DYDL-KZ9電力電子技術(shù)與自動控制系統(tǒng)實驗實訓(xùn)裝置

一、概述
本裝置是根據(jù)《維修電工（高級）》（中國勞動社會保障出版社出版）培訓(xùn)教材中關(guān)于電力電子與自動控制部分的技能培訓(xùn)要求，吸收國內(nèi)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。 它不僅涵蓋了各職業(yè)院校、高級技校所開設(shè)的《電力電子技術(shù)》、《半導(dǎo)體變流技術(shù)》、《直流調(diào)速系統(tǒng)》、《電力拖動自動控制系統(tǒng)》等專業(yè)課程所要求的主要實驗項目，還可以用于對從業(yè)人員進行崗位培訓(xùn)、就業(yè)培訓(xùn)以及各省、市的維修電工培訓(xùn)和鑒定考核使用。
二、 產(chǎn)品特點
1．體現(xiàn)“工程環(huán)境”理念，效仿生產(chǎn)現(xiàn)場實際：系統(tǒng)應(yīng)從相關(guān)工業(yè)產(chǎn)品移植而來，可很好實現(xiàn)對學(xué)生能力（波形分析和系統(tǒng)調(diào)試能力）的培養(yǎng)和技術(shù)知識的應(yīng)用。
2．各個系統(tǒng)的配置合理：各個系統(tǒng)采用的元件、觸發(fā)（驅(qū)動）電路、主電路、控制方式、控制對象及保護環(huán)節(jié)等，應(yīng)能概括當前工業(yè)上的技術(shù)應(yīng)用，內(nèi)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(xué)生興趣，能使學(xué)生獲得很大的收獲。
3．部分模塊采用PCB烤漆工藝制成，正面為原理圖和測試點，背面焊有對應(yīng)的元件，增強了學(xué)生對實驗內(nèi)容的感性認識與理性認識。
4．元件與單元電路性能實驗，在小系統(tǒng)環(huán)境中進行：這樣有利于學(xué)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(xué)生知識的鞏固和實際應(yīng)用。
5．本裝置通過隔離變壓器供電，而且具有接地保護、漏電保護功能，安全性符合相關(guān)的國家標準，確保人身安全。
三、裝置的配置說明
1．PE-1 電源控制屏
（1） 交直流電源
三相四線（或五線）電網(wǎng)輸入經(jīng)電源總開關(guān)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(xùn)設(shè)備供電；通過起動、停止、急停按鈕控制交流接觸器，設(shè)有供電指示燈及缺相指示。
控制屏的供電由三相電網(wǎng)經(jīng)三相漏電保護開關(guān)、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(zhuǎn)換開關(guān)，可方便地指示三相電網(wǎng)和三相調(diào)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）交流電參數(shù)表
①交流真有效值數(shù)字電壓表1只，測量范圍0～500V，量程自動切換，三位半數(shù)顯，精度0.5級，輸入阻抗10MΩ。
②交流真有效值數(shù)字電流表1只，測量范圍0～5A，量程自動切換，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。
（5）交直流電源、直流儀表
提供～220V/24V、20V、±15V、±12V、±5V，100VA直流電源（具有短路及過載保護功能），，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。
提供3位半直流數(shù)顯300V電壓表儀表1只，提供3位半直流數(shù)顯2000mA毫安表表1只。
（6）智能故障考核實訓(xùn)組件
提供藍色寬屏液晶智能故障考核儀一只，一次故障設(shè)置多達24個，并帶有擴展接口，可擴展更多的故障設(shè)置。故障設(shè)置方便、靈活，可以對學(xué)生的技能進行鑒定考核。
2.PE-2 實訓(xùn)桌
實訓(xùn)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)，造型美觀大方；設(shè)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(xùn)桌底部裝有四個帶剎車的萬向輪，
3.DQ03-1提供固定電機的導(dǎo)軌、編碼器測速系統(tǒng)及智能數(shù)顯轉(zhuǎn)速表（帶0-10V速度反饋，并可在線設(shè)置編碼器分辨系數(shù)，速度反饋系數(shù)，提供人機交互界面）
（1）電機導(dǎo)軌平整度好，無應(yīng)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(dǎo)軌還帶有便攜式手柄和減振底腳。
（2）測速可以實現(xiàn)電機轉(zhuǎn)速0～9999r/min的精確測量，并通過單片機實現(xiàn)轉(zhuǎn)速數(shù)字信號與電壓信號的線性轉(zhuǎn)換V=f（n），能提供精確穩(wěn)定的轉(zhuǎn)速反饋電壓信號，正反轉(zhuǎn)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（并）勵電動機（1500r/min）
5.DQ10三相鼠籠式異步電動機（380 /Y /220V/△）、0.5A、100W、1420r/min）
6.DQ07-1 直流發(fā)電機 （1500r/min）
7.DQ29-1可變電阻器
提供阻值容量150W 、1.5A 、0～90Ω/×2連續(xù)可調(diào)的瓷盤電阻器1只及150W 、0.5A 0～900Ω/×2連續(xù)可調(diào)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。
8.PE-15晶閘管及電抗器組件
提供6只單向晶閘管，帶阻容保護電路，另提供0～700mH帶抽頭電抗器，分為100mH，200mH，700mH三檔。
9.PE-26A新型電力電子器件
提供SCR、MOSFET、IGBT、GTR新型電力電子器件，可測定其特性曲線；與新器件驅(qū)動與保護電路組件配套使用,可完成電力電子新器件的驅(qū)動與保護實訓(xùn)。
提供3只雙向晶閘管,帶阻容保護，用于交流調(diào)壓電路、單相三相交流調(diào)功。
提供功率器件及功率器件的驅(qū)動與保護電路，以及PWM波形發(fā)生器。
10.PE-26B電力電子器件驅(qū)動與保護電路實驗箱
（1）其中IGBT的驅(qū)動電路采用專用芯片EXB841，其他驅(qū)動電路由運放、門電路及分立元件組成。
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檔，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驅(qū)動電路提供PWM波形，頻率調(diào)節(jié)范圍400Hz～1kHz；占空比在各頻率點上均能從0%調(diào)至100%。
11.PE-16 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(gòu)成的三相觸發(fā)電路、正橋功放電路。
12.DK05 晶閘管觸發(fā)電路組件
提供由分立元件構(gòu)成的單結(jié)晶體管觸發(fā)電路，兩路由分立元件構(gòu)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(xùn)內(nèi)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(xùn)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(xùn)內(nèi)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(diào)壓電路實訓(xùn)內(nèi)容
13. PE-07 IGBT直流斬波電路。
EXB841實現(xiàn)的IGBT直流斬波；頻率1.2K，占空比12%-98%。
14.DK19-1半橋型開關(guān)穩(wěn)壓電源電路
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(diào)制控制方案?？赏瓿?ldquo;開關(guān)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(xùn)內(nèi)容。直流輸出0～15V/2A，具有短路及過載保護功能。
15.PE-12 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(diào)節(jié)，功率主回路采用GTR功率三極管作為開關(guān)器件，完成單相并聯(lián)逆變電路實訓(xùn)內(nèi)容。
16. PE-19 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(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。能完成如下實訓(xùn)項目：
（1）SPWM波形成的過程；
（2）交直交變頻電路在不同負載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。
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(qū)動芯片，載波頻率調(diào)節(jié)范圍50～10KHz，基波頻率調(diào)節(jié)范圍5～60Hz。
17.DK06-2直流調(diào)速組件（Ⅰ）
提供用于調(diào)速系統(tǒng)的速度、電流調(diào)節(jié)器（調(diào)節(jié)器I、II）、轉(zhuǎn)速變換器(FBS)、電流反饋和保護電路（FBC+FA）、給定及反號器（AR）等，實訓(xùn)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(yīng)時間等影響；更可以讓學(xué)生從調(diào)速系統(tǒng)的各種參數(shù)(如電機的機電時間常數(shù)等)出發(fā)對調(diào)節(jié)器的放大倍數(shù)及積分時間的參數(shù)分別設(shè)計，同時進行實際結(jié)果的驗證。
18.PE-21 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(xùn)結(jié)果直觀。
19.PE-24步進電機的驅(qū)動運行電路
提供步進電機及步進電機驅(qū)動器一套。
20.PE-25 交流伺服電機及驅(qū)動系統(tǒng)
提供交流伺服電機及伺服驅(qū)動器一套。
21.PE-26 PWM直流脈寬不可逆調(diào)速系統(tǒng)
提供基于SG3525的PWM直流脈寬不可逆調(diào)速系統(tǒng)實驗輔件。
22.SY06 實訓(xùn)連接線及配件
根據(jù)不同實訓(xùn)項目的特點，配備兩種不同的實訓(xùn)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，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，這樣大大提高了實訓(xùn)的安全及合理性。
四.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)接觸器到隔離變壓器，使輸出與電網(wǎng)隔離(浮地設(shè)計)。
（2）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(nèi)的接觸器跳閘，切斷電源。
（3）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。
（4）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。
五.可完成的實訓(xùn)內(nèi)容
1.電力電子器件特性
（1）晶閘管（SCR）
（2）雙向晶閘管（TRIAC）
（3）電力晶體管（GTR）
（4）場效應(yīng)管（MOSFET）
（5）絕緣柵雙極型晶體管（IGBT）
2.觸發(fā)（驅(qū)動）單元電路的測試
（1）單結(jié)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）EXB841大規(guī)模集成（絕緣柵雙極型晶體管IGBT）驅(qū)動與保護電路
（6）電力晶體管（GTR）驅(qū)動與保護電路
（7）功率場效應(yīng)管（MOSFET）驅(qū)動與保護電路
（8）三相TCA785脈沖列觸發(fā)電路
（9）SG3525觸發(fā)模塊
（10）SG3525專用PWM控制電路
（12）IR2110專用集成（IGBT）驅(qū)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）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、 Cu k 斬波電路、 Sepic 斬波電路、 Zeta 斬波電路六種典型線路)
（9）單相（雙向晶閘管）交流調(diào)壓電路
（10）三相交流調(diào)壓電路(反并聯(lián)晶閘管）
（11）PWM控制（MOSFET）開關(guān)型穩(wěn)壓電源電路
4.直流/交流電機調(diào)速實訓(xùn)
（1）晶閘管直流調(diào)速系統(tǒng)參數(shù)和環(huán)節(jié)特性的測定實驗 (SCR）
(2) 晶閘管直流調(diào)速系統(tǒng)主要單元的調(diào)試 (SCR)
(3) 轉(zhuǎn)速負反饋單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)
(4) 轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)不可遞直流調(diào)速系統(tǒng)
(5) 轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)交流調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)的研究
(6) SG3525 直流脈寬不可逆調(diào)速系統(tǒng) (PWM系統(tǒng)〉
5. 微特電機
(1)步進電機控制實驗
(2) 交流伺服電機控制實驗
（3）旋轉(zhuǎn)編碼器實驗