CN111724658A - 一种简易程控可变交流实验电源装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及交流实验电源技术领域，且公开了一种简易程控可变交流实验电源装置，包括操作台、三相调压变压器、装置总开关和输出开关，所述三相调压变压器上设置有旋转触头，所述三相调压变压器、装置总开关和输出开关均安装在操作台上，所述三相调压变压器的旋转触头固定连接有伺服电机，所述伺服电机通过信号线连接有装置控制器，所述装置控制器与三相调压变压器、装置总开关和输出开关电性连接，所述装置控制器通过信号线连接有显示器。该简易程控可变交流实验电源装置，调压方便，且能够直观看出设备状态和参数。
Description
技术领域
本发明涉及交流实验电源技术领域，具体为一种简易程控可变交流实验电源装置。
背景技术
国内各级各类高校，三相交流电实验是理工科大学生必做的电工电子实验项目之一，而用于该实验的现有实验装置不外乎有两大类：一类是用完全分立的仪器由学生组装实验电路，另一类是在电工电子实验台上安装相关的仪器和器材，学生只要按电路插接连线就可以了。例如2003年6月化学工业出版社出版的付家才编著的高校实验教材《电工电子实践教程》中的“三相电路电压、电流的测量”的实验项目(第70-72页)，就是直接采用三相交流市电进行实验的。但上述两大类实验手段中采用的三相交流电都是直接取自三相交流市电，而对于三相交流市电，由于整个电网系统三相负载的不确定性(三相负载在每一时刻都是随机的，导致三相负载不平衡)和供电系统内阻不为零，导致三相电不平衡和不稳定，这表现在三相电压不相等和不稳定，三相电压的相位差也不是120度或不稳定。这些都会引起实验结果的误差很大，甚至令师生难以容忍。另外，由于其电压调整较为麻烦，且需要借助电压表等相关仪表才能测出实际电压，因此使用起来较为麻烦，且实验装置的体积庞大笨重，占用场地面积较大。
发明内容
(一)解决的技术问题
针对现有技术的不足，本发明提供了一种简易程控可变交流实验电源装置，具备调压方便，且能够直观看出设备状态和参数的优点，解决了现有技术中三相电压不稳定和电压调整麻烦，无法直观的得出设备参数的问题。
(二)技术方案
为实现调压方便，且能够直观看出设备状态和参数的目的，本发明提供如下技术方案：一种简易程控可变交流实验电源装置，包括操作台、三相调压变压器、装置总开关和输出开关，所述三相调压变压器上设置有旋转触头，所述三相调压变压器、装置总开关和输出开关均安装在操作台上，所述三相调压变压器的旋转触头固定连接有伺服电机，所述伺服电机通过信号线连接有装置控制器，所述装置控制器与三相调压变压器、装置总开关和输出开关电性连接，所述装置控制器通过信号线连接有显示器。
进一步的，所述装置控制器采用MPC5744的双核嵌入式微处理器，所述装置控制器包括两个三十二位FlexPWM模块和四个独立的AD转换模块。
进一步的，所述操作台上安装有自动/手动切换把手，所述自动/手动切换把手与装置控制器信号连接。
进一步的，所述操作台上安装有电源指示灯、运行指示灯和故障指示灯，所述电源指示灯与装置总开关电性连接，所述运行指示灯和故障指示灯均与与输出开关电性连接。
进一步的，所述装置控制器通过信号线连接有RS232/485、以太网通信接口。
进一步的，所述显示器采用彩色液晶触摸屏，所述显示器安装在操作台上。
进一步的，所述装置控制器还电性连接有电源输入PT、输入CT、电压输出PT和输出CT，所述电源输入PT和输入CT与装置总开关电性连接，所述电压输出PT和输出CT与输出开关电性连接。
(三)有益效果
与现有技术相比，本发明提供了一种简易程控可变交流实验电源装置，具备以下有益效果：
该简易程控可变交流实验电源装置，采用可输出PWM波形的装置控制器输出脉冲，控制伺服电机的转速，带动三相调压变压器，输出实验所需要的交流电压。设备自带显示器，用于调整参数、配置，并实时显示设备状态及输出参数。整个过程采用闭环控制，输出的电压、电流信号实时反馈给装置控制器，由装置控制器内自带的AD采集模块进行模数转换，计算出当前的电压、电流值，将反馈的电压值和设定值相比较，其差值作为输入信号，进行PID调节计算，形成可变的频率及脉宽控制信号，送给伺服电机，并控制伺服电机的转速及正反转，传动给三相调压变压器的旋转触头，使装置输出所需的电压，形成稳定的电压输出值。装置配置过压、过流保护及行程反馈信号等安全措施，确保装置运行平稳、安全、可靠。
附图说明
图1为本发明提出的一种简易程控可变交流实验电源装置的系统架构图；
图2为本发明提出的一种简易程控可变交流实验电源装置中装置控制器的工作示意图；
图3为本发明提出的一种简易程控可变交流实验电源装置的工作流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-3，一种简易程控可变交流实验电源装置，包括操作台、三相调压变压器、装置总开关和输出开关，所述三相调压变压器上设置有旋转触头，所述三相调压变压器、装置总开关和输出开关均安装在操作台上，所述三相调压变压器的旋转触头固定连接有伺服电机，所述伺服电机通过信号线连接有装置控制器，所述装置控制器与三相调压变压器、装置总开关和输出开关电性连接，所述装置控制器通过信号线连接有显示器，在实验过程中，装置控制器实时检测装置输入、输出电压、电流，并计算输入输出功率，当电压、电流或功率超出安全范围时，装置发出告警信号，并切断输出开关和输入开关，避免设备过负荷或外部短路，造成设备损坏。
装置控制器采用MPC5744的双核嵌入式微处理器，所述装置控制器包括两个三十二位FlexPWM模块和四个独立的AD转换模块，本装置只需输出2路高精度脉冲信号，用于控制伺服电机旋转，一路控制电机正转，另一路控制电机反转，达到改变三相调压变压器次级线圈匝数的效果。
操作台上安装有自动/手动切换把手，所述自动/手动切换把手与装置控制器信号连接，用于切换手动调压模式、自动调压、远控调压模式。
操作台上安装有电源指示灯、运行指示灯和故障指示灯，所述电源指示灯与装置总开关电性连接，所述运行指示灯和故障指示灯均与与输出开关电性连接，当装置上电并总开关合上时，电源指示灯亮，在设备输出有电压或正在升压、降压过程中的时候，运行指示灯亮，当装置输出电压超过设定值，或输出电流查过设定值的时候，装置自动强行关闭输出，并快输出脉冲信号，使伺服电机带动三相可调变压器旋转触头回归到零位置。
装置控制器通过信号线连接有RS232/485、以太网通信接口，在远控模式下，可以实现远程通信来控制装置调压输出。
显示器采用彩色液晶触摸屏，所述显示器安装在操作台上，用于设定PID参数，过压定值、过流定值、电压输出设定值、输出时间设定值等参数，用户只需在液晶上设定目标电压、实验电压输出时间后，在液晶面板上按下开始试验，装置自动按照设定参数开始调压并输出。
装置控制器还电性连接有电源输入PT、输入CT、电压输出PT和输出CT，所述电源输入PT和输入CT与装置总开关电性连接，所述电压输出PT和输出CT与输出开关电性连接。
综上所述，采用可输出PWM波形的装置控制器输出脉冲，控制伺服电机的转速，带动三相调压变压器，输出实验所需要的交流电压，设备自带显示器，用于调整参数、配置，并实时显示设备状态及输出参数，整个过程采用闭环控制，输出的电压、电流信号实时反馈给装置控制器，由装置控制器内自带的AD采集模块进行模数转换，计算出当前的电压、电流值，将反馈的电压值和设定值相比较，其差值作为输入信号，进行PID调节计算，形成可变的频率及脉宽控制信号，送给伺服电机，并控制伺服电机的转速及正反转，传动给三相调压变压器的旋转触头，使装置输出所需的电压，形成稳定的电压输出值，装置配置过压、过流保护及行程反馈信号等安全措施，确保装置运行平稳、安全、可靠。
需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (7)
1.一种简易程控可变交流实验电源装置，包括操作台、三相调压变压器、装置总开关和输出开关，所述三相调压变压器上设置有旋转触头，其特征在于：所述三相调压变压器、装置总开关和输出开关均安装在操作台上，所述三相调压变压器的旋转触头固定连接有伺服电机，所述伺服电机通过信号线连接有装置控制器，所述装置控制器与三相调压变压器、装置总开关和输出开关电性连接，所述装置控制器通过信号线连接有显示器。
2.根据权利要求1所述的一种简易程控可变交流实验电源装置，其特征在于：所述装置控制器采用MPC5744的双核嵌入式微处理器，所述装置控制器包括两个三十二位FlexPWM模块和四个独立的AD转换模块。
3.根据权利要求1所述的一种简易程控可变交流实验电源装置，其特征在于：所述操作台上安装有自动/手动切换把手，所述自动/手动切换把手与装置控制器信号连接。
4.根据权利要求1所述的一种简易程控可变交流实验电源装置，其特征在于：所述操作台上安装有电源指示灯、运行指示灯和故障指示灯，所述电源指示灯与装置总开关电性连接，所述运行指示灯和故障指示灯均与与输出开关电性连接。
5.根据权利要求1所述的一种简易程控可变交流实验电源装置，其特征在于：所述装置控制器通过信号线连接有RS232/485、以太网通信接口。
6.根据权利要求1所述的一种简易程控可变交流实验电源装置，其特征在于：所述显示器采用彩色液晶触摸屏，所述显示器安装在操作台上。
7.根据权利要求1所述的一种简易程控可变交流实验电源装置，其特征在于：所述装置控制器还电性连接有电源输入PT、输入CT、电压输出PT和输出CT，所述电源输入PT和输入CT与装置总开关电性连接，所述电压输出PT和输出CT与输出开关电性连接。
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