电力电子技术实验实训平台在教学中的开发与应用

摘 要：本文介绍了苏州职业大学与苏州百神科技共同研制的BSJY-V型电力电子技术实验实训平台。利用此实验台，不但可以有效地完成电力电子技术的教学任务，还可以进行电力电子技术的实训项目；另外，在此平台上还可以进行电力电子技术方面的科学研究。

关键词：电力电子技术 实验实训 教学

引言

电力电子技术是20世纪后期发展起来的一门崭新的技术，它已成为电类专业的一门重要的专业基础课程。随着电力电子技术的迅猛发展，教学内容越来越丰富，教学要求也越来越高。为了增强学生动手能力，培养应用型人才，改革实验设备，使之能在人才培养中发挥尽可能大的作用就显得尤为重要。我校电子系与苏州市百神科技共同研制了BSJY-V型电力电子技术实验实训平台。本套装置的功能非常强大，价格合理，很适合各类院校开设电力电子技术课程的应用。经对该装置的开发以及在实验、实训教学中的应用，我们体会到整套装置具有灵活、直观、易于上手等特点，利用该装置一个学生就可完成电路搭接、数据记录等全部实验过程，既可培养学生独立思考以及分析问题、解决问题的能力，又要求学生动手完成实验的每一个环节，从而提高实际动手及分析问题、解决问题的能力。利用该装置可以在较短的时间内组织学生进行电力电子技术的实训，并能够获得较好的实训效果。该套实验装置既可用于教学，也可用于科研开发工作。本文将简要地介绍一下该套系统的功能、结构、应用及其特点。

1.功能

本平台的功能非常强大，能在一套装置上完成《电力电子技术》、《电机拖动自动控制系统》等课程的主要实验。它能够开设的实验有六类，每类又有若干具体的实验项目。

1.1 半控型器件部分实验

这部分能够完成由半控器件构成的典型电路的实验，能够很好地展示单相、三相的各个拓扑结构的整流、逆变、交交调压电路，很方便地观察各处波形。还设计了触发信号的产生电路，给学生灌输设计电路的概念。

1.2全控型器件特性部分实验

这部分对全控器件的特性进行了验证。学习电力电子技术，一个重要的内容就是要掌握器件，包括半控和全控器件，掌握器件需要掌握其基本特性，这样才能够根据具体的情况进行恰当应用。但是以往这些特性都是依靠教师的讲述，现在利用这套装置很方便地检测全控器件的特性，不但教师省力，而学生也从直观的资料中获得知识。本实验平台根据现在电力电子器件的市场情况，对应用较广的功率场效应管（P-MOSFET）、绝缘栅双极晶体管（IGBT）以及电力晶体管（GTR）提供了实验环境。

1.3全控型器件典型线路部分实验

研究电力电子技术，尤其是对来说初学者首先要掌握那些经典的线路以后才能有所创新。本平台提供了直流斩波电路、交直交变频电路、开关稳压电源电路、交流调压电路、SPWM逆变电路，以及整流电路的有源功率因数校正实验，覆盖了电力电子技术中的经典技术部分。任课教师可以讲完理论然后用本平台加以验证，使得学生对于这样一门实践较强的课程有个整体的认识，而不像其他课程，停留在一些理论概念中。

1.4直流调速实验、交流调速实验

一般来说这两部分实验是《电机拖动自动控制系统》的内容，但是有时又把它们作为电力电子器件的一个应用来看待，属于电机方面的应用。正是因为电力电子技术的飞速发展，给电机调速带来了新的活力。在此平台上学生通过实验能够掌握实际系统的运行情况。

1.5信号源、频率计及超高频数字式毫伏表

这部分的内容能够提供实验中所需的信号，并可以测量常见的波形，以及测试开关电源、高频电路等超高频信号。

另外，在使用中还发现了本平台的一个重要功能，那就是能给学生展现实际电路是怎么回事。因为本套装置基本配置部分的箱盖很容易打开，可以让学生亲眼看到内部结构，看到每个电路是怎样实现的，从而更好地消化了课堂所讲的内容。

2.结构

本装置采用组件式结构，可根据不同的内容进行组合，结构非常紧凑，使用方便灵活，并且可以随着功能的扩展只需增加组件即可。本平台由基础配件、挂件配置以及电机组件组成。另外，需要外配示波器以便观察波形。

2.1基础配件

在基础配件部分，BSJY-V300基本控制单元、仪表为实验实训提供了所需的给定信号（G）、零速封锁器（DZS）、速度变换器（FBS）、转速调节器（ASR）、电流调节器、±15V电源、±15V直流电压表、±2A直流电流表、±450V电压表，这些结构基本满足了在实验实训中搭建实际系统的要求。每部分电路都在面板上有主要的结构示意，使学生只要认真看面板示意图就可以对自动控制系统中这些必有的结构有所了解。

BSJY-V111电源控制屏单元给整个平台提供电源。BSJY-V321电流变送器与过流过压保护单元主要的功能是检测电流反馈信号和发出过流信号。BSJY-V141提供共地的±15V低压电源。BSJY-V131提供直流励磁电源220V。每部分电源均有开关进行控制，增加了安全性。

2.2挂件

这部分可以根据实验实训要求自行选用。本平台提供的挂件有：逻辑无环流控制电路BSJY-V361，三相可变电阻箱―900欧*2 BSJY-V516，三相可变电阻箱―90欧*2 BSJY-V517，三相可变电容箱BSJY-V524，三相变压器BSJY-V545，信号源、频率计及超高频数字式毫伏表BSJY-V581，单结晶体管、模拟集成、锯齿波集成电路BSJY-V611，半控三相集成触发电路及主回路BSJY-V662，电力电子器件的特性及驱动电路BSJY-V711，直流脉宽调速BSJY-V774，单相正弦逆变电源及交流调压电路BSJY-V775，整流电路的有源功率因素矫正BSJY-V776，直流斩波电路、单相交直交变频电源、半桥型稳压电源BSJY-V778，两相交流变频调速系统及两相同步电动机BSJY-V781。

2.3电机组件

这部分提供了几种常用的电机。直流并励电动机BSJY-V561，它的参数是PN=185W，UN=220V，IN=1.1A，n=1500r／min。复励直流发电机BSJY-V563，它的参数是PN=100W，UN=220V，IN=0.5A，n=1500r／min。三相绕线式异步电机BSJY-V566，它的参数是PN=100W，UN=220V，IN=0.55A，n=1350r／min。还有电机导轨及光电编码器和数字转速表，型号为BSJY-V582。

3.应用

运用此本平台，我校的电力电子技术课和电力拖动课程都根据各自的需要开发了符合实际的实验内容，结合大纲制定了教学计划，授课效果明显提高，从根本上摆脱了教师大量黑板画图，波形表达不灵活的授课局限，使学生动态地了解了这项技术的实质。由于篇幅所限，这里以自关断器件的单相交流调压电路为例介绍一下如何运用此实验平台来进行实验。通过单相交流调压电路这个实验，首先，要让学生掌握PWM专用集成电路SG3525的基本原理。在电力电子技术理论课上，一般都把这个电路的原理以及时序图加以介绍，可是学生没有感性上的认识，那么通过此实验台能够方便地观察到各处的波形，从而体会到实际情况芯片的工作情况。此实验的另一个目的是验证采用斩波技术的交流调压。斩波调速是一种很有前途的调压方法，可用于电机调速、调温、调光等设备。本实验系统以调光为例，进行斩波调压研究。斩波调压的主电路由MOSFET及其反并联的二极管组成双向全控电子斩波开关。

4.结束语

综上所述，BSJY-V型电力电子技术实验实训平台具有以下特点：

4.1本套装置布局合理，外形美观，面板示意图明确、直观，学生可通过面板的示意查询故障，分析工作原理。电机采用导轨式安装，更换机组简捷、方便，所采用的电机经过特殊设计，其参数能够模拟3KW左右的通用实验机组，能给学生正确的感性认识。除实验控制屏外，还设置有实验用台，内可放置机组，实验组件等，并有可活动的抽屉，内可放置导线、工具等，使实验更加方便。

4.2典型的实验线路，配合教学内容，满足教学大纲的要求。控制电路全部采用模拟和数字集成芯片，可靠性高，维修检测方便，触发电路采用数字集成电路双窄脉冲。

4.3装置具有较完善的过流、过压，RC吸收、熔断器等保护功能，提高了设备的运用可靠性和抗干扰性。

4.4面板上有多只发光二极管指示每一个脉冲的有无和熔断器的通断。触发脉冲可外加，也可采用内部的脉冲触发可控硅，并可模拟整流缺相和逆变颠覆等故障现象。

4.5本系列产品中信号源、频率计及超高频数字式毫伏表不但方便了典型的实验而且为教学实验的拓展和研究提供了方便。

参考文献：

[1]李序葆，赵永健．电力电子器件及其应用[M]．北京：机械工业出版社，1996．

[2]徐以荣，冷增祥．电力电子技术基础[M]．南京：东南大学出版社，1999．

[3]浣喜明，姚为正．电力电子技术[M]．北京：高等教育处版社，2001．