電力電子技術及電機控制實驗裝置

 

JG-502H 型電力電子技術及電機控制實驗裝置

一、概述

電力電子技術及電機控制實驗裝置，電力電子技術及電機控制實驗設備通過電力電子實訓平臺，使學生對各種電力電子元器件及整流、逆變、斬波、變頻等技術有更清楚的理解認識，提高學生的設障排障能力及其職業技能，為學生將來從事電力電子方面的工作提供一定保障。 能夠對相關企業進行電力電子技術方面的培訓工作。主要培訓完成《電力電子技術》、《電工電子技術應用》等課程的實訓教學， 輔助完成高級維修電工考證訓練等工作。

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

電力電子技術及電機控制實驗裝置涵蓋了各高等院校等所開設的 " 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 × 70 × 158 cm3

五、裝置的基本裝備

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（均帶有過流保護措施）提供交流電源：直流調速檔為三相交流電 200V/3A 交流調速檔為三相交流電 240V/3A

2) 高壓直流電源：勵磁電源： 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，為可逆調速系統提供電壓指示；

5. 直流數字電流表一只：測量范圍為 0 ～ 5A ，三位半數顯，精度 0.5 級，為可逆調速系統提供電流指示。

4) 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。

電壓型漏電保護器：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。

5) 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。

6) 控制屏其它設施 : 控制屏正面大凹槽內，設有兩根鋼管，可掛置實驗部件，凹槽底部設有 3 芯插座， 掛件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。

★（ 7 ）實驗臺智能考核系統 : 采用 MCU 技術 RAM 處理芯片的數字化集成電路板與配套無線故障設置控制系統，系統穩定、不易感染病毒。

控制模塊 (PC 控制終端或手持移動控制終端 ) 和驅動模塊 ( 智能故障設置驅動盒 ) 分離，避免復雜連線干擾控制器，系統更加可靠。

驅動模塊內置智能故障設置控制系統，配有專用新型無線數據傳輸模塊 ( 可插拔型 ) 和 RS232 串行通訊接口，可無線組網通訊和 RS232 有線通訊。

手持移動控制終端采用 7 寸高清晰彩色液晶觸控屏，中文菜單式觸控操作界面，人機對話友好。手持移動控制終端可控制任意一臺帶驅動模塊的實訓設備。

手持移動控制終端不聯網時可作單機操作，當帶驅動模塊的實訓設備無線組網時，手持 移動控制終端可無線進網作為聯網終端，可作學生機登錄實訓與考核的操作終端，也可作教師機登錄出題設故的操作終端。

可通過 PC 機或平板電腦 控制終端進行實訓考核，也可通過手持移動控制終端進行實訓考核，教師與學員界面分開，教師通過密碼進入教師界面出題，學員在普通界面答題。 ( 注：教師與學員設故與排故界面原理圖與設備面板原理圖完全一致 )

可自由設定任意一處有關的各種常見故障，故障類型包括：線路斷 路、對地短路、接觸不良，偶發等故障現象。每套驅動模塊可以設置 8 路大電流 5A 的 開路故障、 16 路小電流 2A 的信號通路的開路、不良、偶發、短路等故障，共 24 路故 障設置。可根據需求擴展設置 64 路大電流 5A 的開路故障、 128 路小電流 2A 的信號通 路的開路、不良、偶發、短路等故障，共 192 路故障設置?？筛鶕脩羰褂靡笳{整故障設置點的數量和故障設置類型。

所有配備驅動模塊的實訓設備，均可通過內置的專用新型無線數據傳輸模塊無線組網， 實現遠程集中管理。

用戶可選擇通過無線或 RS-232 串口通訊與其它實訓設備配套的無線故障設置控制系統組成一個網絡，通過主控計算機控制每一臺實訓設備的故障設置、故障排除、參數設定、 遠程起動、信息反饋、考核評分等功能。

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 固定電機導軌、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 晶閘管觸發電路實驗 : 提供單結晶體管觸發電路、正弦波同步移相觸發電路、鋸齒波同步移相觸發電路、單相交流調壓觸發電路及 TCA785 集成觸發電路共五種觸發電路。

8 、 DK06 電機調速控制實驗（Ⅰ） 提供以下模塊：電流反饋與過流保護（ FBC+FA ）、給定器（ G ）、轉速變換器（ FBS ）、速度調節器（ ASR ）、反號器（ AR ）、電流調節器（ ACR ）。

9 、 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。

10 、 DK09 新器件特性實驗 : 提供 SCR 、 MOSFET 、 IGBT 、 GTO 、 GTR 新器件，與 DJK06 配套使用，可測定其特性曲線；與 DJK12 配套使用，可完成電力電子新器件的驅動特性實驗。

11 、 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。

12 、 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一組。

13 、 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 、 GTR 和 GTO 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 ；占空比均能從 0% 調至 100% 。

14 、 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 ) 的相關內容進行開發，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，電感和電機）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。

15 、 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，主電路中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。

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 、 DK21 斬控式交流調壓電路 : 根據西安交大王兆安教授和黃俊教授主編的《電力電子技術》 ( 第四版 ) 中相關的內容而設計的，采用全控型器件 IGBT 管實現 " 斬控式交流調壓實驗 " 。

18 、 DK22 單相調壓 / 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相關內容而設計的，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。

19 、 DQ07-1 直流發電機 (240W)

20 、 DQ09 直流并勵電動機

21 、 DQ11 三相線繞式異步電動機（ 220V ， Y ）

22 、 GDQ12 線繞式異步電機轉子專用箱

23 、高可靠護套實驗連接線及配件： 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。

24 、配套教學數字資源

★（一）：電工作業培訓教學軟件（ 用電安全與觸電急救仿真教學軟件）

★（二）：電機與拖動 /PLC 電氣控制（維修電工實訓考核教學軟件）

★（三）：電機與變壓器仿真教學軟件

★（四）：電力拖動仿真教學軟件

六、本裝置能開設的實驗項目

一 ) 電力電子技術實驗項目

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 ． TCA785 集成觸發電路

5 ．單相半波可控整流電路實驗

6 ．單相橋式半控整流電路實驗

7 ．單相橋式全控整流及有源逆變電路實驗

8 ．三相半波可控整流電路實驗

9 ．三相橋式半控整流電路實驗

10 ．三相半波有源逆變電路實驗

11 ．三相橋式全控整流及有源逆變電路實驗

12 ．單相交流調壓電路實驗

13 ．單相交流調功電路實驗

14 ．三相交流調壓電路實驗

二 ) 電力電子器件的特性及驅動與保護

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 ．電力晶體管（ GTR ）特性實驗

5 ．絕緣雙極型晶體管（ 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 ．電力晶體管（ GTR ）驅動與保護電路實驗

9 ．絕緣雙極型晶體管（ IGBT ）驅動與保護電路實驗

三 ) 典型電力電子器件線路實驗

1 ．單相正弦波脈寬調制（ SPWM ）逆變電路實驗

2 ．半橋型開關穩壓電源的性能研究

3 ．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）

4 ．單相斬控式交流調壓電路實驗

三 ) 直流電機調速實驗

1 ．晶閘管直流調速系統主要單元的調試

2 ．單閉環不可逆直流調速系統實驗

3 ．轉速 / 電流雙閉環不可逆直流調速系統實驗

四 ) 交流電機調速系統實驗

1 ．雙閉環三相異步電機調壓調速系統實驗

2 ．雙閉環三相異步電機串極調速系統實驗

七、設備配置清單列表

序號	編號	名 稱	數量
1	DK01	電源控制屏	1 件
2	DK02	實驗桌	1 張
3	DQ03-1	電機導軌、測速系統及數顯轉速表	1 件
4	DQ27	三相可調電阻（每組 900 Ω *2/0.41A ）	1 件
5	DK03	晶閘管主電路	1 件
6	DK04	三相晶閘管觸發電路	1 件
7	DK05	晶閘管觸發電路	1 件
8	DK06	電機調速控制實驗（Ⅰ）	1 件
9	DK07	直流斬波實驗（六種典型線路）	1 件
10	DK08	給定及實驗器件	1 件
11	DK09	新器件特性實驗	1 件
12	DK11	單相調壓與可調負載	1 件
13	DK12	變壓器實驗	1 件
14	DK13	功率器件驅動電路實驗箱	1 件
15	DK14	單相交直交變頻原理	1 件
16	DK19	半橋型開關穩壓電源	1 件
17	DK21	斬控式交流調壓電路	1 件
18	DK22	單相調壓 / 調功電路	1 件
19	DQ07-1	直流發電機（ 220W ）	1 臺
20	DQ09	直流并勵電動機	1 臺
21	DQ11	三相線繞式異步電動機	1 臺
22	GDQ12	線繞式異步電機轉子專用箱	1 件
23		高可靠護套結構實驗連接線及配件	1 套
24	軟件	配套教學數字資源	1 套

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