電力電子技術及自動控制系統(tǒng)實訓裝置

一、概述

電力電子技術及自動控制系統(tǒng)實訓裝置是從加深學生對理論認知和培養(yǎng)學生的實際動手能力出發(fā)，并結合日常工作中典型的電力電子及其自動控制電路的要求研制的，適合各職業(yè)院校的電氣工程、自動化、應用電子、供用電等各類專業(yè)的《電力電子技術》、《半導體變流技術》、《電機與電力拖動控制系統(tǒng)》、《自動控制原理與系統(tǒng)》、《自動控制系統(tǒng)》、《直流調速系統(tǒng)》、《交流調速系統(tǒng)》、《運動控制系統(tǒng)》等多門課程實訓教學，同時還適用于初、中、高級電工及電工技師的培訓。

二、特 點

1）裝置由單元模塊組成，更換方便，維護容易；模塊本身采用PCB烤漆工藝制成，正面為原理圖和測試點，背面焊有對應的元件，避免了由于引線引起的干擾，大大降低故障率。

2）體現(xiàn)“工程環(huán)境”理念，模仿實際生產(chǎn)現(xiàn)場：這些系統(tǒng)基本上從相關工業(yè)產(chǎn)品移植而來，可很好實現(xiàn)對學生能力（波形分析和系統(tǒng)調試能力）的培養(yǎng)和技術知識的應用。

3）各個系統(tǒng)的配置精心設計，豐富多彩：各個系統(tǒng)采用的元件、觸發(fā)（驅動）電路、主電路、控制方式、控制對象及保護環(huán)節(jié)等，基本上都不一樣，它們概括了當前工業(yè)上的技術應用，內容豐富多樣，體現(xiàn)了“典型性、先進性、實用性和可行性”的要求，能引起學生興趣，能使學生獲得很大的收獲。

4）電力電子元件與單元電路性能實驗，在小系統(tǒng)環(huán)境進行：這樣有利于學生理解該元件和該單元用于何處、它們的性能對整個系統(tǒng)的影響，有利于學生知識的鞏固和實際應用。

5）.裝置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，確保操作者的人身安全；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。

三、技術性能

1.輸入電壓：三相四線（或三相五線）～380V±10% 50Hz

2.工作環(huán)境：環(huán)境溫度為-10℃～+40℃ 相對濕度＜85%(25℃) 海拔＜4000m

3.裝置容量：＜1.5kVA

4.外形尺寸: 1832mm×805mm×1570mm

5.安全性能：安全保護措施：實驗臺桌面采用高絕緣、高強度、耐高溫的高密度板。 具有接地保護、漏電保護功能，安全性符合相關的國標標準。采用高絕緣的安全型插座及帶絕緣護套的高強度安全型實驗導線。

四、系統(tǒng)的配置

1. 電源控制屏

（1）FDK01交流電源 三相四線（或五線）電網(wǎng)輸入經(jīng)電源總開關漏電保護器（容量10A，漏電動作電流≤30mA，動作時間≤0.1S）和交流接觸器再到三相隔離變壓器給實訓設備供電；通過起動、停止、急停按鈕控制交流接觸器，設有供電指示燈及缺相指示。 提供三相0～450V可調交流電源，同時可得到單相0～250V可調的交流電源，配有一臺三相同軸聯(lián)動自耦調壓器（規(guī)格：1.5kVA、0～450V）?？烧{交流電源輸出處設有過流保護裝置，當相間、線間過電流及直接短路均能自動保護，克服了調換保險絲帶來的麻煩，并具有過流聲光告警?？刂破恋墓╇娪扇嚯娋W(wǎng)經(jīng)三相漏電保護開關、電網(wǎng)電壓指示表、熔斷器、啟/停按鈕控制交流接觸器輸出，具有漏電聲光告警、過流保護等功能，同時配有一只急停按鈕，便于切斷電源，還配有一只指針式交流電壓表，通過切換和轉換開關，可方便地指示三相電網(wǎng)和三相調壓輸出的每一相的線電壓。

（2）同步變壓器:一組三相同步變壓器，380V/15V三只。

（3）直流勵磁電源：220V/0.5A，具有輸出短路保護。

（4）示波器支架:示波器支架設在電源箱的頂部，方便用戶放置示波器。

（5）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)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)出聲光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。 

（6）儀器、儀表保護體系 ? 設有交流過流、短路保護器，如果三相隔離變壓器或三相調壓器輸出電流大于整定電流（用戶可調整）或線路錯接短路時，即能發(fā)出聲光告警并切斷輸出電源；待用電線路故障排除后方可重新啟動控制屏，對交流電源起到良好的保護作用。

2. FDK02實訓桌 實訓桌面為防火、防水、耐磨高密度板,結構堅固，形狀似長方體封閉式結構，造型美觀大方；設有抽屜、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。實訓桌底部裝有四個帶剎車的萬向輪，便于移動和固定。

3. DD03-1不銹鋼電機導軌、1024光電編碼器測速系統(tǒng)及智能數(shù)顯轉速表 包括固定電機的不銹鋼導軌和1024光電編碼器及智能數(shù)顯轉速表。 不銹鋼導軌平整度好，無應力變形，加工精細，同心度好，互換性好，能保證電機與電機、電機與測功機之間連接的同心度不超過±5絲，電機運行噪聲小，實驗參數(shù)典型，能較好滿足實驗要求。導軌還帶有便攜式手柄和減振底腳。10241024增量式光電編碼器，可以實現(xiàn)電機轉速0～6000r/min的精確測量，并通過單片機實現(xiàn)轉速數(shù)字信號與電壓信號的線性轉換V=f（n），能提供精確穩(wěn)定的轉速反饋電壓信號，正反轉輸出電壓對稱性誤差≤1‰，克服了采用測速發(fā)電機測速精度低、測量范圍小、對稱性差及非線性變化等缺點。

4. DQ09直流他勵電動機：220V、1.1A、185W、1600r/min。

5. DQ11三相鼠籠式異步電動機：220V/△、0.5A、100W、1420r/min。

6. DQ19校正直流測功機：220V、2.2A、 355W、1500r/min，電機經(jīng)特殊設計，容量是被測電機的2～3倍，并經(jīng)精密儀器校正，能很好的完成被測電機的加載和輸出轉矩的測試。

7. FDQ22直流數(shù)字電壓、毫安、安培表 直流數(shù)顯電壓表1只，測量范圍0～600V，分2V、20V、200V、600V四檔，直鍵開關切換，三位半數(shù)顯，精度為0.5級，輸入阻抗為10MΩ，具有超量程聲光報警、指示及切斷總電源等功能。 直流數(shù)顯毫安表1只，測量范圍0～2000mA，分20mA、200mA、2000mA三檔，直鍵開關切換,三位半數(shù)顯,精度為0.5級，具有超量程聲光報警、指示及切斷總電源等功能。 直流數(shù)顯安培表1只，測量范圍0～5A，三位半數(shù)顯，精度為0.5級，具有超量程聲光報警、指示及切斷總電源等功能。

8. FDQ29可變電阻器 提供阻值容量150W 、1.5A 、0～90Ω/×2連續(xù)可調的瓷盤電阻器1只及150W 、0.5A 0～900Ω/×2連續(xù)可調的瓷盤電阻1只，電阻接線端均已連接至操作面板上，可方便地組合串聯(lián)、并聯(lián)、串并聯(lián)等多種方式使用，可在0.5A、1A、1.5A、3A不同電流要求的負載下使用。

9. FDQ23交流電參數(shù)表組件 真有效值交流數(shù)字電壓表1只，測量范圍0～500V，分2V、20V、200V、500V四檔，直鍵開關切換，三位半數(shù)顯，精度0.5級，輸入阻抗10MΩ。 真有效值交流數(shù)字電流表2只，測量范圍0～5A，分200mA、2000 mA、5A三檔，直鍵開關切換，三位半數(shù)顯，精度0.5級，具有超量程聲光報警、指示及切斷總電源等功能。

10. FPB-1交直流電源、變壓器及二極管組件 提供～220V/24V、20V、±15V、±12V、±5V，100VA直流電源（具有短路及過載保護功能），不控整流元件，單相同步變壓器（包括～220V/～60V、～30V、～15V、雙～7V）、三相同步變壓器（380V/15V），給定顯示與0～±15V給定，直流300V/2.5級中零表一只、2A/2.5級中零表一只。同時組合可提供單相交流0～250V可調電源，直流0～300V可調電源。

11. FDK03晶閘管及電抗器組件 提供6只單向晶閘管，0～200mH帶抽頭電抗器。

12. FDK09新器件特性實訓組件 提供MOSFET、IGBT、GTR新型電力電子器件，可測定其特性曲線；與新器件驅動與保護電路組件配套使用。 提供3只雙向晶閘管,帶阻容保護，用于交流調壓電路、單相三相交流調功。

13. FDK04三相TCA785脈沖列觸發(fā)電路組件 提供由西門子TCA785等專用的集成觸發(fā)電路構成的三相觸發(fā)電路、正反橋功放電路。

14. FDK05晶閘管觸發(fā)電路組件 提供由分立元件構成的單結晶體管觸發(fā)電路和正弦波同步移相觸發(fā)電路，兩路由分立元件構成的鋸齒波同步移相觸發(fā)電路I和Ⅱ，可完成單相晶閘管全控及半控整流實驗；一路KC05集成鋸齒波觸發(fā)電路。 （1）提供由獨立器件以BT33為核心的鋸齒波觸發(fā)電路，可完成單相鋸齒波晶閘管觸發(fā)電路實訓內容； （2）提供由獨立器件組成的典型正弦波同步移相觸發(fā)電路，以原理性的形式，與晶閘管組合成同步觸發(fā)實訓電路。 （3）提供鋸齒波同步移相觸發(fā)電路Ⅰ、Ⅱ，與晶閘管組合，可完成單相晶閘管全控及半控整流實訓內容。 （4）提供以KC05集成塊為核心的鋸齒波觸發(fā)電路，與晶閘管組合，可完成單相全波半控整流電路及交流調壓電路實訓內容

15. FDK07直流斬波電路組件 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和構成六種典型直流斬波電路實訓的元器件。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斬波電路六種典型電路的實訓。

16. FDK13新器件驅動與保護電路 提供功率器件及功率器件的驅動與保護電路，以及PWM波形發(fā)生器。 （1）其中IGBT的驅動電路采用專用芯片EXB841，其他驅動電路由運放、門電路及分立元件組成。 （2）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檔，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驅動電路提供PWM波形，頻率調節(jié)范圍400Hz～1kHz；占空比在各頻率點上均能從0%調至100%。

17. FDK14單相SPWM控制(IGBT)H型交直交變頻電路組件 提供單相SPWM控制(IGBT)H型交直交變頻電路，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。能完成如下實訓項目： （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。 SPWM發(fā)生器核心為兩片ICL8038集成函數(shù)信號發(fā)生器，采用IR2110專用集成（IGBT）驅動芯片，載波頻率調節(jié)范圍50～10KHz，基波頻率調節(jié)范圍5～60Hz。

18. FDK19 PWM控制（MOSFET）開關型穩(wěn)壓電源電路組件 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?？赏瓿伞伴_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”等實訓內容。直流輸出0～30V/2A，具有短路及過載保護功能。

19. FDK22單相交流(過零觸發(fā))調功電路組件 采用專用KC08晶閘管過零集成觸發(fā)電路，導通周期由555時鐘電路的電位器控制輸出觸發(fā)脈沖。配合雙向晶閘管構成的主電路，完成交流調功特性的實訓內容。

20. FDK05-1 GTR單相并聯(lián)逆變電路組件 提供555時基電路作為逆變觸發(fā)電路，工作頻率可以從45Hz～55Hz之間調節(jié)，功率主回路采用GTR功率三極管作為開關器件，完成單相并聯(lián)逆變電路實訓內容。

21. FDK06直流調速組件（一） 提供用于調速系統(tǒng)的速度、電流調節(jié)器（調節(jié)器I、II）、轉速變換器(FBS)、電流反饋和保護電路（FBC+FA）及電壓反饋的電壓隔離器(TVD)、反號器（AR），實訓時可以靈活改變系統(tǒng)的控制參數(shù)，觀測不同的參數(shù)對系統(tǒng)的動態(tài)性能、穩(wěn)態(tài)性能穩(wěn)定性及相應時間等影響；更可以讓學生從調速系統(tǒng)的各種參數(shù)(如電機的機電時間常數(shù)等)出發(fā)對調節(jié)器的放大倍數(shù)及積分時間的參數(shù)分別設計，同時進行實際結果的驗證。系統(tǒng)無靜差精度高達0.3%以上。

22. FDK31 SG3731專用 PWM 集成電路控制直流位置隨動系統(tǒng) 提供以SG3731為核心的專用PWM控制的直流電機電源電路，與電機及反饋裝置結合，可完成如下實訓內容: （1）SG3731控制的不可逆PWM直流調速系統(tǒng)，可完成直流電機工作在Ⅰ、Ⅱ象限時的開環(huán)機械特性測試實訓，閉環(huán)控制的直流電機在Ⅰ、Ⅱ象限時的機械特性測試實訓。 （2）SG3731控制的可逆PWM直流調速系統(tǒng)，可完成直流電機的四象限運行實訓，及閉環(huán)控制的直流電機四象限運行實訓。 （3）SG3731控制的PWM直流電機位置隨動系統(tǒng)，可完成閉環(huán)位置隨動系統(tǒng)的性能研究實訓內容。

23. FDK32 小容量晶閘管直流調速系統(tǒng)組件 提供工業(yè)上常用的典型小容量晶閘管直流調速系統(tǒng)KZD-II控制電路，可完成KZD-II型小容量晶閘管直流調速系統(tǒng)的電壓負反饋、電流正反饋閉環(huán)的相關實訓內容。

24. FDK33燈組負載 提供三只絲口型220V/ 25W彩色燈泡負載，可作為單、三相負載，實訓結果直觀。

25. PAC05 實訓連接線及配件 根據(jù)不同實訓項目的特點，配備兩種不同的實訓聯(lián)接線，強電部分采用高可靠護套結構手槍插連接線，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，這樣大大提高了實訓的安全及合理性。

五、實訓項目

1.電力電子器件特性（參數(shù)、性能與波形的測定） （1）晶閘管（SCR） （2）雙向晶閘管（TRIAC） （3）電力晶體管（GTR） （4）場效應管（MOSFET） （5）絕緣柵雙極型晶體管（IGBT）

2.觸發(fā)（驅動）單元電路的測試 （1）單結晶體管觸發(fā)電路（分列元件） （2）正弦波同步移相觸發(fā)電路（分列元件） （3）鋸齒波移相觸發(fā)電路（分列元件） （4）KC05鋸齒波觸發(fā)電路 （5）KC08過零觸發(fā)電路 （6）EXB841大規(guī)模集成（絕緣柵雙極型晶體管IGBT）驅動與保護電路 （7）電力晶體管（GTR）驅動與保護電路 （8）功率場效應管（MOSFET）驅動與保護電路 （9）三相TCA785脈沖列觸發(fā)電路 （10）SG3525觸發(fā)模塊 （11）SG3731專用PWM控制電路 （12）IR2110專用集成（IGBT）驅動電路

3.電力電子電路 （1）單相晶閘管可控半波整流電路 （2）單相晶閘管半控橋式整流電路 （3）單相晶閘管全控橋式整流電路 （4）三相晶閘管可控半波整流電路 （5）三相晶閘管半控橋式整流電路 （6）三相晶閘管全控橋式整流電路 （7）GTR單相并聯(lián)逆變電路 （8）單相雙向晶閘管交流調功電路 （9）直流（IGBT）斬波電路的性能研究（降壓斬波電路、升壓斬波電路、升降壓斬波電路、Cuｋ斬波電路、Sepic斬波電路、Zeta斬波電路六種典型線路） （10）單相（雙向晶閘管）交流調壓電路 （11）三相（反并聯(lián)晶閘管）交流調壓電路 （12）單相SPWM控制(IGBT)H型交直交變頻電路 （13）PWM控制（MOSFET）開關型穩(wěn)壓電源電路 （14）SG3731 專用 PWM 集成電路控制的直流PWM系統(tǒng)（GTR）H型可逆供電電路

4.自動控制系統(tǒng) （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(SCR) （2）晶閘管直流調速系統(tǒng)主要單元的調試(SCR) （3）電壓負反饋、電流正反饋直流調速系統(tǒng) （4）轉速負反饋單閉環(huán)直流調速系統(tǒng) （5）電流單閉環(huán)直流調速系統(tǒng) （6）電壓單閉環(huán)直流調速系統(tǒng) （7）轉速、電流雙閉環(huán)不可逆直流調速系統(tǒng) （8）V-M轉速、電流雙閉環(huán)邏輯無環(huán)流可逆直流調速系統(tǒng) （9）轉速、電流雙閉環(huán)交流調壓調速系統(tǒng)的研究 （10）SG3731直流脈寬不可逆調速系統(tǒng)（PWM系統(tǒng)） （11）SG3731直流脈寬可逆調速系統(tǒng)（PWM系統(tǒng)） （12）SG3731專用PWM集成電路控制的直流位置隨動系統(tǒng)

5.電機特性 （1）直流電動機特性的測試 （2）三相異步電機特性的測試