TWB-117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。

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(duì)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(duì)各種器件在不同的場合的應(yīng)用有了深刻的了解，對(duì)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

電力電子實(shí)驗(yàn)

1、電力電子技術(shù)（傳統(tǒng)的整流）

（1）單結(jié)晶體管同步移相觸發(fā)電路實(shí)驗(yàn)

（2）正弦波同步移相觸發(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）TCA785觸發(fā)電路實(shí)驗(yàn)

（5）單相半波整流電路實(shí)驗(yàn)

（6）單相橋式半控整流電路實(shí)驗(yàn)

（7）單相橋式全控整流及有源逆變電路實(shí)驗(yàn)

（8）晶閘管三相半波有源逆變電路的研究

（9）三相半波可控整流電路實(shí)驗(yàn)

（10）三相橋式半控整流電路實(shí)驗(yàn)

（11）三相橋式全控整流及有源逆變電路實(shí)驗(yàn)

（12）單相交流調(diào)壓電路實(shí)驗(yàn)

（13）三相交流調(diào)壓電路實(shí)驗(yàn)

2、電力電子器件實(shí)驗(yàn)（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

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

4、模擬直流調(diào)速實(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、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)

6、電機(jī)控制實(shí)驗(yàn)

（1）無刷電機(jī)調(diào)速控制實(shí)驗(yàn)

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(duì)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(duì)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）TWPE-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）TWPE-01電源控制屏

◆ 提供三相0～450V可調(diào)交流電源，同時(shí)可得到單相0～250V可調(diào)電源(配有一臺(tái)三相同軸聯(lián)動(dòng)自耦調(diào)壓器（規(guī)格1.5KVA、0～450V），克服了三只單相調(diào)壓器采用鏈條結(jié)構(gòu)或齒輪結(jié)構(gòu)組成的許多缺點(diǎn))。可調(diào)交流電源輸出處設(shè)有過流保護(hù)技術(shù)，相間、線間過電流及直接短路均能自動(dòng)保護(hù)，克服了調(diào)換保險(xiǎn)絲帶來的麻煩。配有三只指針式交流電壓表，通過切換開關(guān)指示三相電網(wǎng)電壓和三相調(diào)壓電壓。

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。

◆直流電動(dòng)機(jī)電樞電源

提供0-250V(3A)電樞電源，具有過壓、過流、過熱及短路軟截止自動(dòng)恢復(fù)保護(hù)功能一組，并設(shè)有直流數(shù)顯電流表及電源開關(guān)。

◆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）TWPE-10A晶閘管觸發(fā)電路Ⅰ組件

提供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(duì)應(yīng)的晶閘管，操作方便安全。

3）TWPE-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(duì)a角進(jìn)行控制。另有兩脈沖控制端“Ublr”、和”Ublf”，分別對(duì)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）TWPE-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）TWPE-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(duì)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(duì)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）TWPE-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(duì)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(duì)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。

7）TWPE-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 ChopTWPEr)、升壓斬波電路(Boost ChopTWPEr)、升降壓斬波電路(Boost-Buck ChopTWPEr)、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)。

8）TWPE-10B晶閘管觸發(fā)電路Ⅱ組件

提供6只二極管組成的三相橋式整流電路以及單結(jié)晶體管觸發(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(duì)應(yīng)的晶閘管，操作方便安全。

9）TWDT33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。控制電路采用功率因數(shù)控制芯片UCC3817N和外圍元器件組成，最大輸出功率為100W(200V±5%，0.5A)，工作頻率為100kHz。采用模塊化設(shè)計(jì)，通過適當(dāng)?shù)倪B線可以完成下列實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目：

(1) 無濾波電容整流電路帶純阻性負(fù)載的測試

(2) 有濾波電容整流電路帶純阻性負(fù)載的測試

(3) 整流電路有源功率因數(shù)校正的測試

(4) 控制電路波形測試，功率柵極控制信號(hào)觀察

(5) 整流電路有源功率因數(shù)校正電路的性能測試

10）TWDT34半橋型開關(guān)穩(wěn)壓電源的性能研究（MOSFET）

提供了半橋型開關(guān)穩(wěn)壓電源的主電路和控制電路，主電路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(diào)制控制方案?？赏瓿伞伴_關(guān)電路在開環(huán)與閉環(huán)下負(fù)載特性的測試”以及“電源電壓波動(dòng)對(duì)輸出的影響”等實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。

11）TWDT39軟開關(guān)技術(shù)實(shí)驗(yàn)（MOSFET）

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(guān)的電路結(jié)構(gòu)和工作原理。H橋電路由四只MOSFET管組成，控制電路采用全橋軟開關(guān)電源移相PWM控制芯片UCC3895和驅(qū)動(dòng)芯片HIP4081組成，穩(wěn)壓反饋電路由TL431等元件組成。

12）MD41研究型電機(jī)運(yùn)動(dòng)控制模塊

主控：TMS320F28335。外擴(kuò)：RAM512*16位，F(xiàn)lash512K*16位，使用撥碼開關(guān)實(shí)現(xiàn)模式選擇。功率板：采用集成IPM模塊，可外接剎車電阻，母線電容充電緩沖電路、母線電壓檢測電路，相電流檢測電路，動(dòng)力電源位AC220V供電，功率3KW。控制板：液晶屏采用4.3寸串口屏 ，5個(gè)獨(dú)立按鍵按鍵（分別為RUN、STOP、REST、UP、DOW）。通信接口：RS232、RS485（異步串口不夠時(shí)可將RS232、RS485采用同一個(gè)串口使用短路帽進(jìn)行短路條線）、CAN、以太網(wǎng)口（SPI接口，設(shè)計(jì)W5500模塊模塊接口使用現(xiàn)有的成品模塊）；CAN、RS232、RS485為隔離通信接口與TMS320F28335無直接電氣連接。串口感器接口：霍爾信號(hào)接口及差分編碼器接口統(tǒng)一使用DB15連接。模擬量輸出：不使用到的PWM用于RC濾波運(yùn)放跟隨實(shí)現(xiàn)DAC輸出。模擬量輸入：芯片內(nèi)部不使用的ADC接口用于外部模擬量輸入，接口為0~10V輸入。開關(guān)量輸出：2組，分別用于報(bào)警信號(hào)輸出、準(zhǔn)備完成信號(hào)輸出。開關(guān)量輸入：開關(guān)量輸入3組。EEPROM存儲(chǔ)：有剩余IO可考慮設(shè)計(jì)24C02存儲(chǔ)器。測試點(diǎn)：預(yù)留環(huán)形測試點(diǎn)測試PWM信號(hào)、ADC信號(hào)、DAC信號(hào)、電源。本地控制：本地串口屏顯示參數(shù)電壓、電流、設(shè)定值、實(shí)時(shí)值，本地按鍵操作。遠(yuǎn)程控制：遠(yuǎn)程采用RS485或RS232接口使用FreeModbus-RTU協(xié)議實(shí)現(xiàn)與遠(yuǎn)程工控屏的串口通信，顯示電壓、電流、設(shè)定值、實(shí)時(shí)值，在遠(yuǎn)程觸摸屏上可進(jìn)行控制實(shí)現(xiàn)5個(gè)獨(dú)立按鍵的功能。

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）DJ09校正直流測功機(jī)：UN=220V、IN=2.0A、PN=350W、nN=1500r/min，即可作電動(dòng)機(jī)又可作測功機(jī)使用。

（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	TWPE-02實(shí)驗(yàn)桌	1
2	TWPE-01電源控制屏	1
3	TWPE-01A輔助功能屏	1
4	YB12數(shù)字單相功率、功率因數(shù)表	1
5	TWPE-10A晶閘管觸發(fā)電路Ⅰ組件	1
6	TWPE-11A三相觸發(fā)電路Ⅰ組件	1
7	TWPE-12三相晶閘管主回路組件	1
8	TWPE-13A電機(jī)調(diào)速控制電路Ⅰ組件	1
9	TWPE-14功率器件	1
10	TWPE-15直流斬波電路	1
11	TWPE-10B晶閘管觸發(fā)電路Ⅱ組件	1
12	TWDT33整流電路有源功率因數(shù)校正	1
13	TWDT34半橋型開關(guān)穩(wěn)壓電源的性能研究（MOSFET）	1
14	TWDT39軟開關(guān)技術(shù)實(shí)驗(yàn)（MOSFET）	1
15	MD41研究型電機(jī)運(yùn)動(dòng)控制模塊	1
16	電機(jī)導(dǎo)軌及電機(jī)	1
17	PJ-01實(shí)驗(yàn)導(dǎo)線	1