【現(xiàn)代電源技術(shù)綜合實(shí)驗(yàn)平臺】

　　功能/作用介紹

　　簡介

　　1、研制目的

　　合肥工業(yè)大學(xué)電氣與自動化工程學(xué)院為本科生和研究生開設(shè)了“電力電子技術(shù)”、“現(xiàn)代電源技術(shù)”、“逆變電源技術(shù)”、“現(xiàn)代功率變換技術(shù)”等課程。這些課程為電氣工程及其自動化本科生和研究生構(gòu)建了完整的電力電子技術(shù)中使用各種電力電子器件進(jìn)行功率變換的知識體系。目前教儀市場上只有簡單的一些實(shí)驗(yàn)裝置可作為“電力電子技術(shù)”的隨課實(shí)驗(yàn)，而對于“現(xiàn)代電源技術(shù)”等“電力電子技術(shù)”的后續(xù)課程卻沒有實(shí)驗(yàn)裝置對這些課程進(jìn)行足夠的支撐。例如在現(xiàn)有“電力電子技術(shù)”課程實(shí)驗(yàn)中，雖然開設(shè)了整流和DC/DC變換實(shí)驗(yàn)，但其著重點(diǎn)是為學(xué)生演示AC/DC和DC/DC的基本拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，而作為目前廣泛使用的隔離型高頻開關(guān)電源技術(shù)部分，該實(shí)驗(yàn)裝置不具備開設(shè)實(shí)驗(yàn)的條件。而對于研究生而言，這些課程的學(xué)習(xí)更是紙上談兵，只能在日后的實(shí)際課題研究中再對這些課程知識進(jìn)行消化。

　　為了配合這些課程的教學(xué)，讓學(xué)生對這些知識融會貫通，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識和動手能力，合肥工業(yè)大學(xué)電氣與自動化工程學(xué)院功率變換研究所以自身的科研積累為基礎(chǔ)，研制了現(xiàn)代電源技術(shù)綜合實(shí)驗(yàn)平臺。

　　2、平臺功能

　　在功率變換拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中，單端和橋式變換最為廣泛，其中單端又分為正激和反激，橋式分為半橋、H橋和三相橋。故此實(shí)驗(yàn)平臺包括三部分：單端隔離型高頻開關(guān)電源實(shí)驗(yàn)部分;隔離型橋式DC/DC實(shí)驗(yàn)部分;變頻調(diào)速實(shí)驗(yàn)部分。這三部分組合起來形成完整的電源功率變換綜合實(shí)驗(yàn)平臺，彌補(bǔ)了實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)裝置功能單一、課程間聯(lián)系不夠緊密的缺陷。

　　3、平臺組成

　　現(xiàn)代電源技術(shù)綜合實(shí)驗(yàn)平臺由三部分組成：

　　(1)單端隔離型高頻開關(guān)電源實(shí)驗(yàn)部分：通用的高頻開關(guān)電源為交流220V變換為5V、±15V等各種規(guī)格的直流電源?？紤]到輸入電壓偏高，具有一定的危險(xiǎn)性，實(shí)驗(yàn)中先通過單相工頻變壓器將交流220V降低，再經(jīng)過二極管不控整流和濾波變成穩(wěn)定的直流電壓。按反激式變換器工作原理，采用UC3842作為PWM控制芯片，采用功率MOSFET作為功率開關(guān)器件，經(jīng)過高頻變壓器實(shí)現(xiàn)DC/AC變換，再經(jīng)過整流濾波電路，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓輸出。

　　實(shí)驗(yàn)者須根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求自行設(shè)計(jì)并制作高頻變壓器，并可通過調(diào)整RCD吸收電路和功率MOSFET的驅(qū)動電阻參數(shù)，觀測不同RCD和驅(qū)動電阻對功率MOSFET關(guān)斷電壓的影響。

　　(2)隔離型橋式DC/DC變換器實(shí)驗(yàn)部分：采用DC24V作為輸入，應(yīng)用半橋DC/DC變換電路，要求輸出為隔離的DC48V。采用SG3525作為PWM控制芯片，配合功率MOSFET，經(jīng)過高頻變壓器實(shí)現(xiàn)DC/AC變換，再經(jīng)過整流濾波電路，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓輸出。

　　實(shí)驗(yàn)者須設(shè)計(jì)高頻變壓器參數(shù)和高頻濾波電感，并自行繞制;并可通過調(diào)節(jié)SG3525給定電壓，調(diào)整輸出電壓值;實(shí)驗(yàn)者可通過改變SG3525的外圍電路參數(shù)，觀測開關(guān)頻率變化特性。

　　(3)變頻調(diào)速實(shí)驗(yàn)部分：選用直流穩(wěn)壓電源作為輸入，主電路采用功率MOSFET組成三相逆變橋，采用HEF4752作為主控制芯片，HEF4752產(chǎn)生3相相差120°的脈沖，經(jīng)驅(qū)動隔離后控制逆變橋開關(guān)器件的開斷，從而控制電動機(jī)電源的電壓和頻率，以改變電動機(jī)的轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)異步電動機(jī)的變頻調(diào)速。考慮到實(shí)驗(yàn)安全，穩(wěn)壓電源輸入采用直流32V。因市場上標(biāo)準(zhǔn)異步電機(jī)大多為380V，故考慮在逆變橋輸出側(cè)和異步電機(jī)之間增添三相隔離變壓器，實(shí)現(xiàn)低壓到高壓380V的升壓變換。而市場上三相變壓器磁芯又沒有低于1kW的，故采用三個(gè)12V/220V的單相變壓器進(jìn)行組合構(gòu)成三相升壓變壓器。

　　實(shí)驗(yàn)者可設(shè)計(jì)HEF4752的參考時(shí)鐘、頻率控制時(shí)鐘和電壓控制時(shí)鐘電路，觀測三相逆變橋輸出電壓波形變化和對應(yīng)電機(jī)轉(zhuǎn)速變化情況。

　　以上實(shí)驗(yàn)設(shè)置多處測量孔，可通過示波器和萬用表對電路中各波形和參數(shù)進(jìn)行觀測，并與理論波形和參數(shù)進(jìn)行比較，便于實(shí)驗(yàn)者能對以上幾種功率變換方法和電路融會貫通。

　　4、結(jié)束語

　　本實(shí)驗(yàn)平臺囊括了單端、半橋、三相橋電力電子領(lǐng)域最常見的三種功率變換拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，并包含AC/DC、AC/AC、DC/DC、DC/AC全部四種電力電子的電能變換形式，同時(shí)還要求實(shí)驗(yàn)者對高頻變壓器和濾波電感進(jìn)行相關(guān)的計(jì)算和繞制，可面向電氣工程高年級本科生、研究生開放，可做相關(guān)的課程實(shí)驗(yàn)、綜合實(shí)驗(yàn)，同時(shí)也可給相關(guān)教師提供一個(gè)功率變換的科研平臺。

　　作品名稱：現(xiàn)代電源技術(shù)綜合實(shí)驗(yàn)平臺

　　完成單位：合肥工業(yè)大學(xué)電氣與自動化工程學(xué)院