TWPE-1型 電力電子技術(shù)綜合實(shí)訓(xùn)裝置

一、概述

電力電子及電機(jī)拖動(dòng)綜合實(shí)訓(xùn)裝置主要是用于機(jī)電及自動(dòng)化各專業(yè)的如下專業(yè)課程：電機(jī)原理與電力拖動(dòng)（電機(jī)與電氣控制），電力電子技術(shù)（功率電子技術(shù)），電氣傳動(dòng)控制系統(tǒng)（運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)）等的實(shí)驗(yàn)教學(xué)工作，應(yīng)能夠擔(dān)負(fù)完成相關(guān)實(shí)驗(yàn)教學(xué)任務(wù)，并擁有足夠擴(kuò)展自由度，以適應(yīng)未來進(jìn)一步的深化研究要求。

（圖片供參考，以配置的實(shí)物為準(zhǔn)）

二、產(chǎn)品特點(diǎn)

1、采用固定式模塊（負(fù)載、交直流電源、質(zhì)量重的模塊采用固定式結(jié)構(gòu)）和掛箱式模塊相結(jié)合的獨(dú)特結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，不僅減少了老師實(shí)驗(yàn)前的準(zhǔn)備工作強(qiáng)度，也為實(shí)驗(yàn)臺(tái)功能的擴(kuò)展提供了方便。

2、該實(shí)驗(yàn)臺(tái)在完成傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的同時(shí)，突出對現(xiàn)代電力電子器件和現(xiàn)代控制理論的研究。整個(gè)現(xiàn)代電力電子、電氣傳動(dòng)實(shí)驗(yàn)及電機(jī)拖動(dòng)實(shí)驗(yàn)。

學(xué)生通過完成以上實(shí)驗(yàn)，能對各種器件在不同的場合的應(yīng)用有了深刻的了解，對目前流行的各種線路均能熟練掌握，直至能夠獨(dú)立地設(shè)計(jì)各種線路甚至系統(tǒng)。

3、實(shí)驗(yàn)裝置設(shè)置了完善的人身安全和設(shè)備安全保護(hù)功能。設(shè)備的交流電源的輸出設(shè)計(jì)了過流保護(hù)功能，并在各觸發(fā)脈沖觀察孔端設(shè)有高壓保護(hù)電路，功率器件設(shè)有安全保護(hù)線路。為了不使強(qiáng)電信號(hào)加入弱電電路中，采用了三種實(shí)驗(yàn)導(dǎo)線，使學(xué)生接線時(shí)高低壓線路不會(huì)插錯(cuò)，而導(dǎo)致低壓電路的損壞。

4、實(shí)驗(yàn)裝置設(shè)置了完善的人身安全和設(shè)備安全保護(hù)功能。設(shè)備的交流電源的輸出設(shè)計(jì)了過流保護(hù)功能，并在各觸發(fā)脈沖觀察孔端設(shè)有高壓保護(hù)電路，功率器件設(shè)有安全保護(hù)線路。為了不使強(qiáng)電信號(hào)加入弱電電路中，采用了三種實(shí)驗(yàn)導(dǎo)線，使學(xué)生接線時(shí)高低壓線路不會(huì)插錯(cuò)，而導(dǎo)致低壓電路的損壞。

5、實(shí)驗(yàn)電機(jī)：采用的實(shí)驗(yàn)電機(jī)功率在100-200W之間，均經(jīng)過特殊設(shè)計(jì)，其參數(shù)和特性可模擬中小型電機(jī)。

三、產(chǎn)品技術(shù)條件

1、整機(jī)容量：＜1.5kVA；

2、工作電源：～3N/380V/50Hz/3A；

3、尺    寸：1565mm*720mm*1650mm

4、重    量：＜150kg

四、完成的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目

1.電力電子技術(shù)（晶閘管部分）

1）單結(jié)晶體管觸發(fā)電路及單相半波可控整流電路實(shí)驗(yàn)

2）正弦波觸發(fā)電路實(shí)驗(yàn)

3）鋸齒波同步移相觸發(fā)電路實(shí)驗(yàn)

4）單相橋式半控整流電路實(shí)驗(yàn)

5）單相橋式全控整流電路實(shí)驗(yàn)

6）單相橋式有源逆變電路實(shí)驗(yàn)

7）三相半波可控整流電路的研究

8）晶閘管三相半波有源逆變電路的研究

9）三相橋式半控整流電路實(shí)驗(yàn)

10）三相橋式全控整流及有源逆變電路實(shí)驗(yàn)

11）單相交流調(diào)壓電路實(shí)驗(yàn)

12）三相交流調(diào)壓電路實(shí)驗(yàn)

2.電力電子技術(shù)（全控型器件特性部分）

1）功率場效應(yīng)晶體管(MOSFET)的主要參數(shù)測量

2）功率場效應(yīng)晶體管(MOSFET)的驅(qū)動(dòng)電路研究

3）絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)特性及其驅(qū)動(dòng)電路的研究

4）電力晶體管（GTR）驅(qū)動(dòng)電路的研究

5）電力晶體管（GTR）的特性研究

3.電力電子技術(shù)（全控型器件典型線路部分）

1）直流斬波電路（Buck、Cuk、Boost、Sepic、Buck-Boost、Zeta等六種電路）的性能研究

2） 斬控式交流調(diào)壓電路實(shí)驗(yàn)

3）單相交直交變頻電路的性能研究

4）采用自關(guān)斷器件的單相交流調(diào)壓實(shí)驗(yàn)

5）全橋DC/DC變換電路實(shí)驗(yàn)

4.直流調(diào)速系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)

1）晶閘管直流調(diào)速系統(tǒng)參數(shù)和環(huán)節(jié)特性的測定

2）晶閘管直流調(diào)速主要單元調(diào)試

3）不可逆單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)靜特性的研究

4）雙閉環(huán)晶閘管不可逆直流調(diào)速系統(tǒng)

5）邏輯無環(huán)流可逆直流調(diào)速系統(tǒng)

6）雙閉環(huán)控制的直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)(PWM)

5.交流調(diào)速實(shí)驗(yàn)

1）雙閉環(huán)三相異步電機(jī)調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)

2）雙閉環(huán)三相異步電機(jī)串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)

五、產(chǎn)品技術(shù)功能說明

1、實(shí)驗(yàn)臺(tái)的安全保護(hù)說明

1）設(shè)備的人身安全保護(hù)

◆三相隔離變壓器的浮地保護(hù),將實(shí)驗(yàn)用電與電網(wǎng)完全隔離，對人身安全起到有效的保護(hù)作用；

◆三相電源輸入端設(shè)有電流型漏電保護(hù)器，設(shè)備的漏電流大于30mA即可斷開開關(guān)，符合國家標(biāo)準(zhǔn)對低壓電器安全的要求；

◆三相隔離變壓器的輸出端設(shè)有電壓型漏電保護(hù)，一旦實(shí)驗(yàn)臺(tái)有漏電壓將會(huì)自動(dòng)保護(hù)跳閘。

◆強(qiáng)電實(shí)驗(yàn)導(dǎo)線采用全塑封閉型手槍式導(dǎo)線，導(dǎo)線內(nèi)部為無氧銅抽絲而成發(fā)絲般細(xì)的多股線，質(zhì)地柔軟，護(hù)套用粗線徑、防硬化化學(xué)制品制成，插頭采用實(shí)芯銅質(zhì)件，避免學(xué)生觸摸到金屬部分而引起的雙手帶電操作觸電的可能。

2）設(shè)備的安全保護(hù)體系

◆三相交流電源輸出設(shè)有電子線路及保險(xiǎn)絲雙重過流及短路保護(hù)功能，其輸出電流大于3A即可斷開電源，并告警指示；

◆晶閘管的門陰極和各觸發(fā)電路的觀察孔設(shè)有高壓保護(hù)功能，避免學(xué)生誤接線；

◆實(shí)驗(yàn)臺(tái)采用三種實(shí)驗(yàn)導(dǎo)線，相互間不能互插，強(qiáng)電采用全塑型封閉安全實(shí)驗(yàn)導(dǎo)線，弱電采用金屬裸露實(shí)驗(yàn)導(dǎo)線（其實(shí)芯銅直徑大于強(qiáng)電導(dǎo)線），觀察孔采用2＃實(shí)驗(yàn)導(dǎo)線，避免了學(xué)生誤操作將強(qiáng)電接到弱點(diǎn)的可能；

◆實(shí)驗(yàn)臺(tái)交直流電源設(shè)有過流保護(hù)功能。

2、控制屏技術(shù)說明

1）BOHPE-02實(shí)驗(yàn)桌

實(shí)驗(yàn)桌為鋁合金結(jié)構(gòu)，桌面采用高密度度防腐防火板。造型美觀大方，設(shè)有兩只抽屜和存放柜，用于置放工具，掛箱及資料等。實(shí)驗(yàn)桌設(shè)有四個(gè)輪子，便于移動(dòng)和固定，有利于實(shí)驗(yàn)室布置。

2）BOHPE-01電源控制屏

◆ 三相交流電源：通過工業(yè)旋鈕波段開關(guān)切換分別輸出三相220V和240V交流電源，給直流調(diào)速和交流調(diào)速提供輸入電源，帶過流保護(hù)。該電源經(jīng)過電流型漏電保護(hù)、三相隔離變壓器、電壓型漏電保護(hù)等安全保護(hù)電路后供學(xué)生實(shí)驗(yàn)用電。配有電源智能保護(hù)器采用高可靠性MCU設(shè)計(jì)，具有缺相、欠壓、過壓、漏電、過流、短路、浪涌保護(hù)功能可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)重合閘功能；漏電保護(hù)設(shè)定范圍可設(shè)置，漏電保護(hù)動(dòng)作時(shí)間不大于0.1s；過壓保護(hù)范圍可設(shè)定，過壓保護(hù)動(dòng)作時(shí)間不超過5s；過流保護(hù)范圍可設(shè)定，過流保護(hù)動(dòng)作時(shí)間不超過5s；短路保護(hù)電路為三倍的額定電路，過流保護(hù)動(dòng)作時(shí)間不超過0.1s；保護(hù)裝置具有防雷擊功能，L與N間高壓脈沖測試2KV不產(chǎn)生誤動(dòng)作；故障信息可保存不少于999個(gè)；運(yùn)行狀態(tài)及故障狀態(tài)均有指示燈指示，可顯示實(shí)時(shí)電壓、電流、漏電流等參數(shù)，具有聲光報(bào)警功能；具有參數(shù)修改設(shè)置按鍵便于現(xiàn)場修改設(shè)置保護(hù)參數(shù)；能夠?qū)崿F(xiàn)有遠(yuǎn)程DI及DO功能可用于遠(yuǎn)程控制電源及電源控制柜門打開檢測報(bào)警；主控裝置可具有RS485接口能夠?qū)崿F(xiàn)多設(shè)備連接通信。保護(hù)器具有CQC認(rèn)證，執(zhí)行GB 10963.1-2005標(biāo)準(zhǔn)；設(shè)備支持云系統(tǒng)遠(yuǎn)程監(jiān)控功能，可查看遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)曲線顯示，保護(hù)參數(shù)在線設(shè)置等功能，并可遠(yuǎn)程控制電源打開及關(guān)閉等功能，配有無線/有線控制模塊，可以通過監(jiān)控軟件監(jiān)視電源，并可以對設(shè)備進(jìn)行斷電/啟動(dòng)控制，配置4路輸入可以控制繼電器工作。

3）ME-01A輔助功能屏

◆電機(jī)勵(lì)磁電源

提供一組直流電機(jī)勵(lì)磁電源，具有獨(dú)立電源開關(guān)并配有一只數(shù)字電壓表。

◆電抗器：提供直流調(diào)速實(shí)驗(yàn)中需要的平波電抗器及RC濾波，平波電抗器采用中心抽頭方式，分別為50mH、100mH、200mH、700mH.在電流小于1.5A 時(shí)保持線性。電抗器還能作為電力電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)中的電感負(fù)載。

◆直流電源

（1）+24V/3A直流穩(wěn)壓電源各一路；

（2）提供給定（±15V可調(diào)電壓輸出）；

◆三相組式變壓器

原邊220V/0.35A，副邊55V/1.4A。

◆三相變壓器：作為串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)和有源逆變線路中的逆變變壓器。

◆三相可調(diào)電阻：提供可調(diào)電阻90-1000/1A一組，供發(fā)電機(jī)負(fù)載電阻和其它實(shí)驗(yàn)阻性負(fù)載用以及作為電機(jī)起動(dòng)電阻用。

4）其它：提供多功能單相三芯電源插座2只。

3、常用實(shí)驗(yàn)部件的技術(shù)說明

1）YB12數(shù)字單相功率、功率因數(shù)表

提供能測量電路的電壓、電流、功率因數(shù)、頻率、視在功率、有功功率、無功功率。功率測量精度為0.5級(jí)，功率因數(shù)測量范圍0.3～1.0，電壓電流量程為0-500V/0-5A（從0V/A起可測）。具有抗干擾功能。能自動(dòng)判別負(fù)載性質(zhì)（感性顯示"L"，容性顯示"C"，純電阻不顯示）。帶RS485通訊協(xié)議。內(nèi)置TVS保護(hù)電路；通信地址即通信波特率可通過輕觸面板按鍵修改/查詢信地址0位廣播地址，非常方便學(xué)生實(shí)驗(yàn)時(shí)學(xué)習(xí)通訊實(shí)驗(yàn)，可使用地址為1~255，通信波特率可選擇為1200bps、2400bps、4800bps、9600bps、19200bps。

2）BOHPE-10A晶閘管觸發(fā)電路Ⅰ組件

提供單結(jié)晶體管觸發(fā)電路、TCA785集成觸發(fā)電路，鋸齒波同步觸發(fā)電路、正弦波同步觸發(fā)電路引出各觀察孔，使學(xué)生能夠直觀的了解各種觸發(fā)電路的工作原理過程，每個(gè)觸發(fā)電路的觸發(fā)信號(hào)分別已經(jīng)連到對應(yīng)的晶閘管，操作方便安全。

3）BOHPE-11A三相觸發(fā)電路Ⅰ組件

觸發(fā)電路：采用數(shù)字集成電路，抗干擾能力強(qiáng)，三相脈沖間隔均勻，一致性好，產(chǎn)生雙窄脈沖，脈沖移相范圍為0－160°。在面板上可觀察三相同步電壓的六個(gè)脈沖波形，并通過“Uct”端對a角進(jìn)行控制。另有兩脈沖控制端“Ublr”、和”Ublf”，分別對I、II組脈沖放大電路進(jìn)行控制并配有電流反饋與過流保護(hù)，可用于電流閉環(huán)實(shí)驗(yàn)。

4）BOHPE-12三相晶閘管主回路組件

主回路：由12只可控硅，RC吸收回路組成?？煽毓璨捎蒙虾Ｕ髌鲝S生產(chǎn)的6A/800V金屬封裝，過載能力強(qiáng)、可靠性高、干擾能力強(qiáng)的可控硅。觸發(fā)電路通過琴鍵按鈕進(jìn)行控制。

直流電壓表：提供測量范圍±300V電壓表1只。

直流電流表：提供測量范圍±2A電流表1只。

5）BOHPE-13A電機(jī)調(diào)速控制電路Ⅰ

提供以下模塊：反號(hào)器、零封鎖器、給定電壓、轉(zhuǎn)速變換、轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器單元和電流調(diào)節(jié)器單元。配有調(diào)節(jié)器的反饋電阻、電容，實(shí)驗(yàn)時(shí)可以靈活改變系統(tǒng)的參數(shù)，觀測不同的參數(shù)對系統(tǒng)穩(wěn)定性及相應(yīng)時(shí)間等影響；更可以讓學(xué)生從調(diào)速系統(tǒng)的各種參數(shù)(如電機(jī)的機(jī)電時(shí)間常數(shù)等)出發(fā)對調(diào)節(jié)器的放大倍數(shù)及積分時(shí)間的參數(shù)分別設(shè)計(jì)，同時(shí)進(jìn)行實(shí)際結(jié)果的驗(yàn)證，從而完成設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)。

6）BOHPE-13B電機(jī)調(diào)速控制實(shí)驗(yàn)II

提供以下模塊：轉(zhuǎn)矩極性鑒別(DPT)、零電平檢測(DPZ)及邏輯控制器(DLC)，與13A配合使用完成邏輯無環(huán)流可逆直流調(diào)速系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。

7）BOHPE-14功率器件

此實(shí)驗(yàn)箱實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目除含MOSFET、IGBT等器件的驅(qū)動(dòng)電路和開關(guān)特性研究外,還可對快恢復(fù)二極管、高速光耦、電感等在電力電子線路中的應(yīng)用進(jìn)行分析。面板設(shè)計(jì)時(shí)，留有較多的波形觀察孔，通過改變線路參數(shù)，方便學(xué)生分析各工作點(diǎn)的情況以及了解參數(shù)改變對器件特性的變化。線路設(shè)計(jì)時(shí)，遵循先易后難，先分離后集成的原則，挑選了幾種常見的、比較具有實(shí)用價(jià)值的驅(qū)動(dòng)電路，使學(xué)生可學(xué)以致用。

8）BOHPE-14A功率器件II

此實(shí)驗(yàn)箱實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目除含GTR、GTO等器件的驅(qū)動(dòng)電路和開關(guān)特性研究外,還可對快恢復(fù)二極管、高速光耦、電感等在電力電子線路中的應(yīng)用進(jìn)行分析。面板設(shè)計(jì)時(shí)，留有較多的波形觀察孔，通過改變線路參數(shù)，方便學(xué)生分析各工作點(diǎn)的情況以及了解參數(shù)改變對器件特性的變化。線路設(shè)計(jì)時(shí)，遵循先易后難，先分離后集成的原則，挑選了幾種常見的、比較具有實(shí)用價(jià)值的驅(qū)動(dòng)電路，使學(xué)生可學(xué)以致用。

9）BOHPE-15直流斬波電路

提供組成直流斬波電路所需的元器件和采用專用的PWM控制集成電路SG3525?？赏瓿山祲簲夭娐?Buck ChopYZPEr)、升壓斬波電路(Boost ChopYZPEr)、升降壓斬波電路(Boost-Buck ChopYZPEr)、Cuk斬波電路、Sepic斬波電路、Zeta斬波電路六種典型實(shí)驗(yàn)。所有電路采用分立元件學(xué)生通過自己搭建進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

10）BOHPE-16斬控式交流調(diào)壓電路

提供6只二極管組成的三相橋式整流電路以及斬控式交流調(diào)壓電路引出各觀察孔，使學(xué)生能夠直觀的了解各種觸發(fā)電路的工作原理過程，每個(gè)觸發(fā)電路的觸發(fā)信號(hào)分別已經(jīng)連到對應(yīng)的晶閘管，操作方便安全。

11）BOHPE-20單相交直交變頻原理

根據(jù)普通高等教育“九五”國家級(jí)重點(diǎn)教材，王兆安，黃俊主編的《電力電子技術(shù)》(第四版)的相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行開發(fā)，用于展示交直交變頻原理，讓學(xué)生了解SPWM正弦波脈寬調(diào)制信號(hào)的形成，了解IGBT管專用集成驅(qū)動(dòng)芯片的特點(diǎn)及其使用。能完成如下實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目：（1）SPWM波形成的過程；（2）交直交變頻電路在不同負(fù)載（電阻，電感和電機(jī)）時(shí)的工作情況和波形，并研究工作頻率對電路工作波形的影響；（3）IGBT管專用集成驅(qū)動(dòng)芯片的工作特性。4）采用自關(guān)斷器件的單相交流調(diào)壓實(shí)驗(yàn)

12）BOHPE-21雙閉環(huán)H橋DC/DC變換直流調(diào)速系統(tǒng)

提供主回路、控制電路和調(diào)節(jié)控制三大部分，主回路由四個(gè)IGBT組成，控制部分使用專用PWM發(fā)生器SG3525，調(diào)節(jié)控制部分設(shè)有零速封鎖器、給定、電流反饋調(diào)節(jié)、速度反饋調(diào)節(jié)、速度調(diào)節(jié)器和電流調(diào)節(jié)器，其中速度調(diào)節(jié)器和電流調(diào)節(jié)器的反饋電阻、電容均外接，實(shí)驗(yàn)時(shí)可以靈活改變，更可以完成設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)。

本掛箱可完成的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目有：(1)全橋DC/DC變換電路實(shí)驗(yàn)；(2)雙閉環(huán)可逆直流脈寬調(diào)速實(shí)驗(yàn)。

4、電機(jī)導(dǎo)軌及電機(jī)技術(shù)說明

（1）DJ02直流并勵(lì)電動(dòng)機(jī)：PN=185W，nN=1600r/min，IN=1.1A，UN=220V

（2）DJ11三相線繞式異步電動(dòng)機(jī)：PN=100W,IN=0.6A,nN=1400r/min，UN=220，Y 接法

（3）DJ01直流發(fā)電機(jī)：PN=100W,UN=220,IN=0.8A,nN=1400r/min, 雙軸伸

（4）DJ10三相鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)：AC3800V/220V，接法 Y/Δ，轉(zhuǎn)速 1420 RPM，功率100W ,電流0.5A，絕緣等級(jí)E。

（5）DJ01電機(jī)導(dǎo)軌、光電碼盤和轉(zhuǎn)速表

含有編碼器、電動(dòng)機(jī)及固定電機(jī)的安裝導(dǎo)軌以及數(shù)字式轉(zhuǎn)速表配有模擬量輸出，保證電機(jī)與電機(jī)之間同軸的同心度不超過±5絲。

5、PJ-01實(shí)驗(yàn)導(dǎo)線

實(shí)驗(yàn)連接導(dǎo)線采用高可靠全封閉手槍插型式，內(nèi)部為無氧銅抽絲而成發(fā)絲般細(xì)的多股線，質(zhì)地柔軟，護(hù)套用粗線徑、防硬化化學(xué)制品制成，插頭采用實(shí)芯銅質(zhì)件。強(qiáng)弱電分開。

六、配置清單

序號(hào)	型號(hào)與名稱	數(shù)量	備注
1	BOHPE-02實(shí)驗(yàn)桌	1
2	BOHPE-01電源控制屏	1
3	BOHPE-01A輔助功能屏	1
4	BOH12數(shù)字單相功率、功率因數(shù)表	1
5	BOHPE-10A晶閘管觸發(fā)電路Ⅰ組件	1
6	BOHPE-11A三相觸發(fā)電路Ⅰ組件	1
7	BOHPE-12三相晶閘管主回路組件	1
8	BOHPE-13A電機(jī)調(diào)速控制電路Ⅰ組件	1
9	BOHPE-13B電機(jī)調(diào)速控制實(shí)驗(yàn)II
10	BOHPE-14功率器件	1
11	BOHPE-14A功率器件II
12	BOHPE-15直流斬波電路	1
13	BOHPE-16斬控式交流調(diào)壓電路	1
14	BOHPE-20單相交直交變頻原理	1
15	BOHPE-21雙閉環(huán)H橋DC/DC變換直流調(diào)速系統(tǒng)	1
16	DJ03直流并勵(lì)電動(dòng)機(jī)	1
17	DJ11三相線繞式異步電動(dòng)機(jī)	1
18	DJ01直流發(fā)電機(jī)	1
19	DJ10三相鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)	1
20	DJ01電機(jī)導(dǎo)軌、光電碼盤和轉(zhuǎn)速表	1
21	電機(jī)導(dǎo)軌及電機(jī)	1
22	PJ-01實(shí)驗(yàn)導(dǎo)線	1