新工科电力电子与电机控制教学实验台YXMBD-XEM500

一、现代电力电子技术发展阐述

 

1.1 电力电子在现代工业中的重要角色

 

电力电子技术作为门新兴的交叉学科，在能源革命中扮演着重要角色，电力电子技术的应用必须要进行相应的充分准备才能将其优势发挥到最大，否则该技术的潜能不能得到工程技术人员的深刻认识，或者预期的节能效果也可能会因为错误的参数设置而无法实现。 

 

现代工业对电气工程技术人员的专业素质提出越来越高的要求，电力电子专业人员不仅要具备扎实的理论知识、全面的计划能力，还要掌握接线和参数设置等实践技能。因此，面向技术应用的高等工程必须要强调实践导向。

 

1.2 学习和理解电力电子与驱动技术的基础知识

 

研旭电力电子与驱动控制的实验平台系统让学习和实验变得更简单、更高效。丰富的基础和进阶实验硬件配置方案不仅能让学生进行复杂的实验，还能够循序渐进地传授理论知识，帮助学生获得工程实践技能和科研项目经验。实验从简单的晶体管开关开始，到介绍调制方法，再到阐释复杂的变速直流驱动和三相驱动原理，系统化的实验项目都配备了内容丰富的互动式实验教学软件。详细的多媒体实验指导手册和本安型的实验设备则让项目式的实验学习过程变得轻松有趣。课程软件能图形化显示所有实际测量值或控制实验硬件设备。软硬互动的实验方式大幅提高学习效果。

 

1.3 现代电气传动技术的开发和分析工具

 

为了应对技术变革带来的挑战，现代工业企业迫切需要高素质的工程技术人才，除了掌握扎实的专业知识，他们还要熟悉并掌握在工程技术中广泛应用的高效工具的使用方法。在全球范围内，Matlab®/ Simulink®编程语言已成为科学技术计算和仿真的行业标准。借助Matlab®/ Simulink®高级语言及其数值计算、可视化和编程等交互环境，驱动控制技术的开发周期得到大幅缩短。当前，电力电子技术的应用范围正在不断扩大。这些工业化的工具使用过程十分复杂，因此必须通过理论联系实际的方式，特别是借助实验系统和“半实物仿真”的实验方式，进行系统地传授和学习。在培养未来工程师的方面，全世界的高等院校都有义不容辞的责任。

 

1.4 基于模型开发MBD半实物仿真

 

研旭驱动控制器可通过编程接口实现自由编程。借助YXSPACE-SP1000实验系统可在Matlab®/Simulink®中实现复杂变速驱动的快速仿真，然后将生成的代码程序写入驱动控制器中。在可变负载条件下，学生还可以使用拓展工具对系统进行复杂分析。Matlab®/Simulink®是高等院校广泛使用的实验和科研软件，研旭电力电子实验系统实现驱动硬件系统与该软件的实时互动操作，为电力电子和驱动技术实验教学和科研提供了一种新方式。

 

二、实验平台介绍

 

实验平台能满足高等院校“电力电子技术”、“半导体变流技术”、“电机控制（直流电机调速、交流电机调速及变频调速）”等课程实验教学。

 

 

2.1系统构架

 

 

2.2 系统特点

 

更精细的模块化单元封装

• 采用更为美观、集成度高的封装形式。
• 模块化更合理，数字化更突出。

更完善的安全保护机制

• 具备硬件保护和软件保护双重保护，可靠性高，软件保护可大大减少器件的损坏，可避免出现经常换器件的麻烦。
• 更细致的实验指导教程
• 创新的交互式实验课程软件，提供进行实验所需的各种支持。它不仅提供实验过程指导，还提供相关理论知识讲解介绍，记录测量结果，并可导出各类数据。

 

理论仿真验证与实际元件实验验证相结合

• 在Matlab中设计的控制算法自动生成代码，自动加载到实时目标机中运行，避免了繁琐的编程和Debug工作
• 使用门槛低，会Matlab仿真即可完成实验测试工作，所有测试工作只需一人即可完成

 

更灵活，更开放

• 硬件模块化设计，多种实验拓扑模块可选，同时，可根据需求定制各种不同的功率硬件，拓扑结构、功率级别、传感器的数量位置等均可以变化。
• 软件模块化设计，编程和监控全部采用基于模型的可视化设计方法，提供各类验证过的算法模型，可直接组合调用，大大缩短上手时间。

 

更可信，更可靠

• 采用高可靠性的功率模块和经过完善测试的接口模块，故障率低
• 具备数字仿真和物理电路双重验证，设计更灵活，实验数据更具说服力。

 

2.3 开发设计学习流程

 

 

三、实验内容：

3.1 Matlab/Simulink软件仿真基础

1、电力电子技术概念

2、电力电子器件概述

3、Matlab及Simulink介绍

4、PWM的基本原理和控制方法

5、PWM在Simulink的生成

6、SPWM的基本原理和控制方法

7、SPWM在Simulink的生成

 

3.2 基于模型开发（MBD）半实物仿真介绍

1、基于模型开发（MBD）理念介绍

2、快速原型控制器（RCP）介绍

3、RCP控制器与matlab对接操作

4、Simulink离线模型的分割与硬件模型库的调用

5、RCP实时仿真监控系统界面的搭建

 

3.3 晶闸管整流与调压变换实验（SCR）

1、单相半波整流电路实验

2、三相半波整流电路实验

3、单相桥式半控整流电路实验

4、三相桥式半控整流电路实验

5、单相桥式全控整流电路实验

6、三相桥式全控整流电路实验

7、单相交流调压电路实验

8、三相交流调压电路实验

（以上实验均提供离线模型仿真+半实物模型控制仿真，可相互论证。）

 

3.4 直流-直流DC-DC变换实验(MOSFET)

1、Buck斩波电路实验

2、Boost斩波电路实验

3、Buck-Boost斩波电路实验

4、Cuk斩波电路实验

5、Sepic斩波电路实验

6、Zeta斩波电路实验

7、双向半桥DC/DC斩波电路实验

8、四开关管Buck-Boost斩波电路实验

（以上实验均提供离线模型仿真+半实物模型控制仿真，可相互论证。）

 

3.5 直流-交流DC-AC变换实验（IGBT）

1、单相正弦波脉宽调制(SPWM)整流电路实验

2、三相空间电压矢量（SVPWM）整流电路实验

3、单相正弦波脉宽调制(SPWM)独立逆变电路实验

4、单相正弦波脉宽调制(SPWM)并网逆变电路实验

5、三相空间电压矢量（SVPWM）独立逆变电路实验

6、三相空间电压矢量（SVPWM）并网逆变电路实验

（以上实验均提供离线模型仿真+半实物模型控制仿真，可相互论证。）

 

3.6 多电机驱动控制实验（永磁电机/无刷电机/直流电机）

1、有刷直流电机的开环控制实验

2、无刷直流电机的开环控制实验

3、无刷直流电机的速度闭环控制实验

4、永磁同步电机的开环V/F控制实验

5、永磁同步电机的电流闭环控制实验

6、永磁同步电机的速度电流双闭环控制实验

（以上实验均提供离线模型仿真+半实物模型控制仿真，可相互论证。）