現代電力電子技術實訓裝置

 

JGSBDD-2現代電力電子技術實訓裝置

一、概述

現代電力電子技術實驗裝置，是依據西安交通大學王兆安編著的《電力電子技術》（第五版）、《半導體變流技術》教材實驗大綱的要求，吸收國內、外同類產品的優點，充分考慮了實驗室的現狀和發展趨勢，對原 "JGSBDD-1 型電力電子技術及電機控制實驗裝置 " 在外形、功能上進行優化組合，精心研制而成。

二、適用范圍

JGSBDD-2 型現代電力電子技術實驗裝置涵蓋了各高等院校等所開設的 " 電力電子技術 " 、 " 半導體變流技術 " 等專業課程所要求的實驗項目。

三、技術性能

1、輸入電源 : 三相四線 ( 或三相五線 380V ± 10 ％ 50HZ)

2、工作環境 : 溫度 -10 ℃－ +40 ℃　相對濕度＜ 85 ％（ 25 ℃）　海撥＜ 4000m

3、裝置容量：＜ 1000W

4、外形尺寸： 1700 × 700 × 1580 mm

四、裝置的基本裝備

1、 DX-01 電源控制屏（鐵質雙層亞光密紋噴塑結構，鋁質面板）

（ 1 ）交流電源（帶有過流保護措施）提供交流電源：三相交流電源 (220V/1.5A)

（ 2 ）高壓直流電源：輸出 220V/0.5A ，具有輸出短路保護。

（ 3 ）數字式儀表

①．交流數字電壓表：可通過其下方的波段開關切換指示三相電網輸入線電壓，精度 1.0 級；

②．真有效值交流數字電壓表一只：測量范圍 0 ～ 500V ，量程自動判斷、自動切換，精度 0.5 級，三位半數顯，為交流調速系統提供電壓指示。

③．真有效值交流數字電流表一只：測量范圍 0 ～ 5A ，量程自動判斷、自動切換，精度 0.5 級，三位半數顯，具有超量程告警、指示及切斷總電源功能，為調速系統提供電流的指示；

④．直流數字電壓表一只：測量范圍 0 ～ 300V ，三位半數顯，輸入阻抗為 10M Ω，精度 0.5 級；

⑤．直流數字電流表一只：測量范圍 0 ～ 5A ，三位半數顯，精度 0.5 級，具有超量程報警、指示、切斷總 電源等功能。

（ 4 ）帶鏡面的指針表：直流電壓表（測量范圍 0 ～± 300V ，為中零式，精度為 1.0 級）直流電流表（測量范圍 0 ～± 2A ，為中零式，精度為 1.0 級）

（ 5 ）三相可調電阻（ 90 Ω× 2/0.41A 一個 、 900 Ω× 2/0.41A 兩個）

（ 6 ）平波電抗器：提供 100mH 、 200mH 、 700mH 電感，在 1A 下保持線性。

（ 7 ）給定：± 15V 可調電壓輸出，帶數顯，指示輸出電壓。

（ 8 ）單相調壓：提供了一只 0 ～ 250V/0.5KVA 單相交流自耦調壓器，為相應的實驗提供可調交流電源，并帶短路保護。

（ 9 ）三相整流濾波電路：可對單相及三相交流電源進行整流和濾波，具有輸出短路保護。

（ 10 ）變壓器：提供三相芯式變壓器一個（該變壓器有 2 套副邊繞組，原、副邊繞組的電壓為 127V/63.6V/31.8V ），用于三相橋式、單相橋式有源逆變電路實驗。

（ 11 ）人身安全保護體系 三相隔離變壓器一組：三相電源首先通過三相漏電保護器，然后經鑰匙開關、接觸器到隔離變壓器，使主電路輸出與電網隔離（浮地設計），對人身安全起到一定的保護作用。

　　電壓型漏電保護器 1 ：對隔離變壓器前的線路出現的漏電現象進行保護，使控制屏內的接觸器跳閘，切斷電源。

　　電壓型漏電保護器 2 ：對隔離變壓器后的線路及實驗過程中的接線等出現的漏電現象進行保護，發出報警信號并切斷電源，確保人身安全。

　　電流型漏電保護裝置：控制屏若有漏電現象，漏電流超過一定值，即切斷電源。

實驗連接線及插座：強、弱電連接及插座分開，不能混插。強電連接線及插座采用全封閉工藝，使用安全、可靠、防觸電。

（ 12 ）實驗管理器

　　具有設定實驗時間、定時報警、切斷電源等功能；還可以自動記錄與區分由于接線或操作錯誤所造成的漏電告警、儀表超量程告警等。

（ 13 ）控制屏其它設施 控制屏正面大凹槽內，設有兩根方型不銹鋼管，可掛置實驗部件，凹槽底部設有 7 芯、 3 芯等插座， 掛件的供電由這些插座提供?？刂破羶蓚仍O有單相三極 220V 電源插座及三相四極 380V 電源插座。

2、 DX02 實驗桌

　　實驗桌為鐵質雙層亞光密紋噴塑結構，桌面為防火、防水、耐磨高密度板 , 結構堅固，形狀似長方體結構，造形美觀大方；設有兩個大抽屜，用于放置工具、存放掛件及資料等。桌面用于安裝電源控制屏并提供一個寬敞舒適的工作臺面。實驗桌還設有四個萬向輪和四個固定調節機構，便于移動和固定，有利于實驗室的布局。

3、 DX03-1 三相可控整流電路（一）

　　提供 6 只 5A/1000V 的晶閘管，每只晶閘管均設有 RC 吸收和保險絲保護裝置，晶閘管可通過外加觸發信號進行觸發（留有觸發脈沖輸入接口），可更好的完成設計性實驗。 三相觸發電路由 KC04 、 KC41 、 KC42 、 4066 等集成電路組成，可通過鈕子開關選擇雙窄脈沖或寬脈沖，同時提供六路觸發脈沖功放電路等。

4、 DK05 晶閘管觸發電路

　　提供單結晶體管觸發電路實驗、單相交流調壓觸發電路，鋸齒波同步移相觸發電路實驗，正弦波觸發電路及 TCA785 集成觸發電路。

5、 DK05-1 晶閘管觸發電路（二）

提供 KC08 交流調功觸發電路、及單相并聯逆變觸發電路實驗等。

6、 DK13 功率器件驅動與保護電路　　

主要是為完成新器件特性實驗提供電源、驅動電路及 PWM 波形發生器。

（ 1 ）電源：為驅動電路提供電源，包括± 5V 、± 15V 和 +20V 直流電源。

（ 2 ）驅動電路：包括 GTO 和 GTR ， MOSFET 和 IGBT 的驅動電路。其中 IGBT 的驅動電路采用專用芯片 EXB841 ，其它的由運放、門電路及分立元件組成。

（ 3 ） PWM 波形發生器：以 SG3525 為核心的 PWM 波形發生器主要是為新器件驅動電路提供 PWM 驅動波形，可以通過頻率調節旋鈕進行頻率調節；通過占空比電位器來調節 PWM 波的占空比。頻率范圍分為 2 擋，通過鈕子開關切換，高頻檔是為 MOSFET 和 IGBT 驅動電路提供 PWM 波形，頻率調節范圍 4KHz ～ 10KHz ；低頻檔是為 GTR 和 GTO 驅動電路提供 PWM 波形，頻率調節范圍 400Hz ～ 1KHz ；占空比可從　 0% 調至 100% 。

7、 DK14 單相交直交變頻原理

　　根據普通高等教育 " 九五 " 國家級重點教材王兆安，黃俊主編的《電力電子技術》（第四版）的內容進行開發。用于展示交直交變頻原理，主要讓學生了解 SPWM 正弦波脈寬調制信號的形成方法，了解 IGBT 管專用集成驅動芯片的特點及其使用，能完成如下實驗項目：

1） SPWM 波形成的過程；

2）交直交變頻電路在不同負載（電阻，電感）時的工作情況和波形，并研究工作頻率對電路工作波形的影響；

3） IGBT 管專用集成驅動芯片的工作特性。

8、 DK19 半橋型開關穩壓電源

　　提供了半橋型開關穩壓電源的主電路和控制電路，主電路的電力電子器件為電力 MOSFET 管；控制電路采用專用 PWM 控制集成電路 SG3525 ，采用恒頻脈寬調制控制方案?？赏瓿?" 開關電路在開環與閉環下負載特性的測試 " 以及 " 電源電壓波動對輸出的影響 " 等實驗內容。

9、 DK07 直流斬波實驗

　　根據西安交通大學王兆安教授和黃俊教授主編的《電力電子技術》 ( 第四版 ) 中相關內容而設計。提供組成直流斬波電路所需的元器件和采用專用的 PWM 控制集成電路 SG3525 。可完成教材中降壓斬波電路（ Buck Chopper ）、升壓斬波電路（ Boost Chopper ）、升降壓斬波電路（ Boost -Buck Chopper ）、 Cuk 斬波電路、 Sepic 斬波電路、 Zeta 斬波電路六種典型實驗。

10、 DK17 雙閉環 H 橋 DC/DC 變換直流調速系統

通過對四個橋臂上 IGBT 管的觸發控制，來實現對可逆直流他勵電機進行調速的目的，主要由三大部分組成，即主回路部分、控制電路部分和調節部分。主回路由 直流電源、四種 IGBT 管組成；控制回路部分由專用芯片產生 PWM 脈沖波， PWM 波脈沖發生器產生的四路控制脈沖，分別驅動四個橋臂的 IGBT 管；調節部 分由兩個 PI 調節器組成，并通過速度環、電流環構成的反饋回路使電機的轉速穩定運行在給定的轉速下。本實驗箱可完成的實驗項目有：（ 1 ）、全橋 DC/DC 變換電路實驗（ 2 ）、雙閉環可逆直流脈寬調速實驗。

11、 DX17 實驗元器件

　　提供晶閘管（均設有 RC 吸收和保險絲保護）、壓敏電阻（作為過壓保護元件，內部已連成三角形接法）二極管及燈座、 RC 吸收電路?！?

12、 DX03-2 三相可控整流電路（二）

提供 6 只 5A /1000V 的晶閘管，每只晶閘管均設有 RC 吸收和保險絲保護裝置，晶閘管可通過外加觸發信號進行觸發（留有觸發脈沖輸入接口），可更好的完成設計性實驗。

三相觸發電路由專用晶閘管新型集成觸發電路 TC787 組成，體現了現代晶閘管觸發技術的最新應用；同時提供六路觸發脈沖功放電路等。

13、 DX12 斬控式交流調壓電路

根據西安交通大學王兆安教授和黃俊教授主編的《電力電子技術》（第四版）中相關內容而設計，采用全控型器件 IGBT 管實現 " 斬控式交流調壓實驗 " 。

14 、 DX14 單端反激式隔離開關電源

輸入交流電壓范圍為 100V ～ 264V ，輸出為一組直流電源，分別為 24V/2.5A ，在輸入交流電壓和直流輸出負載變化時輸出電壓的變化率小于 0.3% 。

15、 DQ03-1 固定電機導軌、光碼盤測速系統及轉速表

16、 DQ07-1 直流發電機（ 240W ， 220V ， 1500r/min ）

17、 DQ09 直流他（并）勵電動機（ 185W ， 220V ， 1500r/min ）

18、 DQ17 單相電阻啟動異步電動機

19、 SB07 實驗連接線：

根據不同實驗項目的特點，配備兩種不同的實驗聯接線，強電部分采用高可靠護套結構手槍插連接線（不存在任何觸電的可能），里面采用無氧銅抽絲而

成頭發絲般細的多股線，達到超軟目的，外包丁晴聚氯乙烯絕緣層，具有柔軟、耐壓高、強度大、防硬化、韌性好等優點，插頭采用實芯銅質件外套鈹輕銅彈片，接觸安全可靠；弱電部分采用彈性鈹輕銅裸露結構聯接線，兩種導線都只能配合相應內孔的插座，這樣大大提高了實驗的安全及合理性。

五、本裝置能開設的實驗項目（以上配置）

（一）晶閘管觸發電路實驗項目

1）單結晶體管觸發電路

2）正弦波同步移相觸發電路實驗

3）鋸齒波同步移相觸發電路實驗

4）單相集成鋸齒波觸發電路實驗（由 Tca785 組成）

5）三相集成鋸齒波觸發電路實驗（由 KC04/KC09 等組成）

6）三相集成鋸齒波觸發電路實驗（由 TC787 組成）

（二）晶閘管線路實驗項目

1）單相半波可控整流電路實驗

2）單相橋式半控整流電路實驗

3）單相橋式全控整流及有源逆變電路實驗

4）三相半波可控整流電路實驗

5）三相橋式半控整流電路實驗

6）三相半波有源逆變電路實驗

7）三相橋式全控整流及有源逆變電路實驗

8）單相并聯逆變電路實驗

9）單相交流調壓電路實驗

10）單相交流調功電路實驗

11）三相交流調壓電路實驗

（三）新器件特性及驅動保護實驗項目

1）單向晶閘管（ SCR ）特性實驗

2）可關斷晶閘管（ GTO ）特性實驗

3）功率場效應管（ MOSFET ）特性實驗

4）功率晶體管（ GTR ）特性實驗

5）絕緣雙極性晶體管（ IGBT ）特性實驗

6）可關斷晶閘管（ GTO ）驅動與保護電路實驗

7）功率場效應管（ MOSFET ）驅動與保護電路實驗

8）功率晶體管（ GTR ）驅動與保護電路實驗

9）絕緣雙極性晶體管（ IGBT ）驅動與保護電路實驗

（四）典型新器件線路實驗

1）單相正弦波脈寬調制（ SPWM ）逆變電路實驗

2）全橋 DC/DC 變換電路實驗

3）半橋型開關穩壓電源的性能研究

4）單端反激式隔離開關電源實驗

5）直流斬波電路的性能研究（降壓斬波電路、升壓斬波電路、升降壓斬波的電路、 Cu ｋ斬波電路、 Sepic 斬波電路、 Zeta 斬波電路）

6）單相斬控式交流調壓電路實驗

（五）交直流調速系統

1）直流調速系統各主要單元的研究

2）轉速，電流雙閉環 H 橋可逆直流調速系統（ IGBT ）

3）單相交 - 直 - 交變頻調速控制實驗（單相交流電機負載）

六、實驗測量儀表組件、電機及掛箱明細表：

序號	編號	名 稱	數量
1	DX01	電源控制屏	1套
2	DX02	實驗桌	1張
3	DX03-1	三相可控整流電路（一）	1件
4	DK05	晶閘管觸發電路	1件
5	DK05-1	晶閘管觸發電路（二）	1件
6	DK13	功率器件驅動與保護電路	1件
7	DK14	單相交直交變頻原理	1件
8	DK19	半橋型開關穩壓電源	1件
9	DK07	直流斬波實驗（六種典型線路）	1件
10	DK17	雙閉環 H 橋 DC/DC 變換直流調速系統	1件
11	DX17	實驗元器件	1件
12	DQ07-1	直流發電機	1臺
13	DQ09	直流（他）并勵電機	1臺
14	DQ17	單相電阻啟動異步電機	1臺
15	DX14	單端反激式隔離開關電源	1件
16	DX12	斬控式交流調壓電路	1件
17	DX03-2	三相可控整流電路（二）	1件
18	DQ03-1	固定電機導軌、測速系統及數顯轉速表	1套
19	SB07	高可靠護套結構手槍插實驗連接線及配件	1套

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