电力电子及电机控制技术实验装置，电机实训装置
2023-06-19 08:15电力电子及电机控制技术实验装置
一、适用范围
电力电子及电机控制技术实验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”等专业课程所要求的实验项目。
二、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：1600mm（长）X700mm（宽）X1600mm（高）
三、装置的基本装备
1、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（带有过流保护措施）
提供交流电源：三相交流电源(220V/1.5A)
（2）高压直流电源
直流电源：输出0-220V/0.5A，数字电压表显示，具有输出短路保护。
（3）人身安全保护体系
三相隔离变压器一组：三相电源首先通过三相漏电保护器，然后经钥匙开关、接触器到隔离变压器，使主电路输出与电网隔离（浮地设计），对人身安全起到一定的保护作用。
电流型漏电保护装置：控制屏若有漏电现象，漏电流超过一定值，即切断电源。
实验连接线及插座：强、弱电连接及插座分开，不能混插。强电连接线及插座采用全封闭工艺，使用安全、可靠、防触电。
（4）实验管理器
具有设定实验时间、定时报警、切断电源等功能；还可以自动记录与区分由于接线或操作错误所造成的漏电告警、仪表超量程告警等。
（5）控制屏其它设施
控制屏正面大凹槽内，设有两根方型不锈钢管，可挂置实验部件，凹槽底部设有7芯、3芯等插座， 挂件的供电由这些插座提供。控制屏两侧设有单相三极220V电源插座及三相四极380V电源插座。
四、实验组件
1、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
2、DQ27三相可调电阻（每组900Ω×2/0.41A）
3、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。
4、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。
5、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。
6、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）。
7、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。
8、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。
9、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。
10、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。
11、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。
12、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100%。
13、DK18电机调速控制实验（Ⅱ）
提供以下模块：触发选择器（TS）、绝对值放大器（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”。
14、DQ07-1直流发电机(220W)
15、DQ09直流并励电动机
16、DQ20三相鼠笼异步电动机
17、智能数字直流电压、电流表挂件
直流数字电压表一只：测量范围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；
直流数字电流表两只：测量范围为0～5A，三位半数显，精度0.5级，具有超量程报警、指示、切断总电源等功能，为可逆调速系统提供电流指示。
18、智能数字交流电压、电流表挂件
真有效值交流数字电压表一只：测量范围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；
真有效值交流数字电流表两只：测量范围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能，为调速系统提供电流的指示；
19、实验连接线：根据不同实验项目的特点，配备两种不同的实验联接线，强电部分采用高可靠护套结构手枪插连接线（不存在任何触电的可能），里面采用无氧铜抽丝而成头发丝般细的多股线，达到超软目的，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，插头采用实芯铜质件外套铍轻铜弹片，接触安全可靠；弱电部分采用弹性铍轻铜裸露结构联接线，两种导线都只能配合相应内孔的插座，这样大大提高了实验的安全及合理性。
六、电力电子及电机控制技术实验装置能开设的实验项目
（一）电力电子技术实验项目
1、单结晶体管触发电路实验
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、西门子TCA785 集成触发电路实验
5、单相半波可控整流电路实验
6、单相桥式半控整流电路实验
7、单相桥式全控整流电路实验
8、三相半波可控整流电路实验
9、三相桥式半控整流电路实验
10、相桥式全控整流电路实验
11、单相交流调压电路实验(1)
12、单相交流调压电路实验(2)
13、三相交流调压电路实验
14、SCR、GTO、MOSFET、GTR、IGBT 特性实验
15、GTO、MOSFET、GTR、IGBT 驱动与保护电路
16、直流斩波电路的性能研究（六种典型线路）
（二）直流电机调速系统实验
1、晶闸管直流调速系统参数和环节特性的测定实验
2、晶闸管直流调速系统主要单元的调试
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
（三）全控型器件特性实验内容
1、功率场效应晶体管(MOSFET)的主要参数测量
2、功率场效应晶体管(MOSFET)的驱动电路研究
3、绝缘栅双极型晶体管(IGBT)特性及其驱动电路的研究
4、电力晶体管（GTR）驱动电路的研究
5、电力晶体管（GTR）的特性研究
6、电力晶体管（GTO）驱动电路的研究
7、电力晶体管（GTO）的特性研究
七、配置清单
电力电子及电机控制技术实验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”等专业课程所要求的实验项目。
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：1600mm（长）X700mm（宽）X1600mm（高）
三、装置的基本装备
1、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（带有过流保护措施）
提供交流电源：三相交流电源(220V/1.5A)
（2）高压直流电源
直流电源：输出0-220V/0.5A，数字电压表显示，具有输出短路保护。
（3）人身安全保护体系
三相隔离变压器一组：三相电源首先通过三相漏电保护器，然后经钥匙开关、接触器到隔离变压器，使主电路输出与电网隔离（浮地设计），对人身安全起到一定的保护作用。
电流型漏电保护装置：控制屏若有漏电现象，漏电流超过一定值，即切断电源。
实验连接线及插座：强、弱电连接及插座分开，不能混插。强电连接线及插座采用全封闭工艺，使用安全、可靠、防触电。
（4）实验管理器
具有设定实验时间、定时报警、切断电源等功能；还可以自动记录与区分由于接线或操作错误所造成的漏电告警、仪表超量程告警等。
（5）控制屏其它设施
控制屏正面大凹槽内，设有两根方型不锈钢管，可挂置实验部件，凹槽底部设有7芯、3芯等插座， 挂件的供电由这些插座提供。控制屏两侧设有单相三极220V电源插座及三相四极380V电源插座。
四、实验组件
1、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
2、DQ27三相可调电阻（每组900Ω×2/0.41A）
3、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。
4、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。
5、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。
6、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）。
7、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。
8、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。
9、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。
10、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。
11、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。
12、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100%。
13、DK18电机调速控制实验（Ⅱ）
提供以下模块：触发选择器（TS）、绝对值放大器（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”。
14、DQ07-1直流发电机(220W)
15、DQ09直流并励电动机
16、DQ20三相鼠笼异步电动机
17、智能数字直流电压、电流表挂件
直流数字电压表一只：测量范围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；
直流数字电流表两只：测量范围为0～5A，三位半数显，精度0.5级，具有超量程报警、指示、切断总电源等功能，为可逆调速系统提供电流指示。
18、智能数字交流电压、电流表挂件
真有效值交流数字电压表一只：测量范围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；
真有效值交流数字电流表两只：测量范围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能，为调速系统提供电流的指示；
19、实验连接线：根据不同实验项目的特点，配备两种不同的实验联接线，强电部分采用高可靠护套结构手枪插连接线（不存在任何触电的可能），里面采用无氧铜抽丝而成头发丝般细的多股线，达到超软目的，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，插头采用实芯铜质件外套铍轻铜弹片，接触安全可靠；弱电部分采用弹性铍轻铜裸露结构联接线，两种导线都只能配合相应内孔的插座，这样大大提高了实验的安全及合理性。
六、电力电子及电机控制技术实验装置能开设的实验项目
（一）电力电子技术实验项目
1、单结晶体管触发电路实验
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、西门子TCA785 集成触发电路实验
5、单相半波可控整流电路实验
6、单相桥式半控整流电路实验
7、单相桥式全控整流电路实验
8、三相半波可控整流电路实验
9、三相桥式半控整流电路实验
10、相桥式全控整流电路实验
11、单相交流调压电路实验(1)
12、单相交流调压电路实验(2)
13、三相交流调压电路实验
14、SCR、GTO、MOSFET、GTR、IGBT 特性实验
15、GTO、MOSFET、GTR、IGBT 驱动与保护电路
16、直流斩波电路的性能研究（六种典型线路）
（二）直流电机调速系统实验
1、晶闸管直流调速系统参数和环节特性的测定实验
2、晶闸管直流调速系统主要单元的调试
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
（三）全控型器件特性实验内容
1、功率场效应晶体管(MOSFET)的主要参数测量
2、功率场效应晶体管(MOSFET)的驱动电路研究
3、绝缘栅双极型晶体管(IGBT)特性及其驱动电路的研究
4、电力晶体管（GTR）驱动电路的研究
5、电力晶体管（GTR）的特性研究
6、电力晶体管（GTO）驱动电路的研究
7、电力晶体管（GTO）的特性研究
七、配置清单
| 序号 | 编号 | 名 称 | 数量 |
| 1 | DK01 | 电源控制屏 | 1件 |
| 2 | DK02 | 实验桌 | 1张 |
| 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 |
| 4 | DQ27 | 三相可调电阻（每组900Ω*2/0.41A） | 1件 |
| 5 | DK03 | 晶闸管主电路 | 1件 |
| 6 | DK04 | 三相晶闸管触发电路 | 1件 |
| 7 | DK05 | 晶闸管触发电路 | 1件 |
| 8 | DK06 | 电机调速控制实验（Ⅰ） | 1件 |
| 9 | DK07 | 直流斩波电路 | 1件 |
| 10 | DK08 | 给定及实验器件 | 1件 |
| 11 | DK09 | 新器件特性实验 | 1件 |
| 12 | DK10 | 可调电阻、电容箱 | 1件 |
| 13 | DK11 | 单相调压与可调负载 | 1件 |
| 14 | DK12 | 变压器实验 | 1件 |
| 15 | DK13 | 功率器件驱动电路实验箱 | 1件 |
| 16 | DK18 | 电机调速控制系统（Ⅱ） | 1件 |
| 17 | DQ07-1 | 直流发电机（220W） | 1台 |
| 18 | DQ09 | 直流并励电动机 | 1台 |
| 19 | 三相鼠笼式异步电动机 | 1台 | |
| 20 | 智能数字直流电压、电流表挂件 | 1件 | |
| 21 | 智能数字交流电压、电流表挂件 | 1件 | |
| 22 | DQ06 | 高可靠护套结构插实验连接线及配件 | 1套 |