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電力電子技術(shù)及電機實驗裝置

一、適用范圍
LGDD-01A型電力電子技術(shù)及電機控制實驗裝置涵蓋了各高等院校等所開設(shè)的“電力電子技術(shù)(或稱半導(dǎo)體變流技術(shù))”、“直流調(diào)速”、“交流調(diào)速”、“電機控制”、“電力拖動自動控制系統(tǒng)”及“控制理論”等專業(yè)課程所要求的實驗項目。

二、特點
1、綜合性強：LGDD-01A型 電力電子技術(shù)及電機實驗裝置綜合了目前國內(nèi)各類學(xué)校電力電子、半導(dǎo)體變流、交直流調(diào)速、交流變頻、電機控制、控制理論等實驗項目。
2、適應(yīng)性強：能滿足各類學(xué)校相應(yīng)課程的實驗教學(xué)，深度和廣度可根據(jù)需要作靈活調(diào)整，普及與提高可根據(jù)教學(xué)的進程作有機的結(jié)合，裝置采用積木式結(jié)構(gòu)，更換便捷，如需要擴展功能或開發(fā)新實驗，只需添加部件即可，永不淘汰。
3、整套性強：從專用電源、電機及其它實驗部件到實驗連接專用導(dǎo)線配套齊全，配套部件的性能、規(guī)格等均密切結(jié)合實驗的需要進行配套。
4、直觀性強：各實驗掛件采用分隔結(jié)構(gòu)形式，組件面板示意、圖線分明，各掛件任務(wù)明確，操作、維護方便。
5、科學(xué)性強：LGDD-01A型 電力電子技術(shù)及電機實驗裝置占地面積少，節(jié)約實驗用房，減少基建投資；配套的小電機均經(jīng)特殊設(shè)計，可模擬中小型電機的特性和參數(shù)；小電機耗電省，節(jié)約能源，實驗噪聲小，整齊美觀，改善實驗環(huán)境；實驗內(nèi)容豐富，設(shè)計合理，除了加深理論知識外還可結(jié)合實際開設(shè)設(shè)計性實驗。
6、開放性強：控制屏供電采用三相隔離變壓器隔離，并設(shè)有電壓型漏電保護裝置和電流型漏電保護裝置，確保操作者的安全；各電源輸出均有監(jiān)示及短路保護等功能，各測量儀表均有可靠的保護功能，使用安全可靠；控制屏還設(shè)有定時器兼報警記錄儀，為學(xué)生實驗技能的考核提供一個統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。由于整套裝置經(jīng)過精心設(shè)計，加上可靠的元器件質(zhì)量及可靠的工藝作為保障，產(chǎn)品性能優(yōu)良，所有這些均為開放性實驗室，創(chuàng)造了條件。
7、先進性強：LGDD-01A型 電力電子技術(shù)及電機實驗裝置著重從新器件高度來考慮，在保留了晶閘管實驗的基礎(chǔ)上，加入了新器件的特性、新器件的驅(qū)動以及典型的新器件應(yīng)用的大量現(xiàn)代電力電子技術(shù)實驗，讓學(xué)生對新器件有足夠的認識和了解，緊跟時代步伐。
三、技術(shù)性能
1、輸入電源: 三相四線(或三相五線 380V±10％ 50HZ)
2、工作環(huán)境: 溫度-10℃－+40℃　相對濕度＜85％（25℃）海撥＜4000m
3、裝置容量：＜1.5KVA
4、外形尺寸：1700X700X1720（mm）
四、裝置的基本裝備
1、電源控制屏
（1）交流電源（均帶有過流保護措施）
提供交流電源：直流調(diào)速檔為三相交流電 200V/3A
交流調(diào)速檔為三相交流電 240V/3A
（2）高壓直流電源
勵磁電源：220V（0.5A），具有輸出短路保護。
（3）數(shù)字式儀表
1）交流數(shù)字電壓表：可通過其下方的波段開關(guān)切換指示三相電網(wǎng)輸入線電壓，精度1.0級；
2）真有效值交流數(shù)字電壓表一只：測量范圍0～500V，量程自動判斷、自動切換，精度0.5級，三位半數(shù)顯，為交流調(diào)速系統(tǒng)提供電壓指示；
3）真有效值交流數(shù)字電流表一只：測量范圍0～5A，量程自動判斷、自動切換，精度0.5級，三位半數(shù)顯，具有超量程告警、指示及切斷總電源功能，為調(diào)速系統(tǒng)提供電流的指示；
4）直流數(shù)字電壓表一只：測量范圍0～300V，三位半數(shù)顯，輸入阻抗為10MΩ，精度0.5級，為可逆調(diào)速系統(tǒng)提供電壓指示；
5）直流數(shù)字電流表一只：測量范圍為0～5A，三位半數(shù)顯，精度0.5級，具有超量程報警、指示、切斷總電源等功能，為可逆調(diào)速系統(tǒng)提供電流指示。
（4）人身安全保護體系
三相隔離變壓器一組：三相電源首先通過三相漏電保護器，然后經(jīng)鑰匙開關(guān)、接觸器到隔離變壓器，使輸出與電網(wǎng)隔離（浮地設(shè)計），對人身安全起到一定的保護作用。
電壓型漏電保護器1：對隔離變壓器前的線路出現(xiàn)的漏電現(xiàn)象進行保護，使控制屏內(nèi)的接觸器跳閘，切斷電源。
電壓型漏電保護器2：對隔離變壓器后的線路及實驗過程中的接線等出現(xiàn)的漏電現(xiàn)象進行保護，發(fā)出報警信號并切斷電源，確保人身安全。
電流型漏電保護裝置：控制屏若有漏電現(xiàn)象，漏電流超過一定值，即切斷電源。
實驗連接線及插座：強、弱電連接及插座分開，不能混插。強電連接線及插座采用全封閉工藝，使用安全、可靠、防觸電。
（5）實驗管理器
具有設(shè)定實驗時間、定時報警、切斷電源等功能；還可以自動記錄與區(qū)分由于接線或操作錯誤所造成的漏電告警、儀表超量程告警等。
（6）控制屏其它設(shè)施
控制屏正面大凹槽內(nèi)，設(shè)有兩根不銹鋼管，可掛置實驗部件，凹槽底部設(shè)有12芯、10芯、4芯、3芯等插座，掛件的供電由這些插座提供?？刂破羶蛇呍O(shè)有單相三極220V電源插座及三相四極380V電源插座，還設(shè)有實驗臺照明用的40W日光燈一盞。
2、實驗桌
實驗桌為鐵質(zhì)雙層亞光密紋噴塑結(jié)構(gòu)，桌面為防火、防水、耐磨高密度板,結(jié)構(gòu)堅固，形狀似長方體封閉式結(jié)構(gòu)，造形美觀大方；設(shè)有兩個大抽屜、柜門，用于放置工具、存放掛件及資料等。桌面用于安裝電源控制屏并提供一個寬敞舒適的工作臺面。實驗桌還設(shè)有四個萬向輪和四個固定調(diào)節(jié)機構(gòu)，便于移動和固定，有利于實驗室的布局。
3、固定電機導(dǎo)軌、測速系統(tǒng)及智能數(shù)顯轉(zhuǎn)速表
4、三相可調(diào)電阻（每組900Ω×2/0.41A）
5、晶閘管主電路
包含12只5A/1000V的晶閘管，4只二極管，每只晶閘管均設(shè)有保護裝置，晶閘管可通過外加信號進行觸發(fā)（留有觸發(fā)脈沖輸入接口），可更好的完成設(shè)計性實驗；設(shè)有帶鏡面精密指針式直流電壓表±300V，精度1.0級帶鏡面直流電流表±2A，精度1.0級各一只和平波電抗器一組。
6、三相晶閘管觸發(fā)電路
包含三相觸發(fā)電路、功放電路等，與相關(guān)模塊配套使用。
7、單相晶閘管觸發(fā)電路實驗
包含單結(jié)晶體管、鋸齒波同步移向、單相交流調(diào)壓，正弦波同步移向，集成觸發(fā)電路。
8、電機調(diào)速控制實驗（Ⅰ）
包含以下模塊：給定（帶數(shù)顯）、調(diào)節(jié)器I、轉(zhuǎn)速變換（FBS）、調(diào)節(jié)器II、反號器（AR）、電流變換（FBC）、電壓隔離器（TVD）。其中調(diào)節(jié)器I和調(diào)節(jié)器II的比例增益由電位器調(diào)節(jié)。
9、電機調(diào)速控制電路（II）
包含以下模塊：零電平檢測（DPZ）、轉(zhuǎn)矩極性鑒別（DPT）、邏輯控制（DLC）。
10、直流斬波實驗
根據(jù)西安交通大學(xué)王兆安教授和黃俊教授主編的《電力電子技術(shù)》(第四版)中相關(guān)的直流斬波內(nèi)容而設(shè)計的；包含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?？赏瓿山滩闹薪祲簲夭娐罚˙uck Chopper）、升壓斬波電路（Boost Chopper）、升降壓斬波電路（Boost -Buck Chopper）、Cuk斬波電路、Sepic斬波電路、Zeta斬波電路六種典型實驗。
11、給定及實驗器件
包含給定（±15V可調(diào)電壓輸出）、壓敏電阻（作為過壓保護元件，內(nèi)部已連成三角形接法）、二極管等。
12、可調(diào)電阻器，電容器
包含耐壓AC100V的可調(diào)電容三組，調(diào)節(jié)范圍為0.1～11.37uF，0～999KΩ十進制可調(diào)電阻兩組。
13、單相調(diào)壓與可調(diào)負載
包含了一只0～250V/0.5KVA單相交流自耦調(diào)壓器，為相應(yīng)的實驗提供可調(diào)電源；一個整流濾波電路以及0～90Ω/1.3A（串聯(lián)）或0～45Ω/2.6A（并聯(lián)）瓷盤可調(diào)電阻，為相應(yīng)的實驗提供一個可調(diào)的阻性負載。
14、變壓器實驗
包含三相芯式變壓器一個（該變壓器有2套副邊繞組，原、副邊繞組的電壓為127V/63.6V/31.8V），用于異步電機串級調(diào)速實驗和三相橋式、單相橋式有源逆變電路實驗；還設(shè)有三相不控整流電路等模塊。
15、功率器件驅(qū)動電路實驗箱（一）
主要是為完成新器件特性實驗提供驅(qū)動和保護電路，使學(xué)生了解電力電子新器件的驅(qū)動特性。主要包括電源、驅(qū)動電路、PWM波形發(fā)生器。
（1）電源：為驅(qū)動電路提供電源，包括±5V、+20V、±15V直流電源。
（2）驅(qū)動電路：包括MOSFET、IGBT的驅(qū)動電路。其中IGBT的驅(qū)動電路采用了專用芯片EXB841。
（3）PWM波形發(fā)生器：由集成芯片為核心的PWM波形發(fā)生器主要為新器件驅(qū)動電路提供PWM驅(qū)動波形；可以通過頻率調(diào)節(jié)旋鈕進行頻率調(diào)節(jié)；通過占空比電位器來調(diào)節(jié)PWM波的占空比頻率調(diào)節(jié)范圍4KHz～10KHz。
16、單相交直交變頻原理
根據(jù)普通高等教育“九五”國家級重點教材王兆安，黃俊主編的《電力電子技術(shù)》（第四版）的內(nèi)容進行開發(fā)。用于展示交直交變頻原理，主要讓學(xué)生了解SPWM正弦波脈寬調(diào)制信號的形成方法，了解IGBT管專用集成驅(qū)動芯片的特點及其使用，能完成如下實驗項目：
1）SPWM波形成的過程；
2）交直交變頻電路在不同負載時的工作情況和波形，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)動芯片的工作特性。
17、雙閉環(huán)H橋DC/DC變換直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)
通過對四個橋臂上IGBT管的觸發(fā)控制，來實現(xiàn)對可逆直流他勵電機進行調(diào)速的目的，主要由三大部分組成，即主回路部分、控制電路部分和調(diào)節(jié)部分。主回路由直流電源、四種IGBT管組成；控制回路部分由專用芯片產(chǎn)生PWM脈沖波，PWM波脈沖發(fā)生器產(chǎn)生的四路控制脈沖，分別驅(qū)動四個橋臂的IGBT管；調(diào)節(jié)部分由兩個PI調(diào)節(jié)器組成，并通過速度環(huán)、電流環(huán)構(gòu)成的反饋回路使電機的轉(zhuǎn)速穩(wěn)定運行在給定的轉(zhuǎn)速下。本實驗掛件可完成的實驗項目有：（1）全橋DC/DC 變換電路實驗（2）雙閉環(huán)可逆直流脈寬調(diào)速實驗。
18、直流發(fā)電機（DC220V，240W）
19、直流并勵電動機（DC220V，185W）
20、三相線繞式異步電動機（220V，Y接法）
21、線繞式異步電機轉(zhuǎn)子專用箱
包含0、2、5、15、35五檔同軸聯(lián)調(diào)的三相繞線異步電動機轉(zhuǎn)子起動、調(diào)速電阻一組。
22、三相異步電機變頻調(diào)速系統(tǒng)
包含變頻器FR-D720-0.4KW一只，設(shè)有1K調(diào)速電位器1只。
23、單相交流調(diào)壓/調(diào)功電路
根據(jù)《電力電子技術(shù)》（第五版）中相關(guān)內(nèi)容而設(shè)計，實現(xiàn)單相交流調(diào)壓和交流調(diào)功的實驗內(nèi)容。采用的電力電子器件為雙向晶閘管，在交流調(diào)壓實驗中采用由雙向觸發(fā)二極管構(gòu)成觸發(fā)控制電路；在交流調(diào)功實驗中采用由555時基電路組成觸發(fā)控制電路。
24、電路基礎(chǔ)實驗箱
包含基爾霍夫定律（可設(shè)置三個典型故障點）、疊加原理（可設(shè)置三個典型故障點）、戴維南定理、諾頓定理、二端口網(wǎng)絡(luò)、互易定理、R、L、C串聯(lián)諧振電路（L用空心電感）、R、C串并聯(lián)選頻電路及一階、二階動態(tài)電路等實驗。各實驗器件齊全，實驗單元隔離分明，實驗線路完整清晰，驗證性實驗與設(shè)計性實驗相結(jié)合。
25、交流電路實驗箱
包含單相、三相負載電路、日光燈、變壓器、互感器及電度表等實驗。負載為三個完全獨立的燈組，可連接成Y或△兩種三相負載線路，每個燈組均設(shè)有三個并聯(lián)的白熾燈羅口燈座(每組設(shè)有三個開關(guān)控制三個負載并聯(lián)支路的通斷)，可插60W以下的白熾燈九只，各燈組設(shè)有電流插座；日光燈實驗器件有30W整流器、電容器、啟輝器及短接按鈕；鐵芯變壓器一只（50VA、36V/220V），原副邊均設(shè)有保險絲便于電流的測試，可進行變壓器原、副繞組同名端判斷及變壓器應(yīng)用等實驗。
26、元件箱
設(shè)有三組高壓電容（每組1uF/500V、2.2uF/500V 、4.7uF/500V高壓電容各一只），用以改變功率因數(shù)實驗；包含實驗所需的各種元件，如電阻、二極管、發(fā)光管、穩(wěn)壓管、電位器及12V燈泡等,還提供十進制可調(diào)電阻箱，阻值為0～99999.9Ω/2W。
27、單相智能功率、功率因數(shù)表
由24位專用DSP、16位高精度AD轉(zhuǎn)換器和高速MPU單元設(shè)計而成，通過鍵控、數(shù)顯窗口實現(xiàn)人機對話功能控制模式。軟件上采用RTOS設(shè)計思路，同時配有PC監(jiān)控軟件來加強分析能力。能測量電路的功率、功率因數(shù)。功率測量精度為1.0級，功率因數(shù)測量范圍0.3-1.0，電壓電流量程為450V和5A，能自動判別負載性質(zhì)（感性顯示“L”，容性顯示“C”，純電阻不顯示），并可存儲測量數(shù)據(jù)，供隨時查閱。
28、實驗連接線：根據(jù)不同實驗項目的特點，配備兩種不同的實驗聯(lián)接線，強電部分采用高可靠護套結(jié)構(gòu)手槍插連接線（不存在任何觸電的可能），里面采用無氧銅抽絲而成頭發(fā)絲般細的多股線，達到超軟目的，外包丁晴聚氯乙烯絕緣層，具有柔軟、耐壓高、強度大、防硬化、韌性好等優(yōu)點，插頭采用實芯銅質(zhì)件外套鈹輕銅彈片，接觸安全可靠；弱電部分采用彈性鈹輕銅裸露結(jié)構(gòu)聯(lián)接線，兩種導(dǎo)線都只能配合相應(yīng)內(nèi)孔的插座，這樣大大提高了實驗的安全及合理性。
五、實驗項目
（一）電力電子技術(shù)（晶閘管部分）
1.單結(jié)晶體管觸發(fā)電路；
2.正弦波同步移相觸發(fā)電路實驗；
3.鋸齒波同步移相觸發(fā)電路實驗；
4.西門子TCA785集成觸發(fā)電路實驗；
5.單相半波可控整流電路實驗；
6.單相橋式半控整流電路實驗；
7.單相橋式全控整流電路實驗；
8.單相橋式有源逆變電路實驗；
9.三相半波可控整流電路的研究；
10.晶閘管三相半波有源逆變電路的研究；
11.三相橋式半控整流電路實驗；
12.三相橋式全控整流及有源逆變電路實驗；
13.單相交流調(diào)壓電路實驗；
14.三相交流調(diào)壓電路實驗。
（二）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)動電路研究；
3.絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)特性及其驅(qū)動電路的研究；
4.單向晶閘管（SCR）特性實驗；
5.雙向晶閘管（SCR）特性實驗；
6.電力晶體管管（GTR）特性實驗。
（三）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.SPWM單相交直交變頻電路的性能研究；
3.全橋DC/DC變換。
（四）直流調(diào)速實驗
1.晶閘管直流調(diào)速主要單元的調(diào)試；
2.不可逆單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)靜特性的研究；
3.帶電流截止負反饋的轉(zhuǎn)速單閉環(huán)不可逆直流調(diào)速系統(tǒng)；
4.電壓、電流雙閉環(huán)晶閘管不可逆直流調(diào)速系統(tǒng)；
5.轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)晶閘管不可逆直流調(diào)速系統(tǒng)；
6.雙閉環(huán)控制的直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)（H橋、IGBT）。
（五）交流調(diào)速實驗
1.雙閉環(huán)三相異步電機調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)實驗；
2.雙閉環(huán)三相異步電機串級調(diào)速系統(tǒng)實驗；
3.三相異步電機變頻調(diào)速系統(tǒng)實驗。

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