SBDLZ-780E型電能變換與運動控制教學(xué)實驗平臺
一、概述
電能變換與運動控制教學(xué)實驗平臺是面向電氣工程、自動化、機電一體化等專業(yè)的綜合性教學(xué)實訓(xùn)設(shè)備，融合電力電子技術(shù)、電機拖動、運動控制、自動控制原理等核心知識，集理論驗證、電路設(shè)計、算法開發(fā)、系統(tǒng)調(diào)試于一體，滿足課程實驗、課程設(shè)計、綜合實訓(xùn)、創(chuàng)新競賽等多層次教學(xué)需求。
"電能變換與運動控制教學(xué)實驗平臺"依據(jù)高等院校最新統(tǒng)編教材《電力拖動自動控制系統(tǒng)》（第三版）(上海大學(xué)陳伯時編著)、《電力電子技術(shù)》(第五版)(西安交通大學(xué)王兆安編著)等實驗大綱的要求，吸收國內(nèi)、外同類產(chǎn)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(chǎn)品中結(jié)構(gòu)合理、功能完善、可靠性好、性價比高。
(圖1：實驗設(shè)備結(jié)構(gòu)參考圖，具體以實物配置為準(zhǔn)）
(圖2：部分實驗掛件及電機實物圖片展示）
二、特點
1、綜合性強：本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：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，使用安全可靠；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：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(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、適用范圍
本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。
四、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：180×70×160 cm3
五、裝置的基本裝備
1、DK01電源控制屏（鐵質(zhì)雙層亞光密紋噴塑結(jié)構(gòu)，鋁質(zhì)面板）
（1）交流電源（帶有過流保護措施）
提供交流電源：三相交流電220V/3A，采用安全隔離變壓器輸出，帶有短路保護措施。
三相同步變壓器一組，電壓AC380V//3*15V 。
（2）高壓直流電源
勵磁電源：220V（0.5A），具有輸出短路保護。
（3）指示及測量儀表
1．交流數(shù)字電壓表1只：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；
2．智能交流電壓表1只:測量范圍：0-1000V,設(shè)置1V/10V/100V/1000V四量程，六位數(shù)碼顯示測量值。儀表采用現(xiàn)代化技術(shù)，數(shù)碼中文顯示，具備智能化、數(shù)字化，上位機通訊功能，通過按鍵能夠?qū)x表進行設(shè)置操作,量程手動、自動切換模式、校準(zhǔn)、調(diào)零、濾波級數(shù)設(shè)置、通信地址設(shè)置、超量程自動報警提示及保護等功能。硬件部分整體性強，集成度高，采用表貼工藝制作，工業(yè)塑料外殼，面板嵌入安裝，使用穩(wěn)定，容易更換和升級維護。
3．智能交流電流表1只：測量范圍：0-5A, 設(shè)置10mA/500mA/5A三檔量程，六位數(shù)碼顯示測量值。儀表采用現(xiàn)代化技術(shù)，數(shù)碼中文顯示，具備智能化、數(shù)字化，上位機通訊功能，通過按鍵能夠?qū)x表進行設(shè)置操作,量程手動、自動切換模式、校準(zhǔn)、調(diào)零、濾波級數(shù)設(shè)置、通信地址設(shè)置、超量程自動報警提示及保護等功能。硬件部分整體性強，集成度高，采用表貼工藝制作，工業(yè)塑料外殼，面板嵌入安裝，使用穩(wěn)定，容易更換和升級維護。
4．直流數(shù)字電壓表一只：測量范圍0～500V，三位半數(shù)顯，輸入阻抗為10MΩ，精度0.5級，為調(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，為調(diào)速系統(tǒng)提供電流指示。
（4）人身安全保護體系
1）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。
2）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。
3）實驗連接線及插座：強、弱電連接及插座分開，不能混插。
4）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）控制屏其它設(shè)施
控制屏正面大凹槽內(nèi)，設(shè)有兩根鋼管，可掛置實驗部件，凹槽底部設(shè)有3芯插座， 掛件的供電由這些插座提供。控制屏兩邊設(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、DK02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、DQ03-1固定電機導(dǎo)軌、測速系統(tǒng)及智能數(shù)顯轉(zhuǎn)速表
4、DQ27三相可調(diào)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，每只晶閘管均設(shè)有RC吸收和保險絲保護裝置，晶閘管可通過外加觸發(fā)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、DK04三相晶閘管觸發(fā)電路
提供三相觸發(fā)電路、功放電路，脈沖變壓器等，與"DK03"配套使用。
7、DK05晶閘管觸發(fā)電路實驗
提供單結(jié)晶體管、鋸齒波同步移向、正弦波同步移向觸發(fā)電路，KC05單相交流調(diào)壓，西門子TCA785集成觸發(fā)電路等。
8、DK06電機調(diào)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(zhuǎn)速變換器（FBS）、速度調(diào)節(jié)器（ASR）、反號器（AR）、電流調(diào)節(jié)器（ACR）等。
9、DK06-1 電機調(diào)速控制電路（II）
提供以下模塊：零電平檢測（DPZ）、轉(zhuǎn)矩極性鑒別（DPT）、邏輯控制（DLC）。
10、DK07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)》(第五版)中相關(guān)的直流斬波內(nèi)容而設(shè)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。
11、DK09新器件特性實驗
提供SCR、MOSFET、IGBT、GTO 、GTR新器件，可完成電力電子新器件特性實驗。
12、DK10可調(diào)電阻、電容箱
提供耐壓AC63V的可調(diào)電容三組，調(diào)節(jié)范圍為0.1～11.37?F，0～999kΩ十進制可調(diào)電阻兩組；供電流調(diào)節(jié)器，速度調(diào)節(jié)器反饋回路使用，可靈活改變調(diào)節(jié)器的放大倍數(shù)及積分時間。
13、DK11單相調(diào)壓與可調(diào)負載
提供了一只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、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(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、DK13功率器件驅(qū)動與保護電路
主要是為完成新器件特性實驗提供電源、驅(qū)動電路及PWM波形發(fā)生器。
（1）電源：為驅(qū)動電路提供電源，包括±5V、±15V和+20V直流電源。
（2）驅(qū)動電路：包括GTO 和 GTR， MOSFET和IGBT的驅(qū)動電路。其中IGBT的驅(qū)動電路采用專用芯片EXB841，其它的由運放、門電路及分立元件組成。
（3）PWM波形發(fā)生器：以SG3525為核心的PWM波形發(fā)生器主要是為新器件驅(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。頻率范圍分為2擋，通過鈕子開關(guān)切換，高頻檔是為MOSFET和IGBT驅(qū)動電路提供PWM波形，頻率調(diào)節(jié)范圍4KHz～10KHz；低頻檔是為GTR和GTO驅(qū)動電路提供PWM波形，頻率調(diào)節(jié)范圍400Hz～1KHz；占空比可從 0%調(diào)至100%。
16、DK14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（電阻，電感）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、DK17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(diào)速實驗。
18、DQ07-1直流復(fù)勵發(fā)電機（Un=DC200V，IN=0.5A，PN=100W，n=1500RPM，絕緣等級E）
19、DQ09直流并勵電動機 （Un=DC220V ， IN=1.1A ， PN=185W ， n=1500RPM ，絕緣等級E ）
20、DQ11三相線繞式異步電動機（AC220V，接法 Y，轉(zhuǎn)速 1380RPM，功率100W ,電流0.6A，絕緣等級E）
21、GDQ12線繞式異步電機起動與調(diào)速電阻箱
提供0、2、5、15的三相繞線異步電動機轉(zhuǎn)子起動、調(diào)速電阻一組。
22、SB06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。
六、本裝置能開設(shè)的實驗項目
（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)（器件特性與驅(qū)動保護部分）
1. 單向晶閘管（ SCR ）特性實驗
2. 功率場效應(yīng)管（ MOSFET ）特性實驗
3. 功率晶體管（ GTR ）特性實驗
4. 絕緣雙極性晶體管（ IGBT ）特性實驗
5. 功率場效應(yīng)管（ MOSFET ）驅(qū)動與保護電路實驗
6. 功率晶體管（ GTR ）驅(qū)動與保護電路實驗
7. 絕緣雙極性晶體管（ IGBT ）驅(qū)動與保護電路實驗
（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．轉(zhuǎn)速，電流雙閉環(huán)晶閘管不可逆直流調(diào)速系統(tǒng)
5. 雙閉環(huán)控制的直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)（H橋、IGBT）
（五）交流電機調(diào)速系統(tǒng)實驗（交流電機運動控制系統(tǒng)）
1．雙閉環(huán)三相繞線異步電機調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)實驗
2．雙閉環(huán)三相繞線異步電機串極調(diào)速系統(tǒng)實驗
（六）電機與變壓器教學(xué)仿真軟件實驗:包括功率電機、控制電機、信號電機和變壓器 4 個實訓(xùn)單元。
1.功率電機
包括電單相異步電動機、三相異步電動機、直線電機、直流電動機、交直流兩用電動機 5 個實訓(xùn)項目。
2.控制電機
包括步進電機、伺服電機、直流無刷電機、開關(guān)磁阻電機 4 個實訓(xùn)項目。
3.信號電機
信號電機包括測速發(fā)電機、自整角機、旋轉(zhuǎn)變壓器 3 個實訓(xùn)項目。
4.變壓器
單相變壓器、三相變壓器、電流互感器、電壓互感器、自耦變壓器、電焊變壓器 6 個實訓(xùn)項目。
5.電力拖動3D仿真教學(xué)實訓(xùn)
六、 裝置配置清單
序號 | 編號 | 名 稱 | 數(shù)量 |
1 | DK01 | 電源控制屏 | 1件 |
2 | DK02 | 實驗桌 | 1張 |
3 | DQ03-1 | 電機導(dǎo)軌、測速系統(tǒng)及數(shù)顯轉(zhuǎn)速表 | 1件 |
4 | DQ27 | 三相可調(diào)電阻（每組900Ω*2/0.41A） | 1件 |
5 | DK03 | 晶閘管主電路 | 1件 |
6 | DK04 | 三相晶閘管觸發(fā)電路 | 1件 |
7 | DK05 | 晶閘管觸發(fā)電路 | 1件 |
8 | DK06 | 電機調(diào)速控制實驗（Ⅰ） | 1件 |
9 | DK06-1 | 電機調(diào)速控制系統(tǒng)（Ⅱ） | 1件 |
10 | DK07 | 直流斬波實驗 | 1件 |
11 | DK09 | 新器件特性實驗 | 1件 |
12 | DK10 | 可調(diào)電阻、電容器 | 1件 |
13 | DK11 | 單相調(diào)壓與可調(diào)負載 | 1件 |
14 | DK12 | 變壓器實驗 | 1件 |
15 | DK13 | 驅(qū)動與保護電路實驗箱 | 1件 |
16 | DK14 | 單相交直交變頻原理 | 1件 |
17 | DK17 | 雙閉環(huán)H橋DC/DC變換PWM直流脈寬調(diào)速系統(tǒng) | 1件 |
18 | DQ09 | 直流他（并)勵電動機（185W） | 1臺 |
19 | DQ11 | 三相線繞式異步電動機（220V，Y接法） | 1臺 |
20 | GDQ12 | 線繞式異步電機轉(zhuǎn)子啟動調(diào)速電阻箱 | 1件 |
21 | 實驗導(dǎo)線 | 高可靠護套結(jié)構(gòu)手槍插實驗連接線及配件 | 1套 |
22 | 學(xué)生凳子 | 提供鐵質(zhì)四腳方凳 | 2只 |
23 | 配套教學(xué)數(shù)字資源 | 購10臺以下無此項配置 | 共1套 |
24 | 指導(dǎo)書 | 實驗指導(dǎo)書 | 1套 |
