【現代電源技術綜合實驗平臺】
功能/作用介紹
簡介
1、研制目的
合肥工業大學電氣與自動化工程學院為本科生和研究生開設了“電力電子技術”、“現代電源技術”、“逆變電源技術”、“現代功率變換技術”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建了完整的電力電子技術中使用各種電力電子器件進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驗裝置可作為“電力電子技術”的隨課實驗，而對于“現代電源技術”等“電力電子技術”的后續課程卻沒有實驗裝置對這些課程進行足夠的支撐。例如在現有“電力電子技術”課程實驗中，雖然開設了整流和DC/DC變換實驗，但其著重點是為學生演示AC/DC和DC/DC的基本拓撲結構，而作為目前廣泛使用的隔離型高頻開關電源技術部分，該實驗裝置不具備開設實驗的條件。而對于研究生而言，這些課程的學習更是紙上談兵，只能在日后的實際課題研究中再對這些課程知識進行消化。
為了配合這些課程的教學，讓學生對這些知識融會貫通，培養學生的創新意識和動手能力，合肥工業大學電氣與自動化工程學院功率變換研究所以自身的科研積累為基礎，研制了現代電源技術綜合實驗平臺。
2、平臺功能
在功率變換拓撲結構中，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。故此實驗平臺包括三部分：單端隔離型高頻開關電源實驗部分;隔離型橋式DC/DC實驗部分;變頻調速實驗部分。這三部分組合起來形成完整的電源功率變換綜合實驗平臺，彌補了實驗室現有實驗裝置功能單一、課程間聯系不夠緊密的缺陷。
3、平臺組成
現代電源技術綜合實驗平臺由三部分組成：
(1)單端隔離型高頻開關電源實驗部分：通用的高頻開關電源為交流220V變換為5V、±15V等各種規格的直流電源?？紤]到輸入電壓偏高，具有一定的危險性，實驗中先通過單相工頻變壓器將交流220V降低，再經過二極管不控整流和濾波變成穩定的直流電壓。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作為功率開關器件，經過高頻變壓器實現DC/AC變換，再經過整流濾波電路，實現穩壓輸出。
實驗者須根據實驗要求自行設計并制作高頻變壓器，并可通過調整RCD吸收電路和功率MOSFET的驅動電阻參數，觀測不同RCD和驅動電阻對功率MOSFET關斷電壓的影響。
(2)隔離型橋式DC/DC變換器實驗部分：采用DC24V作為輸入，應用半橋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，經過高頻變壓器實現DC/AC變換，再經過整流濾波電路，實現穩壓輸出。
實驗者須設計高頻變壓器參數和高頻濾波電感，并自行繞制;并可通過調節SG3525給定電壓，調整輸出電壓值;實驗者可通過改變SG3525的外圍電路參數，觀測開關頻率變化特性。
(3)變頻調速實驗部分：選用直流穩壓電源作為輸入，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產生3相相差120°的脈沖，經驅動隔離后控制逆變橋開關器件的開斷，從而控制電動機電源的電壓和頻率，以改變電動機的轉速，實現異步電動機的變頻調速?？紤]到實驗安全，穩壓電源輸入采用直流32V。因市場上標準異步電機大多為380V，故考慮在逆變橋輸出側和異步電機之間增添三相隔離變壓器，實現低壓到高壓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12V/220V的單相變壓器進行組合構成三相升壓變壓器。
實驗者可設計HEF4752的參考時鐘、頻率控制時鐘和電壓控制時鐘電路，觀測三相逆變橋輸出電壓波形變化和對應電機轉速變化情況。
以上實驗設置多處測量孔，可通過示波器和萬用表對電路中各波形和參數進行觀測，并與理論波形和參數進行比較，便于實驗者能對以上幾種功率變換方法和電路融會貫通。
4、結束語
本實驗平臺囊括了單端、半橋、三相橋電力電子領域最常見的三種功率變換拓撲結構，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，同時還要求實驗者對高頻變壓器和濾波電感進行相關的計算和繞制，可面向電氣工程高年級本科生、研究生開放，可做相關的課程實驗、綜合實驗，同時也可給相關教師提供一個功率變換的科研平臺。
作品名稱：現代電源技術綜合實驗平臺
完成單位：合肥工業大學電氣與自動化工程學院
