電力電子運動控制及電機控制實驗裝置

(圖1：實驗設備結構參考圖，具體以實物配置為準）

(圖2：部分實驗掛件及電機實物圖片展示）

一、概述

MYDJ-33電力電子運動控制及電機控制實驗裝置依據高等院校最新統編教材《電力拖動自動控制系統》（第三版）(上海大學陳伯時編著)、《電力電子技術》(第五版)(西安交通大學王兆安編著)等實驗大綱的要求，吸收國內、外同類產品的優點，充分考慮了實驗室的現狀和發展趨勢，精心研制而成。在同類產品中結構合理、功能完善、可靠性好、性價比高。
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新實驗，只需添加部件即可。
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；小電機耗電省，節約能源，實驗噪聲小，整齊美觀，改善實驗環境；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；各電源輸出均有監示及短路保護等功能，使用安全可靠；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，產品性能優良，所有這些均為開放性實驗室，創造了條件。
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
本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"及“控制理論"等專業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、電力電子運動控制及電機控制實驗裝置的基本裝備
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（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．交流數字電壓表1只：可通過其下方的波段開關切換指示三相電網輸入線電壓；
2．智能交流電壓表1只:測量范圍：0-1000V,設置1V/10V/100V/1000V四量程，六位數碼顯示測量值。儀表采用現代化技術，數碼中文顯示，具備智能化、數字化，上位機通訊功能，通過按鍵能夠對儀表進行設置操作,量程手動、自動切換模式、校準、調零、濾波級數設置、通信地址設置、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，工業塑料外殼，面板嵌入安裝，使用穩定，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, 設置10mA/500mA/5A三檔量程，六位數碼顯示測量值。儀表采用現代化技術，數碼中文顯示，具備智能化、數字化，上位機通訊功能，通過按鍵能夠對儀表進行設置操作,量程手動、自動切換模式、校準、調零、濾波級數設置、通信地址設置、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，工業塑料外殼，面板嵌入安裝，使用穩定，容易更換和升級維護。

4．直流數字電壓表一只：測量范圍0～500V，三位半數顯，輸入阻抗為10MΩ，精度0.5級，為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，為調速系統提供電流指示。

（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。
2）電流型漏電保護裝置：控制屏若有漏電現象，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。

（6）實驗室智慧用電安全控制系統

智能電源管理系統具有過溫、短路、過流、過壓、欠壓、失壓、功率限定；電源具有一鍵鎖定功能，處理故障時，防止漏電保護器合閘，造成觸電危險；電源具有故障鎖定功能，發生故障導致跳閘時，不能人為上電，只能通過遠程清除故障后，才能上電成功；能通過無線4G和有線以太網與手機APP和PC端云平臺通訊，沒有網絡的情況下，教室整套智能電源管理系統可離線獨立運行。

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、測速系統及智能數顯轉速表

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，每只晶閘管均設有RC吸收和保險絲保護裝置，晶閘管可通過外加觸發信號進行觸發（留有觸發脈沖輸入接口），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、DK04三相晶閘管觸發電路
提供三相觸發電路、功放電路，脈沖變壓器等，與“DK03"配套使用。
7、DK05晶閘管觸發電路實驗
提供單結晶體管、鋸齒波同步移向、正弦波同步移向觸發電路，KC05單相交流調壓，西門子TCA785集成觸發電路等。

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）、速度調節器（ASR）、反號器（AR）、電流調節器（ACR）等。

9、DK06-1 電機調速控制電路（II）

提供以下模塊：零電平檢測（DPZ）、轉矩極性鑒別（DPT）、邏輯控制（DLC）。

10、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》(第五版)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。

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可調電阻、電容箱
 提供耐壓AC63V的可調電容三組，調節范圍為0.1～11.37µF，0～999kΩ十進制可調電阻兩組；供電流調節器，速度調節器反饋回路使用，可靈活改變調節器的放大倍數及積分時間。

13、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）或0～45Ω/2.6A（并聯）瓷盤可調電阻，為相應的實驗提供一個可調的阻性負載。
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等模塊。

15、DK13功率器件驅動與保護電路

主要是為完成新器件特性實驗提供電源、驅動電路及PWM波形發生器。
（1）電源：為驅動電路提供電源，包括±5V、±15V和+20V直流電源。
（2）驅動電路：包括GTO 和 GTR， MOSFET和IGBT的驅動電路。其中IGBT的驅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波形發生器：以SG3525為核心的PWM波形發生器主要是為新器件驅動電路提供PWM驅動波形，可以通過頻率調節旋鈕進行頻率調節；通過占空比電位器來調節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，頻率調節范圍400Hz～1KHz；占空比可從　0%調至100%。
16、DK14單相交直交變頻原理
根據普通高等教育"九五"重點教材王兆安，黃俊主編的《電力電子技術》（第四版）的內容進行開發。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）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。 

17、DK17雙閉環H橋DC/DC變換直流脈寬調速系統

通過對四個橋臂上IGBT管的觸發控制，來實現對可逆直流他勵電機進行調速的目的，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；控制回路部分由專用芯片產生PWM脈沖波，PWM波脈沖發生器產生的四路控制脈沖，分別驅動四個橋臂的IGBT管；調節部 分由兩個PI調節器組成，并通過速度環、電流環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）雙閉環可逆直流脈寬調速實驗。

18、DK19半橋型開關穩壓電源
提供了半橋型開關穩壓電源的主電路和控制電路，主電路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“開關電路在開環與閉環下負載特性的測試"以及“電源電壓波動對輸出的影響"等實驗內容。

19、DK21斬控式交流調壓電路 

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》（第五版）相關內容而設計，采用全控型器件 IGBT 管實現 “ 斬控式交流調壓實驗 " 。

20、DQ07-1直流復勵發電機（Un=DC200V，IN=0.5A，PN=100W，n=1500RPM，絕緣等級E）

21、DQ09直流并勵電動機 （Un=DC220V ， IN=1.1A ，PN=185W ， n=1500RPM ，絕緣等級E ）

22、DQ11三相線繞式異步電動機（AC220V，接法 Y，轉速 1380RPM，功率100W ,電流0.6A，絕緣等級E）

23、GDQ12線繞式異步電機起動與調速電阻箱

提供0、2、5、15的三相繞線異步電動機轉子起動、調速電阻一組。

24、SY06實驗連接線：

根據不同實驗項目的特點，配備兩種不同的實驗聯接線，強電部分采用高可靠護套結構連接線（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。

★25、透明型電力電子應用創新實訓模塊：(全室配1套，便于學生對電力電子器件及電路的直觀認識）

電力電子應用創新實訓模塊底盒使用190mm×145mm，124mm×145mm兩種開模有機透明封閉塑料底盒，模塊面板采用藍色印制電路板PCB工藝，可以直觀看到器件的實物及相關的原理圖。對于高壓電路安裝在面板背面，或者通過雙圈接線柱引出接口，透過透明底盒能夠看到器件實物，方便感性認識。

包含三相同步信號電路單元模塊、TC787AP三相集成脈沖觸發電路模塊（設有單雙脈沖切換開關，輸出開關，移相電位器等）、六路功率三極管BU406及灌封脈沖變壓器隔離的脈沖輸出電路，PWM脈沖發生器及四路功率橋功率輸出電路、二極管整流電路、四路IGBT功率橋電路及LEM電流傳感器檢測電路、三相晶閘管整流電路、基于DSP的三相異步電機IPM逆變調速模塊電路（矢量控制）、變頻調速按鍵與LED顯示電路模塊，交流電壓檢測儀表、交流電流檢測儀表、直流電壓和電流檢測儀表等。

本套件可完成單相半波不控整流電路實訓，單相全橋不控整流電路實訓，三相晶閘管觸發電路實訓，三相半波整流電路實訓，三相半控橋式整流電路實訓，三相橋式整流電路實訓，三相交流調壓電路實訓，DC/DC 全橋IGBT整流電路實訓，直流電機H橋IGBT可逆調速電路實訓，交流電機矢量變頻調速電路實訓等。

六、本裝置能開設的實驗項目

（一）電力電子技術（晶閘管部分）

1．單結晶體管觸發電路

2．正弦波同步移相觸發電路實驗

3．鋸齒波同步移相觸發電路實驗

4．西門子TCA785集成觸發電路實驗

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．單相交流調壓電路實驗

14．三相交流調壓電路實驗

（二）電力電子技術（器件特性與驅動保護部分）

1.單向晶閘管（SCR）特性實驗

2.功率場效應管（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.功率場效應管（MOSFET）驅動與保護電路實驗 
6.功率晶體管（GTR）驅動與保護電路實驗 
7.絕緣雙極性晶體管（IGBT）驅動與保護電路實驗 

（三）電力電子技術（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.半橋型穩壓電源的性能研究

4.斬控式交流調壓電路 

5.全橋DC/DC變換

（四）直流調速實驗

1．晶閘管直流調速主要單元的調試

2．不可逆單閉環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不可逆直流調速系統

4．轉速，電流雙閉環晶閘管不可逆直流調速系統

5.雙閉環控制的直流脈寬調速系統（H橋、IGBT）

（五）交流電機調速系統實驗（交流電機運動控制系統）
1．雙閉環三相繞線異步電機調壓調速系統實驗
2．雙閉環三相繞線異步電機串極調速系統實驗

（六）、電力電子透明元件盒創新實訓

本套件可完成單相半波不控整流電路實訓，單相全橋不控整流電路實訓，三相晶閘管觸發電路實訓，三相半波整流電路實訓，三相半控橋式整流電路實訓，三相橋式整流電路實訓，三相交流調壓電路實訓，DC/DC全橋IGBT整流電路實訓，直流電機H橋IGBT可逆調速電路實訓，交流電機矢量變頻調速電路實訓等。

（七）電機與變壓器教學仿真軟件實驗

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、開關磁阻電機 4 個實訓項目。

3.信號電機

信號電機包括測速發電機、自整角機、旋轉變壓器 3 個實訓項目。

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 個實訓項目。

5.電力拖動3D仿真教學實訓

七、 裝置配置清單