技术摘要：
本发明属于自动控制技术领域，公开了一种数字化电力电子及电气控制的实验方法及装置，所述数字化电力电子及电气控制的实验装置包括：实验模式选择模块、图像采集模块、信号采集模块、中央控制模块、信号转换模块、信号保护模块、电流电压监测模块、电路评估模块、控制  全部
背景技术：
目前，电力电子是利用电力电子器件对电能进行控制和转换的学科，是电力、电 子、控制三大电气工程技术领域之间的交叉学科；目前高校都在加强现代电力电子技术的 教学内容，相比而言，电力电子技术实验课程相对滞后，而且当前大学本科实验教学设备均 较为简单且实验内容较少，同时往往以验证为主，无法满足学校对学生综合性、开发性、先 进性学习能力的培养，也无法跟上电力电子技术发展的步伐；目前教学用数字化电力电子 实验装置的功能单一，无法适应演示、教学等多样化的需求。 通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：教学用数字化电力电子实验装置 的功能单一，无法适应演示、教学等多样化的需求。
技术实现要素：
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种数字化电力电子及电气控制的实验 方法及装置。 本发明是这样实现的，一种数字化电力电子及电气控制的实验方法，所述数字化 电力电子及电气控制的实验方法为： 步骤一，将实验模式划分为单相模式、三相模式、变频模式，通过实验模式选择模 块利用实验模式选择按键选择实验模式。 步骤二，通过图像采集装置利用摄像头采集所述数字化电力电子及电气控制的实 验图像；通过信号采集模块利用信号采集装置采集所述实验过程中产生的电流、电压信号。 步骤三，通过中央控制模块利用中央处理器控制所述数字化电力电子及电气控制 的实验装置各个模块的正常运行。 步骤四，通过信号转换模块接收采集的电流、电压信号，作为模拟输入信号，并获 取所述电流、电压的初始采样时钟信号和处理时钟信号。 步骤五，通过信号转换程序根据所述采样时钟信号对所述模拟输入信号进行采样 并且使用所述处理时钟信号控制所述模数转换器的操作速度来产生待转换电流、电压信号 的样本；所述量化过程是通过所述处理时钟信号来操作的。 步骤六，基于所述数字转换信号以及所述模拟信号源的一个或多个特征来控制述 采样时钟信号和所述处理时钟信号中的至少一个；以及基于所述数字转换信号来产生模拟 信号。 步骤七，通过信号保护模块利用信号保护程序对转换后的模拟信号进行保护；通 过电流电压监测模块利用电流传感器和电压传感器监测电流、电压。 步骤八，通过信号源输出直流电源，获得待测电路的直流电流和直流电压；输出第 5 CN 111599256 A 说　明　书 2/8 页 一频率交流信号，获得所述待测电路的第一交流电流和第一交流电压。 步骤九，通过电路评估模块利用电路评估程序根据所述直流电流、直流电压、第一 交流电流及第一交流电压计算所述待测电路的直流电阻。 步骤十，根据所述第一阻抗和直流电阻分析判断获得所述待测电路的电路结构以 及电路结构中的各个元件的参数，评估电路运行可行性，并生成可行性分析报告。 步骤十一，通过控制实验模块利用实验程序进行控制实验的演示；通过驱动模块 利用电机进行实验过程驱动；通过高压供电模块利用高压电进行实验过程供电。 步骤十二，通过数据存储模块利用存储器存储采集的实验图像、实验模式、电流电 压信号、模拟信号及可行性分析报告。 步骤十三，通过显示模块利用显示器显示采集的实验图像、实验模式、电流电压信 号、模拟信号及可行性分析报告的实时数据。 进一步，步骤一中，所述单相模式中包括单相半控整流实验模式、单相交流调压实 验模式；所述三相模式中包括三相全控整流实验模式、三相半控整流实验模式、三相交流调 压实验模式；所述变频模式中包括单相交变频实验模式、三相交变频实验模式。 进一步，所述单相模式实验方法包括以下步骤： (1)在计算机中设定相位角，通过交流电源转换模块输出的单相交流电，输入至信 号转换模块进行转换； (2)将转换后的信号经信号保护模块进行量化变为数字量；计算机以固定频率对 量化后的数字量进行读取； (3)根据读取到的数字量，计算机判断单相交流电是正过零还是负过零，并发出相 应的指示信息，进行单相过零检测； (4)以过零点为参考点，在交流信号的相位达到设定相位角时刻，控制程序发出控 制指令，进行单相半控整流实验及单相交流调压实验； (5)返回“(1)”，继续执行。 进一步，所述三相模式实验方法包括以下步骤： 1)在计算机中设定相位角，交流电源转换模块输出的三相交流电，输入至信号转 换模块进行转换； 2)将转换后的信号经信号保护模块进行量化变为数字量；计算机以固定频率对量 化后的数字量进行读取； 3)根据读取到的数字量，计算机判断单相交流电是正过零还是负过零，并发出相 应的指示信息，进行三相过零检测； 4)以过零点为参考点，在交流信号的相位达到设定相位角时刻，控制程序发出控 制指令，进行三相全控整流实验、三相半控整流实验、三相交流调压实验； 5)返回“1)”，继续执行。 进一步，步骤六中，所述基于所述数字转换信号来产生模拟信号的方法，还包括： 基于所述数字转换信号以及所述模拟信号源的一个或多个特征来预测所述数字 转换信号的下一样本的至少一部分； 基于至少部分地预测的下一样本来控制所述采样时钟信号和所述处理时钟信号 中的至少一个。 6 CN 111599256 A 说　明　书 3/8 页 进一步，步骤十中，所述获得所述待测电路的电路结构以及电路结构中的各个元 件的参数的方法，包括： 通过所述第一阻抗确定所述待测电路的电路类型，所述电路类型为容性电路或感 性电路两种类型； 根据所确定的电路类型选择相应的预设电路模型，通过所述第一阻抗和直流电阻 计算所述预设电路模型中各个元件的参数。 本发明的另一目的在于提供一种应用所述的数字化电力电子及电气控制的实验 方法的数字化电力电子及电气控制的实验装置，所述数字化电力电子及电气控制的实验装 置包括： 实验模式选择模块、图像采集模块、信号采集模块、中央控制模块、信号转换模块、 信号保护模块、电流电压监测模块、电路评估模块、控制实验模块、驱动模块、高压供电模 块、数据存储模块、显示模块。 实验模式选择模块，与中央控制模块连接，用于通过实验模式选择按键选择实验 模式； 图像采集模块，与中央控制模块连接，用于通过摄像头采集所述数字化电力电子 及电气控制的实验图像； 信号采集模块，与中央控制模块连接，用于通过信号采集装置采集所述实验过程 中产生的电流、电压信号； 中央控制模块，与实验模式选择模块、图像采集模块、信号采集模块、信号转换模 块、信号保护模块、电流电压监测模块、电路评估模块、控制实验模块、驱动模块、高压供电 模块、数据存储模块、显示模块连接，用于通过中央处理器控制所述数字化电力电子及电气 控制的实验装置各个模块的正常运行； 信号转换模块，与中央控制模块连接，用于通过信号转换程序将采集的电流、电压 信号转化为模拟信号； 信号保护模块，与中央控制模块连接，用于通过信号保护程序对转换后的模拟信 号进行保护； 电流电压监测模块，与中央控制模块连接，用于通过电流传感器和电压传感器监 测电流、电压； 电路评估模块，与中央控制模块连接，用于通过电路评估程序评估电路运行可行 性，并生成可行性分析报告； 控制实验模块，与中央控制模块连接，用于通过实验程序进行控制实验的演示； 驱动模块，与中央控制模块连接，用于通过电机进行实验过程驱动； 高压供电模块，与中央控制模块连接，用于通过高压电进行实验过程供电； 数据存储模块，与中央控制模块连接，用于通过存储器存储采集的实验图像、实验 模式、电流电压信号、模拟信号及可行性分析报告； 显示模块，与中央控制模块连接，用于通过显示器显示采集的实验图像、实验模 式、电流电压信号、模拟信号及可行性分析报告的实时数据。 进一步，所述控制实验模块具体包括： 单相半控整流模块、单相交流调压模块、三相全控整流模块、三相半控整流模块、 7 CN 111599256 A 说　明　书 4/8 页 三相交流调压模块、单相交变频模块、三相交变频模块、直流电源转换模块、交流电源转换 模块。 本发明的另一目的在于提供一种存储在计算机可读介质上的计算机程序产品，包 括计算机可读程序，供于电子装置上执行时，提供用户输入接口以实施所述的数字化电力 电子及电气控制的实验方法。 本发明的另一目的在于提供一种计算机可读存储介质，储存有指令，当所述指令 在计算机上运行时，使得计算机执行所述的数字化电力电子及电气控制的实验方法。 结合上述的所有技术方案，本发明所具备的优点及积极效果为：本发明提供的数 字化电力电子及电气控制的实验装置的功能齐全，能够实现单相半控整流实验模式、单相 交流调压实验模式、三相全控整流实验模式、三相半控整流实验模式、三相交流调压实验模 式等多种实验，实验更全面，教学效果更好；数字化电力电子及电气控制的实验方法具有实 时性高、数据采样精确的优点，更加方便、高效。 本发明通过信号转换模块可以非常灵活地控制模数转换以为模拟信号源的不同 要求和/或特征做准备；由模拟信号传达的信息可以以压缩方式呈现并因此可以以节能方 式传递。通过电路评估模块对电路进行检测、分析，实现了获得待测电路的电路结构以及电 路结构中的各个元件的参数。 附图说明 图1是本发明实施例提供的数字化电力电子及电气控制的实验方法流程图。 图2是本发明实施例提供的数字化电力电子及电气控制的实验装置结构框图； 图中：1、实验模式选择模块；2、图像采集模块；3、信号采集模块；4、中央控制模块； 5、信号转换模块；6、信号保护模块；7、电流电压监测模块；8、电路评估模块；9、控制实验模 块；10、驱动模块；11、高压供电模块；12、数据存储模块；13、显示模块。 图3是本发明实施例提供的单相模式实验方法流程图。 图4是本发明实施例提供的通过信号转换程序将采集的电流、电压信号转化为模 拟信号的方法流程图。 图5是本发明实施例提供的通过电路评估程序评估电路运行可行性，并生成可行 性分析报告的方法流程图。