一種車用驅動電機實驗平臺遠程教學系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種車用驅動電機實驗平臺遠程教學系統(tǒng),其包括實驗臺架、兩個電動機及其連接件、電機控制器、轉矩轉速傳感器、計算機、觸摸屏、攝像頭、電抗器、數(shù)據(jù)采集設備、電源濾波器、電壓傳感器、電流傳感器、電壓電流表、轉速轉矩表、LED指示燈板、直流電源、開關和線纜；實驗臺架設為半開放式桌椅結構，且包括下箱體、桌面和側掛板；解決實現(xiàn)教學中，學生對電驅動系統(tǒng)的直觀感受和操作的問題，從而方便的在教室實現(xiàn)對遠程實驗室電驅動教學設備的視頻監(jiān)測和現(xiàn)場操作控制。
【專利說明】一種車用驅動電機實驗平臺遠程教學系統(tǒng)【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于實驗教學【技術領域】，涉及一種實驗教學系統(tǒng)，尤其涉及一種純電動汽車用驅動電機實驗平臺遠程教學系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002]目前，能源危機及環(huán)境污染促使各國大力發(fā)展電動汽車，國內也紛紛投入大量資金進行技術研發(fā)；許多院校也開始逐步設立新能源汽車教學方向，但目前還沒有專門針對新能源汽車設計的教學用實驗系統(tǒng)。傳統(tǒng)汽車教學系統(tǒng)均以機械類為主，并且體積龐大，操作復雜，不利于教師在教室現(xiàn)場教學。而現(xiàn)代電動汽車的重要特點是電驅動系統(tǒng)，其與內燃機汽車截然不同，傳統(tǒng)實驗教學器材難以揭示電驅動系統(tǒng)工作原理，且實驗室現(xiàn)場教學遠不及在教室邊講邊操作清晰明了。為此，需要一種車用驅動電機實驗平臺遠程教學系統(tǒng)，以解決實現(xiàn)教學中，學生對電驅動系統(tǒng)的直觀感受和操作的問題，從而方便的在教室實現(xiàn)對遠程實驗室電驅動教學設備的視頻監(jiān)測和現(xiàn)場操作控制。

【發(fā)明內容】

[0003]本發(fā)明的目的在于，提供一種車用驅動電機實驗平臺遠程教學系統(tǒng)，解決實現(xiàn)教學中，學生對電驅動系統(tǒng)的直觀感受和操作的問題，從而方便的在教室實現(xiàn)對遠程實驗室電驅動教學設備的視頻監(jiān)測和現(xiàn)場操作控制。
[0004]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種車用驅動電機實驗平臺遠程教學系統(tǒng)，其包括實驗臺架、兩個電動機及其連接件、電機控制器、轉矩轉速傳感器、計算機、觸摸屏、攝像頭、電抗器、數(shù)據(jù)采集設備、電源濾波器、電壓傳感器、電流傳感器、電壓電流表、轉矩轉速表、LED指示燈板、直流電源、開關和線纜；所述實驗臺架設為半開放式桌椅結構，且包括下箱體、桌面和側掛板；所述桌面設置在下箱體的頂面；所述實驗臺架后側升起與桌面垂直形成作為電器元件掛板的側掛板；`所述電動機和轉矩轉速傳感器安裝在桌面上；所述計算機、數(shù)據(jù)采集設備、電抗器、電源濾波器、直流電源和開關設置在實驗臺架的下箱體內；所述電壓傳感器、電流傳感器、電壓電流表、轉矩轉速表、LED指示燈板和觸摸屏設置在實驗臺架的側掛板上；所述電器元件相關布線從側掛板內部走線槽通過；所述攝像頭設置在實驗臺架上。
[0005]在以上方案中優(yōu)選的是，所述實驗臺架設為長方形，其整體骨架由方才鋼焊接或加厚鋁材拼接構成；所述實驗臺架的底部由四個可鎖止腳輪和四個平底可伸縮支柱構成，所述可鎖止腳輪和平底可伸縮支柱獨立工作；所述可鎖止腳輪能全方位轉動，其工作時，先升起平底可伸縮支柱，然后放開腳輪剎車，即可移動試驗平臺；所述平底可伸縮支柱能調節(jié)實驗臺架高度，其工作時，調節(jié)螺桿高度，撐起實驗臺架，即可固定實驗臺架；所述下箱體的底面和四周采用帶孔鐵皮或鋁塑板封閉，以防止灰塵進入及散熱；所述下箱體的前端設為兩扇對開門；所述桌面上設有轉矩轉速傳感器安裝座；所述桌面還設有電機安裝座，所述電機安裝座采用鋪設的兩根可拆卸T型槽鋼，且通過螺栓與實驗臺架連接；所述側掛板的前端面采用帶孔網(wǎng)紋板鋪設，以使電器元件安裝和散熱，所述側掛板的后端面采用可拆卸鐵皮板或者鋁塑板封閉。
[0006]在以上任一方案中優(yōu)選的是，所述兩個電動機具有相同的中等功率永磁同步電機或異步電機；所述兩個電動機分別通過彈性聯(lián)軸器與轉矩轉速傳感器同軸安裝連接；所述轉矩轉速傳感器對電動機進行測量，并反饋回計算機中進行計算和顯示，實現(xiàn)對實驗平臺整體系統(tǒng)的閉環(huán)控制。
[0007]在以上任一方案中優(yōu)選的是，所述電機控制器由整流器、兩個逆變器及中央控制單元構成；所述中央控制單元接收上位機指令，控制整流器及逆變器輸出所需電壓電流值以驅動電動機運轉；所述整流器能有效的將380V交流電整流為可供逆變器使用的直流電，且電壓值在有效范圍內可調；所述電機控制器整體能實現(xiàn)共母線技術，即實現(xiàn)電動機的制動能量回饋功能；所述電機控制器與計算機之間通過現(xiàn)場總線實現(xiàn)數(shù)據(jù)通信，對其中一個電動機進行轉矩控制，對另一個電動機進行轉速控制；所述逆變器與電動機之間包括三相動力電纜和編碼器回饋信號線；所述電源濾波器和電抗器設置在電機控制器的輸入端。
[0008]在以上任一方案中優(yōu)選的是，所述計算機配有多通道模擬量采集卡、數(shù)字I/O 口、現(xiàn)場總線接口卡和繼電器輸出板卡；所述計算機能實現(xiàn)計算機基本編程語言，能完成對各板卡的驅動、控制及數(shù)據(jù)存儲、計算與傳輸?shù)裙δ?；通過在計算機中編寫電動汽車物理模型及其控制算法，通過現(xiàn)場總線將物理模型中的驅動電機轉矩指令發(fā)給實驗臺一個電動機，將轉速發(fā)給另一個電動機，以實現(xiàn)電動汽車電驅動系統(tǒng)的半實物模擬仿真；所述計算機作為服務器，編寫基于TCP/IP通信的遠程傳輸協(xié)議，將事先在計算機中編寫好的人機交互界面及現(xiàn)場視頻發(fā)布到網(wǎng)絡中去，在客戶端通過登錄因特網(wǎng)，鍵入正確密碼登錄后獲得遠程對實驗臺的控制權限，實現(xiàn)遠程控制與監(jiān)測及數(shù)據(jù)交換。
[0009]在以上任一方案中優(yōu)選的是，所述觸摸屏與計算機進行基本通信，實現(xiàn)編程，完成計算機現(xiàn)場控制、數(shù)據(jù)顯示和演示；所述攝像頭采用設置在實驗平臺整體系統(tǒng)正前方的帶云臺、焦距及角度可調的高清攝像頭，并與計算機通信，進行數(shù)據(jù)傳輸。
[0010]在以上任一方案中優(yōu)選的是，所述電流傳感器動態(tài)測量兩個電動機輸入的三相輸入端的電流、逆變器直流輸入端的直流電流、整流器三相輸入端的三相電流值和直流輸出端的直流電流，且其帶寬足以反映電流的實時變化情況；所述電壓傳感器測量電流傳感器測量處的所有電壓，且其帶寬足以實時顯示電壓交變情況；所述電壓傳感器和電流傳感器將測得值傳送至計算機中進行存儲、顯示、計算和分析。
[0011]在以上任一方案中優(yōu)選的是，所述電壓電流表和轉矩轉速表接收計算機輸出的數(shù)字信號，實時顯示電壓傳感器和電流傳感器測得的有效值以及轉矩轉速傳感器測得的轉矩轉速值；所述電壓電流表和轉矩轉速表的數(shù)量與相應被測項的數(shù)量相同，所述電壓電流表和轉矩轉速表的數(shù)顯精度及位數(shù)與對應顯示值相匹配。
[0012]在以上任一方案中優(yōu)選的是，所述LED指示燈板包括上電指示燈、運行指示燈和功率流指示燈；分別顯示實驗平臺整體系統(tǒng)的供電狀態(tài)和運行狀態(tài)，以及兩個電動機之間和電網(wǎng)之間的功率流向和工作狀態(tài)；所述直流電源為電機控制器、電壓傳感器、電流傳感器、轉矩轉速傳感器、電壓電流表和轉矩轉速表供給相應直流穩(wěn)壓電源；所述線纜滿足相應用電器材功率需求。
[0013]在以上任一方案中優(yōu)選的是，所述開關包括實驗平臺整體系統(tǒng)的急停開關，以及兩個分別對動力電及低壓電進行保護的接觸器及高低壓空氣開關。
[0014]與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點:
[0015]本發(fā)明的車用驅動電機實驗平臺遠程教學系統(tǒng)，其通過硬件結構和軟件編程能完成電動汽車電驅動系統(tǒng)換擋、加速、減速等動態(tài)過程的模擬，實現(xiàn)車用驅動電機控制特性的分析，實現(xiàn)電動汽車行駛能耗及制動能量回饋功率流的顯示，實現(xiàn)場總線技術的實施；其能夠解決實現(xiàn)教學中，學生對電驅動系統(tǒng)的直觀感受和操作的問題，從而方便的在教室實現(xiàn)對遠程實驗室電驅動教學設備的視頻監(jiān)測和現(xiàn)場操作控制；從而實現(xiàn)學校新能源教學中關于電驅動系統(tǒng)教學的遠程現(xiàn)場授課實驗，利于學生直觀感受電驅動系統(tǒng)各項工作原理，并完成基本電驅動模擬工作，提高教學質量和實驗安全性。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]下面結合附圖和實施方式對本發(fā)明作進一步說明:
[0017]圖1是本發(fā)明的車用驅動電機實驗平臺遠程教學系統(tǒng)的硬件連接總體效果圖；
[0018]圖2為本發(fā)明的車用驅動電機實驗平臺遠程教學系統(tǒng)的電氣連接總體示意圖；
[0019]圖3為本發(fā)明的車用驅動電機實驗平臺遠程教學系統(tǒng)的實驗臺架底面腳支柱及帶孔密封板特性圖；
[0020]圖4為本發(fā)明的車用驅動電機實驗平臺遠程教學系統(tǒng)的實驗臺架網(wǎng)紋板結構圖；
[0021]圖5為本發(fā)明的車用驅動電機實驗平臺遠程教學系統(tǒng)的LED指示燈板示意圖。
[0022]圖中，I為平底可伸縮支柱，2為可鎖止腳輪，3為接觸器及高低壓空氣開關，4為直流電源，5為電抗器，6為電源濾波器，7為實驗臺架，8為電動機，9為電流傳感器，10為電壓傳感器，11為電壓電流表，12為LED指示燈板，13為轉矩轉速表，14為觸摸屏，15為電機控制器，16為網(wǎng)紋板，17為轉矩轉速傳感器，18為彈性聯(lián)軸器，19為轉矩轉速傳感器安裝座，20為電機安裝座，21為計算機，22為對開門，23為上電指示燈，24為運行指示燈，25為功率流指示燈。
【具體實施方式】
[0023]為了更好地理解本發(fā)明，下面結合具體實施例對本發(fā)明作了詳細說明。但是，顯然可對本發(fā)明進行不同的變型和改型而不超出后附權利要求限定的本發(fā)明更寬的精神和范圍。因此，以下實施例具有例示性的而沒有限制的含義。
[0024]實施例1:
[0025]一種車用驅動電機實驗平臺遠程教學系統(tǒng)，其包括實驗臺架7、兩個電動機及其連接件、電機控制器15、轉矩轉速傳感器17、計算機21、觸摸屏14、攝像頭、電抗器5、數(shù)據(jù)采集設備、電源濾波器6、電壓傳感器10、電流傳感器9、電壓電流表11、轉矩轉速數(shù)表13、LED指示燈板12、直流電源4、開關和線纜；所述實驗臺架7設為半開放式桌椅結構，且包括下箱體、桌面和側掛板；所述桌面設置在下箱體的頂面；所述實驗臺架7后側升起與桌面垂直形成作為電器元件掛板的側掛板；所述電動機和轉矩轉速傳感器17安裝在桌面上；所述計算機21、數(shù)據(jù)采集設備、電抗器5、電源濾波器6、直流電源4和開關設置在實驗臺架7的下箱體內；所述電壓傳感器10、電流傳感器9、電壓電流表11、轉矩轉速表13、LED指示燈板12和觸摸屏14設置在實驗臺架7的側掛板上；所述電器元件相關布線從側掛板內部走線槽通過；所述攝像頭設置在實驗臺架7上。
[0026]實施例2:
[0027]—種車用驅動電機實驗平臺遠程教學系統(tǒng)，與實施例1相似，所不同的是，所述實驗臺架7設為長方形，其整體骨架由方才鋼焊接或加厚鋁材拼接構成；所述實驗臺架7的底部由四個可鎖止腳輪2和四個平底可伸縮支柱I構成，所述可鎖止腳輪2和平底可伸縮支柱I獨立工作；所述可鎖止腳輪2能全方位轉動，其工作時，先升起可伸縮支柱1，然后放開腳輪剎車，即可移動試驗平臺；所述平底可伸縮支柱I能調節(jié)實驗臺架7高度，其工作時，調節(jié)螺桿高度，撐起實驗臺架7，即可固定實驗臺架7 ;所述下箱體的底面和四周采用帶孔鐵皮或鋁塑板封閉，以散熱并防止灰塵進入；所述下箱體的前端設為兩扇對開門22 ;所述桌面上設有轉矩轉速傳感器安裝座19 ;所述桌面還設有電機安裝座20，所述電機安裝座20采用鋪設的兩根可拆卸T型槽鋼，且通過螺栓與實驗臺架7連接；所述側掛板的前端面采用帶孔網(wǎng)紋板16鋪設，以使電器元件安裝和散熱，所述側掛板的后端面采用可拆卸鐵皮板或者鋁塑板封閉。
[0028]實施例3:
[0029]一種車用驅動電機實驗平臺遠程教學系統(tǒng)，與實施例2相似，所不同的是，所述兩個電動機具有相同的中等功率永磁同步電機或異步電機；所述兩個電動機分別通過彈性聯(lián)軸器I與轉矩轉速傳感器17同軸安裝連接；所述轉矩轉速傳感器17對電動機進行測量，并反饋回計算機21中進行計算和顯示，實現(xiàn)對實驗平臺整體系統(tǒng)的閉環(huán)控制。
[0030]實施例4:
[0031]一種車用驅動電機實驗平臺遠程教學系統(tǒng)，與實施例3相似，所不同的是，所述電機控制器15由整流器、兩個逆變器及中央控制單元構成；所述中央控制單元接收上位機指令，控制整流器及逆變器輸出所需電壓電流值以驅動電動機運轉；所述整流器能有效的將30V交流電整流為可供逆變器使用的直流電，且電壓值在有效范圍內可調；所述電機控制器15整體能實現(xiàn)共母線技術，即實現(xiàn)電動機的制動能量回饋功能；所述電機控制器15與計算機21之間通過現(xiàn)場總線實現(xiàn)數(shù)據(jù)通信，對其中一個電動機進行轉矩控制，對另一個電動機進行轉速控制；所述逆變器與電動機之間包括三相動力電纜和編碼器回饋信號線；所述電源濾波器6和電抗器5設置在電機控制器15的輸入端。
[0032]實施例5:
[0033]一種車用驅動電機實驗平臺遠程教學系統(tǒng)，與實施例4相似，所不同的是，所述計算機21配有多通道模擬量采集卡、數(shù)字I/O 口、現(xiàn)場總線接口卡和繼電器輸出板卡；所述計算機21能實現(xiàn)計算機21基本編程語言，能完成對各板卡的驅動、控制及數(shù)據(jù)存儲、計算與傳輸?shù)裙δ?；通過在計算機21中編寫電動汽車物理模型及其控制算法，通過現(xiàn)場總線將物理模型中的驅動電機轉矩指令發(fā)給實驗臺一個電動機，將轉速發(fā)給另一個電動機，以實現(xiàn)電動汽車電驅動系統(tǒng)的半實物模擬仿真；所述計算機21作為服務器，編寫基于TCP/IP通信的遠程傳輸協(xié)議，將事先在計算機21中編寫好的人機交互界面及現(xiàn)場視頻發(fā)布到網(wǎng)絡中去，在客戶端通過登錄因特網(wǎng)，鍵入正確密碼登錄后獲得遠程對實驗臺的控制權限，實現(xiàn)遠程控制與監(jiān)測及數(shù)據(jù)交換。
[0034]實施例6:
[0035]一種車用驅動電機實驗平臺遠程教學系統(tǒng)，與實施例5相似，所不同的是，所述觸摸屏14與計算機21進行基本通信，實現(xiàn)編程，完成計算機21現(xiàn)場控制、數(shù)據(jù)顯示和演示；所述攝像頭采用設置在實驗平臺整體系統(tǒng)正前方的帶云臺、焦距及角度可調的高清攝像頭，并與計算機21通信，進行數(shù)據(jù)傳輸。
[0036]實施例7:
[0037]—種車用驅動電機實驗平臺遠程教學系統(tǒng)，與實施例6相似，所不同的是，所述電流傳感器9動態(tài)測量兩個電動機輸入的三相輸入端的電流、逆變器直流輸入端的直流電流、整流器三相輸入端的三相電流值和直流輸出端的直流電流，且其帶寬足以反映電流的實時變化情況；所述電壓傳感器10測量電流傳感器9測量處的所有電壓，且其帶寬足以實時顯示電壓交變情況；所述電壓傳感器10和電流傳感器9將測得值傳送至計算機21中進行存儲、顯示、計算和分析。
[0038]實施例8:
[0039]一種車用驅動電機實驗平臺遠程教學系統(tǒng)，與實施例7相似，所不同的是，所述電壓電流表11和轉矩轉速表13接收計算機21輸出的數(shù)字信號，實時顯示電壓傳感器10和電流傳感器9測得的有效值以及轉矩轉速傳感器17測得的轉矩轉速值；所述電壓電流表11和轉矩轉速表13與相應被測項的數(shù)量相同，所述電壓電流表11和轉矩轉速表13的數(shù)顯精度及位數(shù)與對應顯示值相匹配。
[0040]實施例9:
[0041]一種車用驅動電機實驗平臺遠程教學系統(tǒng)，與實施例相似，所不同的是，所述LED指示燈板12包括上電指示燈23、運行指示燈24和功率流指示燈25 ;分別顯示實驗平臺整體系統(tǒng)的供電狀態(tài)和運行狀態(tài)，以及兩個電動機之間和電網(wǎng)之間的功率流向和工作狀態(tài)；所述直流電源4為電機控制器15、電壓傳感器10、電流傳感器9、轉矩轉速傳感器17、電壓電流表11和轉矩轉速表13供給相應直流穩(wěn)壓電源；所述線纜滿足相應用電器材功率需求。
[0042]實施例10:
[0043]一種車用驅動電機實驗平臺遠程教學系統(tǒng)，與實施例9相似，所不同的是，所述開關包括實驗平臺整體系統(tǒng)的急停開關，以及兩個分別對動力電及低壓電進行保護的接觸器及高低壓空氣開關3。
[0044]這樣，本發(fā)明的車用驅動電機實驗平臺遠程教學系統(tǒng)，其下箱體底面及左右采用帶孔鐵皮或鋁塑板封閉，既可以防止灰塵進入，也可散熱。其掛板前端面采用帶孔網(wǎng)紋板16鋪設，便于電器元件安裝和散熱，后端面采用可拆卸鐵皮板或者鋁塑板封閉。其電壓傳感器10能測得電流傳感器9測量處的所有電壓，并且具有足夠帶寬，能實時顯示電壓交變情況，如電機輸入端的PWM方波信號。其電壓傳感器10、電流傳感器9、電壓電流表11、轉矩轉速表13、LED指示燈板12、觸摸屏14置于實驗臺電器元件掛板上，便于直觀觀察；其攝像頭置于實驗臺正前方，便于捕捉實驗臺全部影像。
[0045]如圖1所示，所述實驗臺架7用方鋼或者鋁型方材構成基本骨架，其四個可鎖止腳輪2可以全方位轉動，并帶有剎車，需要挪動時，方便移動；所述平底可伸縮支柱I可以上下調節(jié)高度，使用時將其調節(jié)到高于可鎖止腳輪2，并保持四個平底可伸縮支柱I等高即可實現(xiàn)實驗臺架7的原地固定；所述可鎖止腳輪22與平底可伸縮支柱I通過螺栓固定于一個安裝板后，再與實驗臺架7通過螺栓連接，其結構如圖3所示；所述T型槽鋼作為電機安裝底座，一共有兩個，且平行安裝，保持水平，其通過螺栓與實驗臺架7的支撐梁連接；所述實驗臺架7的網(wǎng)紋板16是一個帶孔的鐵皮翻遍折疊而成，其通過螺栓固定于實驗臺架7后側升起的橫縱梁上；所述網(wǎng)紋板16的網(wǎng)孔為5X5mm的方形孔，孔的間距為5mm，能滿足所有電器元件的走線及安裝尺寸；所述網(wǎng)紋板16的后側安裝普通塑料走線槽，用于電器元件線纜通過；所述網(wǎng)紋板16前面的左右下角各開孔用于與下箱體內元器件之間布線使用，所述網(wǎng)紋板16的結構如圖4所示；所述實驗臺架7的下箱體用于存放必要電器元件，其左右側及底側密封面均布有長條形翻邊孔，以便于下箱體內元器件散熱，并可有效減少灰塵進入；所述開關、直流電源4、電抗器5、電源濾波器6和計算機21均采用螺栓固定于下箱體底面的帶孔鐵板上；所述下箱體前端采用兩扇對開門22，方便進入進行元器件安裝。
[0046]所述電機控制器15通過螺栓固定于網(wǎng)紋板16中央，不干涉電機運轉的同時，不會妨礙攝像頭取景；所述電流傳感器9，電壓傳感器10及電壓電流表11分成四對安裝于電機控制器15兩側，同樣采用螺栓與網(wǎng)紋板16連接；同樣，轉矩轉速表13、觸摸屏14、LED指示燈板12也通過螺栓固定于網(wǎng)紋板16相應位置,如圖1所示；如圖5所示,上電指示燈23包括30V動力電和220V低壓電指示燈，供電成功，則指示燈亮起；狀態(tài)指示燈用于指示系統(tǒng)電機運轉，電機運轉時，指示燈亮；功率流指示燈25用于指示系統(tǒng)電功率流向，包括三對箭頭，箭頭亮起表明功率流向方向，無功率消耗，則全滅。
[0047]所述轉矩轉速傳感器安裝座19和電動機采用螺栓固定安裝于T型槽鋼的T型槽中，所述轉矩轉速傳感器17通過螺栓固定安裝于安裝座上；所述電動機與轉矩轉速傳感器17之間通過彈性聯(lián)軸器I連接。
[0048]如圖2所示，30V三相電依次經過空氣開關、與急停開關相連的交流接觸器、電源濾波器6和電抗器5，然后進入電機控制器15的整流器(AC/DC)，整流器將三相電整流為直流電送給兩個電動機的逆變器，逆變器根據(jù)計算機21給定的電機指令，將直流電逆變?yōu)榭晒╇妱訖C使用的交流電；所述整流器、逆變器及計算機21之間通過總線進行通信，三者統(tǒng)一在控制器中央控制單元控制下進行協(xié)調工作；所述電動機通過彈性聯(lián)軸器I與轉矩轉速傳感器17連接，兩個電動機進行機械耦合，一個采用轉矩控制，一個采用轉速控制，電動機轉速及溫度信息經過信號線反饋回電機控制器15 ;所述實驗平臺整體系統(tǒng)設置多處傳感器采集點，圖中三角形為電流測量點、五角星為電壓測量點，圓形為轉速測量點，正方形為轉矩測量點，攝像頭符號為視頻采集點；所有測量信號經過屏蔽線送到計算機21采集卡；所述計算機21是實驗臺的協(xié)調中心，其包括基本PC機功能的同時，還包括多通道模擬量數(shù)據(jù)采集板卡、模擬量和數(shù)字量輸出板卡、開關信號輸出板卡及CAN接口卡等；在計算機21上將完成系統(tǒng)傳感器及攝像機信號的數(shù)據(jù)采集、所述LED指示燈板12的控制、電壓電流表11和轉矩轉速表13的顯示、接觸器開關的吸合、電動機控制指令的發(fā)送、電驅動系統(tǒng)以及整車模型的仿真計算、人機交互界面的編制、遠程通信的實現(xiàn)，以及系統(tǒng)測量數(shù)據(jù)的顯示、計算、存儲及分析；所述計算機21將人機交互界面發(fā)布到網(wǎng)上，遠程教室通過以太網(wǎng)訪問實驗臺計算機21，遠程教室的電腦可以實現(xiàn)與計算機21對實驗臺架7相同的控制功能，同時可以完成對計算機21的數(shù)據(jù)下載與讀取，從而實現(xiàn)車用驅動電機系統(tǒng)的遠程教學。
【權利要求】
1.一種車用驅動電機實驗平臺遠程教學系統(tǒng)，其包括實驗臺架(7)、兩個電動機及其連接件、電機控制器(15)、轉矩轉速傳感器(17)、計算機(21)、觸摸屏(14)、攝像頭、電抗器(5)、數(shù)據(jù)采集設備、電源濾波器(6)、電壓傳感器(10)、電流傳感器(9)、電壓電流表(11)、轉矩轉速表(13)、LED指示燈板(12)、直流電源(4)、開關和線纜；其特征在于:實驗臺架(7)設為半開放式桌椅結構，且包括下箱體、桌面和側掛板；所述桌面設置在下箱體的頂面；實驗臺架(7)后側升起與桌面垂直形成作為電器元件掛板的側掛板；電動機和轉矩轉速傳感器(17)安裝在桌面上；計算機(21)、數(shù)據(jù)采集設備、電抗器(5)、電源濾波器(6)、直流電源(4)和開關設置在實驗臺架(7)的下箱體內；電壓傳感器(10)、電流傳感器(9)、電壓電流表(11)、轉矩轉速表(13)、LED指示燈板(12)和觸摸屏(14)設置在實驗臺架(7)的側掛板上；所述電器元件相關布線從側掛板內部走線槽通過；所述攝像頭設置在實驗臺架(7)上。
2.如權利要求1所述的車用驅動電機實驗平臺遠程教學系統(tǒng)，其特征在于:實驗臺架(7)設為長方形，其整體骨架由方才鋼焊接或加厚鋁材拼接構成；實驗臺架(7)的底部由四個可鎖止腳輪(2 )和四個平底可伸縮支柱(1)構成，可鎖止腳輪(2 )和平底可伸縮支柱(1)獨立工作；可鎖止腳輪(2)能全方位轉動，其工作時，先升起平底可伸縮支柱(1)，然后放開腳輪剎車，即可移動試驗平臺；平底可伸縮支柱(1)能調節(jié)實驗臺架(7)高度，其工作時，調節(jié)螺桿高度，撐起實驗臺架(7)，即可固定實驗臺架(7);所述下箱體的底面和四周采用帶孔鐵皮或鋁塑板封閉，以散熱并防止灰塵進入；所述下箱體的前端設為兩扇對開門(22);所述桌面上設有轉矩轉速傳感器安裝座(19);所述桌面還設有電機安裝座(20)，電機安裝座(20)采用鋪設的兩根可拆卸T型槽鋼，且通過螺栓與實驗臺架(7)連接；所述側掛板的前端面采用帶孔網(wǎng)紋板(16)鋪設，以使電器元件安裝和散熱，所述側掛板的后端面采用可拆卸鐵皮板或者鋁塑板封閉。
3.如權利要求2所述的車用驅動電機實驗平臺遠程教學系統(tǒng)，其特征在于:兩個電動機具有相同的中等功率永磁同步電機或異步電機；兩個電動機分別通過彈性聯(lián)軸器(18)與轉矩轉速傳感器(17)同軸安裝連接；轉矩轉速傳感器(17)對電動機進行測量，并反饋回計算機(21)中進行計算和顯示，實現(xiàn)對實驗平臺整體系統(tǒng)的閉環(huán)控制。
4.如權利要求3所述的車用驅動電機實驗平臺遠程教學系統(tǒng)，其特征在于:電機控制器(15)由整流器、兩個逆變器及中央控制單元構成；所述中央控制單元接收上位機指令，控制整流器及逆變器輸出所需電壓電流值以驅動電動機運轉；所述整流器能有效的將380V交流電整流為可供逆變器使用的直流電，且電壓值在有效范圍內可調；電機控制器(15)整體能實現(xiàn)共母線技術，即實現(xiàn)電動機的制動能量回饋功能；電機控制器(15)與計算機(21)之間通過現(xiàn)場總線實現(xiàn)數(shù)據(jù)通信，對其中一個電動機進行轉矩控制，對另一個電動機進行轉速控制；所述逆變器與電動機之間包括三相動力電纜和編碼器回饋信號線；電源濾波器(6)和電抗器(5)設置在電機控制器(15)的輸入端。
5.如權利要求4所述的車用驅動電機實驗平臺遠程教學系統(tǒng)，其特征在于:計算機(21)配有多通道模擬量采集卡、數(shù)字I/O口、現(xiàn)場總線接口卡和繼電器輸出板卡；計算機(21)能實現(xiàn)計算機(21)基本編程語言，能完成對各板卡的驅動、控制及數(shù)據(jù)存儲、計算與傳輸?shù)裙δ?；通過在計算機(21)中編寫電動汽車物理模型及其控制算法，通過現(xiàn)場總線將物理模型中的驅動電機轉矩指令發(fā)給實驗臺一個電動機，將轉速發(fā)給另一個電動機，以實現(xiàn)電動汽車電驅動系統(tǒng)的半實物模擬仿真；計算機(21)作為服務器，編寫基于TCP/IP通信的遠程傳輸協(xié)議，將事先在計算機(21)中編寫好的人機交互界面及現(xiàn)場視頻發(fā)布到網(wǎng)絡中去，在客戶端通過登錄因特網(wǎng)，鍵入正確密碼登錄后獲得遠程對實驗臺的控制權限，實現(xiàn)遠程控制與監(jiān)測及數(shù)據(jù)交換。
6.如權利要求5所述的車用驅動電機實驗平臺遠程教學系統(tǒng)，其特征在于:觸摸屏(14)與計算機(21)進行基本通信，實現(xiàn)編程，完成計算機(21)現(xiàn)場控制、數(shù)據(jù)顯示和演示；所述攝像頭采用設置在實驗平臺整體系統(tǒng)正前方的帶云臺、焦距及角度可調的高清攝像頭，并與計算機(21)通信，進行數(shù)據(jù)傳輸。
7.如權利要求6所述的車用驅動電機實驗平臺遠程教學系統(tǒng)，其特征在于:電流傳感器(9 )動態(tài)測量兩個電動機輸入的三相輸入端的電流、逆變器直流輸入端的直流電流、整流器三相輸入端的三相電流值和直流輸出端的直流電流，且其帶寬足以反映電流的實時變化情況；電壓傳感器(10)測量電流傳感器(9)測量處的所有電壓，且其帶寬足以實時顯示電壓交變情況；電壓傳感器(10)和電流傳感器(9)將測得值傳送至計算機(21)中進行存儲、顯示、計算和分析。
8.如權利要求7所述的車用驅動電機實驗平臺遠程教學系統(tǒng)，其特征在于:電壓電流表(11)和轉矩轉速表(13)接收計算機(21)輸出的數(shù)字信號，實時顯示電壓傳感器(10)、電流傳感器(9 )測得的有效值和轉矩轉速傳感器(17 )測得的轉矩轉速值；電壓電流表(11)和轉矩轉速表(13)與相應被測項的數(shù)量相同，電壓電流表(11)和轉矩轉速表(13)的數(shù)顯精度及位數(shù)與對應顯示值相匹配。
9.如權利要求1-8中任一項所述的車用驅動電機實驗平臺遠程教學系統(tǒng)，其特征在于:LED指示燈板(12)包括上電指示燈(23)、運行指示燈(24)和功率流指示燈(25);分別顯示實驗平臺整體系統(tǒng)的供電狀態(tài)和運行狀態(tài)，以及兩個電動機之間和電網(wǎng)之間的功率流向和工作狀態(tài)；直流電源(4)為電機控制器(15)、電壓傳感器(10)、電流傳感器(9)、轉矩轉速傳感器(17 )、電壓電流表(11)和轉矩轉速表(13 )供給相應直流穩(wěn)壓電源；所述線纜滿足相應用電器材功率需求。
10. 如權利要求1-8中任一項所述的車用驅動電機實驗平臺遠程教學系統(tǒng)，其特征在于:所述開關包括實驗平臺整體系統(tǒng)的急停開關，以及兩個分別對動力電及低壓電進行保護的接觸器及高低壓空氣開關(3 )。
【文檔編號】G09B25/02GK103778845SQ201410040913
【公開日】2014年5月7日 申請日期:2014年1月28日 優(yōu)先權日:2014年1月28日
【發(fā)明者】宋強, 羅淋, 吳小同, 翟繼亮, 史健軍 申請人:北京理工大學