【现代电源技术综合实验平台】
功能/作用介绍
简介
1、研制目的
合肥工业大学电气与自动化工程学院为本科生和研究生开设了“电力电子技术”、“现代电源技术”、“逆变电源技术”、“现代功率变换技术”等课程。这些课程为电气工程及其自动化本科生和研究生构建了完整的电力电子技术中使用各种电力电子器件进行功率变换的知识体系。目前教仪市场上只有简单的一些实验装置可作为“电力电子技术”的随课实验，而对于“现代电源技术”等“电力电子技术”的后续课程却没有实验装置对这些课程进行足够的支撑。例如在现有“电力电子技术”课程实验中，虽然开设了整流和DC/DC变换实验，但其着重点是为学生演示AC/DC和DC/DC的基本拓扑结构，而作为目前广泛使用的隔离型高频开关电源技术部分，该实验装置不具备开设实验的条件。而对于研究生而言，这些课程的学习更是纸上谈兵，只能在日后的实际课题研究中再对这些课程知识进行消化。
为了配合这些课程的教学，让学生对这些知识融会贯通，培养学生的创新意识和动手能力，合肥工业大学电气与自动化工程学院功率变换研究所以自身的科研积累为基础，研制了现代电源技术综合实验平台。
2、平台功能
在功率变换拓扑结构中，单端和桥式变换最为广泛，其中单端又分为正激和反激，桥式分为半桥、H桥和三相桥。故此实验平台包括三部分：单端隔离型高频开关电源实验部分;隔离型桥式DC/DC实验部分;变频调速实验部分。这三部分组合起来形成完整的电源功率变换综合实验平台，弥补了实验室现有实验装置功能单一、课程间联系不够紧密的缺陷。
3、平台组成
现代电源技术综合实验平台由三部分组成：
(1)单端隔离型高频开关电源实验部分：通用的高频开关电源为交流220V变换为5V、±15V等各种规格的直流电源。考虑到输入电压偏高，具有一定的危险性，实验中先通过单相工频变压器将交流220V降低，再经过二极管不控整流和滤波变成稳定的直流电压。按反激式变换器工作原理，采用UC3842作为PWM控制芯片，采用功率MOSFET作为功率开关器件，经过高频变压器实现DC/AC变换，再经过整流滤波电路，实现稳压输出。
实验者须根据实验要求自行设计并制作高频变压器，并可通过调整RCD吸收电路和功率MOSFET的驱动电阻参数，观测不同RCD和驱动电阻对功率MOSFET关断电压的影响。
(2)隔离型桥式DC/DC变换器实验部分：采用DC24V作为输入，应用半桥DC/DC变换电路，要求输出为隔离的DC48V。采用SG3525作为PWM控制芯片，配合功率MOSFET，经过高频变压器实现DC/AC变换，再经过整流滤波电路，实现稳压输出。
实验者须设计高频变压器参数和高频滤波电感，并自行绕制;并可通过调节SG3525给定电压，调整输出电压值;实验者可通过改变SG3525的外围电路参数，观测开关频率变化特性。
(3)变频调速实验部分：选用直流稳压电源作为输入，主电路采用功率MOSFET组成三相逆变桥，采用HEF4752作为主控制芯片，HEF4752产生3相相差120°的脉冲，经驱动隔离后控制逆变桥开关器件的开断，从而控制电动机电源的电压和频率，以改变电动机的转速，实现异步电动机的变频调速。考虑到实验安全，稳压电源输入采用直流32V。因市场上标准异步电机大多为380V，故考虑在逆变桥输出侧和异步电机之间增添三相隔离变压器，实现低压到高压380V的升压变换。而市场上三相变压器磁芯又没有低于1kW的，故采用三个12V/220V的单相变压器进行组合构成三相升压变压器。
实验者可设计HEF4752的参考时钟、频率控制时钟和电压控制时钟电路，观测三相逆变桥输出电压波形变化和对应电机转速变化情况。
以上实验设置多处测量孔，可通过示波器和万用表对电路中各波形和参数进行观测，并与理论波形和参数进行比较，便于实验者能对以上几种功率变换方法和电路融会贯通。
4、结束语
本实验平台囊括了单端、半桥、三相桥电力电子领域最常见的三种功率变换拓扑结构，并包含AC/DC、AC/AC、DC/DC、DC/AC全部四种电力电子的电能变换形式，同时还要求实验者对高频变压器和滤波电感进行相关的计算和绕制，可面向电气工程高年级本科生、研究生开放，可做相关的课程实验、综合实验，同时也可给相关教师提供一个功率变换的科研平台。
作品名称：现代电源技术综合实验平台
完成单位：合肥工业大学电气与自动化工程学院
