现代电力电子及交直流调速实验装置-上海硕博教学设备公司

SBDLZ-790E型现代电力电子及交直流调速实验装置

现代电力电子及交直流调速实验装置采用模块化设计思想，主要包含实训桌、实训屏、实训模块，能够实现多种模块的组合控制，学生可根据实验实训项目自由扩展及接线，主要包含电力电子实验挂件、交直流电机调速控制挂件等。整个实训设备分2层结构，最底层将每个实验都会涉及使用的交流电源、直流电源、调压器、可调负载等重型器件，使整个设备看上去简洁；上面一层作为可自由挂接的模块区域。

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(图1：实验设备实物外形参考图片，也可以根据学校要求定做）

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(图3：部分实验挂件及电机实物图片展示）

一、概述

"现代电力电子及交直流调速实验装置"依据高等院校最新统编教材《电力拖动自动控制系统》（第三版）(上海大学陈伯时编著)、《电力电子技术》(第五版)(西安交通大学王兆安编著)等实验大纲的要求，吸收国内、外同类产品的优点，充分考虑了实验室的现状和发展趋势，精心研制而成。在同类产品中结构合理、功能完善、可靠性好、性价比高。

二、特点

1、综合性强：本装置综合了目前国内各类学校电力电子、半导体变流、交直流调速、交流变频、电机控制、控制理论等实验项目。

2、适应性强：能满足各类学校相应课程的实验教学，深度和广度可根据需要作灵活调整，普及与提高可根据教学的进程作有机的结合，装置采用积木式结构，更换便捷，如需要扩展功能或开发新实验，只需添加部件即可，永不淘汰。

3、整套性强：从专用电源、电机及其它实验部件到实验连接专用导线配套齐全，配套部件的性能、规格等均密切结合实验的需要进行配套。

4、直观性强：各实验挂件采用分隔结构形式，组件面板示意、图线分明，各挂件任务明确，操作、维护方便。

5、科学性强：装置占地面积少，节约实验用房，减少基建投资；配套的小电机均经特殊设计，可模拟中小型电机的特性和参数；小电机耗电省，节约能源，实验噪声小，整齐美观，改善实验环境；实验内容丰富，设计合理，除了加深理论知识外还可结合实际开设设计性实验。

6、开放性强：控制屏供电采用三相隔离变压器隔离，并设有电压型漏电保护装置和电流型漏电保护装置，确保操作者的安全；各电源输出均有监示及短路保护等功能，使用安全可靠；由于整套装置经过精心设计，加上可靠的元器件质量及可靠的工艺作为保障，产品性能优良，所有这些均为开放性实验室，创造了条件。

7、先进性强：本装置着重从新器件高度来考虑，在保留了晶闸管实验的基础上，加入了新器件的特性、新器件的驱动以及典型的新器件应用的大量现代电力电子技术实验，让学生对新器件有足够的认识和了解，紧跟时代步伐。

三、适用范围

现代电力电子及交直流调速实验装置涵盖了各高等院校等所开设的"电力电子技术(或称半导体变流技术)"、"直流调速"、"交流调速"、"电机控制"、"电力拖动自动控制系统"及"控制理论"等专业课程所要求的实验项目。

四、技术性能

1、输入电源: 三相四线(或三相五线 380V±10％ 50HZ)

2、工作环境: 温度-10℃－+40℃ 相对湿度＜85％（25℃）海拨＜4000m

3、装置容量：＜1.5KVA

4、外形尺寸：187×70×158 cm3

五、现代电力电子及交直流调速实验装置的基本装备

1、DK01电源控制屏（铁质双层亚光密纹喷塑结构，铝质面板）

（1）交流电源（带有过流保护措施）

提供交流电源：三相交流电220V/3A，采用安全隔离变压器输出，带有短路保护措施。

三相同步变压器一组，电压AC380V//3*15V 。

（2）高压直流电源

励磁电源：220V（0.5A），具有输出短路保护。

（3）指示及测量仪表

1．交流数字电压表1只：可通过其下方的波段开关切换指示三相电网输入线电压；

2．智能交流电压表1只:测量范围：0-1000V,设置1V/10V/100V/1000V四量程，六位数码显示测量值。仪表采用现代化技术，数码中文显示，具备智能化、数字化，上位机通讯功能，通过按键能够对仪表进行设置操作,量程手动、自动切换模式、校准、调零、滤波级数设置、通信地址设置、超量程自动报警提示及保护等功能。硬件部分整体性强，集成度高，采用表贴工艺制作，工业塑料外壳，面板嵌入安装，使用稳定，容易更换和升级维护。

3．智能交流电流表1只：测量范围：0-5A, 设置10mA/500mA/5A三档量程，六位数码显示测量值。仪表采用现代化技术，数码中文显示，具备智能化、数字化，上位机通讯功能，通过按键能够对仪表进行设置操作,量程手动、自动切换模式、校准、调零、滤波级数设置、通信地址设置、超量程自动报警提示及保护等功能。硬件部分整体性强，集成度高，采用表贴工艺制作，工业塑料外壳，面板嵌入安装，使用稳定，容易更换和升级维护。

4．直流数字电压表一只：测量范围0～500V，三位半数显，输入阻抗为10MΩ，精度0.5级，为调速系统提供电压指示；

5．直流数字电流表一只：测量范围为0～5A，三位半数显，精度0.5级，为调速系统提供电流指示。

（4）人身安全保护体系

1）三相隔离变压器一组：三相电源首先通过三相漏电保护器，然后经钥匙开关、接触器到隔离变压器，使输出与电网隔离（浮地设计），对人身安全起到一定的保护作用。

2）电流型漏电保护装置：控制屏若有漏电现象，漏电流超过一定值，即切断电源。

3）实验连接线及插座：强、弱电连接及插座分开，不能混插。

4）强电连接线及插座采用全封闭工艺，使用安全、可靠、防触电。

（5）控制屏其它设施

控制屏正面大凹槽内，设有两根钢管，可挂置实验部件，凹槽底部设有3芯插座，挂件的供电由这些插座提供。控制屏两边设有单相三极220V电源插座及三相四极380V电源插座，还设有实验台照明用的40W日光灯一盏。

（6）实验室智慧用电安全控制系统

智能电源管理系统具有过温、短路、过流、过压、欠压、失压、功率限定；电源具有一键锁定功能，处理故障时，防止漏电保护器合闸，造成触电危险；电源具有故障锁定功能，发生故障导致跳闸时，不能人为上电，只能通过远程清除故障后，才能上电成功；能通过无线4G和有线以太网与手机APP和PC端云平台通讯，没有网络的情况下，教室整套智能电源管理系统可离线独立运行。

1）智能终端：智能电源管理系统以32位ARM为核心，采用4.3寸彩色触摸屏为人机交互界面，实时监控设备运行情况，提供Zigbee、CAN等多种通信模式，具备语音播报功能。能实时监测三相电压、电流、功率，功率因数、频率、电能等参数，液晶触摸屏监测数值。能监控实验室电源的故障类型和故障次数；用户通过刷卡方式请求开启设备，PC端进行授权之后，设备可启动使用，PC端可分时预约设备的启动和停止！设备时间管理包含年月日时间的显示。可设备相应过温、短路、过流、过压、失压、功率限定等7大保护功能数值。2、DK02实验桌

实验桌为铁质双层亚光密纹喷塑结构，桌面为防火、防水、耐磨高密度板,结构坚固，形状似长方体封闭式结构，造形美观大方；设有两个大抽屉、柜门，用于放置工具、存放挂件及资料等。桌面用于安装电源控制屏并提供一个宽敞舒适的工作台面。实验桌还设有四个万向轮和四个固定调节机构，便于移动和固定，有利于实验室的布局。

3、DQ03-1固定电机导轨、测速系统及智能数显转速表

4、DQ27三相可调电阻（每组900Ω×2/0.41A）

5、DK03晶闸管主电路：提供12只5A/1000V的晶闸管，每只晶闸管均设有RC吸收和保险丝保护装置，晶闸管可通过外加触发信号进行触发（留有触发脉冲输入接口），可更好的完成设计性实验。设有带镜面精密指针式直流电压表±300V，精度1.0级带镜面直流电流表±2A，精度1.0级各一只和平波电抗器一组。

6、DK04三相晶闸管触发电路：提供三相触发电路、功放电路，脉冲变压器等，与"DK03"配套使用。

7、DK05晶闸管触发电路实验：提供单结晶体管、锯齿波同步移向、正弦波同步移向触发电路，KC05单相交流调压，西门子TCA785集成触发电路等。

8、DK06电机调速控制实验（Ⅰ）提供以下模块：电流反馈与过流保护（FBC+FA）、给定器（G）、转速变换器（FBS）、速度调节器（ASR）、反号器（AR）、电流调节器（ACR）等。

9、DK06-1 电机调速控制电路（II）提供以下模块：零电平检测（DPZ）、转矩极性鉴别（DPT）、逻辑控制（DLC）。

10、DK07直流斩波实验：根据西安交通大学王兆安教授和黄俊教授主编的《电力电子技术》(第五版)中相关的直流斩波内容而设计的；提供组成直流斩波电路所需的元器件和采用专用的PWM控制集成电路SG3525。可完成教材中降压斩波电路（Buck Chopper）、升压斩波电路（Boost Chopper）、升降压斩波电路（Boost -Buck Chopper）、Cuk斩波电路、Sepic斩波电路、Zeta斩波电路六种典型实验。

11、DK09新器件特性实验：提供SCR、MOSFET、IGBT、GTO 、GTR新器件，可完成电力电子新器件特性实验。

12、DK10可调电阻、电容箱：提供耐压AC63V的可调电容三组，调节范围为0.1～11.37?F，0～999kΩ十进制可调电阻两组；供电流调节器，速度调节器反馈回路使用，可灵活改变调节器的放大倍数及积分时间。

13、DK11单相调压与可调负载：提供了一只0～250V/0.5KVA单相交流自耦调压器，为相应的实验提供可调电源；一个整流滤波电路以及0～90Ω/1.3A（串联）或0～45Ω/2.6A（并联）瓷盘可调电阻，为相应的实验提供一个可调的阻性负载。

14、DK12变压器实验：提供三相芯式变压器一个（该变压器有2套副边绕组，原、副边绕组的电压为127V/63.6V/31.8V），用于异步电机串级调速实验和三相桥式、单相桥式有源逆变电路实验；还设有三相不控整流电路等模块。

15、DK13功率器件驱动与保护电路：主要是为完成新器件特性实验提供电源、驱动电路及PWM波形发生器。

（1）电源：为驱动电路提供电源，包括±5V、±15V和+20V直流电源。

（2）驱动电路：包括GTO 和 GTR， MOSFET和IGBT的驱动电路。其中IGBT的驱动电路采用专用芯片EXB841，其它的由运放、门电路及分立元件组成。

（3）PWM波形发生器：以SG3525为核心的PWM波形发生器主要是为新器件驱动电路提供PWM驱动波形，可以通过频率调节旋钮进行频率调节；通过占空比电位器来调节PWM波的占空比。频率范围分为2挡，通过钮子开关切换，高频档是为MOSFET和IGBT驱动电路提供PWM波形，频率调节范围4KHz～10KHz；低频档是为GTR和GTO驱动电路提供PWM波形，频率调节范围400Hz～1KHz；占空比可从　0%调至100%。

16、DK14单相交直交变频原理：根据普通高等教育"九五"国家级重点教材王兆安，黄俊主编的《电力电子技术》（第四版）的内容进行开发。用于展示交直交变频原理，主要让学生了解SPWM正弦波脉宽调制信号的形成方法，了解IGBT管专用集成驱动芯片的特点及其使用。

能完成如下实验项目：

1）SPWM波形成的过程；

2）交直交变频电路在不同负载（电阻，电感）时的工作情况和波形，并研究工作频率对电路工作波形的影响；

3）IGBT管专用集成驱动芯片的工作特性。

17、DQ07-1直流发电机（Un=DC200V，PN=240W，n=1500RPM，绝缘等级E）

18、DQ09直流并励电动机（Un=DC220V ， IN=1.1A ， PN=185W ， n=1500RPM ，绝缘等级E ）

19、DQ11三相线绕式异步电动机（AC220V，接法 Y，转速 1380RPM，功率100W ,电流0.6A，绝缘等级E）

20、GDQ12线绕式异步电机起动与调速电阻箱

提供0、2、5、15的三相绕线异步电动机转子起动、调速电阻一组。

21、实验连接线：根据不同实验项目的特点，配备两种不同的实验联接线，强电部分采用高可靠护套结构手枪插连接线（不存在任何触电的可能），里面采用无氧铜抽丝而成头发丝般细的多股线，达到超软目的，外包丁晴聚氯乙烯绝缘层，具有柔软、耐压高、强度大、防硬化、韧性好等优点，插头采用实芯铜质件外套铍轻铜弹片，接触安全可靠；弱电部分采用弹性铍轻铜裸露结构联接线，两种导线都只能配合相应内孔的插座，这样大大提高了实验的安全及合理性。

★22、配套教学软件资源（网络版，提供正版软件，提供30个接点）

A、辅助教学仿真软件（网络版）

（1）电机与变压器仿真教学软件（正版3D软件，有软件著作权，便于升级）

电机与变压器仿真教学软件依据《职业院校数字校园建设规范》（教职成函[2015]1 号）与教育部颁布的有关专业教学大纲而设计，选取典型的电机与变压器，围绕其核心知识点和技能点展开，兼顾教师的课堂教学，力争达到软件的职业性、情境性、过程性、交互性的相互交融。

本软件包括功率电机、控制电机、信号电机和变压器4个实验单元，共18个典型的实验项目，每个实验项目下设有外形结构、工作原理、拆装过程、故障检测、常见应用、考考你等数目不等实验任务。

本软件既可支持教师的课堂演示教学，亦可支持学生进行课前预习，重点支持学生在理论课后进行的自主仿真实验，并可在此基础上实现技能考核。

（2）电力拖动仿真教学软件（正版3D软件，有软件著作权，便于升级）

本产品依据中华人民共和国劳动和劳动安全行业标准（LD/T81.1-2006）《职业技能实验和鉴定设备通用技术规范》与教育部有关专业教学大纲而设计，内容包括三相异步机单向转动控制等30个实验项目，涵盖维修电工初级、中级、高级主要实验项目，每个项目又根据需要设有实验目的、实验器件、实验电路、电路原理、器件布局、元件检查、通电运行、通电运行、故障排除等多种训练任务。软件以技能为核心，项目为引领、任务为驱动，职场环境为背景，操作步骤为主线，学生交互训练为主体，具有三维可视化、智能化、全交互的特点，集职业性、情境性、过程性、交互性于一身，性价比极高。为职业教育与技能实验、鉴定信息化、现代化提供了不可或缺的丰富资源。

（3）低压电工作业培训（用电安全与触电急救）仿真教学软件（正版3D软件，有软件著作权，便于升级）

本产品依据中华人民共和国劳动和劳动安全行业标准（LD/T81.2－2006）《"维修电工"职业技能实验和鉴定设备技术规范》与教育部有关专业教学大纲而设计研制。该软件采用二维与三维结合的虚拟画面，教导学生电工基础知识和用电的安全及急救方法。包含电工初步知识（电工基础、电工仪表使用、导线安全连接、安全用电工具、安全用电标志），触电急救（触电的方式、安全防护措施、接地与接零保护、人工呼吸，心肺复苏等急救方法），风险排除（灭火器类型、灭火器的使用），电工电子基本操作（包括低压电器、电机与变电器、照明电路、电子技术）等4大模块，15个实验单元，72个实验项目。软件以技能为核心，操作步骤为主线，以学生交互训练为主体，具有三维可视化、智能化、全交互的特点，集职业性、情境性、过程性、交互性和灵活性于一身，性价比极高。为职业教育与技能实验、鉴定信息化、现代化提供了丰富的教学资源。

六、本装置能开设的实验项目

（1）锯齿波同步移相触发电路实验

（2）单结晶体管触发电路

（3）正弦波同步移相触发电路实验

（4）TCA785触发电路实验

（5）单相半波可控整流电路实验

（6）单相桥式半控整流电路实验

（7）单相桥式全控整流电路实验

（8）单相桥式有源逆变电路实验

（9）三相半波可控整流电路的研究

（10）三相桥式半控整流电路实验

（11）三相桥式全控整流及有源逆变电路实验

（12）单相交流调压电路实验

（13）三相交流调压电路实验

（14）全控型电力电子器件实验

（15）电力晶体管（GTR）驱动电路的研究

（16）电力晶体管（GTR）的特性研究

（17）功率场效应晶体管(MOSFET)的驱动电路研究

（18）功率场效应晶体管(MOSFET)的主要参数测量

（19）绝缘栅双极型晶体管(IGBT)特性及其驱动电路的研究

（20）直流斩波电路（Buck、Cuk、Boost、Sepic、Buck-Boost、Zeta等六种电路）的性能研究

（21）单相交直交变频电路的性能研究

（22）晶闸管直流调速系统参数和环节特性的测定实验(SCR)

（23）晶闸管直流调速系统主要单元的调试(SCR)

（24）单闭环(电压单闭环、转速单闭环、电流单闭环)不可逆直流调速系统实验(SCR)

（25）双闭环三相异步电机调压调速系统实验(SCR)

（26）双闭环三相异步电机串极调速系统实验(SCR)

（27）SPWM波形成的过程

（28）交直交变频电路在不同负载时的工作情况和波形，并研究工作频率对电路工作波形的影响；

（29）IGBT管专用集成驱动芯片的工作特性。

七、仿真实验

包括功率电机、控制电机、信号电机和变压器 4 个实训单元。

1.功率电机

包括电单相异步电动机、三相异步电动机、直线电机、直流电动机、交直流两用电动机 5 个实训项目。

2.控制电机

包括步进电机、伺服电机、直流无刷电机、开关磁阻电机 4 个实训项目。

3.信号电机

信号电机包括测速发电机、自整角机、旋转变压器 3 个实训项目。

4.变压器

单相变压器、三相变压器、电流互感器、电压互感器、自耦变压器、电焊变压器 6 个实训项目。

5.电力拖动3D仿真教学实训

七、现代电力电子及交直流调速实验装置配置清单

序号	编号	名称	数量	备注
1	DK01	电源控制屏	1件
2	DK02	实验桌	1张
3	DQ03-1	电机导轨、测速系统及数显转速表	1件
4	DQ27	三相可调电阻（每组900Ω*2/0.41A）	1件
5	DK03	晶闸管主电路	1件
6	DK04	三相晶闸管触发电路	1件
7	DK05	晶闸管触发电路	1件
8	DK06	电机调速控制实验（Ⅰ）	1件
9	DK06-1	电机调速控制系统（Ⅱ）	1件
10	DK07	直流斩波实验	1件
11	DK09	新器件特性实验	1件
12	DK10	可调电阻、电容器	1件
13	DK11	单相调压与可调负载	1件
14	DK12	变压器实验	1件
15	DK14	单相交直交变频原理	1件
16	DQ07-1	直流发电机（240W）	1台
17	DQ09	直流他（并)励电动机（185W）	1台
18	DQ11	三相线绕式异步电动机（220V，Y接法）	1台
19	GDQ12	线绕式异步电机转子启动调速电阻箱	1件
20	实验导线	高可靠护套结构手枪插实验连接线及配件	1套
21	学生凳子	提供铁质四脚方凳	2只
22	配套教学数字资源	1.辅助教学仿真3D正版软件 1）电机与变压器仿真教学软件（正版3D软件，有软件著作权，便于升级） 2）电力拖动仿真教学软件（正版3D软件，有软件著作权，便于升级） 3）低压电工作业培训（包含用电安全与触电急救）仿真教学软件（正版3D软件，有软件著作权，便于升级）	提供网络版	实训仿真软件提供30个结点
23	指导书	实验指导书	1套

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