電力電子及電氣傳動(dòng)技術(shù)實(shí)驗(yàn)裝置

 

JGSBDD-1 型電力電子及電氣傳動(dòng)技術(shù)實(shí)驗(yàn)裝置

一、概述

“電力電子及電氣傳動(dòng)技術(shù)實(shí)驗(yàn)裝置”依據(jù)高等院校最新統(tǒng)編教材《電力電子技術(shù)》 ( 第四版 )( 西安交通大學(xué)王兆安編著 ) 、《電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)》（第三版） ( 上海大學(xué)陳伯時(shí)編著 ) 等實(shí)驗(yàn)大綱的要求，吸收國(guó)內(nèi)、外同類(lèi)產(chǎn)品的優(yōu)點(diǎn)，充分考慮了實(shí)驗(yàn)室的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)，精心研制而成。
二、特點(diǎn)
1 、綜合性強(qiáng) 本裝置綜合了目前國(guó)內(nèi)各類(lèi)學(xué)校電力電子、半導(dǎo)體變流、交直流調(diào)速、交流變頻、電機(jī)控制、控制理論等實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。
2 、適應(yīng)性強(qiáng) 能滿(mǎn)足各類(lèi)學(xué)校相應(yīng)課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，深度和廣度可根據(jù)需要作靈活調(diào)整，普及與提高可根據(jù)教學(xué)的進(jìn)程作有機(jī)的結(jié)合，裝置采用積木式結(jié)構(gòu)，更換便捷，如需要擴(kuò)展功能或開(kāi)發(fā)新實(shí)驗(yàn)，只需添加部件即可。
3 、整套性強(qiáng) 從專(zhuān)用電源、電機(jī)及其它實(shí)驗(yàn)部件到實(shí)驗(yàn)連接專(zhuān)用導(dǎo)線(xiàn)配套齊全，配套部件的性能、規(guī)格等均密切結(jié)合實(shí)驗(yàn)的需要進(jìn)行配套。
4 、直觀性強(qiáng) 各實(shí)驗(yàn)掛件采用分隔結(jié)構(gòu)形式，組件面板示意、圖線(xiàn)分明，各掛件任務(wù)明確，操作、維護(hù)方便。
5 、科學(xué)性強(qiáng) 裝置占地面積少，節(jié)約實(shí)驗(yàn)用房，減少基建投資；配套的小電機(jī)均經(jīng)特殊設(shè)計(jì)，可模擬中小型電機(jī)的特性和參數(shù)；小電機(jī)耗電省，節(jié)約能源，實(shí)驗(yàn)噪聲小，整齊美觀，改善實(shí)驗(yàn)環(huán)境；實(shí)驗(yàn)內(nèi)容豐富，設(shè)計(jì)合理，除了加深理論知識(shí)外還可結(jié)合實(shí)際開(kāi)設(shè)設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)。
6 、開(kāi)放性強(qiáng) 控制屏供電采用三相隔離變壓器隔離，并設(shè)有電壓型漏電保護(hù)裝置和電流型漏電保護(hù)裝置，確保操作者的安全；各電源輸出均有監(jiān)示及短路保護(hù)等功能，各測(cè)量?jī)x表均有可靠的保護(hù)功能，使用安全可靠；控制屏還設(shè)有定時(shí)器兼報(bào)警記錄儀，為學(xué)生實(shí)驗(yàn)技能的考核提供一個(gè)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。由于整套裝置經(jīng)過(guò)精心設(shè)計(jì)，加上可靠的元器件質(zhì)量及可靠的工藝作為保障，產(chǎn)品性能優(yōu)良，所有這些均為開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)室，創(chuàng)造了條件。
7 、先進(jìn)性強(qiáng) 本裝置著重從新器件高度來(lái)考慮，在保留了晶閘管實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，加入了新器件的特性、新器件的驅(qū)動(dòng)以及典型的新器件應(yīng)用的大量現(xiàn)代電力電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生對(duì)新器件有足夠的認(rèn)識(shí)和了解，緊跟時(shí)代步伐。

三、適用范圍
本裝置涵蓋了各類(lèi)院校等所開(kāi)設(shè)的“電力電子技術(shù) ( 或稱(chēng)半導(dǎo)體變流技術(shù) ) ”、“直流調(diào)速”、“交流調(diào)速”、“電機(jī)控制”、“電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)”及“控制理論”等專(zhuān)業(yè)課程所要求的實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。
四、技術(shù)性能
1 、輸入電源 : 三相四線(xiàn) ( 或三相五線(xiàn) 380V ± 10 ％ 50HZ)
2 、工作環(huán)境 : 溫度 -10 ℃－ +40 ℃　相對(duì)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(zhì)雙層亞光密紋噴塑結(jié)構(gòu)，鋁質(zhì)面板）

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

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

（ 3 ）指針式儀表：

交流電壓表一只：可通過(guò)其下方的波段開(kāi)關(guān)切換指示三相電網(wǎng)輸入線(xiàn)電壓，精度 1.0 級(jí) ;

(4)數(shù)字式儀表

1）真有效值交流數(shù)字電壓表一只：測(cè)量范圍 0 ～ 500V, 量程自動(dòng)判斷、自動(dòng)切換，精度 0.5 級(jí)，三位半數(shù)顯，為交流調(diào)速系統(tǒng)提供電壓指示；

2）真有效值交流數(shù)字電壓表一只：測(cè)量范圍 0 ～ 5A ，量程自動(dòng)判斷、自動(dòng)切換，精度 0.5 級(jí)，三位半數(shù)顯，具有超量程告警、指示等功能，為交流調(diào)速系統(tǒng)提供電流指示；

3）直流數(shù)字電壓表一只：測(cè)量范圍 0 ～ 500V ，三位半數(shù)顯，輸入阻抗為 10M Ω，精度 0.5 級(jí)；

4）直流數(shù)字毫安表一只：測(cè)量范圍為 0 ～ 2000mA ，三位半數(shù)顯，精度 0.5 級(jí)。

7）人身安全保護(hù)體系

三相隔離變壓器一組：三相電源首先通過(guò)三相漏電保護(hù)器，然后經(jīng)鑰匙開(kāi)關(guān)、接觸器到隔離變壓器，使輸出與電網(wǎng)隔離（浮地設(shè)計(jì)），對(duì)人身安全起到一定的保護(hù)作用。

電流型漏電保護(hù)裝置：控制屏若有漏電現(xiàn)象，漏電流超過(guò)一定值，即切斷電源。

實(shí)驗(yàn)連接線(xiàn)及插座：強(qiáng)、弱電連接線(xiàn)及插座分開(kāi)，不能混插。強(qiáng)電連接線(xiàn)及插座采用全封閉工藝，使用安全、可靠、防觸電。

8）實(shí)驗(yàn)管理器

具有設(shè)定實(shí)驗(yàn)時(shí)間、定時(shí)報(bào)警、切斷電源等功能；還可以自動(dòng)記錄與區(qū)分由于接線(xiàn)或操作錯(cuò)誤所造成的漏電告警、儀表超量程告警等。

9）控制屏其它設(shè)施

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

2 、 DK02 實(shí)驗(yàn)桌
實(shí)驗(yàn)桌為鐵質(zhì)雙層亞光密紋噴塑結(jié)構(gòu)，桌面為防火、防水、耐磨高密度板 , 結(jié)構(gòu)堅(jiān)固，形狀似長(zhǎng)方體封閉式結(jié)構(gòu)，造形美觀大方；設(shè)有兩個(gè)大抽屜、柜門(mén)，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(gè)寬敞舒適的工作臺(tái)面。實(shí)驗(yàn)桌還設(shè)有四個(gè)萬(wàn)向輪和四個(gè)固定調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，便于移動(dòng)和固定，有利于實(shí)驗(yàn)室的布局。
3 、 DQ03-1 不銹鋼電機(jī)導(dǎo)軌、 1024 光碼盤(pán)測(cè)速系統(tǒng)及智能數(shù)顯轉(zhuǎn)速表

4、 DQ27 三相可調(diào)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(shè)有保護(hù)裝置，正、反橋晶閘管可通過(guò)外加信號(hào)進(jìn)行觸發(fā)（留有觸發(fā)脈沖輸入接口），可更好的完成設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)；設(shè)有帶鏡面精密指針式直流電壓表± 300V ，精度 1.0 級(jí)帶鏡面直流電流表± 2A ，精度 1.0 級(jí)各一只和平波電抗器一組。
6 、 DK04 三相晶閘管觸發(fā)電路
提供三相觸發(fā)電路、功放電路等，與“ DK03 ”配套使用。

7、 DK05 單相晶閘管觸發(fā)電路實(shí)驗(yàn)（一）

提供單結(jié)晶體管、鋸齒波同步移向、單相交流調(diào)壓。

8、 DK05-1 單相晶閘管觸發(fā)電路實(shí)驗(yàn)（二）

提供正弦波同步移向、單相并聯(lián)逆變觸發(fā)電路。

9、 DK06 電機(jī)調(diào)速控制實(shí)驗(yàn)（Ⅰ）

提供以下模塊：給定（帶數(shù)顯）、調(diào)節(jié)器 I 、轉(zhuǎn)速變換（ FBS ）、調(diào)節(jié)器 II 、反號(hào)器（ AR ）、電流變換（ FBC ）、電壓隔離器（ TVD ）。其中調(diào)節(jié)器 I 和調(diào)節(jié)器 II 的比例增益由電位器調(diào)節(jié)。

10、 DK08 給定及實(shí)驗(yàn)器件
提供給定（± 15V 可調(diào)電壓輸出）、壓敏電阻（作為過(guò)壓保護(hù)元件，內(nèi)部已連成三角形接法）、二極管、 24V 電源及電感。

11、 DK10 可調(diào)電阻器，電容器

提供耐壓 AC100V 的可調(diào)電容三組，調(diào)節(jié)范圍為 0.1 ～ 11.37uF ， 0 ～ 999KΩ 十進(jìn)制可調(diào)電阻兩組。

12、 DK11 單相調(diào)壓與可調(diào)負(fù)載
提供了一只 0 ～ 250V/0.5KVA 單相交流自耦調(diào)壓器，為相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)提供可調(diào)電源；一個(gè)整流濾波電路以及 0 ～ 90 Ω /1.3A （串聯(lián)）或 0 ～ 45 Ω /2.6A （并聯(lián)）瓷盤(pán)可調(diào)電阻，為相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)提供一個(gè)可調(diào)的阻性負(fù)載。
13 、 DK12 變壓器實(shí)驗(yàn)
提供三相芯式變壓器一個(gè)（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(jī)串級(jí)調(diào)速實(shí)驗(yàn)和三相橋式、單相橋式有源逆變電路實(shí)驗(yàn)；還設(shè)有三相不控整流電路等模塊。
14 、 DK13 功率器件驅(qū)動(dòng)電路實(shí)驗(yàn)箱

主要是為完成新器件特性實(shí)驗(yàn)提供驅(qū)動(dòng)和保護(hù)電路，使學(xué)生了解電力電子新器件的驅(qū)動(dòng)特性。主要包括電源、驅(qū)動(dòng)電路、 PWM 波形發(fā)生器。
（ 1 ）電源：為驅(qū)動(dòng)電路提供電源，包括± 5V 、 +20V 、± 15V 直流電源。
（ 2 ）驅(qū)動(dòng)電路：包括 MOSFET 、 IGBT 的驅(qū)動(dòng)電路。其中 IGBT 的驅(qū)動(dòng)電路采用了專(zhuān)用芯片 EXB841 。
（ 3 ） PWM 波形發(fā)生器：由 SG3525 為核心的 PWM 波形發(fā)生器主要為新器件驅(qū)動(dòng)電路提供 PWM 驅(qū)動(dòng)波形；可以通過(guò)頻率調(diào)節(jié)旋鈕進(jìn)行頻率調(diào)節(jié)；通過(guò)占空比電位器來(lái)調(diào)節(jié) PWM 波的占空比頻率調(diào)節(jié)范圍 4KHz ～ 10KHz 。

15、 DK06-1 電機(jī)調(diào)速控制實(shí)驗(yàn)（Ⅱ）

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

16、 DK07 直流斬波實(shí)驗(yàn)

根據(jù)西安交通大學(xué)王兆安教授和黃俊教授主編的《電力電子技術(shù)》 ( 第四版 ) 中相關(guān)的直流斬波內(nèi)容而設(shè)計(jì)的；提供組成直流斬波電路所需的元器件和采用專(zhuān)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(shí)驗(yàn)。

17、 DK22 單相交流調(diào)壓 / 調(diào)功電路

根據(jù)西安交通大學(xué)王兆安教授和黃俊教授主編的《電力電子技術(shù)》（第四版）中相關(guān)內(nèi)容而設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)單相交流調(diào)壓和交流調(diào)功的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。采用的電力電子器件為雙向晶閘管，在交流調(diào)壓實(shí)驗(yàn)中采用由雙向觸發(fā)二極管構(gòu)成觸發(fā)控制電路；在交流調(diào)功實(shí)驗(yàn)中采用由 555 時(shí)基電路組成觸發(fā)控制電路。
18 、 DK19 半橋型開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源
提供了半橋型開(kāi)關(guān)穩(wěn)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(zhuān)用 PWM 控制集成電路 SG3525 ，采用恒頻脈寬調(diào)制控制方案?？赏瓿伞伴_(kāi)關(guān)電路在開(kāi)環(huán)與閉環(huán)下負(fù)載特性的測(cè)試”以及“電源電壓波動(dòng)對(duì)輸出的影響”等實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。
19 、 DK14 單相交直交變頻原理
根據(jù)普通高等教育“九五”國(guó)家級(jí)重點(diǎn)教材王兆安，黃俊主編的《電力電子技術(shù)》（第四版）的內(nèi)容進(jìn)行開(kāi)發(fā)。用于展示交直交變頻原理，主要讓學(xué)生了解 SPWM 正弦波脈寬調(diào)制信號(hào)的形成方法，了解 IGBT 管專(zhuān)用集成驅(qū)動(dòng)芯片的特點(diǎn)及其使用，能完成如下實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目：

1 ） SPWM 波形成的過(guò)程；

2 ）交直交變頻電路在不同負(fù)載時(shí)的工作情況和波形，并研究工作頻率對(duì)電路工作波形的影響； 3 ） IGBT 管專(zhuān)用集成驅(qū)動(dòng)芯片的工作特性。
20 、 DQ07-1 直流發(fā)電機(jī)

21、 DQ09 直流并勵(lì)電動(dòng)機(jī)

22、 DQ11 三相線(xiàn)繞式異步電動(dòng)機(jī)

23、 DQ12 線(xiàn)繞式異步電機(jī)轉(zhuǎn)子專(zhuān)用箱

24、實(shí)驗(yàn)連接線(xiàn)：根據(jù)不同實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的特點(diǎn)，配備兩種不同的實(shí)驗(yàn)聯(lián)接線(xiàn)，強(qiáng)電部分采用高可靠護(hù)套結(jié)構(gòu)手槍插連接線(xiàn)（不存在任何觸電的可能），里面采用無(wú)氧銅抽絲而成頭發(fā)絲般細(xì)的多股線(xiàn)，達(dá)到超軟目的，外包丁晴聚氯乙烯絕緣層，具有柔軟、耐壓高、強(qiáng)度大、防硬化、韌性好等優(yōu)點(diǎn)，插頭采用實(shí)芯銅質(zhì)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(jié)構(gòu)聯(lián)接線(xiàn)，兩種導(dǎo)線(xiàn)都只能配合相應(yīng)內(nèi)孔的插座，這樣大大提高了實(shí)驗(yàn)的安全及合理性。
六、本裝置能開(kāi)設(shè)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目

（一）電力電子技術(shù)（晶閘管部分）

1．單結(jié)晶體管觸發(fā)電路及單相半波可控整流電路實(shí)驗(yàn)

2．正弦波同步移相觸發(fā)電路實(shí)驗(yàn)

3．鋸齒波同步移相觸發(fā)電路實(shí)驗(yàn)

4．單相橋式半控整流電路實(shí)驗(yàn)

5．單相橋式全控整流電路實(shí)驗(yàn)

6．單相橋式有源逆變電路實(shí)驗(yàn)

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(shí)驗(yàn)

10．三相橋式全控整流及有源逆變電路實(shí)驗(yàn)

11．單相交流調(diào)壓電路實(shí)驗(yàn)

12．三相交流調(diào)壓電路實(shí)驗(yàn)

13．單相并聯(lián)逆變電路實(shí)驗(yàn)

（二） 電力電子技術(shù)（全控型器件特性部分）

1．功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管 (MOSFET) 的主要參數(shù)測(cè)量

2．功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管 (MOSFET) 的驅(qū)動(dòng)電路研究

3．絕緣柵雙極型晶體管 (IGBT) 特性及其驅(qū)動(dòng)電路的研究

4.單向晶閘管（ SCR ）特性實(shí)驗(yàn)

5.雙向晶閘管（ SCR ）特性實(shí)驗(yàn)

（三） 電力電子技術(shù)（全控型器件典型線(xiàn)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(wěn)壓電源的性能研究

（四） 直流調(diào)速實(shí)驗(yàn)

1．晶閘管直流調(diào)速系統(tǒng)參數(shù)和環(huán)節(jié)特性的測(cè)定

2．晶閘管直流調(diào)速主要單元調(diào)試

3．不可逆單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)靜特性的研究

4．雙閉環(huán)晶閘管不可逆直流調(diào)速系統(tǒng)

5．邏輯無(wú)環(huán)流可逆直流調(diào)速系統(tǒng)

（五）交流調(diào)速實(shí)驗(yàn)

1．雙閉環(huán)三相異步電機(jī)調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)

2．雙閉環(huán)三相異步電機(jī)串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)

七、裝置的配置清單：

序號(hào)	編號(hào)	名                    稱(chēng)	數(shù)量
1	DK01	電源控制屏	1 件
2	DK02	實(shí)驗(yàn)桌凳	1 張
3	DQ03-1	不銹鋼電機(jī)導(dǎo)軌、 1024 光電編碼器及智能數(shù)顯轉(zhuǎn)速表	1 件
4	DQ27	三相可調(diào)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(fā)電路	1 件
7	DK05	單相晶閘管觸發(fā)電路	1 件
8	DK05-1	單相晶閘管觸發(fā)電路（二）	1 件
9	DK06	電機(jī)調(diào)速控制實(shí)驗(yàn)（Ⅰ）	1 件
10	DK07	直流斬波實(shí)驗(yàn)（六種典型線(xiàn)路）	1 件
11	DK08	給定及實(shí)驗(yàn)器件	1 件
12	DK10	可以電阻器，電容器	1 件
13	DK11	單相調(diào)壓與可調(diào)負(fù)載	1 件
14	DK12	變壓器實(shí)驗(yàn)	1 件
15	DK13	功率器件驅(qū)動(dòng)電路實(shí)驗(yàn)箱	1 件
16	DK14	單相交直交變頻原理	1 件
17	DK19	半橋型開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源	1 件
18	DK22	單相交流調(diào)壓 / 調(diào)功電路	1 件
19	DK06-1	電機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)（Ⅱ）	1 件
20	DQ07-1	直流發(fā)電機(jī)	1 臺(tái)
21	DQ09	直流并勵(lì)電動(dòng)機(jī)	1 臺(tái)
22	DQ11	三相線(xiàn)繞式異步電動(dòng)機(jī)	1 臺(tái)
23	DQ12	線(xiàn)繞式異步電機(jī)轉(zhuǎn)子專(zhuān)用箱	1 件
25	SB06	高可靠護(hù)套結(jié)構(gòu)手槍插實(shí)驗(yàn)連接線(xiàn)及配件	1 套

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