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電力電子技術(shù)及電機實(shí)驗裝置

一、適用范圍
   LGDD-01A型電力電子技術(shù)及電機控制實(shí)驗裝置涵蓋了各高等院校等所開(kāi)設的“電力電子技術(shù)(或稱(chēng)半導體變流技術(shù))”、“直流調速”、“交流調速”、“電機控制”、“電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統”及“控制理論”等專(zhuān)業(yè)課程所要求的實(shí)驗項目。

二、特點(diǎn)
1、綜合性強：LGDD-01A型 電力電子技術(shù)及電機實(shí)驗裝置綜合了目前國內各類(lèi)學(xué)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(shí)驗項目。
2、適應性強：能滿(mǎn)足各類(lèi)學(xué)校相應課程的實(shí)驗教學(xué)，深度和廣度可根據需要作靈活調整，普及與提高可根據教學(xué)的進(jìn)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(kāi)發(fā)新實(shí)驗，只需添加部件即可，永不淘汰。
3、整套性強：從專(zhuān)用電源、電機及其它實(shí)驗部件到實(shí)驗連接專(zhuān)用導線(xiàn)配套齊全，配套部件的性能、規格等均密切結合實(shí)驗的需要進(jìn)行配套。
4、直觀(guān)性強：各實(shí)驗掛件采用分隔結構形式，組件面板示意、圖線(xiàn)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(shí)驗裝置占地面積少，節約實(shí)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；小電機耗電省，節約能源，實(shí)驗噪聲小，整齊美觀(guān)，改善實(shí)驗環(huán)境；實(shí)驗內容豐富，設計合理，除了加深理論知識外還可結合實(shí)際開(kāi)設設計性實(shí)驗。
6、開(kāi)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；各電源輸出均有監示及短路保護等功能，各測量?jì)x表均有可靠的保護功能，使用安全可靠；控制屏還設有定時(shí)器兼報警記錄儀，為學(xué)生實(shí)驗技能的考核提供一個(gè)統一的標準。由于整套裝置經(jīng)過(guò)精心設計，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(kāi)放性實(shí)驗室，創(chuàng )造了條件。
7、先進(jìn)性強：LGDD-01A型 電力電子技術(shù)及電機實(shí)驗裝置著(zhù)重從新器件高度來(lái)考慮，在保留了晶閘管實(shí)驗的基礎上，加入了新器件的特性、新器件的驅動(dòng)以及典型的新器件應用的大量現代電力電子技術(shù)實(shí)驗，讓學(xué)生對新器件有足夠的認識和了解，緊跟時(shí)代步伐。
三、技術(shù)性能
1、輸入電源: 三相四線(xiàn)(或三相五線(xiàn) 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(guò)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）數字式儀表
1）交流數字電壓表：可通過(guò)其下方的波段開(kāi)關(guān)切換指示三相電網(wǎng)輸入線(xiàn)電壓，精度1.0級；
2）真有效值交流數字電壓表一只：測量范圍0～500V，量程自動(dòng)判斷、自動(dòng)切換，精度0.5級，三位半數顯，為交流調速系統提供電壓指示；
3）真有效值交流數字電流表一只：測量范圍0～5A，量程自動(dòng)判斷、自動(dòng)切換，精度0.5級，三位半數顯，具有超量程告警、指示及切斷總電源功能，為調速系統提供電流的指示；
4）直流數字電壓表一只：測量范圍0～300V，三位半數顯，輸入阻抗為10MΩ，精度0.5級，為可逆調速系統提供電壓指示；
5）直流數字電流表一只：測量范圍為0～5A，三位半數顯，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(guò)三相漏電保護器，然后經(jīng)鑰匙開(kāi)關(guān)、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(xiàn)路出現的漏電現象進(jìn)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(xiàn)路及實(shí)驗過(guò)程中的接線(xiàn)等出現的漏電現象進(jìn)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：控制屏若有漏電現象，漏電流超過(guò)一定值，即切斷電源。
實(shí)驗連接線(xiàn)及插座：強、弱電連接及插座分開(kāi)，不能混插。強電連接線(xiàn)及插座采用全封閉工藝，使用安全、可靠、防觸電。
（5）實(shí)驗管理器
具有設定實(shí)驗時(shí)間、定時(shí)報警、切斷電源等功能；還可以自動(dòng)記錄與區分由于接線(xiàn)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(shí)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?？刂破羶蛇呍O有單相三極220V電源插座及三相四極380V電源插座，還設有實(shí)驗臺照明用的40W日光燈一盞。
2、實(shí)驗桌
實(shí)驗桌為鐵質(zhì)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(cháng)方體封閉式結構，造形美觀(guān)大方；設有兩個(gè)大抽屜、柜門(mén)，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(gè)寬敞舒適的工作臺面。實(shí)驗桌還設有四個(gè)萬(wàn)向輪和四個(gè)固定調節機構，便于移動(dòng)和固定，有利于實(shí)驗室的布局。
3、固定電機導軌、測速系統及智能數顯轉速表
4、三相可調電阻（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，每只晶閘管均設有保護裝置，晶閘管可通過(guò)外加信號進(jìn)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(shí)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、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(shí)驗
包含單結晶體管、鋸齒波同步移向、單相交流調壓，正弦波同步移向，集成觸發(fā)電路。
8、電機調速控制實(shí)驗（Ⅰ）
包含以下模塊：給定（帶數顯）、調節器I、轉速變換（FBS）、調節器II、反號器（AR）、電流變換（FBC）、電壓隔離器（TVD）。其中調節器I和調節器II的比例增益由電位器調節。
9、電機調速控制電路（II）
包含以下模塊：零電平檢測（DPZ）、轉矩極性鑒別（DPT）、邏輯控制（DLC）。
10、直流斬波實(shí)驗
    根據西安交通大學(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)的直流斬波內容而設計的；包含組成直流斬波電路所需的元器件和采用專(zhuān)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(shí)驗。
11、給定及實(shí)驗器件
包含給定（±15V可調電壓輸出）、壓敏電阻（作為過(guò)壓保護元件，內部已連成三角形接法）、二極管等。
12、可調電阻器，電容器
包含耐壓AC100V的可調電容三組，調節范圍為0.1～11.37uF，0～999KΩ十進(jìn)制可調電阻兩組。
13、單相調壓與可調負載
     包含了一只0～250V/0.5KVA單相交流自耦調壓器，為相應的實(shí)驗提供可調電源；一個(gè)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(pán)可調電阻，為相應的實(shí)驗提供一個(gè)可調的阻性負載。
14、變壓器實(shí)驗
   包含三相芯式變壓器一個(gè)（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(shí)驗和三相橋式、單相橋式有源逆變電路實(shí)驗；還設有三相不控整流電路等模塊。
15、功率器件驅動(dòng)電路實(shí)驗箱（一）
   主要是為完成新器件特性實(shí)驗提供驅動(dòng)和保護電路，使學(xué)生了解電力電子新器件的驅動(dòng)特性。主要包括電源、驅動(dòng)電路、PWM波形發(fā)生器。
  （1）電源：為驅動(dòng)電路提供電源，包括±5V、+20V、±15V直流電源。
  （2）驅動(dòng)電路：包括MOSFET、IGBT的驅動(dòng)電路。其中IGBT的驅動(dòng)電路采用了專(zhuān)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動(dòng)電路提供PWM驅動(dòng)波形；可以通過(guò)頻率調節旋鈕進(jìn)行頻率調節；通過(guò)占空比電位器來(lái)調節PWM波的占空比 頻率調節范圍4KHz～10KHz。
16、單相交直交變頻原理
根據普通高等教育“九五”國家級重點(diǎn)教材王兆安，黃俊主編的《電力電子技術(shù)》（第四版）的內容進(jìn)行開(kāi)發(fā)。用于展示交直交變頻原理，主要讓學(xué)生了解SPWM正弦波脈寬調制信號的形成方法，了解IGBT管專(zhuān)用集成驅動(dòng)芯片的特點(diǎn)及其使用，能完成如下實(shí)驗項目： 
1）SPWM波形成的過(guò)程；
2）交直交變頻電路在不同負載時(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(zhuān)用集成驅動(dòng)芯片的工作特性。  
17、雙閉環(huán)H橋DC/DC變換直流脈寬調速系統
通過(guò)對四個(gè)橋臂上IGBT管的觸發(fā)控制，來(lái)實(shí)現對可逆直流他勵電機進(jìn)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部分。主回路由直流電源、四種IGBT管組成；控制回路部分由專(zhuān)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，分別驅動(dòng)四個(gè)橋臂的IGBT管；調節部分由兩個(gè)PI調節器組成，并通過(guò)速度環(huán)、電流環(huán)構成的反饋回路使電機的轉速穩定運行在給定的轉速下。本實(shí)驗掛件可完成的實(shí)驗項目有：（1）全橋DC/DC 變換電路實(shí)驗（2）雙閉環(huán)可逆直流脈寬調速實(shí)驗。
18、直流發(fā)電機（DC220V，240W）
19、直流并勵電動(dòng)機 （DC220V，185W）
20、三相線(xiàn)繞式異步電動(dòng)機 （220V，Y接法）
21、線(xiàn)繞式異步電機轉子專(zhuān)用箱
包含0、2、5、15、35五檔同軸聯(lián)調的三相繞線(xiàn)異步電動(dòng)機轉子起動(dòng)、調速電阻一組。
22、三相異步電機變頻調速系統
包含變頻器FR-D720-0.4KW一只，設有1K調速電位器1只。
23、單相交流調壓/調功電路 
根據《電力電子技術(shù)》（第五版）中相關(guān)內容而設計，實(shí)現單相交流調壓和交流調功的實(shí)驗內容。采用的電力電子器件為雙向晶閘管，在交流調壓實(shí)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(shí)驗中采用由555時(shí)基電路組成觸發(fā)控制電路。
24、電路基礎實(shí)驗箱
   包含基爾霍夫定律（可設置三個(gè)典型故障點(diǎn)）、疊加原理（可設置三個(gè)典型故障點(diǎn)）、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(dòng)態(tài)電路等實(shí)驗。各實(shí)驗器件齊全，實(shí)驗單元隔離分明，實(shí)驗線(xiàn)路完整清晰，驗證性實(shí)驗與設計性實(shí)驗相結合。
25、交流電路實(shí)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(shí)驗。負載為三個(gè)完全獨立的燈組，可連接成Y或△兩種三相負載線(xiàn)路，每個(gè)燈組均設有三個(gè)并聯(lián)的白熾燈羅口燈座(每組設有三個(gè)開(kāi)關(guān)控制三個(gè)負載并聯(lián)支路的通斷)，可插60W以下的白熾燈九只，各燈組設有電流插座；日光燈實(shí)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），原副邊均設有保險絲便于電流的測試，可進(jìn)行變壓器原、副繞組同名端判斷及變壓器應用等實(shí)驗。
26、元件箱
設有三組高壓電容（每組1uF/500V、2.2uF/500V 、4.7uF/500V高壓電容各一只），用以改變功率因數實(shí)驗；包含實(shí)驗所需的各種元件，如電阻、二極管、發(fā)光管、穩壓管、電位器及12V燈泡等,還提供十進(jìn)制可調電阻箱，阻值為0～99999.9Ω/2W。
27、單相智能功率、功率因數表
由24位專(zhuān)用DSP、16位高精度AD轉換器和高速MPU單元設計而成，通過(guò)鍵控、數顯窗口實(shí)現人機對話(huà)功能控制模式。軟件上采用RTOS設計思路，同時(shí)配有PC監控軟件來(lái)加強分析能力。能測量電路的功率、功率因數。功率測量精度為1.0級，功率因數測量范圍0.3-1.0，電壓電流量程為450V和5A，能自動(dòng)判別負載性質(zhì)（感性顯示“L”，容性顯示“C”，純電阻不顯示），并可存儲測量數據，供隨時(shí)查閱。
28、實(shí)驗連接線(xiàn)：根據不同實(shí)驗項目的特點(diǎn)，配備兩種不同的實(shí)驗聯(lián)接線(xiàn)，強電部分采用高可靠護套結構手槍插連接線(xiàn)（不存在任何觸電的可能），里面采用無(wú)氧銅抽絲而成頭發(fā)絲般細的多股線(xiàn)，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(diǎn)，插頭采用實(shí)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構聯(lián)接線(xiàn)，兩種導線(xiàn)都只能配合相應內孔的插座，這樣大大提高了實(shí)驗的安全及合理性。
五、實(shí)驗項目
（一）電力電子技術(shù)（晶閘管部分）
1.單結晶體管觸發(fā)電路；
2.正弦波同步移相觸發(fā)電路實(shí)驗；
3.鋸齒波同步移相觸發(fā)電路實(shí)驗；
4.西門(mén)子TCA785集成觸發(fā)電路實(shí)驗；
5.單相半波可控整流電路實(shí)驗；
6.單相橋式半控整流電路實(shí)驗；
7.單相橋式全控整流電路實(shí)驗；
8.單相橋式有源逆變電路實(shí)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(shí)驗；
12.三相橋式全控整流及有源逆變電路實(shí)驗；
13.單相交流調壓電路實(shí)驗；
14.三相交流調壓電路實(shí)驗。
（二） 電力電子技術(shù)（全控型器件特性部分）
1.功率場(chǎng)效應晶體管(MOSFET)的主要參數測量；
2.功率場(chǎng)效應晶體管(MOSFET)的驅動(dòng)電路研究；
3.絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)特性及其驅動(dòng)電路的研究；
4.單向晶閘管（SCR）特性實(shí)驗；
5.雙向晶閘管（SCR）特性實(shí)驗；
6.電力晶體管管（GTR）特性實(shí)驗。
（三） 電力電子技術(shù)（全控型器件典型線(xiàn)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） 直流調速實(shí)驗
1.晶閘管直流調速主要單元的調試；
2.不可逆單閉環(huán)直流調速系統靜特性的研究；
3.帶電流截止負反饋的轉速單閉環(huán)不可逆直流調速系統；
4.電壓、電流雙閉環(huán)晶閘管不可逆直流調速系統；
5.轉速、電流雙閉環(huán)晶閘管不可逆直流調速系統；
6.雙閉環(huán)控制的直流脈寬調速系統（H橋、IGBT）。
（五） 交流調速實(shí)驗
1.雙閉環(huán)三相異步電機調壓調速系統實(shí)驗；
2.雙閉環(huán)三相異步電機串級調速系統實(shí)驗；
3.三相異步電機變頻調速系統實(shí)驗。

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