SBDLZ-780E型电力电子及电气传动实验装置

一、 概述

现代电力电子及电气传动实验装置主要完成专业课程：电机原理与电力拖动（电机与电气控制），电力电子技术（功率电子技术），电气传动控制系统（运动控制系统、自动控制系统）、计算机控制的自动化系统等的实验教学工作，应能够担负完成相关实验教学任务，并拥有足够扩展自由度，以适应未来进一步的深化研究要求。

"电力电子及电气传动实验装置"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。

(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）

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；控制屏还设有定时器兼报警记录仪，为学生实验技能的考核提供一个统一的标准。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

现代电力电子及电气传动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：160×70×160 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（均带有过流保护措施）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．交流数字电压表：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．真有效值交流数字电压表一只：测量范围0～500V，四位数字显示，为交流调速系统提供电压指示；

3．真有效值交流数字电流表一只：测量范围0～5A，四位数字显示，为调速系统提供电流的指示；

 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。

2、DK02实验桌

1）实训桌采用四个工业铝型材立柱为支撑，立柱端部可安装调节脚，方便高度调节，主体结构通过左、右各2个C字形铝压成型构件联接，台面高度约800mm，桌面板下设支撑框架，截面尺寸为30×30mm，承受力不少于300kg。立柱采用工业铝型材成型工艺，表面氧化处理，截面尺寸：70×70mm，四面带槽，槽宽约8mm，端部配套塑料堵头，槽内适用工业铝型材通配螺母及配件。C字形铝压成型构件为左、右对称件，采用压铸成型工艺，经机加工、抛丸、喷砂，表面蓝色静电喷涂工艺。

2）实训桌桌面采用25mm麻灰色高密度层压板封边特制，有效提高绝缘等级；

3）实训储物柜采用冷冲压钣金一体成型，封闭式结构，表面静电喷涂；柜体设有门柜用于放置实训挂箱，设有一个抽屉用于放置实训导线和指导书等。

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、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。

10、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。

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功率器件驱动电路实验箱：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。

15、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》（第四版）中相关内容而设计，采用全控型器件 IGBT 管实现 " 斩控式交流调压实验 " 。

16、DK17双闭环H桥DC/DC变换直流调速系统：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。

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、DQ07-1直流发电机(DC220V，240W，n=1500RPM)

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

20、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）

21、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。

22、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。

六、本装置能开设的实验项目

（一）电力电子技术实验项目（晶闸管部分）

1．单结晶体管触发电路

2．锯齿波同步移相触发电路实验

3．正弦波移相触发电路实验

4．TCA785集成触发电路实验

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．单相桥式全控整流及有源逆变电路实验

8．三相半波可控整流电路实验

9．三相桥式半控整流电路实验

10．三相半波有源逆变电路实验

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

（二）电力电子技术（全控型器件特性部分）

1.功率场效应晶体管(MOSFET)的主要参数测量；

2.功率场效应晶体管(MOSFET)的驱动电路研究；

3.绝缘栅双极型晶体管(IGBT)特性及其驱动电路的研究；

4.电力晶体管（GTR）驱动电路的研究；

5.电力晶体管（GTR）的特性研究。

(三）电力电子技术（全控型器件典型线路部分）

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

2.斩控式交流调压电路实验；

3.单相交直交变频电路的性能研究；

4.全桥DC/DC变换电路实验。

（四）直流电机调速实验（直流电机运动控制系统）

1．晶闸管直流调速系统主要单元的调试

2．带电流截止负反馈的转速单闭环直流调速系统实验

3．转速、电流双闭环不可逆直流调速系统实验

4．逻辑无环流可逆直流调速系统实验

5．转速、电流双闭环可逆直流PWM调速系统（H桥、IGBT）

（五）交流电机调速系统实验（交流电机运动控制系统）

1．双闭环三相绕线异步电机调压调速系统实验

2．双闭环三相绕线异步电机串极调速系统实验

七、现代电力电子及电气传动实验装置配置清单