SBDLZ-780E型電力電子及電氣傳動(dòng)實(shí)驗(yàn)裝置
一、 概述
現(xiàn)代電力電子及電氣傳動(dòng)實(shí)驗(yàn)裝置主要完成專業(yè)課程：電機(jī)原理與電力拖動(dòng)（電機(jī)與電氣控制），電力電子技術(shù)（功率電子技術(shù)），電氣傳動(dòng)控制系統(tǒng)（運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)、自動(dòng)控制系統(tǒng)）、計(jì)算機(jī)控制的自動(dòng)化系統(tǒng)等的實(shí)驗(yàn)教學(xué)工作，應(yīng)能夠擔(dān)負(fù)完成相關(guān)實(shí)驗(yàn)教學(xué)任務(wù)，并擁有足夠擴(kuò)展自由度，以適應(yīng)未來進(jìn)一步的深化研究要求。
"電力電子及電氣傳動(dòng)實(shí)驗(yàn)裝置"依據(jù)高等院校最新統(tǒng)編教材《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)、《電力電子技術(shù)》(第五版)(西安交通大學(xué)王兆安編著)等實(shí)驗(yàn)大綱的要求，吸收國內(nèi)、外同類產(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，精心研制而成。在同類產(chǎn)品中結(jié)構(gòu)合理、功能完善、可靠性好、性價(jià)比高。
(圖1：實(shí)驗(yàn)設(shè)備實(shí)物外形參考圖片，也可以根據(jù)學(xué)校要求定做）
二、特點(diǎn)
1、綜合性強(qiáng)本裝置綜合了目前國內(nèi)各類學(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)能滿足各類學(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)展功能或開發(fā)新實(shí)驗(yàn)，只需添加部件即可，永不淘汰。
3、整套性強(qiáng)從專用電源、電機(jī)及其它實(shí)驗(yàn)部件到實(shí)驗(yàn)連接專用導(dǎo)線配套齊全，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，除了加深理論知識外還可結(jié)合實(shí)際開設(shè)設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)。
6、開放性強(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，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)生對新器件有足夠的認(rèn)識和了解，緊跟時(shí)代步伐。
三、適用范圍
現(xiàn)代電力電子及電氣傳動(dòng)實(shí)驗(yàn)裝置涵蓋了各高等院校等所開設(shè)的"電力電子技術(shù)(或稱半導(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"等專業(yè)課程所要求的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。
四、技術(shù)性能
1、輸入電源: 三相四線(或三相五線 380V±10％ 50HZ)
2、工作環(huán)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：160×70×160 cm3
五、裝置的基本裝備
1、DK01電源控制屏（鐵質(zhì)雙層亞光密紋噴塑結(jié)構(gòu)）
（1）交流電源（均帶有過流保護(hù)措施）提供交流電源：三相交流電220V/3A。
（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）指示及測量儀表
1．交流數(shù)字電壓表：可通過其下方的波段開關(guān)切換指示三相電網(wǎng)輸入線電壓；
2．真有效值交流數(shù)字電壓表一只：測量范圍0～500V，四位數(shù)字顯示，為交流調(diào)速系統(tǒng)提供電壓指示；
3．真有效值交流數(shù)字電流表一只：測量范圍0～5A，四位數(shù)字顯示，為調(diào)速系統(tǒng)提供電流的指示；
4．直流數(shù)字電壓表一只：測量范圍0～500V，三位半數(shù)顯，輸入阻抗為10MΩ，精度0.5級，為調(diào)速系統(tǒng)提供電壓指示；
5．直流數(shù)字電流表一只：測量范圍為0～5A，三位半數(shù)顯，精度0.5級，為調(diào)速系統(tǒng)提供電流指示。
（4）人身安全保護(hù)體系
1）三相隔離變壓器一組：三相電源首先通過三相漏電保護(hù)器，然后經(jīng)鑰匙開關(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)），對人身安全起到一定的保護(hù)作用。
2）電流型漏電保護(hù)裝置：控制屏若有漏電現(xiàn)象，漏電流超過一定值，即切斷電源。
3）實(shí)驗(yàn)連接線及插座：強(qiáng)、弱電連接及插座分開，不能混插。
4）強(qiáng)電連接線及插座采用全封閉工藝，使用安全、可靠、防觸電。
2、DK02實(shí)驗(yàn)桌
1）實(shí)訓(xùn)桌采用四個(gè)工業(yè)鋁型材立柱為支撐，立柱端部可安裝調(diào)節(jié)腳，方便高度調(diào)節(jié)，主體結(jié)構(gòu)通過左、右各2個(gè)C字形鋁壓成型構(gòu)件聯(lián)接，臺面高度約800mm，桌面板下設(shè)支撐框架，截面尺寸為30×30mm，承受力不少于300kg。立柱采用工業(yè)鋁型材成型工藝，表面氧化處理，截面尺寸：70×70mm，四面帶槽，槽寬約8mm，端部配套塑料堵頭，槽內(nèi)適用工業(yè)鋁型材通配螺母及配件。C字形鋁壓成型構(gòu)件為左、右對稱件，采用壓鑄成型工藝，經(jīng)機(jī)加工、拋丸、噴砂，表面藍(lán)色靜電噴涂工藝。
2）實(shí)訓(xùn)桌桌面采用25mm麻灰色高密度層壓板封邊特制，有效提高絕緣等級；
3）實(shí)訓(xùn)儲物柜采用冷沖壓鈑金一體成型，封閉式結(jié)構(gòu)，表面靜電噴涂；柜體設(shè)有門柜用于放置實(shí)訓(xùn)掛箱，設(shè)有一個(gè)抽屜用于放置實(shí)訓(xùn)導(dǎo)線和指導(dǎo)書等。
3、DQ03-1固定電機(jī)導(dǎo)軌、測速系統(tǒng)及智能數(shù)顯轉(zhuǎn)速表
4、DQ27三相可調(diào)電阻（每組900Ω×2/0.41A）
5、DK03晶閘管主電路：提供12只5A/1000V的晶閘管，每只晶閘管均設(shè)有RC吸收和保險(xiǎn)絲保護(hù)裝置，晶閘管可通過外加觸發(fā)信號進(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(fā)電路：提供三相觸發(fā)電路、功放電路，脈沖變壓器等，與"DK03"配套使用。
7、DK05晶閘管觸發(fā)電路實(shí)驗(yàn)：提供單結(jié)晶體管、鋸齒波同步移向、正弦波同步移向觸發(fā)電路，KC05單相交流調(diào)壓，西門子TCA785集成觸發(fā)電路等。
8、DK06電機(jī)調(diào)速控制實(shí)驗(yàn)（Ⅰ）提供以下模塊：電流反饋與過流保護(hù)（FBC+FA）、給定器（G）、轉(zhuǎn)速變換器（FBS）、速度調(diào)節(jié)器（ASR）、反號器（AR）、電流調(diào)節(jié)器（ACR）等
9、DK10可調(diào)電阻、電容箱：提供耐壓AC63V的可調(diào)電容三組，調(diào)節(jié)范圍為0.1～11.37?F，0～999kΩ十進(jìn)制可調(diào)電阻兩組；供電流調(diào)節(jié)器，速度調(diào)節(jié)器反饋回路使用，可靈活改變調(diào)節(jié)器的放大倍數(shù)及積分時(shí)間。
10、DK09新器件特性實(shí)驗(yàn)：提供SCR、MOSFET、IGBT、GTO 、GTR新器件，可完成電力電子新器件特性實(shí)驗(yàn)。
11、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0～90Ω/1.3A（串聯(lián)）或0～45Ω/2.6A（并聯(lián)）瓷盤可調(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。
12、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。
13、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；可以通過頻率調(diào)節(jié)旋鈕進(jìn)行頻率調(diào)節(jié)；通過占空比電位器來調(diào)節(jié)PWM波的占空比 頻率調(diào)節(jié)范圍4KHz～10KHz。
14、DK14單相交直交變頻原理：根據(jù)普通高等教育"九五"國家級重點(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)制信號的形成方法，了解IGBT管專用集成驅(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波形成的過程；
2）交直交變頻電路在不同負(fù)載（電阻，電感）時(shí)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(qū)動(dòng)芯片的工作特性。
15、DK21 斬控式交流調(diào)壓電路 ：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)，采用全控型器件 IGBT 管實(shí)現(xiàn) " 斬控式交流調(diào)壓實(shí)驗(yàn) " 。
16、DK17雙閉環(huán)H橋DC/DC變換直流調(diào)速系統(tǒng)：通過對四個(gè)橋臂上IGBT管的觸發(fā)控制，來實(shí)現(xiàn)對可逆直流他勵(lì)電機(jī)進(jìn)行調(diào)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(diào)節(jié)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(chǎn)生PWM脈沖波，PWM波脈沖發(fā)生器產(chǎn)生的四路控制脈沖，分別驅(qū)動(dòng)四個(gè)橋臂的IGBT管；調(diào)節(jié)部 分由兩個(gè)PI調(diào)節(jié)器組成，并通過速度環(huán)、電流環(huán)構(gòu)成的反饋回路使電機(jī)的轉(zhuǎn)速穩(wěn)定運(yùn)行在給定的轉(zhuǎn)速下。
本實(shí)驗(yàn)箱可完成的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目有：
（1）全橋DC/DC 變換電路實(shí)驗(yàn)
（2）雙閉環(huán)可逆直流脈寬調(diào)速實(shí)驗(yàn)。
17、DK06-1 電機(jī)調(diào)速控制電路（II）提供以下模塊：零電平檢測（DPZ）、轉(zhuǎn)矩極性鑒別（DPT）、邏輯控制（DLC）。
18、DQ07-1直流發(fā)電機(jī)(DC220V，240W，n=1500RPM)
19、DQ09直流并勵(lì)電動(dòng)機(jī) （Un=DC220V ， IN=1.1A ， PN=185W ， n=1500RPM ，絕緣等級E ）
20、DQ11三相線繞式異步電動(dòng)機(jī)（AC220V，接法 Y，轉(zhuǎn)速 1380RPM，功率100W ,電流0.6A，絕緣等級E）
21、GDQ12線繞式異步電機(jī)起動(dòng)與調(diào)速電阻箱：提供0、2、5、15的三相繞線異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子起動(dòng)、調(diào)速電阻一組。
22、實(shí)驗(yàn)連接線：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，強(qiáng)電部分采用高可靠護(hù)套結(jié)構(gòu)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(fā)絲般細(xì)的多股線，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，兩種導(dǎo)線都只能配合相應(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、本裝置能開設(shè)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目
（一）電力電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目（晶閘管部分）
1．單結(jié)晶體管觸發(fā)電路
2．鋸齒波同步移相觸發(fā)電路實(shí)驗(yàn)
3．正弦波移相觸發(fā)電路實(shí)驗(yàn)
4．TCA785集成觸發(fā)電路實(shí)驗(yàn)
5．單相半波可控整流電路實(shí)驗(yàn)
6．單相橋式半控整流電路實(shí)驗(yàn)
7．單相橋式全控整流及有源逆變電路實(shí)驗(yàn)
8．三相半波可控整流電路實(shí)驗(yàn)
9．三相橋式半控整流電路實(shí)驗(yàn)
10．三相半波有源逆變電路實(shí)驗(yàn)
11．三相橋式全控整流及有源逆變電路實(shí)驗(yàn)
12．單相交流調(diào)壓電路實(shí)驗(yàn)
13．三相交流調(diào)壓電路實(shí)驗(yàn)
（二）電力電子技術(shù)（全控型器件特性部分）
1.功率場效應(yīng)晶體管(MOSFET)的主要參數(shù)測量；
2.功率場效應(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.電力晶體管（GTR）驅(qū)動(dòng)電路的研究；
5.電力晶體管（GTR）的特性研究。
(三）電力電子技術(shù)（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.斬控式交流調(diào)壓電路實(shí)驗(yàn)；
3.單相交直交變頻電路的性能研究；
4.全橋DC/DC變換電路實(shí)驗(yàn)。
（四）直流電機(jī)調(diào)速實(shí)驗(yàn)（直流電機(jī)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)）
1．晶閘管直流調(diào)速系統(tǒng)主要單元的調(diào)試
2．帶電流截止負(fù)反饋的轉(zhuǎn)速單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)
3．轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)不可逆直流調(diào)速系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)
4．邏輯無環(huán)流可逆直流調(diào)速系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)
5．轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)可逆直流PWM調(diào)速系統(tǒng)（H橋、IGBT）
（五）交流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)（交流電機(jī)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)）
1．雙閉環(huán)三相繞線異步電機(jī)調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)
2．雙閉環(huán)三相繞線異步電機(jī)串極調(diào)速系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)
七、現(xiàn)代電力電子及電氣傳動(dòng)實(shí)驗(yàn)裝置配置清單
序號 | 編號 | 名 稱 | 數(shù)量 |
1 | DK01 | 電源控制屏 | 1件 |
2 | DK02 | 實(shí)驗(yàn)桌 | 1張 |
3 | DQ03-1 | 電機(jī)導(dǎo)軌、測速系統(tǒng)及數(shù)顯轉(zhuǎn)速表 | 1件 |
4 | DQ27 | 三相可調(diào)電阻（每組900Ω*2/0.41A） | 1件 |
5 | DK03 | 晶閘管主電路 | 1件 |
6 | DK04 | 三相晶閘管觸發(fā)電路 | 1件 |
7 | DK05 | 晶閘管觸發(fā)電路 | 1件 |
8 | DK06 | 電機(jī)調(diào)速控制實(shí)驗(yàn)（Ⅰ） | 1件 |
9 | DK09 | 新器件特性實(shí)驗(yàn) | 1件 |
10 | DK10 | 可調(diào)電阻、電容箱 | 1件 |
11 | DK11 | 單相調(diào)壓與可調(diào)負(fù)載 | 1件 |
12 | DK12 | 變壓器實(shí)驗(yàn) | 1件 |
13 | DK13 | 功率器件驅(qū)動(dòng)電路實(shí)驗(yàn)箱 | 1件 |
14 | DK14 | 單相交直交變頻原理 | 1件 |
15 | DK17 | 雙閉環(huán)H橋DC/DC變直流調(diào)速系統(tǒng) | 1件 |
16 | DK21 | 斬控式交流調(diào)壓電路 | 1件 |
17 | DK06-1 | 電機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)（Ⅱ） | 1件 |
18 | DQ07-1 | 直流發(fā)電機(jī)（240W） | 1臺 |
19 | DQ09 | 直流他（并)勵(lì)電動(dòng)機(jī)（185W） | 1臺 |
20 | DQ11 | 三相線繞式異步電動(dòng)機(jī) | 1臺 |
21 | GDQ12 | 線繞式異步電機(jī)轉(zhuǎn)子專用箱 | 1件 |
22 | 實(shí)驗(yàn)連接線 | 高可靠護(hù)套結(jié)構(gòu)手槍插實(shí)驗(yàn)連接線及配件 | 1套 |
23 | 配套教學(xué)數(shù)字資源 | 1.在線教育課程開放平臺 2.輔助教學(xué)仿真3D正版軟件 1）電機(jī)與變壓器仿真教學(xué)軟件（正版3D軟件，有軟件著作權(quán)，便于升級） 2）電力拖動(dòng)仿真教學(xué)軟件（正版3D軟件，有軟件著作權(quán)，便于升級） 3）電工作業(yè)培訓(xùn)仿真教學(xué)軟件（ 包含用電安全與觸電急救）（正版3D軟件，有軟件著作權(quán)，便于升級） | （共1套，網(wǎng)絡(luò)版） |
24 | 指導(dǎo)書 | 實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書 | 1套 |
25 | 學(xué)生凳子 | 提供鐵質(zhì)四腳方凳 | 2只 |
