HYDD-504型電力電子技術及電機控制實驗裝置

一、概述
　　“HYDD-504型電力電子技術及電機控制實驗裝置 ” 依據(jù)高等院校新統(tǒng)編教材《電力電子技術》、《電力拖動自動控制系統(tǒng) 等實驗大綱的要求，吸收國內、外同類產品的優(yōu)點，充分考慮了實驗室的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢，精心研制而成。在同類產品中結構合理、功能完善、可靠性好、性價比高。

二、特點
1 、 綜合性強 本裝置綜合了目前國內各類學校電力電子、半導體變流、交直流調速、交流變頻、電機控制、控制理論等實驗項目。
2 、 適應性強 能滿足各類學校相應課程的實驗教學，深度和廣度可根據(jù)需要作靈活調整，普及與提高可根據(jù)教學的進程作有機的結合，裝置采用積木式結構，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線配套齊全，配套部件的性能、規(guī)格等均密切結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構形式，組件面板示意、圖線分明，各掛件任務明確，操作、維護方便。
5 、 科學性強 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；實驗內容豐富，設計合理，除了加深理論知識外還可結合實際開設設計性實驗。
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；控制屏還設有定時器兼報警記錄儀，為學生實驗技能的考核提供一個統(tǒng)一的標準。由于整套裝置經(jīng)過精心設計，加上可靠的元器件質量及可靠的工藝作為保障，產品性能優(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 本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上，加入了新器件的特性、新器件的驅動以及典型的新器件應用的大量現(xiàn)代電力電子技術實驗，讓學生對新器件有足夠的認識和了解，緊跟時代步伐。
三、適用范圍
　　 本裝置涵蓋了各高等院校等所開設的 “ 電力電子技術 ( 或稱半導體變流技術 )” 、 “ 直流調速 ” 、 “ 交流調速 ” 、 “ 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。
四、技術性能
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： 187.3×72.5× 162.2 cm 3
五、裝置的基本裝備
1 、 DK01 電源控制屏（鐵質雙層亞光密紋噴塑結構，鋁質面板）
（ 1 ）交流電源（均帶有過流保護措施）
提供交流電源：直流調速檔為三相交流電 200V/ 3A
交流調速檔為三相交流電 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 10M Ω ，精度 0.5 級，為可逆調速系統(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、接觸器到隔離變壓器，使輸出與電網(wǎng)隔離（浮地設計），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 ）控制屏其它設施
控制屏正面大凹槽內，設有兩根不銹鋼管，可掛置實驗部件，凹槽底部設有 12 芯、 10 芯、 4 芯、 3 芯等插座， 掛件的供電由這些插座提供。控制屏兩邊設有單相三極 220V 電源插座及三相四極 380V 電源插座，還設有實驗臺照明用的 40W 日光燈一盞。
2 、 DK02 實驗桌
實驗桌為鐵質雙層亞光密紋噴塑結構，桌面為防火、防水、耐磨高密度板 , 結構堅固，形狀似長方體封閉式結構，造形美觀大方；設有兩個大抽屜、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。實驗桌還設有四個萬向輪和四個固定調節(jié)機構，便于移動和固定，有利于實驗室的布局。
3 、 DQ03 － 1 不銹鋼電機導軌、光碼盤測速系統(tǒng)（日本歐姆龍 1024 光電編碼器）及數(shù)顯轉速表
4 、 DQ27 三相可調電阻（每組 900Ω×2/0 .41A ）
5 、 DK03 晶閘管主電路
提供 12 只 5A /1000V 的晶閘管，分成正、反橋兩組，每只晶閘管均設有保護裝置，正、反橋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），可更好的完成設計性實驗；設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 、 DK04 三相晶閘管觸發(fā)電路
提供三相觸發(fā)電路、功放電路等，與 “DK03” 配套使用。
7 、 DK05 晶閘管觸發(fā)電路實驗
提供單結晶體管觸發(fā)電路、正弦波同步移相觸發(fā)電路、鋸齒波同步移相觸發(fā)電路、單相交流調壓觸發(fā)電路及單相并聯(lián)逆變觸發(fā)電路共五種觸發(fā)電路。
8 、 DK06 電機調速控制實驗（ Ⅰ ）
提供以下模塊：電流反饋與過流保護（ FBC+FA ）、給定器（ G ）、轉速變換器（ FBS ）、速度調節(jié)器（ ASR ）、反號器（ AR ）、電流調節(jié)器（ ACR ）、轉矩極性鑒別（ DPT ）、零電平檢測（ DPZ ）及邏輯控制器（ DLC ）。
9 、 DK07 直流斬波電路
主要由斬波器觸發(fā)電路及斬波主電路兩大部分組成。
10 、 DK08 給定及實驗器件
提供給定（ ±15V 可調電壓輸出）、壓敏電阻（作為過壓保護元件，內部已連成三角形接法）、二極管、 24V 電源及電感。
11 、 DK09 新器件特性實驗
提供 SCR 、 MOSFET 、 IGBT 、 GTO 、 GTR 新器件，與 DJK06 配套使用，可測定其特性曲線；與 DJK12 配套使用，可完成電力電子新器件的驅動特性實驗。
12 、 DK10 可調電阻、電容箱
提供耐壓 AC63V 的可調電容三組，調節(jié)范圍為 0.1 ～ 11.37uF ， 0 ～ 999KΩ 十進制可調電阻兩組。
13 、 DK11 單相調壓與可調負載
提供了一只 0 ～ 250V/0.5KVA 單相交流自耦調壓器，為相應的實驗提供可調電源；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)）瓷盤可調電阻，為相應的實驗提供一個可調的阻性負載。
14 、 DK12 變壓器實驗
提供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速實驗和三相橋式、單相橋式有源逆變電路實驗；還設有三相不控整流電路和逆變變壓器各一組。
15 、 DK13 功率器件驅動電路實驗箱
主要是為完成新器件特性實驗提供驅動和保護電路，使學生了解電力電子新器件的驅動特性。主要包括電源、驅動電路、 PWM 波形發(fā)生器。
（ 1 ）電源：為驅動電路提供電源，包括 ±5V 、 +20V 、 ±15V 直流電源。
（ 2 ）驅動電路：包括 MOSFET 、 IGBT 、 GTR 和 GTO 的驅動電路。其中 IGBT 的驅動電路采用了專用芯片 EXB841 。
（ 3 ） PWM 波形發(fā)生器：由 SG3525 為核心的 PWM 波形發(fā)生器主要為新器件驅動電路提供 PWM 驅動波形；可以通過頻率調節(jié)旋鈕進行頻率調節(jié)；通過占空比電位器來調節(jié) PWM 波的占空比；頻率范圍分為 2 擋，通過鈕子開關切換，高頻檔是為 MOSFET 和 IGBT 驅動電路提供 PWM 波形，頻率調節(jié)范圍 4KHz ～ 10KHz ；低頻檔是為 GTR 和 GTO 驅動電路提供 PWM 波形，頻率調節(jié)范圍 400Hz ～ 1KHz ；占空比均能從 0% 調至 100% 。
16 、 DK14 單相交直交變頻原理
根據(jù)普通高等教育教材《電力電子技術》 的相關內容進行開發(fā)，用于展示交直交變頻原理，主要讓學生了解 SPWM 正弦波脈寬調制信號的形成方法，了解 IGBT 管專用集成驅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（電阻，電感和電機）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 管專用集成驅動芯片的工作特性。
17 、 DK15 自控原理實驗
提供穩(wěn)壓電源、交 / 直流數(shù)字電壓表、低頻函數(shù)信號發(fā)生器、六位數(shù)顯頻率計、階躍信號發(fā)生器及典型的控制環(huán)節(jié)（比例環(huán)節(jié)、慣性環(huán)節(jié)、積分環(huán)節(jié)、超前滯后校正環(huán)節(jié)，還可以組成微分、延遲等各種電路）等。
18 、 DK16 自控原理實驗
提供穩(wěn)壓電源、階躍信號發(fā)生器、典型的控制環(huán)節(jié)（比例環(huán)節(jié)、慣性環(huán)節(jié)、積分環(huán)節(jié)、超前滯后校正環(huán)節(jié)，還可以組成微分、延遲等各種電路）及自由布線區(qū)（以便自由組合實驗線路進行實驗）
19 、 DK17 雙閉環(huán) H 橋 DC/DC 變換直流調速系統(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生 PWM 脈沖波， PWM 波脈沖發(fā)生器產生的四路控制脈沖，分別驅動四個橋臂的 IGBT 管；調節(jié)部分由兩個 PI 調節(jié)器組成，并通過速度環(huán)、電流環(huán)構成的反饋回路使電機的轉速穩(wěn)定運行在給定的轉速下。本實驗箱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)可逆直流脈寬調速實驗。
20 、 DK18 電機調速控制實驗（ Ⅱ ）
提供以下模塊：觸發(fā)選擇器（ TS ）、絕對值放大器（ GAB ）、電流符號選擇器（ CSS ）、電壓調節(jié)器（ AVR ）、零速封鎖器（ DZS ）及電壓隔離器（ TVD ）。與 “DK06” 配合使用完成 “ 三閉環(huán)錯位選觸無環(huán)流可逆直流調速系統(tǒng)實驗 ” 。
21 、 DK19 半橋型開關穩(wěn)壓電源
提供了半橋型開關穩(wěn)壓電源的主電路和控制電路，主電路中的電力電子器件為電力 MOSFET 管；控制電路采用專用 PWM 控制集成電路 SG3525 ，采用恒頻脈寬調制控制方案?？赏瓿?“ 開關電路在開環(huán)與閉環(huán)下負載特性的測試 ” 以及 “ 電源電壓波動對輸出的影響 ” 等實驗內容。
22 、 DK20 直流斬波實驗
根據(jù)《電力電子技術》 中相關的直流斬波內容而設計的；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 。可完成教材中降壓斬波電路（ Buck 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。
23 、 DK21 斬控式交流調壓電路
根據(jù)西《電力電子技術》中相關的內容而設計的，采用全控型器件 IGBT 管實現(xiàn) “ 斬控式交流調壓實驗 ” 。
24 、 DK22 單相調壓 / 調功電路
根據(jù)西的相關內容而設計的，實現(xiàn)單相交流調壓和交流調功的實驗內容。采用的電力電子器件為雙向晶閘管，在交流調壓實驗中采用由雙向觸發(fā)二極管構成觸發(fā)控制電路；在交流調功實驗中采用由 555 時基電路組成觸發(fā)控制電路。
25 、 DK23 單端反激式隔離開關電源
輸入交流電壓范圍為 50V ～ 200V ，輸出為三組直流電源，分別為 +5V 、 5A ； +12V 、 1A ； -12V 、 1A ，在輸入交流電壓和直流輸出負載變化時輸出電壓的變化率小于 0.3% 。
26 、 DK24 PS-ZVS-PWM 軟開關技術
　　 主要包括 H 橋電路、控制電路和穩(wěn)壓反饋電路。用于展現(xiàn)移相零電壓開關的電路結構和工作原理。 H 橋電路有四只 MOSFET 管組成，控制電路采用全橋軟開關電源移相 PWM 控制芯片 UCC3895 和驅動芯片 HIP4081 ，穩(wěn)壓反饋電路由 TL431 等元件組成。
27 、 DK25 整流電路有源功率因數(shù)校正
　　 主要有整流電路、升壓變換器、控制電路三部分組成?？刂齐娐凡捎霉β室驍?shù)控制芯片 UCC3817N 和外圍元器件組成 , 大輸出功率為 100W （ 200V±5% ， 0.5A ），工作頻率為 100KHz 。采用模塊化設計，通過適當?shù)倪B線可以完成下列實驗項目：
(1) 無濾波電容的整流電路帶純阻性負載的測試
(2) 有濾波電容的整流電路帶純阻性負載的測試
(3) 整流電路有源功率因數(shù)校正的測試
(4) 控制電路的波形測試，功率柵極控制信號觀察
(5) 整流電路有源功率因數(shù)校正電路的性能測試
28 、 DK26 單端電流反饋他激式隔離開關電源
采用專用集成電路 UC3844 作 PWM 控制器，可直接驅動 MOSFET 功率場效應管。通過與直流可調電源、負載的配合可展示電路原理，各點波形測試，輸入電壓和負載改變時的波形變化和性能測試等項目。
29 、 DK 27 升 、降壓與復合斬波電路
通過 PWM 控制器與兩個 IGBT 三極管，兩個二極管的簡單聯(lián)結，配以發(fā)電機、電動機的組合負荷，用雙蹤示波器能展示降壓電路的第一象限電壓 - 電流圖，升壓電路的第二象限電壓 - 電流圖，復合電路的第一、第二象限電壓－電流圖。同時能展示以上三種狀態(tài)下的續(xù)流、臨界斷流、斷流時的電壓、電流波形 ( 改變輸入電壓、改變 PWM 脈寬、改變負荷電機力矩 ) 。并可簡單的聯(lián)結成升、降壓與復合電路，由于結構上的特點，實驗還可演示斬波電路電機負荷能耗制動、回饋制動等的實驗效果。
30 、 DK28 三相異步電機變頻調速控制
針對目前工業(yè)用變頻器只能對輸入信號及輸出的結果進行觀測，無法得知其內部的詳細工作過程的缺點，開發(fā)本實驗裝置，著重從 “ 變頻原理 ” 出發(fā)，通過實驗讓學生了解整個變頻的過程。
提供三相正弦波脈寬調制（ SPWM ）、馬鞍波（ PWM ）、三相空間電壓矢量脈寬調制（ SVPWM ）三種變頻實驗方式，面板上設有相應的測試點，可方便地用示波器進行觀測。此外，面板上設計有計算機接口，可與計算機聯(lián)機進行實驗，還留有可編程控制器（ PLC ）接口。
31 、 DK29 單相智能功率、功率因數(shù)表
由 24 位專用 DSP 、 16 位高精度 AD 轉換器和高速 MPU 單元設計爾成，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（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。
32 、 DQ07-1 直流發(fā)電機 (220W)
33 、 DQ09 直流并勵電動機
34 、 DQ11 三相線繞式異步電動機
35 、 DK30 線繞式異步電機轉子專用箱
36 、 DQ17 單相電阻啟動異步電動機
37 、 DQ20 三相鼠籠異步電動機
38 、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構插連接線（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構聯(lián)接線，兩種導線都只能配合相應內孔的插座，這樣大大提高了實驗的安全及合理性。
六、本裝置能開設的實驗項目（所列器材全部配置時）
（一）電力電子技術實驗項目

（二）典型電力電子器件線路實驗
1 ．單相正弦波脈寬調制（ SPWM ）逆變電路實驗
2 ．全橋 DC/DC 變換電路實驗
3 ．半橋型開關穩(wěn)壓電源的性能研究
4 ．單端反激式隔離開關電源實驗
5 ．單端電流反饋他激式隔離開關電源實驗
6 ．直流斬波電路的性能研究（降壓斬波電路、升壓斬波電路、升降壓斬波的電路、 Cu ｋ斬波電路、 Sepic 斬波電路、 Zeta 斬波電路）
7 ．升、降壓與復合斬波電路實驗
8 ．單相斬控式交流調壓電路實驗
9 ．整流電路有源功率因數(shù)校正實驗
10 ．軟開關技術實驗
（三）直流電機調速實驗
1 ．晶閘管直流調速系統(tǒng)參數(shù)和環(huán)節(jié)特性的測定實驗
2 ．晶閘管直流調速系統(tǒng)主要單元的調試
3 ．單閉環(huán)不可逆直流調速系統(tǒng)實驗
4 ．雙閉環(huán)不可逆直流調速系統(tǒng)實驗
5 ．邏輯無環(huán)流可逆直流調速系統(tǒng)實驗
6 ．三閉環(huán)錯位選觸無環(huán)流可逆直流調速系統(tǒng)實驗
7 ．雙閉環(huán)控制的直流脈寬調速系統(tǒng)（ H 橋、 IGBT ）
（四）變頻原理實驗
1 ．三相正弦波脈寬調制（ SPWM ）變頻原理實驗
2 ．三相馬鞍波（三次諧波注入）脈寬調制變頻原理實驗
3 ．三相空間電壓矢量 SVPWM 變頻原理實驗
4 ． SPWM 調制方式下 V/F 曲線測定
5 ．馬鞍波調制方式下 V/F 曲線測定
6 ．空間電壓矢量調制方式下 V/F 曲線測定
7 ．不同的變頻模式下磁通軌跡觀測實驗
（五）交流電機調速系統(tǒng)實驗
1 ．雙閉環(huán)三相異步電機調壓調速系統(tǒng)實驗
2 ．雙閉環(huán)三相異步電機串極調速系統(tǒng)實驗
3 ．單相正弦波脈寬調制 SPWM 變頻調速系統(tǒng)實驗
4 ．三相正弦波脈寬調制（ SPWM ）變頻調速系統(tǒng)實驗
—— 可聯(lián)計算機進行實驗，還留有可編程控制器（ PLC ）接口
5 ．三相馬鞍波脈寬調制變頻調速系統(tǒng)實驗
—— 可聯(lián)計算機進行實驗，還留有可編程控制器（ PLC ）接口
6 ．三相空間電壓矢量 SVPWM 變頻調速系統(tǒng)實驗
—— 可聯(lián)計算機進行實驗，還留有可編程控制器（ PLC ）接口
( 六 ) 自控原理實驗項目