开源电力电子实验平台

2023-08-09

产品概述

开源电力电子实验系统是一套模块化的实验套件。该套件由上位机监控部分和下位机硬件部分组成，其中上位机监控部分基于Qt 5.8 开发而成；下位机硬件部分由基于TMS320F28027 DSP的主控制板、功率主电路、信号处理电路和辅助电源模块构成。通过PC可以实现上位机对实验进行控制与显示。通过系统的搭建和学习，可以完成电力电子基本实验内容，可以作为《电力电子技术》等教材的实验平台。

开放内部电路图

产品特点

（1）设计精致，完全模块化，可扩展性强；

（2）结构清晰，利于强化理论知识学习；

（3）内容完善，涵盖《电子电子技术》所有电路拓扑结构；

主要构成

1. 上位机监控部分

系统的上位机界面设计采用Qt 5.8开发调试环境开发。通过设置串口保证与DSP通讯无误，然后点击按钮进入下一界面，同时上位机给DSP发出控制命令，使DSP跳转至点击按钮所对应的实验程序。防止误操作。

2. 主控制板

主控板采用 TI公司的 C2000™ Piccolo™ 32 位微控制器TMS320F28027 型号芯片，最高 60MHz 的时钟频率，高达 64KB 的闪存。主控板引出的硬件资源为：TI DSP 高性能仿真器接口；13路12bit AD，转换时间为 216.67ns，输入范围为0~3.3V；1 路 SCI 串口模块，用于与上位机通讯；1通道 eCAP 功能引脚；8个PWM通道，用于驱动MOS管和晶闸管；1 路 IIC 接口，1 路 SPI 接口；1 个复位按键；引出充足的拓展 IO 以供使用。

3. 主电路板

主电路板包括实验的主电路、MOSFET驱动电路、晶闸管（SCR）驱动电路和电流电压采样电路。主控制板发出的控制信号作用于此电路板，完成Buck、Boost、单相半波整流、单相全波整流、方波逆变、SPWM逆变和PWM整流实验，同时通过电压传感器和电流传感器对实验时的电压电流信号进行采样并发送至信号处理板。

4. 信号处理板

信号处理板是连接主控制板和主电路板的媒介。用来放大DSP发出的PWM信号并传送给主电路板，使控制信号满足主电路板上驱动电路的输入信号要求，同时接受主电路板发送来的电压电流信号并将之转化为DSP可识别的AD信号。

5. 辅助电源模块

辅助电源模块的输入为220V交流电，经过各模块后转换为多路直流+15V输出，用于给电路中的各运放电路供电。通过TPS54328芯片将+15V直流电源转换为+5V直流电源给主控板供电，+5V直流电源又通过HT7333芯片转换为+3.3V用于其它信号处理电路中。

适配教材

《电力电子技术》《电力电子、电机控制系统》

可完成的实验

应用专业

自动化专业、电气工程及其自动化专业、机械设计制造及自动化专业、机器人工程专业、智能科学与技术专业、人工智能工程专业中

支持课程

电机学、电机拖动与控制、电力电子技术、MATLAB建模与仿真、伺服电机与驱动技术、电机及电力拖动基础、单片机原理及应用

支撑科研

电机参数自动辨识、负载惯量识别、S型曲线速度规划、PI参数自动整定

鲁棒控制、模型预测控制、自适应鲁棒控制、自抗扰控制

案例应用举例

实验室建设

1. 实验室建设功能

该实验室可以作为自动化专业、机器人工程专业、电气工程及其自动化专业、机械电子工程专业、智能制造工程专业的《电机学》、《电机拖动与控制》、《伺服控制技术》、《运动控制系统》等课程的相关实验平台，能够完成电机驱动控制仿真、信号采集、PWM产生、坐标变换和FOC磁场定向控制、恒压频比调速、电流环、速度环和位置环等实验内容。

2. 实验室建设效果图

3. 实验室建设案例

目前已有中国科学技术大学、浙江大学、西南石油大学、山东科技大学、湖南工业大学、南京航空航天大学、安徽大学、宁波大学、合肥工业大学、长沙理工大学、北京信息技术大学、华东交通大学、北京科技大学、长安大学、大连理工大学、安庆师范大学、上海机电学院、淮南师范学院等高校使用上述设备建立伺服驱动实验室。