摘 要：為滿足電力電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)裝置的自主研發(fā)，吸取市售產(chǎn)品設(shè)備優(yōu)點(diǎn)，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(shí)驗(yàn)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(dòng)或者最少改動(dòng)廠家的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)即可直接使用，并且使自制裝置兼顧實(shí)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。 關(guān)鍵詞：電力電子；實(shí)驗(yàn)裝置；實(shí)驗(yàn)設(shè)備 “電力電子技術(shù)”是電氣工程與自動(dòng)化專業(yè)重要的專業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)課程，為了突出實(shí)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(shí)驗(yàn)教學(xué)理念[sup][1-3] [/sup]，體現(xiàn)“注重素質(zhì)，注重綜合，注重創(chuàng)新”[sup][4][/sup]，我校將電力電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)單獨(dú)設(shè)課，單獨(dú)考核。 我們發(fā)現(xiàn)市售產(chǎn)品不能滿足單獨(dú)設(shè)課的教學(xué)要求，決定立足自身，從實(shí)驗(yàn)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(diǎn)，僅能完成開環(huán)控制，而且沒有基本的電力電子變換器實(shí)驗(yàn)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(diǎn)內(nèi)容之一，而著名的生產(chǎn)電力電子實(shí)驗(yàn)教學(xué)儀器的廠家，卻沒有該類型的實(shí)驗(yàn)掛箱。 因此，我們認(rèn)為有必要自主研發(fā)實(shí)驗(yàn)裝置，吸取廠家設(shè)備優(yōu)點(diǎn)和本單位最新科研成果，開發(fā)新一代電力電子實(shí)驗(yàn)設(shè)備，最終研制出7種實(shí)驗(yàn)掛箱。 1 自制設(shè)備的設(shè)計(jì)思想 我校設(shè)備自制的總體思路是，使自制裝置兼顧實(shí)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(shí)驗(yàn)內(nèi)容上要注重實(shí)驗(yàn)教學(xué)的系統(tǒng)性，而且要合理設(shè)置觀測點(diǎn)，充分兼顧主電路與控制電路的實(shí)驗(yàn)研究內(nèi)容。使實(shí)驗(yàn)設(shè)備可同時(shí)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[sup][5][/sup] 。 2 具體實(shí)施方案 （1）確定研制實(shí)驗(yàn)掛箱的重點(diǎn) “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(shí)驗(yàn)實(shí)踐教學(xué)的重點(diǎn)內(nèi)容。 因此，我校自制的實(shí)驗(yàn)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(shí)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(jí)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(shí)，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(huì)淹沒正常采樣信號(hào)，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(xiàng)技術(shù)已獲授權(quán)的實(shí)用新型專利[sup][6][/sup] 。 （3）相控整流實(shí)施方案 在驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)中，變換不同接線可改變不同相控整流主電路拓?fù)?，使一個(gè)掛箱能系統(tǒng)性完成兩個(gè)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(shí)驗(yàn)類別有，三相半波可控整流電路及其觸發(fā)電路實(shí)驗(yàn)研究和三相橋式全控整流電路及其觸發(fā)電路實(shí)驗(yàn)研究。 各實(shí)驗(yàn)類別可完成實(shí)驗(yàn)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(shí)施方案 直-直變換器內(nèi)容實(shí)施方案為面板引線設(shè)計(jì)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(shí)驗(yàn)研究的同時(shí)，拓展到綜合性提高研究和設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)研究。可完成實(shí)驗(yàn)類別有：①BUCK變換器主電路及控制電路實(shí)驗(yàn)研究；②BOOST變換器主電路及控制電路實(shí)驗(yàn)研究；③單端正激變換器主電路及控制電路實(shí)驗(yàn)研究；④單端反激變換器主電路及控制電路實(shí)驗(yàn)研究。 其實(shí)驗(yàn)研究包括如下層次。 ①基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)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。 ②提高性實(shí)驗(yàn)研究，包括改變控制頻率觀察電流連續(xù)點(diǎn)和斷續(xù)點(diǎn)的轉(zhuǎn)化及電路性能實(shí)驗(yàn)（已獲授專利授權(quán)[sup][7][/sup]）、研究吸收電路和緩沖電路作用的實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)。 ③設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)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(duì)自制的直流電源掛箱進(jìn)行供電，再由該掛箱對(duì)自制的BUCK變換器實(shí)驗(yàn)掛箱供電。BUCK變換器實(shí)驗(yàn)掛箱面板上包含主電路實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、控制電路驅(qū)動(dòng)電路實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)掛箱的特色 （1）實(shí)驗(yàn)?zāi)K不僅可以進(jìn)行驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，而且可以進(jìn)行一定的研究性實(shí)驗(yàn)。例如實(shí)驗(yàn)?zāi)K可以通過改變控制電路的振蕩頻率使PWM波信號(hào)實(shí)現(xiàn)變頻，使電流臨界連續(xù)點(diǎn)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(shí)驗(yàn)?zāi)K不僅可以進(jìn)行變換器的開環(huán)實(shí)驗(yàn)，而且可以進(jìn)行閉環(huán)實(shí)驗(yàn)研究。該模塊除了市售電力電子實(shí)驗(yàn)設(shè)備的主電路實(shí)驗(yàn)功能外，還具備了其不能完成的控制電路實(shí)驗(yàn)。 （3）增加了控制電路中關(guān)鍵點(diǎn)電壓波形的檢測點(diǎn)及主電路中主要支路電流波形的檢測點(diǎn)，以同時(shí)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(hào)檢測點(diǎn)上采用了內(nèi)藏阻抗技術(shù)，即不影響對(duì)信號(hào)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(shí)驗(yàn)設(shè)備的可靠性。 （5）合理設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)掛箱接線布局，大大提高了其擴(kuò)展性能。 （6）實(shí)驗(yàn)臺(tái)采用經(jīng)過安全認(rèn)證的開關(guān)電源，可以保障實(shí)驗(yàn)設(shè)備的安全性。 4 結(jié)語 我校電力電子實(shí)驗(yàn)自制設(shè)備投入運(yùn)行兩年多時(shí)間中，面向電氣工程及自動(dòng)化專業(yè)學(xué)生開放，受益近千人?？梢圆捎糜?jì)劃安排、主、集體預(yù)約和學(xué)生個(gè)人預(yù)約三種模式完成實(shí)驗(yàn)。兄弟院校的本科實(shí)驗(yàn)教學(xué)也因此受益，受到了高度評(píng)價(jià)。實(shí)踐表明，自制實(shí)驗(yàn)裝置對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力起到了良好作用。 參考文獻(xiàn)： [1]俞勇祥．電力電子技術(shù)的應(yīng)用概況[J].北京：新技術(shù)新工藝，2000（10）:12 [2]徐向民，呂華琳，尤芳敏等．加強(qiáng)引導(dǎo)，依托學(xué)科，搭建課內(nèi)課外實(shí)踐創(chuàng)新平臺(tái)[J].西安：中國電子教育2006（3）:33-37 [3]黃大明，秦鋼年，文冰等．專業(yè)實(shí)驗(yàn)獨(dú)立設(shè)課的研究與實(shí)踐[J].上海：實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2007（11）:85-87 [4]任正義，王東．努力實(shí)現(xiàn)“大工至善、大學(xué)至真”[J]．上海：實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2007（11）:68-72 [5]黃大明，秦鋼年，文冰等．專業(yè)實(shí)驗(yàn)獨(dú)立設(shè)課的研究與實(shí)踐[J]．上海：實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2007（11）:85-87 詳情請(qǐng)點(diǎn)擊：新一代電力電子實(shí)驗(yàn)裝置的研制