SB-502H型電力電子技術及電機控制實驗裝置
一、概述
電力電子技術及電機控制實驗裝置，電力電子技術及電機控制實驗設備通過電力電子實訓平臺，使學生對各種電力電子元器件及整流、逆變、斬波、變頻等技術有更清楚的理解認識，提高學生的設障排障能力及其職業(yè)技能，為學生將來從事電力電子方面的工作提供一定保障。 能夠對相關企業(yè)進行電力電子技術方面的培訓工作。主要培訓完成《電力電子技術》、《電工電子技術應用》等課程的實訓教學， 輔助完成高級維修電工考證訓練等工作。
二、特點
1、綜合性強 本裝置綜合了目前國內各類學校電力電子、半導體變流、交直流調速、交流變頻、電機控制、控制理論等實驗項目。
2、適應性強 能滿足各類學校相應課程的實驗教學，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的進程作有機的結合，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線配套齊全，配套部件的性能、規(guī)格等均密切結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構形式，組件面板示意、圖線分明，各掛件任務明確，操作、維護方便。
5、科學性強 裝置占地面積少，節(jié)約實驗用房，減少基建投資；配套的小電機均經特殊設計，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；實驗內容豐富，設計合理，除了加深理論知識外還可結合實際開設設計性實驗。
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，各測量儀表均有可靠的保護功能，使用安全可靠；控制屏還設有定時器兼報警記錄儀，為學生實驗技能的考核提供一個統(tǒng)一的標準。由于整套裝置經過精心設計，加上可靠的元器件質量及可靠的工藝作為保障，產品性能優(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上，加入了新器件的特性、新器件的驅動以及典型的新器件應用的大量現(xiàn)代電力電子技術實驗，讓學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
電力電子技術及電機控制實驗裝置涵蓋了各高等院校等所開設的"電力電子技術(或稱半導體變流技術)"、"直流調速"、"交流調速"、"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：187×70×158 cm3
五、裝置的基本裝備
1、DK01電源控制屏（鐵質雙層亞光密紋噴塑結構，鋁質面板）
1)交流電源（均帶有過流保護措施）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(shù)字式儀表
1．交流數(shù)字電壓表：可通過其下方的波段開關切換指示三相電網輸入線電壓，精度1.0級；
2．真有效值交流數(shù)字電壓表一只：測量范圍0～500V，量程自動判斷、自動切換，精度0.5級，三位半數(shù)顯，為交流調速系統(tǒng)提供電壓指示；
3.真有效值交流數(shù)字電流表一只：測量范圍0～5A，量程自動判斷、自動切換，精度0.5級，三位半數(shù)顯，具有超量程告警、指示及切斷總電源功能，為調速系統(tǒng)提供電流的指示；
4.直流數(shù)字電壓表一只：測量范圍0～300V，三位半數(shù)顯，輸入阻抗為10MΩ，精度0.5級，為可逆調速系統(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，為可逆調速系統(tǒng)提供電流指示。
4)人身安全保護體系:三相隔離變壓器一組：三相電源首先通過三相漏電保護器，然后經鑰匙開關、接觸器到隔離變壓器，使輸出與電網隔離（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：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。
5)實驗管理器:具有設定實驗時間、定時報警、切斷電源等功能；還可以自動記錄與區(qū)分由于接線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，設有兩根鋼管，可掛置實驗部件，凹槽底部設有3芯插座， 掛件的供電由這些插座提供。控制屏兩邊設有單相三極220V電源插座及三相四極380V電源插座，還設有實驗臺照明用的40W日光燈一盞。
★（7）實驗臺智能考核系統(tǒng):采用最新 MCU 技術 RAM 處理芯片的數(shù)字化集成電路板與配套無線故障設置控制系統(tǒng)，系統(tǒng)穩(wěn)定、不易感染病毒。
控制模塊(PC 控制終端或手持移動控制終端)和驅動模塊(智能故障設置驅動盒)分離，避免復雜連線干擾控制器，系統(tǒng)更加可靠。
驅動模塊內置智能故障設置控制系統(tǒng)，配有專用新型無線數(shù)據傳輸模塊(可插拔型)和RS232 串行通訊接口，可無線組網通訊和 RS232 有線通訊。
手持移動控制終端采用 7 寸高清晰彩色液晶觸控屏，中文菜單式觸控操作界面，人機對話友好。手持移動控制終端可控制任意一臺帶驅動模塊的實訓設備。
手持移動控制終端不聯(lián)網時可作單機操作，當帶驅動模塊的實訓設備無線組網時，手持 移動控制終端可無線進網作為聯(lián)網終端，可作學生機登錄實訓與考核的操作終端，也可作教師機登錄出題設故的操作終端。
可通過 PC機或平板電腦 控制終端進行實訓考核，也可通過手持移動控制終端進行實訓考核，教師與學員界面分開，教師通過密碼進入教師界面出題，學員在普通界面答題。(注：教師與學員設故與排故界面原理圖與設備面板原理圖完全一致)
可自由設定任意一處有關的各種常見故障，故障類型包括：線路斷 路、對地短路、接觸不良，偶發(fā)等故障現(xiàn)象。每套驅動模塊可以設置 8 路大電流 5A 的 開路故障、16 路小電流 2A 的信號通路的開路、不良、偶發(fā)、短路等故障，共 24 路故 障設置。可根據需求擴展設置 64 路大電流 5A 的開路故障、128 路小電流 2A 的信號通 路的開路、不良、偶發(fā)、短路等故障，共192 路故障設置。可根據用戶使用要求調整故障設置點的數(shù)量和故障設置類型。
所有配備驅動模塊的實訓設備，均可通過內置的專用新型無線數(shù)據傳輸模塊無線組網， 實現(xiàn)遠程集中管理。
用戶可選擇通過無線或 RS-232 串口通訊與其它實訓設備配套的無線故障設置控制系統(tǒng)組成一個網絡，通過主控計算機控制每一臺實訓設備的故障設置、故障排除、參數(shù)設定、 遠程起動、信息反饋、考核評分等功能。
2、DK02實驗桌:實驗桌為鐵質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，形狀似長方體封閉式結構，造形美觀大方；設有兩個大抽屜、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。實驗桌還設有四個萬向輪和四個固定調節(jié)機構，便于移動和固定，有利于實驗室的布局。
3、DQ03－1固定電機導軌、測速系統(tǒng)及智能數(shù)顯轉速表
4、DQ27三相可調電阻（每組900Ω×2/0.41A）
5、DK03晶閘管主電路:提供12只5A/1000V的晶閘管，分成正、反橋兩組，每只晶閘管均設有保護裝置，正、反橋晶閘管可通過外加信號進行觸發(fā)（留有觸發(fā)脈沖輸入接口），可更好的完成設計性實驗；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、DK04三相晶閘管觸發(fā)電路:提供三相觸發(fā)電路、功放電路等，與"DK03"配套使用。
7、DK05晶閘管觸發(fā)電路實驗:提供單結晶體管觸發(fā)電路、正弦波同步移相觸發(fā)電路、鋸齒波同步移相觸發(fā)電路、單相交流調壓觸發(fā)電路及TCA785集成觸發(fā)電路共五種觸發(fā)電路。
8、DK06電機調速控制實驗（Ⅰ）提供以下模塊：電流反饋與過流保護（FBC+FA）、給定器（G）、轉速變換器（FBS）、速度調節(jié)器（ASR）、反號器（AR）、電流調節(jié)器（ACR）。
9、DK08給定及實驗器件:提供給定（±15V可調電壓輸出）、壓敏電阻（作為過壓保護元件，內部已連成三角形接法）、二極管、24V電源及電感。
10、DK09新器件特性實驗:提供SCR、MOSFET、IGBT、GTO 、GTR新器件，與DJK06配套使用，可測定其特性曲線；與DJK12配套使用，可完成電力電子新器件的驅動特性實驗。
11、DK11單相調壓與可調負載:提供了一只0～250V/0.5KVA單相交流自耦調壓器，為相應的實驗提供可調電源；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)）瓷盤可調電阻，為相應的實驗提供一個可調的阻性負載。
12、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速實驗和三相橋式、單相橋式有源逆變電路實驗；還設有三相不控整流電路一組。
13、DK13功率器件驅動電路實驗箱:主要是為完成新器件特性實驗提供驅動和保護電路，使學生了解電力電子新器件的驅動特性。主要包括電源、驅動電路、PWM波形發(fā)生器。
1)電源：為驅動電路提供電源，包括±5V、+20V、±15V直流電源。
2)驅動電路：包括MOSFET、IGBT、GTR和GTO的驅動電路。其中IGBT的驅動電路采用了專用芯片EXB841。
3)PWM波形發(fā)生器：由SG3525為核心的PWM波形發(fā)生器主要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擋，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和GTO驅動電路提供PWM波形，頻率調節(jié)范圍400Hz～1KHz；占空比均能從0%調至100%。
14、DK14單相交直交變頻原理:根據普通高等教育"九五"國家級重點教材，王兆安、黃俊主編的《電力電子技術》(第四版)的相關內容進行開發(fā)，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。
15、DK19半橋型開關穩(wěn)壓電源: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。可完成"開關電路在開環(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"等實驗內容。
16、DK07直流斬波實驗:根據西安交通大學王兆安教授和黃俊教授主編的《電力電子技術》(第四版)中相關的直流斬波內容而設計的；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。
17、DK21斬控式交流調壓電路:根據西安交大王兆安教授和黃俊教授主編的《電力電子技術》(第四版)中相關的內容而設計的，采用全控型器件IGBT管實現(xiàn)"斬控式交流調壓實驗"。
18、DK22單相調壓/調功電路:根據西安交通大學王兆安教授和黃俊教授主編的相關內容而設計的，實現(xiàn)
單相交流調壓和交流調功的實驗內容。采用的電力電子器件為雙向晶閘管，在交流調壓實驗中采用由雙向觸發(fā)二極管構成觸發(fā)控制電路；在交流調功實驗中采用由555時基電路組成觸發(fā)控制電路。
19、DQ07-1直流發(fā)電機(240W)
20、DQ09直流并勵電動機
21、DQ11三相線繞式異步電動機（220V，Y）
22、GDQ12線繞式異步電機轉子專用箱
23、高可靠護套實驗連接線及配件：根據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構手槍插連接線（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，這樣大大提高了實驗的安全及合理性。
24、配套教學數(shù)字資源
★（一）：電工作業(yè)培訓教學軟件（ 用電安全與觸電急救仿真教學軟件）
本產品依據中華人民共和國勞動和勞動安全行業(yè)標準（LD/T81.2－2006）《"維修電工"職業(yè)技能實訓和鑒定設備技術規(guī)范》與教育部有關專業(yè)教學大綱而設計研制。該軟件采用二維與三維結合的虛擬畫面，教導學生電工基礎知識和用電的安全及急救方法。包含電工初步知識（電工基礎、電工儀表使用、導線安全連接、安全用電工具、安全用電標志），觸電急救（觸電的方式、安全防護措施、接地與接零保護、人工呼吸，心肺復蘇等急救方法），風險排除（滅火器類型、滅火器的使用），電工電子基本操作（包括低壓電器、電機與變電器、照明電路、電子技術）等4大模塊，15個實訓單元，72個實訓項目。軟件以技能為核心，操作步驟為主線，以學生交互訓練為主體，具有三維可視化、智能化、全交互的特點，集職業(yè)性、情境性、過程性、交互性和靈活性于一身，性價比極高。為職業(yè)教育與技能實訓、鑒定信息化、現(xiàn)代化提供了豐富的教學資源。
★（二）：電機與拖動/PLC電氣控制（維修電工實訓考核教學軟件）
軟件內容包含電工基礎常識、電工工具、電工識圖、電工儀表、電工照明電路、電機、變壓器、低壓電器、電拖、示波器、低頻信號源、焊接工藝、故障排除、連線，PLC模塊等100多個實驗內容，學校可以根據學生學習進度選擇相應的訓練模塊進行訓練。利用生動的動畫演示，配合語音對電路工作原理進行講解；可通過半透明的原理圖上的提示進行相關操作；具有與設備一致的實驗項目和實物元件介紹；具有實驗目的的描述、實驗器材的展示、典型電路的分析、電路原理聲動同步的解說、元件布局模擬操作、電路原理的模擬接線，模擬現(xiàn)場的工業(yè)仿真等功能。該軟件所有圖標及器件均采用3D建模，通過美工處理，整體畫面美觀大方。通過軟件的教學及仿真，能激發(fā)學員的思維、增強學員的感性認識，更好地剖析教學的重點、難點。軟件中的項目內容和實訓設備相關，學生在去實驗室之前，就可以對實操項目在理論和感觀上有個初步的認識。
★（三）：電機與變壓器仿真教學軟件
電機與變壓器仿真教學軟件依據《職業(yè)院校數(shù)字校園建設規(guī)范》（教職成函[2015]1 號）與教育部頒布的有關專業(yè)教學大綱而設計，選取典型的電機與變壓器，圍繞其核心知識點和技能點展開，兼顧教師的課堂教學，力爭達到軟件的職業(yè)性、情境性、過程性、交互性的相互交融。
本軟件包括功率電機、控制電機、信號電機和變壓器4個實訓單元，共18個典型的實訓項目，每個實訓項目下設有外形結構、工作原理、拆裝過程、故障檢測、常見應用、考考你等數(shù)目不等實訓任務。
本軟件既可支持教師的課堂演示教學，亦可支持學生進行課前預習，重點支持學生在理論課后進行的自主仿真實訓，并可在此基礎上實現(xiàn)技能考核。
★（四）：電力拖動仿真教學軟件
本產品依據中華人民共和國勞動和勞動安全行業(yè)標準（LD/T81.1-2006）《職業(yè)技能實訓和鑒定設備通用技術規(guī)范》與教育部有關專業(yè)教學大綱而設計，內容包括三相異步機單向轉動控制等30個實訓項目，涵蓋維修電工初級、中級、高級主要實訓項目，每個項目又根據需要設有實訓目的、實訓器件、實訓電路、電路原理、器件布局、元件檢查、通電運行、通電運行、故障排除等多種訓練任務。軟件以技能為核心，項目為引領、任務為驅動，職場環(huán)境為背景，操作步驟為主線，學生交互訓練為主體，具有三維可視化、智能化、全交互的特點，集職業(yè)性、情境性、過程性、交互性于一身，性價比極高。為職業(yè)教育與技能實訓、鑒定信息化、現(xiàn)代化提供了不可或缺的豐富資源。
六、本裝置能開設的實驗項目
一)電力電子技術實驗項目
1．單結晶體管觸發(fā)電路
2．正弦波同步移相觸發(fā)電路實驗
3．鋸齒波同步移相觸發(fā)電路實驗
4．TCA785集成觸發(fā)電路
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．單相橋式全控整流及有源逆變電路實驗
8．三相半波可控整流電路實驗
9．三相橋式半控整流電路實驗
10．三相半波有源逆變電路實驗
11．三相橋式全控整流及有源逆變電路實驗
12．單相交流調壓電路實驗
13．單相交流調功電路實驗
14．三相交流調壓電路實驗
二)電力電子器件的特性及驅動與保護
1．單向晶閘管（SCR）特性實驗
2．可關斷晶閘管（GTO）特性實驗
3．功率場效應管（MOSFET）特性實驗
4．電力晶體管（GTR）特性實驗
5．絕緣雙極型晶體管（IGBT）特性實驗
6．可關斷晶閘管（GTO）驅動與保護電路實驗
7．功率場效應管（MOSFET）驅動與保護電路實驗
8．電力晶體管（GTR）驅動與保護電路實驗
9．絕緣雙極型晶體管（IGBT）驅動與保護電路實驗
三)典型電力電子器件線路實驗
1．單相正弦波脈寬調制（SPWM）逆變電路實驗
2．半橋型開關穩(wěn)壓電源的性能研究
3．直流斬波電路的性能研究（降壓斬波電路、升壓斬波電路、升降壓斬波的電路、Cuｋ斬波電路、Sepic斬波電路、Zeta斬波電路）
4．單相斬控式交流調壓電路實驗
三)直流電機調速實驗
1．晶閘管直流調速系統(tǒng)主要單元的調試
2．單閉環(huán)不可逆直流調速系統(tǒng)實驗
3．轉速/電流雙閉環(huán)不可逆直流調速系統(tǒng)實驗
四)交流電機調速系統(tǒng)實驗
1．雙閉環(huán)三相異步電機調壓調速系統(tǒng)實驗
2．雙閉環(huán)三相異步電機串極調速系統(tǒng)實驗
七、設備配置清單列表
|
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 |
電機導軌、測速系統(tǒng)及數(shù)顯轉速表 |
1件 |
|
4 |
DQ27 |
三相可調電阻（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 |
電機調速控制實驗（Ⅰ） |
1件 |
|
9 |
DK07 |
直流斬波實驗（六種典型線路） |
1件 |
|
10 |
DK08 |
給定及實驗器件 |
1件 |
|
11 |
DK09 |
新器件特性實驗 |
1件 |
|
12 |
DK11 |
單相調壓與可調負載 |
1件 |
|
13 |
DK12 |
變壓器實驗 |
1件 |
|
14 |
DK13 |
功率器件驅動電路實驗箱 |
1件 |
|
15 |
DK14 |
單相交直交變頻原理 |
1件 |
|
16 |
DK19 |
半橋型開關穩(wěn)壓電源 |
1件 |
|
17 |
DK21 |
斬控式交流調壓電路 |
1件 |
|
18 |
DK22 |
單相調壓/調功電路 |
1件 |
|
19 |
DQ07-1 |
直流發(fā)電機（220W） |
1臺 |
|
20 |
DQ09 |
直流并勵電動機 |
1臺 |
|
21 |
DQ11 |
三相線繞式異步電動機 |
1臺 |
|
22 |
GDQ12 |
線繞式異步電機轉子專用箱 |
1件 |
|
23 |
|
高可靠護套結構實驗連接線及配件 |
1套 |
|
24 |
軟件 |
配套教學數(shù)字資源 |
1套 |
