SBDDZ-01型电力电子及电机与电力传动综合实验装置

一、概述

电力电子及电机与电力传动综合实验装置依据高等院校,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。

(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）

(图2：部分实验挂件及电机实物图片展示）

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、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

本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"、"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、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）

（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。

（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）智能交流电压表1只:测量范围：0-500V,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。

2）智能交流电流表1只：测量范围：0-5A, 仪表采用现代化技术，数码中文显示，具备智能化、数字化功能，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、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）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）1.5KW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）实验室智慧用电安全控制系统（不联网时可采用单机运行模式）

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、欠压、失压、功率限定等7大保护功能数值。

（6）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。

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、1024光电测速系统及数显转速表

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一只，带镜面直流电流表±2A一只，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、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。

10、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。

11、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。

12、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。

13、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驱动和保护电路，使学生了解电力电子新器件的驱动特性。主要包括电源、驱动电路、PWM波形发生器。

（1）电源：为驱动电路提供电源，包括±5V、+20V、±15V直流电源。

（2）驱动电路：包括GTR，GTO，MOSFET、IGBT的驱动电路。其中IGBT的驱动电路采用了专用芯片EXB841。

（3）PWM波形发生器：由SG3525为核心的PWM波形发生器主要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 频率调节范围4KHz～10KHz。

14、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》（第五版）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。

15、DK17双闭环H桥DC/DC变换直流脉宽调速系统

通过对四个桥臂上IGBT管的触发控制，来实现对可逆直流他励电机进行调速的目的，主要由三大部分组成，即主回路部分、控制电路部分和调节部分。主回路由直流电源、四种IGBT管组成；控制回路部分由专用芯片产生PWM脉冲波，PWM波脉冲发生器产生的四路控制脉冲，分别驱动四个桥臂的IGBT管；调节部 分由两个PI调节器组成，并通过速度环、电流环构成的反馈回路使电机的转速稳定运行在给定的转速下。本实验箱可完成的实验项目有：（1）、全桥DC/DC 变换电路实验（2）双闭环可逆直流脉宽调速实验。

16、DK21斩控式交流调压电路

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）相关内容而设计，采用全控型器件 MOSFET 管实现 " 斩控式交流调压实验 "。

17、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）。

18、DQ07直流复励发电机(额定功率PN=100W，额定电压UN=200V，额定电流IN=0.5A，额定转速1600r/min，E级绝缘）。

19、DQ09直流并励电动机（额定功率PN=185W，额定电压UN=220V，额定电流IN=1.1A，额定转速nN=1600r/min，E级绝缘。）

20、DK24直流无刷伺服电机控制实验箱1套

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。

21、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，网络版，30个节点）

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，网络版，30个节点）

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）电工作业培训仿真教学软件（包含用电安全与触电急救）（正版3D软件，有软件著作权，网络版，30个节点）

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及单相半波可控整流电路实验

2.单相桥式半控整流电路实验

3.单相桥式全控整流电路实验

4.单相桥式有源逆变电路实验

5.三相半波可控整流电路的研究

6.三相桥式半控整流电路实验

7.三相半波有源逆变电路的研究

8.三相桥式全控整流及有源逆变电路实验

9.单相交流调压电路实验

10.三相交流调压电路实验

11.采用自关断器件的单相交流调压电路研究

12.直流斩波电路(设计性)的性能研究

13.全桥DC/DC变换电路实验

14.单相正弦波（SPWM）逆变电源研究

15.单相交直交变频电路

16.GTR、GTO、MOSFET、IGBT的特性与驱动电路研究

运动控制实验项目

17.晶闸管直流调速系统参数和环节特性的测定

18.晶闸管直流调速系统主要单元调试

19.不可逆单闭环直流调速系统静特性的研究

20.双闭环晶闸管不可逆直流调速系统

21.逻辑无环流可逆直流调速系统

22.双闭环可逆直流脉宽调速系统

23.直流无刷电机调速系统

七、装置配置清单