电力电子技术综合实验平台探究及建设.doc

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1、电力电子技术综合实验平台探究及建设摘要：电力电子技术课程实验教学大多属于演示性或验证性实验，限制了学生动手能力和创新能力的培养。针对目前实验技术设备不能满足教学需要的情况，设计了具有良好扩展性、较为先进的电力电子技术综合实验平台。平台包括传统实验内容，通过标准数据接口，实现PC机与实验平台的信息交换、拓展板与实验平台的信息交换，达到实验教学的综合要求。关键词：电力电子实验；综合实验平台；创新性电力电子技术在全世界范围都是一个比较新兴的学科，是新能源并网和电能质量研究的关键技术，是发配电系统的核心，也是电气类专业学生必须掌握的内容和

2、技能。电力电子技术课程教学内容多、信息量大，既涉及电力工程知识、又涉及电子和计算机知识，是理论性和实践性非常强的专业课程。目前，在智能电网、节能、电磁兼容等方面大量应用，要求学生能根据千变万化的需求和实践设计解决方案，熟练掌握其非线性的特征及应用。目前电力电子技术课程实验教学大都依托实验平台进行，基本上只设置演示性或验证性实验，真正动手设计、搭建、调试电路的机会并不多，限制了学生动手能力和创新能力的培养［1］。1传统实验存在的问题开展实验，需有相应的实验设备和实验平台支持，实验的开设和设备的选择要做到“两个结合”［2］。一方面，实

3、验要结合理论知识；另一方面，实验要结合工程实践，避免和工程实践脱节［3］。但目前高校开设的电力电子实验普遍存在着实验与理论结合不紧密、实验与生产实践脱节的问题，主要体现在：(1)传统的电力电子实验与实验平台相结合的问题。传统的电力电子元器件、整流逆变电路等有具体形象［4］、易于被学生接受，但在实际应用过程中已基本实现模块化封装。因此实验平台的设计，既要兼顾传统元器件的形态，又要突出相关模块的应用与实践。(2)如何开展电力电子技术实验，让学生从硬、软件上掌握电力电子技术的知识。从硬件平台上看，当前的实验只是“静态”地向学生介绍电路工

4、作过程，而没有让学生参与到电路原件分析、电路拓扑分析和动态工作过程分析，在仿真与模拟实验方面更是空白。按照研究的理念，学生应该选择自己感兴趣的问题进行深度分析，从而形成自己独特的研究方法，这需要有良好的实验平台作为支撑。(3)如何将新技术融入实验中。电力电子技术向着高度的模块化、集成化以及应用多元化的方向发展。智能电网、节能、电磁兼容等技术推动着电力电子技术飞速发展。因此,实验平台的设计应比较先进而且留有升级和进一步扩展的接口。2可视灵活的综合实验平台在电力电子技术综合实验平台建设之前，我院电力电子实验室的设备比较陈旧。针对该情况

5、，在深入研究电力电子技术实现原理和发展趋势的基础上，考虑到实验教学的实际需要，构建了电力电子技术综合实验平台。综合实验平台主要由PC机、MCL系列电力电子试验台、拓展板、测量设备等组成(如图1所示)。整个综合平台采用标准化的模块结构，PC机可通过数据线与实验台相连，PC机运行电力电子技术实验管理软件和EWB仿真软件。实验过程中，学生可以根据需要进行模块的自由组合、拓展板设计来完成实验电路的搭建和调试。综合平台具有良好的可扩展性，可以根据实验室建设规模灵活地配置实验台的数目，主要包括：(1)信号电源。经过过流、过压、漏电等保护电路，

6、再分别通过调压、变压、稳压电路得到的交流可调电源、多路直流稳压电源及斩波信号源、逆变信号源、同步信号源等，为不同的实验电路提供不同的电源信号。(2)实验电路部分根据不同的电力电子器件及不同的电力变换电路。分别设计了不同的相对独立的实验单元挂箱。各实验单元电路原理清晰、可操作性强、效果直观。(1)类型齐全的电力电子元器件，可以进行GTR,MOSFET,IGBT,GTO的开关特性及其驱动电路、缓冲和保护电路相关实验。(2)直流电动机、发电机模块。在进行直流调速系统实验时，除可用常规的由运算放大器构成的PID调节器进行控制外，还可和计算

7、机相连，由上位机进行数字控制，并采集转速曲线和电流反馈信号，通过计算机对调速系统的参数进行调节，对转速等动态波形进行分析。(3)实验台对PC以及其他拓展板的各种标准化接口。(4)数字仪表、开关和按钮等辅助设备。综合实验平台有以下主要特点：(1)设备齐全，包括常规的电力电子元器件，配备了电机、变压器和电路拓扑等模型，还可以在PC机上自行仿真电路并将虚拟模块信号传送到实验台。学生可以自行设计电路模块，并使相关模块与平台相连，提高动手能力。(2)PC机上可利用EWB等软件设计电力电子技术课程中的许多电力电子电路仿真实验，如单相/三相晶闸

8、管相控整流电路、电容滤波不可控整流电路、DC-DC升/降压电路等。(3)实现实验台与PC机、拓展板的标准化数据通讯，方便教学实验，避免以往实验存在电力电子元器件、电路拓扑不易修改的问题。(1)配有各种信号灯及音响，提醒实验的学生注意当前的实验运行情