导线连接功率电阻/电容器/电抗器接线端子。
10.功率电阻/电容器/电抗器插接模块包括功率电阻/电容器/电抗器接线端子，功率电阻/电容器/电抗器接线端子通过导线连接有功率电阻模块，功率电阻/电容器/电抗器接线端子通过导线连接有电容器模块，功率电阻/电容器/电抗器接线端子通过导线连接有电抗器模块。
11.本实用新型的有益效果是：本实用新型一种多功能电力电子实训装置可以灵活开展电力电子技术实验，能够根据需要配置不同的电力电子技术实验主电路，还可以通过仿真器与上位机通信接口灵活设置本实训装置功能，能够灵活替换烧毁的主电路igbt模块、晶闸管等功率模块或其驱动模块，实验装置维护简单，能够根据需要升级相关线路模块，学生还可以将仿真器连接到控制芯片仿真插座，进行电源功能开发调试，可以深入开展电力电子实训及一些研究工作。
附图说明
12.图1为本实用新型一种多功能电力电子实训装置的整体硬件电路结构示意图；
13.图2为本实用新型一种多功能电力电子实训装置的检测/保护/控制电路模块结构示意图；
14.图3为本实用新型一种多功能电力电子实训装置的功率器件驱动模块插接模块结构示意图；
15.图4为本实用新型一种多功能电力电子实训装置的功率器件模块插接模块结构示意图；
16.图5为本实用新型一种多功能电力电子实训装置的功率电阻/电容器/电抗器插接模块结构示意图；
17.图中，1.检测/保护/控制电路模块，2.功率器件驱动模块插接模块，3.功率器件模块插接模块，4.功率电阻/电容器/电抗器插接模块，5.控制芯片，6.控制芯片仿真插槽，7.上位机通信接口，8.信号调理保护电路，9.检测信号输入端子插槽，10.第二控制信号插槽，11.第一控制信号插槽，12.驱动模块插槽，13.第一驱动信号插槽，14.第二驱动信号插槽，15.功率管模块插槽，16.功率模块主电路引出端子插槽，17.功率电阻/电容器/电抗器接线端子，18.功率电阻模块，19.电容器模块，20.电抗器模块。
具体实施方式
18.下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进行详细说明。
19.如图1所示，本实用新型所采用的技术方案是，一种多功能电力电子实训装置，包括检测/保护/控制电路模块1，检测/保护/控制电路模块1通过导线连接功率器件驱动模块插接模块2，功率器件驱动模块插接模块2通过导线连接有功率器件模块插接模块3，功率器件模块插接模块3通过导线连接功率电阻/电容器/电抗器插接模块4。
20.如图2所示，检测/保护/控制电路模块1包括控制芯片5，控制芯片5插接在控制芯片仿真插槽6中，控制芯片5通过导线连接上位机通信接口7，所述控制芯片5通过导线连接有信号调理保护电路8，所述信号调理保护电路8通过导线连接有检测信号输入端子插槽9，控制芯片5通过控制信号连接有第二控制信号插槽10，第二控制信号插槽10通过导线连接第一控制信号插槽11。
21.如图3所示，功率器件驱动模块插接模块2包括第一控制信号插槽11，第一控制信号插槽11通过导线分别连接有若干个驱动模块插槽12，每个驱动模块插槽12内均插接有一个驱动模块，每个驱动模块的引脚都通过线路模块引出并集中在与其对应的第一驱动信号插槽13内，每个第一驱动信号插槽13都通过导线连接有一个第二驱动信号插槽14。
22.如图4所示，功率器件模块插接模块3上固定安装有若干个第二驱动信号插槽14，功率器件模块插接模块3上固定安装有若干个功率管模块插槽15，每个功率管模块插槽15内均插接有一个功率模块，每个功率模块的引脚都通过线路模块引出并集中在功率模块主电路引出端子插槽16内，功率模块主电路引出端子插槽16通过导线连接功率电阻/电容器/电抗器接线端子17。
23.如图5所示，功率电阻/电容器/电抗器插接模块4包括功率电阻/电容器/电抗器接线端子17，功率电阻/电容器/电抗器接线端子17通过导线连接有功率电阻模块18，功率电阻/电容器/电抗器接线端子17通过导线连接有电容器模块19，功率电阻/电容器/电抗器接线端子17通过导线连接有电抗器模块20。
24.本实用新型的使用流程具体如下所述，如图2所示，本实训装置的检测/保护/控制电路模块将实验装置所需的检测信号集中布置于检测信号插槽中，将检测信号通过导线连接至该槽中的相关引脚，相关引脚的信号通过对应的信号调理电路送至控制芯片，控制芯片根据仿真插槽下载的算法程序与上位机通信接口下发的指令，生成控制信号并传统至控制信号第二控制信号插槽10，再由导线把此槽中的引脚与功率器件驱动模块插接模块中的第一控制信号插槽11中的相关引脚连接。
25.如图3所示，本实训装置功率器件驱动模块采用插接方式，将主电路功率器件的驱动电路做成带有插针的驱动模块，如igbt驱动模块与晶闸管驱动模块，根据需要将主电路驱动模块插接于功率器件驱动模块接插模块的插槽中。同时，驱动模块中用于驱动功率模块的引脚通过线路模块布线，将其引出并集中于功率器件驱动模块插接模块驱动信号第二控制信号插槽10中，再通过导线将第二控制信号插槽10中的相关引脚与功率器件模块接插模块中的第二驱动信号插槽14的相关引脚连接。此外，功率器件驱动模块接插模块上布置了驱动模块需要的第一控制信号插槽11。
26.如图4所示，本实训装置功率器件模块接插模块主电路元件采用插接方式，将主电路的功率器件做成带有插针的模块，如igbt模块与晶闸管模块，将功率模块插接于功率器件模块接插模块的功率管模块插槽中。同时，功率模块的一些引脚通过线路模块布线，将其引出并集中于功率器件模块接插模块的功率模块主电路引出端子插槽中，再根据设计的主电路拓扑结构，通过连接导线将插槽中的相关引脚连接或引出。此外，功率器件模块接插模块上布置了功率器件模块驱动信号的第一控制信号插槽11。
27.本实用新型的工作原理具体如下所述，本实训装置使用到的功率电阻、电容器与电抗器等主电路所需的分立元件采用焊接方式集分别中在一个模块上，再将其焊接于功率
电阻/电容器/电抗器插接模块对应的接线端子上，同时这些接线端子通过连接导线，与功率器件模块插接模块中的主电路引出端子插槽中的相关引脚连接。
28.如此，本实训装置各功能采用模块化设计，便于对实验所需主电路结构进行灵活搭建，便于对已损坏部件或模块进行更换，便于对实验装置功能进行拓展和升级，进而更好的开展电力电子实验实训工作。
29.如图2所示，检测/保护/控制电路模块主要是完成本实训装置输入输出电压电流的采样，根据算法程序与上位机下发的控制指令，运行控制算法，实现不同电源功能。检测/保护/控制电路模块中的控制芯片产生的控制信号通过导线连接线，将第二控制信号插槽10中的信号转送至第一控制信号插槽11中的相关端子，再将其引至驱动模块，驱动模块产生的驱动信号接至驱动信号第二控制信号插槽10，通过导线连接线将其与第二驱动信号插槽14连接，送至功率模块。
30.如图3所示，功率器件驱动模块接插模块上主要插接安装可拔插式的功率器件驱动模块，即驱动模块插接于此模块驱动模块插座，这样做的目的便于实验过程中另一易烧坏部件—驱动模块更换。
31.如图4所示，功率器件模块接插模块上主要插接安装可拔插式的功率器件模块，即通过此模块上的功率模块插座，可拔插式功率器件模块插接于其上，这样做的目的便于实验过程中易烧坏部件—功率器件模块更换。同时，将功率器件的接线端子引至功率模块主电路引出引脚插槽，便于组合相关引脚功能，与功率电阻/电容器/电抗器相关接线端子连接，设计所需主电路拓扑结构。
32.凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。