水师航空大学青岛校区-TWDD-1型 电力电子手艺及电机控制实验装置

一、概述

“TWDD-1型电力电子手艺及电机控制实验装置”依据高等院校新统编课本《电力电子手艺》(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)等实验纲要的要求，吸收海内、外同类产品的优点，思量了实验室的现状和生长趋势，研制而成。在同类产品中结构合理、功效完善、可靠性好、性价比高。

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二、特点
 1、综合性强 本装置综合了现在海内种种学校电力电子、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、顺应性强 能知足种种学校响应课程的实验教学，深度和广度可凭证需要作无邪调解，普及与提高可凭证教学的历程作有机的团结，装置接纳积木式结构，替换便捷，如需要扩展功效或开发新实验，只需添加部件即可。
 3、整套性强 从专用电源、电机及其它实验部件到实验毗连专用导线配套齐全，配套部件的性能、规格等均亲近团结实验的需要举行配套。
 4、直观性强 各实验挂件接纳脱离结构形式，组件面板示意、图线明确，各挂件使命明确，操作、维护利便。
 5、科学性强 装置占地面积少，节约实验用房，镌汰基建投资  ；配套的小电机均经特殊设计，可模拟中小型电机的特征和参数  ；小电机耗电省，节约能源，实验噪声小，整齐雅观，改善实验情形  ；实验内容富厚，设计合理，除了加深理论知识外还可团结现实开设设计性实验。
 6、开放性强 控制屏供电接纳三相隔离变压器隔离，并设有电压型泄电�  ；ぷ爸煤偷缌餍托沟绫  ；ぷ爸�，确保操作者的清静  ；各电源输出均有监示及短路�  ；さ裙π�，各丈量仪表均有可靠的�  ；すπ�，使用清静可靠  ；控制屏还设有准时器兼报警纪录仪，为学生实验手艺的审核提供一个统一的标准。由于整套装置经由全心设计，加上可靠的元器件质量及可靠的工艺作为包管，产品性能优良，所有这些均为开放性实验室，创立了条件。
 7、先进性强 本装置着重重新器件高度来思量，在保存了晶闸管实验的基础上，加入了新器件的特征、新器件的驱动以及典范的新器件应用的大宗现代电力电子手艺实验，让学生对新器件有足够的熟悉和相识，紧跟时代程序。
三、适用规模
 本装置涵盖了各高等院校等所开设的“电力电子手艺(或称半导体变流手艺)”、“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、手艺性能
 1、输入电源: 三相四线(或三相五线 380V±10％ 50HZ)
 2、事情情形: 温度-10℃－+40℃　相对湿度＜85％（25℃） 海拨＜4000m
 3、装置容量：＜1.5KVA
 4、形状尺寸：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�  ；げ椒ィ�
 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�  ；�。

（3）数字式仪表
 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，精度1.0级  ；
 2．真有用值交流数字电压表一只：丈量规模0～500V，量程自动判断、自动切换，精度0.5级，三位半数显，为交流调速系统提供电压指示  ；
 3．真有用值交流数字电流表一只：丈量规模0～5A，量程自动判断、自动切换，精度0.5级，三位半数显，具有超量程告警、指示及切断总电源功效，为调速系统提供电流的指示  ；
 4．直流数字电压表一只：丈量规模0～300V，三位半数显，输入阻抗为10MΩ，精度0.5级，为可逆调速系统提供电压指示  ；
 5．直流数字电流表一只：丈量规模为0～5A，三位半数显，精度0.5级，具有超量程报警、指示、切断总电源等功效，为可逆调速系统提供电流指示。

（4）人身清静�  ；は低�
 三相隔离变压器一组：三相电源首先通过三相泄电�  ；て�，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），对人身清静起到�  ；ぷ饔�。
 电压型泄电�  ；て�1：对隔离变压器前的线路泛起的泄电征象举行�  ；�，使控制屏内的接触器跳闸，切断电源。
 电压型泄电�  ；て�2：对隔离变压器后的线路及实验历程中的接线等泛起的泄电征象举行�  ；�，发出报警信号并切断电源，确保人身清静。
 电流型泄电�  ；ぷ爸茫嚎刂破寥粲行沟缯飨�，泄电流凌驾一定值，即切断电源。
实验毗连线及插座：强、弱电毗连及插座脱离，不可混插。强电毗连线及插座接纳全关闭工艺，使用清静、可靠、防触电。
（5）实验治理器
 具有设定实验时间、准时报警、切断电源等功效  ；还可以自动纪录与区分由于接线或操作过失所造成的泄电告警、仪表超量程告警等。
（6）控制屏其它设施
 控制屏正面大凹槽内，设有两根不锈钢管，可挂置实验部件，凹槽底部设有12芯、10芯、4芯、3芯等插座， 挂件的供电由这些插座提供�？刂破了缴栌械ハ嗳�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。
 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,结构结实，形状似长方体关闭式结构，造形雅观大方  ；设有两个大抽屉、柜门，用于安排工具、存放挂件及资料等。桌面用于装置电源控制屏并提供一个宽敞恬静的事情台面。实验桌还设有四个万向轮和四个牢靠调理机构，便于移动和牢靠，有利于实验室的结构。
 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�  ；ぷ爸�，正、反桥晶闸管可通过外加信号举行触发（留有触发脉冲输入接口），可完成设计性实验  ；设有带镜面细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级各一只清静波电抗器一组。
 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�？椋旱缌鞣聪煊牍鞅  ；ぃ‵BC+FA）、给定器（G）、转速变换器（FBS）、速率调理器（ASR）、反号器（AR）、电流调理器（ACR）、转矩极性判别（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
 提供应定（±15V可调电压输出）、压敏电阻（作为过压�  ；ぴ�，内部已连成三角形接法）、二极管、24V电源及电感。
 11、DK09新器件特征实验
提供SCR、MOSFET、IGBT、GTO 、GTR新器件，与DJK06配套使用，可测定其特征曲线  ；与DJK12配套使用，可完成电力电子新器件的驱动特征实验。
 12、DK10可调电阻、电容箱
 提供耐压AC63V的可调电容三组，调理规模为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，为响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，为响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征实验提供驱动和�  ；さ缏�，使学生相识电力电子新器件的驱动特征。主要包括电源、驱动电路、PWM波形爆发器。
 （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的驱动电路接纳了专用芯片EXB841。
 （3）PWM波形爆发器：由SG3525为焦点的PWM波形爆发器主要为新器件驱动电路提供PWM驱动波形  ；可以通过频率调理旋钮举行频率调理  ；通过占空比电位器来调理PWM波的占空比  ；频率规模分为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，频率调理规模4KHz～10KHz  ；低频档是为GTR和GTO驱动电路提供PWM波形，频率调理规模400Hz～1KHz  ；占空比均能从0%调至100%。
 16、DK14单相交直交变频原理
 凭证通俗高等教育“九五”重点课本，王兆安、黄俊主编的《电力电子手艺》(第四版)的相关内容举行开发，用于展示交直交变频原理，主要让学生相识SPWM正弦波脉宽调制信号的形成要领，相识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波形成的历程  ；2、交直交变频电路在差别负载（电阻，电感和电机）时的事情情形和波形，并研究事情频率对电路事情波形的影响  ；3、IGBT管专用集成驱动芯片的事情特征。
 17、DK15自控原理实验
 提供稳压电源、交/直流数字电压表、低频函数信号爆发器、六位数显频率计、阶跃信号爆发器及典范的控制环节（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、延迟等种种电路）等。
 18、DK16自控原理实验
 提供稳压电源、阶跃信号爆发器、典范的控制环节（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、延迟等种种电路）及自由布线区（以便自由组合实验线路举行实验）
 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举行调速的目的，主要由三大部分组成，即主回路部分、控制电路部分和调理部分。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爆发PWM脉冲波，PWM波脉冲爆发器爆发的四路控制脉冲，划分驱动四个桥臂的IGBT管  ；调理部分由两个PI调理器组成，并通过速率环、电流环组成的反响回路使电机的转速稳固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�？椋捍シ⒀≡衿鳎═S）、绝对值放大器（GAB）、电流符号选择器（CSS）、电压调理器（AVR）、零速封闭器（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  ；控制电路接纳专用PWM控制集成电路SG3525，接纳恒频脉宽调制控制计划�？赏瓿伞翱氐缏吩诳酚氡栈废赂涸靥卣鞯牟馐浴币约啊暗缭吹缪共ǘ允涑龅挠跋臁钡仁笛槟谌�。
 22、DK20直流斩波实验
 凭证西安交通大学王兆安教授和黄俊教授主编的《电力电子手艺》(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接纳专用的PWM控制集成电路SG3525�？赏瓿煽伪局薪笛拐恫ǖ缏罚˙uck 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斩波电路六种典范实验。
 23、DK21斩控式交流调压电路
 凭证西安交大王兆安教授和黄俊教授主编的《电力电子手艺》(第四版)中相关的内容而设计的，接纳全控型器件IGBT管实现“斩控式交流调压实验”。
 24、DK22单相调压/调功电路
 凭证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。接纳的电力电子器件为双向晶闸管，在交流调压实验中接纳由双向触发二极管组成触发控制电路  ；在交流调功实验中接纳由555时基电路组成触发控制电路。
 25、DK23单端反激式隔脱离关电源
 输入交流电压规模为50V～200V，输出为三组直流电源，划分为+5V、5A  ；+12V、1A  ；-12V、1A，在输入交流电压和直流输出负载转变时输出电压的转变率小于0.3%。
 26、DK24　PS-ZVS-PWM软开关手艺
 主要包括H桥电路、控制电路和稳压反响电路。用于展现移相零电压开关的电路结构和事情原理。H桥电路有四只MOSFET管组成，控制电路接纳全桥软开关电源移相PWM控制芯片UCC3895和驱动芯片HIP4081，稳压反响电路由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�？刂频缏方幽晒β室蚴刂菩酒琔CC3817N和外围元器件组成,最大输出功率为100W（200V±5%，0.5A），事情频率为100KHz。接纳�？榛杓�，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，功率栅极控制信号视察
 (5) 整流电路有源功率因数校正电路的性能测试
 28、DK26单端电流反响他激式隔脱离关电源
 接纳专用集成电路UC3844作PWM控制器，可直接驱动MOSFET功率场效应管。通过与直流可调电源、负载的配合可展示电路原理，各点波形测试，输入电压和负载改变时的波形转变和性能测试等项目。
 29、DK27升、降压与复合斩波电路
 通过PWM控制器与两个IGBT三极管，两个二极管的简朴联络，配以发电机、电念头的组合负荷，用双踪示波器能展示降压电路的第一象限电压-电流图，升压电路的第二象限电压-电流图，复合电路的第一、第二象限电压－电流图。同时能展示以上三种状态下的续流、临界断流、断流时的电压、电流波形(改变输入电压、改变PWM脉宽、改变负荷电机力矩)。并可简朴的联络成升、降压与复合电路，由于结构上的特点，实验还可演示斩波电路电机负荷能耗制动、回馈制动等的实验效果。
 30、DK28三相异步电机变频调速控制
 针对现在工业用变频器只能对输入信号及输出的效果举行视察，无法得知其内部的详细事情历程的弱点，开发本实验装置，着重从“变频原理”出发，通过实验让学生相识整个变频的历程。
 提供三相正弦波脉宽调制（SPWM）、马鞍波（PWM）、三相空间电压矢量脉宽调制（SVPWM）三种变频实验方法，面板上设有响应的测试点，可利便地用示波器举行视察。别的，面板上设计有盘算机接口，可与盘算机联机举行实验，还留有可编程控制器（PLC）接口。
 31、DK29单相智能功率、功率因数表
 由24位专用DSP、16位高精度AD转换器和高速MPU单位设计尔成，通过键控、数显窗口实现人机对话功效控制模式。软件上接纳RTOS设计思绪，同时配有PC监控软件来增强剖析能力。能丈量电路的功率、功率因数。功率丈量精度为1.0级，功率因数丈量规模0.3-1.0，电压电流量程为450V和5A，能自动判别负载性子（感性显示“L”，容性显示“C”，纯电阻不显示），并可存储丈量数据，供随时查阅。
 32、DQ07-1直流发电机(220W)
 33、DQ09直流并励电念头
34、DQ11三相线绕式异步电念头
 35、DK30线绕式异步电机转子专用箱
 36、DQ17单相电阻启动异步电念头
 37、DQ20三相鼠笼异步电念头
 38、实验毗连线：凭证差别实验项目的特点，配备两种差别的实验联接线，强电部分接纳高可靠护套结构手枪插毗连线（不保存任何触电的可能），内里接纳无氧铜抽丝而成头发丝般细的多股线，抵达超软目的，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，插头接纳实芯铜质件外衣铍轻铜弹片，接触清静可靠  ；弱电部分接纳弹性铍轻铜裸露结构联接线，两种导线都只能配合响应内孔的插座，这样大大提高了实验的清静及合理性。

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六、本装置能开设的实验项目（所列器材所有设置时）

（一）电力电子手艺实验项目

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）特征实验

17．可关断晶闸管（GTO）特征实验

18．功率场效应管（MOSFET）特征实验

19．电力晶体管（GTR）特征实验

20．绝缘双极型晶体管（IGBT）特征实验

21．可关断晶闸管（GTO）驱动与�  ；さ缏肥笛�

22．功率场效应管（MOSFET）驱动与�  ；さ缏肥笛�

23．电力晶体管（GTR）驱动与�  ；さ缏肥笛�

24．绝缘双极型晶体管（IGBT）驱动与�  ；さ缏肥笛�

（二）典范电力电子器件线路实验
 1．单相正弦波脉宽调制（SPWM）逆变电路实验
 2．全桥DC/DC变换电路实验
 3．半桥型开关稳压电源的性能研究
 4．单端反激式隔脱离关电源实验
 5．单端电流反响他激式隔脱离关电源实验
 6．直流斩波电路的性能研究（降压斩波电路、升压斩波电路、升降压斩波的电路、Cuｋ斩波电路、Sepic斩波电路、Zeta斩波电路）
 7．升、降压与复合斩波电路实验
 8．单相斩控式交流调压电路实验
 9．整流电路有源功率因数校正实验
 10．软开关手艺实验
（三）直流电机调速实验
 1．晶闸管直流调速系统参数和环节特征的测定实验
 2．晶闸管直流调速系统主要单位的调试
 3．单闭环不可逆直流调速系统实验
 4．双闭环不可逆直流调速系统实验
 5．逻辑无环流可逆直流调速系统实验
 6．三闭环错位选触无环流可逆直流调速系统实验
 7．双闭环控制的直流脉宽调速系统（H桥、IGBT）
（四）变频原理实验
 1．三相正弦波脉宽调制（SPWM）变频原理实验
 2．三相马鞍波（三次谐波注入）脉宽调制变频原理实验
 3．三相空间电压矢量SVPWM变频原理实验
 4．SPWM调制方法下V/F曲线测定
 5．马鞍波调制方法下V/F曲线测定
 6．空间电压矢量调制方法下V/F曲线测定
 7．差别的变频模式下磁通轨迹视察实验
（五）交流电机调速系统实验
 1．双闭环三相异步电机调压调速系统实验
 2．双闭环三相异步电机串极调速系统实验
 3．单相正弦波脉宽调制SPWM变频调速系统实验
 4．三相正弦波脉宽调制（SPWM）变频调速系统实验
 ——可联盘算机举行实验，还留有可编程控制器（PLC）接口
 5．三相马鞍波脉宽调制变频调速系统实验
 ——可联盘算机举行实验，还留有可编程控制器（PLC）接口
 6．三相空间电压矢量SVPWM变频调速系统实验
 ——可联盘算机举行实验，还留有可编程控制器（PLC）接口
(六) 自控原理实验项目

1．控制系统典范环节的模拟

2．一阶系统的时域响应及参数测定

3．二阶系统的瞬态响应剖析

4．三阶系统的瞬态响应及稳固性剖析

5．PID控制器的动态性能

6．控制系统的动态校正

7．典范环节频率特征的测试

8．线性系统频率特征的测试

9．信号的采样与恢复

10．典范的非线性环节的模拟

11．非线性系统的相平面剖析

七、装置的结构和价钱：

序号

编号

名 称

数目

单价（元）

备注

1

DK01

电源控制屏

1件

11800

*

2

DK02

实验桌

1张

2235

*

3

DQ03-1

不锈钢电机导轨、光码盘测速系统（配日本欧姆龙1024光电编码器）及数显转速表

1件

4700

*

4

DQ27

三相可调电阻（每组900Ω*2/0.41A）

1件

840

*

5

DK03

晶闸管主电路

1件

3456

*

6

DK04

三相晶闸管触发电路

1件

3390

*

7

DK05

晶闸管触发电路

1件

3225

*

8

DK06

电机调速控制实验（Ⅰ）

1件

4580

*

9

DK07

直流斩波电路

1件

2345

*

10

DK08

给定及实验器件

1件

1300

*

11

DK09

新器件特征实验

1件

2500

*

12

DK10

可调电阻、电容箱

1件

900

*

13

DK11

单相调压与可调负载

1件

960

*

14

DK12

变压器实验

1件

2000

*

15

DK13

功率器件驱动电路实验箱

1件

3500

16

DK14

单相交直交变频原理

1件

3280

17

DK15

自控原理实验（Ⅰ）

1件

3710

18

DK16

自控原理实验（Ⅱ）

1件

2125

19

DK17

双闭环H桥DC/DC变直流调速系统

1件

3390

20

DK18

电机调速控制系统（Ⅱ）

1件

3280

21

DK19

半桥型开关稳压电源

1件

1800

22

DK20

直流斩波实验（六种典范线路）

1件

1800

23

DK21

斩控式交流调压电路

1件

1800

24

DK22

单相调压/调功电路

1件

1570

25

DK23

单端反激式隔脱离关电源

1件

1145

26

DK24

PS-ZVS-PWM软开关手艺

1件

2500

27

DK25

整流电路有源功率因数校正

1件

1650

28

DK26

单端电流反响他激式隔脱离关电源

1件

1180

29

DK27

升、降压与复合斩波电路

1件

1780

30

DK28

三相异步电机变频调速控制

1件

9000

31

DK29

单相智能功率、功率因数表

1台

2290

32

DQ07-1

直流发电机（220W）

1台

1440

*

33

DQ09

直流并励电念头

1台

1440

*

34

DQ11

三相线绕式异步电念头

1台

1700

*

35

DK30

线绕式异步电机转子专用箱

1件

360

*

36

DQ17

单相电阻起动异步电念头

1台

660

37

DQ20

三相鼠笼式异步电念头

1台

546

38

TW06

高可靠护套结构手枪插实验毗连线及配件

1套

900

*

注：*为基本设置选择项，其他项目凭证学校需要完成的实验内容自行选择。