摘 要：為滿足電力電子技術(shù)實驗的單設(shè)課的教學(xué)要求，我校進(jìn)行了電力電子技術(shù)實驗裝置的自主研發(fā)，吸取市售產(chǎn)品設(shè)備優(yōu)點，參考了本校最新科研成果，開發(fā)了新一代電力電子技術(shù)實驗裝置總體思路是，采用掛箱式結(jié)構(gòu)，盡可能兼容生產(chǎn)廠家的主控屏供電設(shè)備，做到不改動或者最少改動廠家的實驗平臺即可直接使用，并且使自制裝置兼顧實用性、基礎(chǔ)性、先進(jìn)性、易維護(hù)性和可拓展性，尋求多種創(chuàng)新性解決方案，并具備從內(nèi)到外的整套技術(shù)圖紙及器件購買渠道，具有可生產(chǎn)性。

　　“電力電子技術(shù)”是電氣工程與自動化專業(yè)重要的專業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)課程，為了突出實踐能力的培養(yǎng)和建立面向行業(yè)的工程能力培養(yǎng)的實驗教學(xué)理念[1-3] ，體現(xiàn)“注重素質(zhì)，注重綜合，注重創(chuàng)新”[4]，我校將電力電子技術(shù)實驗單獨設(shè)課，單獨考核。

　　我們發(fā)現(xiàn)市售產(chǎn)品不能滿足單獨設(shè)課的教學(xué)要求，決定立足自身，從實驗設(shè)備入手進(jìn)行改革，其主要原因是缺少控制電路和主電路的支路電流相關(guān)測試點，僅能完成開環(huán)控制，而且沒有基本的電力電子變換器實驗掛箱。

　　課堂教學(xué)中的單端正激和單端反激電路是最基本的隔離型電力電子變換器拓?fù)涫侵攸c內(nèi)容之一，而著名的生產(chǎn)電力電子實驗教學(xué)儀器的廠家，卻沒有該類型的實驗掛箱。

　　因此，我們認(rèn)為有必要自主研發(fā)實驗裝置，吸取廠家設(shè)備優(yōu)點和本單位最新科研成果，開發(fā)新一代電力電子實驗設(shè)備，最終研制出7種實驗掛箱。

　　1 自制設(shè)備的設(shè)計思想

　　我校設(shè)備自制的總體思路是，使自制裝置兼顧實用性、基礎(chǔ)性、先進(jìn)性、易維護(hù)性和可拓展性，尋求多種創(chuàng)新性解決方案，并具備從內(nèi)到外的整套技術(shù)圖紙，具有可生產(chǎn)性。

　　在實驗內(nèi)容上要注重實驗教學(xué)的系統(tǒng)性，而且要合理設(shè)置觀測點，充分兼顧主電路與控制電路的實驗研究內(nèi)容。使實驗設(shè)備可同時觀測研究主電路內(nèi)容、控制電路內(nèi)容及閉環(huán)反饋內(nèi)容[5] 。

　　2 具體實施方案

　　(1)確定研制實驗掛箱的重點

　　“電力電子技術(shù)”課程內(nèi)容主要分為兩大部分：以晶閘管為代表的傳統(tǒng)電力電子部分和以全控器件為代表的現(xiàn)代電力電子部分�，F(xiàn)在，以高頻變換為主要特征的現(xiàn)代電力電子技術(shù)逐漸成為技術(shù)核心，新的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和控制方法成為電氣工程中研究最為活躍的方向。為適應(yīng)這種發(fā)展趨勢，高頻功率電子學(xué)已作為我校實驗實踐教學(xué)的重點內(nèi)容。

　　因此，我校自制的實驗掛箱，除了基礎(chǔ)性的相控整流部分外，其余自制掛箱都是各種高頻變換DC-DC變換器。

　　(2)兼容性安全性實施方案

　　為了兼容生產(chǎn)廠家的主控屏供電設(shè)備，我們開發(fā)的電源掛箱作為第二級供電設(shè)備。這樣能使掛箱里不再使用二次電源，還避免了掛箱內(nèi)高壓電的轉(zhuǎn)換，輸人的電壓也都是低壓電，徹底解決了安全性問題。這也就解決了強(qiáng)制性安全認(rèn)證只存在于電源掛箱一種設(shè)備中的問題。

　　為了進(jìn)一步解決安全問題，在開發(fā)電源掛箱時，我們采用了經(jīng)過安全認(rèn)證的開關(guān)電源做為供電源。但由于開關(guān)電源的噪聲電壓幅度太高，會淹沒正常采樣信號，我們采用了磁環(huán)構(gòu)成的共模噪聲抑制電路和R-C低通濾波器組合抑制高頻噪聲，此項技術(shù)已獲授權(quán)的實用新型專*[6] 。

　　(3)相控整流實施方案 

　　在驅(qū)動電路的設(shè)計中，變換不同接線可改變不同相控整流主電路拓?fù)洌�使一個掛箱能系統(tǒng)性完成兩個不同主電路性能研究。觸發(fā)角度在移相范圍內(nèi)全程連續(xù)變化，可細(xì)致觀測和控制相關(guān)所有特性。

　　掛箱可完成的實驗類別有，三相半波可控整流電路及其觸發(fā)電路實驗研究和三相橋式全控整流電路及其觸發(fā)電路實驗研究。 

　　各實驗類別可完成實驗內(nèi)容包括：①全面精確細(xì)致研究主電路和觸發(fā)電路工作情況;②比較不同負(fù)載性質(zhì)工作情況;③研究外特性;④比較不同拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)工作的異同。

　　(4)直-直變換器總體實施方案

　　直-直變換器內(nèi)容實施方案為面板引線設(shè)計中確保能反映主電路、控制電路及閉環(huán)反饋的內(nèi)容，在確保進(jìn)行基礎(chǔ)性實驗研究的同時，拓展到綜合性提高研究和設(shè)計性實驗研究�？赏瓿蓪嶒烆悇e有：①BUCK變換器主電路及控制電路實驗研究;②BOOST變換器主電路及控制電路實驗研究;③單端正激變換器主電路及控制電路實驗研究;④單端反激變換器主電路及控制電路實驗研究。

　　其實驗研究包括如下層次。 

　　①基礎(chǔ)性實驗研究，包括能細(xì)致觀測研究主電路、控制電路及閉環(huán)反饋的內(nèi)容，并進(jìn)行全面分析。

　�、谔岣咝詫嶒炑芯浚�包括改變控制頻率觀察電流連續(xù)點和斷續(xù)點的轉(zhuǎn)化及電路性能實驗(已獲授專*授權(quán)[7])、研究吸收電路和緩沖電路作用的實驗以及通過改變關(guān)鍵部件變壓器變比參數(shù)研究主電路性能變化的實驗。

　�、墼O(shè)計性實驗研究為可自主改變關(guān)鍵部件電感參數(shù)變壓器參數(shù)進(jìn)行性能變化研究。如圖1所示，從廠家購買的主控屏供電系統(tǒng)對自制的直流電源掛箱進(jìn)行供電，再由該掛箱對自制的BUCK變換器實驗掛箱供電。BUCK變換器實驗掛箱面板上包含主電路實驗內(nèi)容、控制電路驅(qū)動電路實驗內(nèi)容和閉環(huán)反饋的內(nèi)容。其所帶負(fù)載為自制的掛箱負(fù)載。

　　3 自制實驗掛箱的特色

　　(1)實驗?zāi)�塊不僅可以進(jìn)行驗證性實驗，而且可以進(jìn)行一定的研究性實驗。例如實驗?zāi)�塊可以通過改變控制電路的振蕩頻率使PWM波信號實現(xiàn)變頻，使電流臨界連續(xù)點發(fā)生改變，從而在不改變硬件電路(主電路)的情況下，觀測到電流連續(xù)(CCM)和電流斷續(xù)(DCM)工作情況的轉(zhuǎn)化，有利于全面分析電路性能，深入理解電路工作原理。

　　(2)實驗?zāi)�塊不僅可以進(jìn)行變換器的開環(huán)實驗，而且可以進(jìn)行閉環(huán)實驗研究。該模塊除了市售電力電子實驗設(shè)備的主電路實驗功能外，還具備了其不能完成的控制電路實驗。

　　(3)增加了控制電路中關(guān)鍵點電壓波形的檢測點及主電路中主要支路電流波形的檢測點，以同時觀測研究主電路、控制電路及閉環(huán)反饋的狀態(tài)。

　　(4)在信號檢測點上采用了內(nèi)藏阻抗技術(shù)，即不影響對信號的觀測，又可以防止學(xué)生誤接線、誤操作導(dǎo)致設(shè)備的損壞，提高了實驗設(shè)備的可靠性。

　　(5)合理設(shè)計實驗掛箱接線布局，大大提高了其擴(kuò)展性能。

　　(6)實驗臺采用經(jīng)過安全認(rèn)證的開關(guān)電源，可以保障實驗設(shè)備的安全性。

　　4 結(jié)語

　　我校電力