電力電子及電氣傳動技術實驗裝置

 

JGSBDD-1 型電力電子及電氣傳動技術實驗裝置

一、概述

“電力電子及電氣傳動技術實驗裝置”依據高等院校最新統編教材《電力電子技術》 ( 第四版 )( 西安交通大學王兆安編著 ) 、《電力拖動自動控制系統》（第三版） ( 上海大學陳伯時編著 ) 等實驗大綱的要求，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，精心研制而成。
二、特點
1 、綜合性強 本裝置綜合了目前國內各類學校電力電子、半導體變流、交直流調速、交流變頻、電機控制、控制理論等實驗項目。
2 、適應性強 能滿足各類學校相應課程的實驗教學，深度和廣度可根據需要作靈活調整，普及與提高可根據教學的進程作有機的結合，裝置采用積木式結構，更換便捷，如需要擴展功能或開發新實驗，只需添加部件即可。
3 、整套性強 從專用電源、電機及其它實驗部件到實驗連接專用導線配套齊全，配套部件的性能、規格等均密切結合實驗的需要進行配套。
4 、直觀性強 各實驗掛件采用分隔結構形式，組件面板示意、圖線分明，各掛件任務明確，操作、維護方便。
5 、科學性強 裝置占地面積少，節約實驗用房，減少基建投資；配套的小電機均經特殊設計，可模擬中小型電機的特性和參數；小電機耗電省，節約能源，實驗噪聲小，整齊美觀，改善實驗環境；實驗內容豐富，設計合理，除了加深理論知識外還可結合實際開設設計性實驗。
6 、開放性強 控制屏供電采用三相隔離變壓器隔離，并設有電壓型漏電保護裝置和電流型漏電保護裝置，確保操作者的安全；各電源輸出均有監示及短路保護等功能，各測量儀表均有可靠的保護功能，使用安全可靠；控制屏還設有定時器兼報警記錄儀，為學生實驗技能的考核提供一個統一的標準。由于整套裝置經過精心設計，加上可靠的元器件質量及可靠的工藝作為保障，產品性能優良，所有這些均為開放性實驗室，創造了條件。
7 、先進性強 本裝置著重從新器件高度來考慮，在保留了晶閘管實驗的基礎上，加入了新器件的特性、新器件的驅動以及典型的新器件應用的大量現代電力電子技術實驗，讓學生對新器件有足夠的認識和了解，緊跟時代步伐。

三、適用范圍
本裝置涵蓋了各類院校等所開設的“電力電子技術 ( 或稱半導體變流技術 ) ”、“直流調速”、“交流調速”、“電機控制”、“電力拖動自動控制系統”及“控制理論”等專業課程所要求的實驗實驗項目。
四、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：＜ 1.5KVA
4 、外形尺寸： 187 × 72 × 162 cm

五、裝置的基本配備

1、DK01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：三相交流電源 220V 3A 電流（帶有過流保護措施） 三相交流電源 380 5A （具有輸出短路保護）

（ 2 ）高壓直流電源 勵磁電源： 220V （ 0.5A ），具有輸出短路保護。

（ 3 ）指針式儀表：

交流電壓表一只：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 ;

(4)數字式儀表

1）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；

2）真有效值交流數字電壓表一只：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、指示等功能，為交流調速系統提供電流指示；

3）直流數字電壓表一只：測量范圍 0 ～ 500V ，三位半數顯，輸入阻抗為 10M Ω，精度 0.5 級；

4）直流數字毫安表一只：測量范圍為 0 ～ 2000mA ，三位半數顯，精度 0.5 級。

7）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、弱電連接線及插座分開，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。

8）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。

9）控制屏其它設施

控制屏正面大凹槽內，設有兩根不銹鋼管，可掛置實驗部件，凹槽底部設有 3 芯插座，掛箱的供電由這些插座提供?？刂破羶蛇呍O有單相三極 220V 電源插座及三相四極 380V 電源插座，還設有實驗臺照明用的 40W 日光燈一盞。

2 、 DK02 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，形狀似長方體封閉式結構，造形美觀大方；設有兩個大抽屜、柜門，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 、 DQ03-1 不銹鋼電機導軌、 1024 光碼盤測速系統及智能數顯轉速表

4、 DQ27 三相可調電阻（每組 900 Ω× 2/0.41A ）
5 、 DK03 晶閘管主電路
提供 12 只 5A/1000V 的晶閘管，分成正、反橋兩組，每只晶閘管均設有保護裝置，正、反橋晶閘管可通過外加信號進行觸發（留有觸發脈沖輸入接口），可更好的完成設計性實驗；設有帶鏡面精密指針式直流電壓表± 300V ，精度 1.0 級帶鏡面直流電流表± 2A ，精度 1.0 級各一只和平波電抗器一組。
6 、 DK04 三相晶閘管觸發電路
提供三相觸發電路、功放電路等，與“ DK03 ”配套使用。

7、 DK05 單相晶閘管觸發電路實驗（一）

提供單結晶體管、鋸齒波同步移向、單相交流調壓。

8、 DK05-1 單相晶閘管觸發電路實驗（二）

提供正弦波同步移向、單相并聯逆變觸發電路。

9、 DK06 電機調速控制實驗（Ⅰ）

提供以下模塊：給定（帶數顯）、調節器 I 、轉速變換（ FBS ）、調節器 II 、反號器（ AR ）、電流變換（ FBC ）、電壓隔離器（ TVD ）。其中調節器 I 和調節器 II 的比例增益由電位器調節。

10、 DK08 給定及實驗器件
提供給定（± 15V 可調電壓輸出）、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、 24V 電源及電感。

11、 DK10 可調電阻器，電容器

提供耐壓 AC100V 的可調電容三組，調節范圍為 0.1 ～ 11.37uF ， 0 ～ 999KΩ 十進制可調電阻兩組。

12、 DK11 單相調壓與可調負載
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電源；一個整流濾波電路以及 0 ～ 90 Ω /1.3A （串聯）或 0 ～ 45 Ω /2.6A （并聯）瓷盤可調電阻，為相應的實驗提供一個可調的阻性負載。
13 、 DK12 變壓器實驗
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 ），用于異步電機串級調速實驗和三相橋式、單相橋式有源逆變電路實驗；還設有三相不控整流電路等模塊。
14 、 DK13 功率器件驅動電路實驗箱

主要是為完成新器件特性實驗提供驅動和保護電路，使學生了解電力電子新器件的驅動特性。主要包括電源、驅動電路、 PWM 波形發生器。
（ 1 ）電源：為驅動電路提供電源，包括± 5V 、 +20V 、± 15V 直流電源。
（ 2 ）驅動電路：包括 MOSFET 、 IGBT 的驅動電路。其中 IGBT 的驅動電路采用了專用芯片 EXB841 。
（ 3 ） PWM 波形發生器：由 SG3525 為核心的 PWM 波形發生器主要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 波的占空比頻率調節范圍 4KHz ～ 10KHz 。

15、 DK06-1 電機調速控制實驗（Ⅱ）

提供以下模塊提供以下模塊：零電平檢測（ DPZ ）、轉矩極性鑒別（ DPT ）、邏輯控制（ DLC ）。

16、 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 ) 中相關的直流斬波內容而設計的；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 ?？赏瓿山滩闹薪祲簲夭娐罚?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。

17、 DK22 單相交流調壓 / 調功電路

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，實現單相交流調壓和交流調功的實驗內容。采用的電力電子器件為雙向晶閘管，在交流調壓實驗中采用由雙向觸發二極管構成觸發控制電路；在交流調功實驗中采用由 555 時基電路組成觸發控制電路。
18 、 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?？赏瓿伞伴_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。
19 、 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。
20 、 DQ07-1 直流發電機

21、 DQ09 直流并勵電動機

22、 DQ11 三相線繞式異步電動機

23、 DQ12 線繞式異步電機轉子專用箱

24、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。
六、本裝置能開設的實驗項目

（一）電力電子技術（晶閘管部分）

1．單結晶體管觸發電路及單相半波可控整流電路實驗

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．單相橋式半控整流電路實驗

5．單相橋式全控整流電路實驗

6．單相橋式有源逆變電路實驗

7．三相半波可控整流電路的研究

8．晶閘管三相半波有源逆變電路的研究

9．三相橋式半控整流電路實驗

10．三相橋式全控整流及有源逆變電路實驗

11．單相交流調壓電路實驗

12．三相交流調壓電路實驗

13．單相并聯逆變電路實驗

（二） 電力電子技術（全控型器件特性部分）

1．功率場效應晶體管 (MOSFET) 的主要參數測量

2．功率場效應晶體管 (MOSFET) 的驅動電路研究

3．絕緣柵雙極型晶體管 (IGBT) 特性及其驅動電路的研究

4.單向晶閘管（ SCR ）特性實驗

5.雙向晶閘管（ SCR ）特性實驗

（三） 電力電子技術（全控型器件典型線路部分）

1．直流斬波電路（ Buck 、 Cuk 、 Boost 、 Sepic 、 Buck-Boost 、 Zeta 等六種電路）的性能研究

2． SPWM 單相交直交變頻電路的性能研究

3.半橋型穩壓電源的性能研究

（四） 直流調速實驗

1．晶閘管直流調速系統參數和環節特性的測定

2．晶閘管直流調速主要單元調試

3．不可逆單閉環直流調速系統靜特性的研究

4．雙閉環晶閘管不可逆直流調速系統

5．邏輯無環流可逆直流調速系統

（五）交流調速實驗

1．雙閉環三相異步電機調壓調速系統

2．雙閉環三相異步電機串級調速系統

七、裝置的配置清單：

序號	編號	名                    稱	數量
1	DK01	電源控制屏	1 件
2	DK02	實驗桌凳	1 張
3	DQ03-1	不銹鋼電機導軌、 1024 光電編碼器及智能數顯轉速表	1 件
4	DQ27	三相可調電阻（每組 900 Ω *2/0.41A ）	1 件
5	DK03	三相晶閘管主電路	1 件
6	DK04	三相晶閘管觸發電路	1 件
7	DK05	單相晶閘管觸發電路	1 件
8	DK05-1	單相晶閘管觸發電路（二）	1 件
9	DK06	電機調速控制實驗（Ⅰ）	1 件
10	DK07	直流斬波實驗（六種典型線路）	1 件
11	DK08	給定及實驗器件	1 件
12	DK10	可以電阻器，電容器	1 件
13	DK11	單相調壓與可調負載	1 件
14	DK12	變壓器實驗	1 件
15	DK13	功率器件驅動電路實驗箱	1 件
16	DK14	單相交直交變頻原理	1 件
17	DK19	半橋型開關穩壓電源	1 件
18	DK22	單相交流調壓 / 調功電路	1 件
19	DK06-1	電機調速控制系統（Ⅱ）	1 件
20	DQ07-1	直流發電機	1 臺
21	DQ09	直流并勵電動機	1 臺
22	DQ11	三相線繞式異步電動機	1 臺
23	DQ12	線繞式異步電機轉子專用箱	1 件
25	SB06	高可靠護套結構手槍插實驗連接線及配件	1 套

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