电力电子技术及电机实验台 电机及电力电子实验台 电机实训室设备

　　一、概述

　　“ZRDD-1型电力电子技术及电机控制实验装置”依据高等院校统编教材《电力电子技术》(第四版)(西安交通大学王兆安编著)、《电力拖动自动控制系统》（第三版）(上海大学陈伯时编著)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。

　　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”、“交流调速”、“电机控制”、“电力拖动自动控制系统”及“控制理论”等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：187.3×72.5×162.2 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，铝质面板）

　　（1）交流电源（均带有过流保护措施）

　　提供交流电源：直流调速档为三相交流电200V/3A

　　交流调速档为三相交流电240V/3A

　　（2）高压直流电源

　　励磁电源：220V（0.5A），具有输出短路保护。

　　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不锈钢电机导轨、光码盘测速系统（日本欧姆龙1024光电编码器）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，分成正、反桥两组，每只晶闸管均设有保护装置，正、反桥晶闸管可通过外加信号进行触发（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

　　提供单结晶体管触发电路、正弦波同步移相触发电路、锯齿波同步移相触发电路、单相交流调压触发电路及单相并联逆变触发电路共五种触发电路。

　　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）、转矩极性鉴别（DPT）、零电平检测（DPZ）及逻辑控制器（DLC）。

　　9、DK07直流斩波电路

　　主要由斩波器触发电路及斩波主电路两大部分组成。

　　10、DK08给定及实验器件

　　提供给定（±15V可调电压输出）、压敏电阻（作为过压保护元件，内部已连成三角形接法）、二极管、24V电源及电感。

　　11、DK09新器件特性实验

　　提供SCR、MOSFET、IGBT、GTO 、GTR新器件，与DJK06配套使用，可测定其特性曲线；与DJK12配套使用，可完成电力电子新器件的驱动特性实验。

　　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0.1～11.37uF，0～999KΩ十进制可调电阻两组。

　　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和逆变变压器各一组。

　　15、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、GTR和GTO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；占空比均能从0%调至。

　　16、DK14单相交直交变频原理

　　根据普通高等教育“九五”重点教材，王兆安、黄俊主编的《电力电子技术》(第四版)的相关内容进行开发，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，电感和电机）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、DK15自控原理实验

　　提供稳压电源、交/直流数字电压表、低频函数信号发生器、六位数显频率计、阶跃信号发生器及典型的控制环节（比例环节、惯性环节、积分环节、超前滞后校正环节，还可以组成微分、延迟等各种电路）等。

　　18、DK16自控原理实验

　　提供稳压电源、阶跃信号发生器、典型的控制环节（比例环节、惯性环节、积分环节、超前滞后校正环节，还可以组成微分、延迟等各种电路）及自由布线区（以便自由组合实验线路进行实验）

　　19、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。

　　20、DK18电机调速控制实验（Ⅱ）

　　提供以下模块：触发选择器（TS）、值放大器（GAB）、电流符号选择器（CSS）、电压调节器（AVR）、零速封锁器（DZS）及电压隔离器（TVD）。与“DK06”配合使用完成“三闭环错位选触无环流可逆直流调速系统实验”。

　　21、DK19半桥型开关稳压电源

　　提供了半桥型开关稳压电源的主电路和控制电路，主电路中的电力电子器件为电力MOSFET管；控制电路采用专用PWM控制集成电路SG3525，采用恒频脉宽调制控制方案。可完成“开关电路在开环与闭环下负载特性的测试”以及“电源电压波动对输出的影响”等实验内容。

　　22、DK20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》(第四版)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。

　　23、DK21斩控式交流调压电路

　　根据西安交大王兆安教授和黄俊教授主编的《电力电子技术》(第四版)中相关的内容而设计的，采用全控型器件IGBT管实现“斩控式交流调压实验”。

　　24、DK22单相调压/调功电路

　　根据西安交通大学王兆安教授和黄俊教授主编的相关内容而设计的，实现

　　单相交流调压和交流调功的实验内容。采用的电力电子器件为双向晶闸管，在交流调压实验中采用由双向触发二极管构成触发控制电路；在交流调功实验中采用由555时基电路组成触发控制电路。

　　25、DK23单端反激式隔离开关电源

　　输入交流电压范围为50V～200V，输出为三组直流电源，分别为+5V、5A；+12V、1A；-12V、1A，在输入交流电压和直流输出负载变化时输出电压的变化率小于0.3%。

　　26、DK24PS-ZVS-PWM软开关技术

　　主要包括H桥电路、控制电路和稳压反馈电路。用于展现移相零电压开关的电路结构和工作原理。H桥电路有四只MOSFET管组成，控制电路采用全桥软开关电源移相PWM控制芯片UCC3895和驱动芯片HIP4081，稳压反馈电路由TL431等元件组成。

　　27、DK25整流电路有源功率因数校正

　　主要有整流电路、升压变换器、控制电路三部分组成。控制电路采用功率因数控制芯片UCC3817N和外围元器件组成,输出功率为100W（200V±5%，0.5A），工作频率为100KHz。采用模块化设计，通过适当的连线可以完成下列实验项目：

　　(1) 无滤波电容的整流电路带纯阻性负载的测试

　　(2) 有滤波电容的整流电路带纯阻性负载的测试

　　(3) 整流电路有源功率因数校正的测试

　　(4) 控制电路的波形测试，功率栅极控制信号观察

　　(5) 整流电路有源功率因数校正电路的性能测试

　　六、本装置能开设的实验项目（所列器材全部配置时）

　　（一）电力电子技术实验项目

　　1．单结晶体管触发电路

　　2．正弦波同步移相触发电路实验

　　3．锯齿波同步移相触发电路实验

　　4．单相半波可控整流电路实验

　　5．单相桥式半控整流电路实验

　　6．单相桥式全控整流及有源逆变电路实验

　　7．三相半波可控整流电路实验

　　8．三相桥式半控整流电路实验

　　9．三相半波有源逆变电路实验

　　10．三相桥式全控整流及有源逆变电路实验

　　11．单相并联逆变电路实验

　　12．单相交流调压电路实验

　　13．单相交流调功电路实验

　　14．三相交流调压电路实验

　　15．直流斩波电路原理实验

　　16．单向晶闸管（SCR）特性实验

　　17．可关断晶闸管（GTO）特性实验

　　18．功率场效应管（MOSFET）特性实验

　　19．电力晶体管（GTR）特性实验

　　20．绝缘双极型晶体管（IGBT）特性实验

　　21．可关断晶闸管（GTO）驱动与保护电路实验

　　22．功率场效应管（MOSFET）驱动与保护电路实验

　　23．电力晶体管（GTR）驱动与保护电路实验

　　24．绝缘双极型晶体管（IGBT）驱动与保护电路实验