SBDDZ-01型電力電子及電機與電力傳動綜合實驗裝置
一、概述
電力電子及電機與電力傳動綜合實驗裝置依據高等院校,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。
(圖1：實驗設備實物外形參考圖片，也可以根據學校要求定做）
(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各類學校電力電子、半導體變流、交直流調速、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，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"、"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：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）
（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。
（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）智能交流電壓表1只:測量范圍：0-500V,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。
2）智能交流電流表1只：測量范圍：0-5A, 儀表采用現代化技術，數碼中文顯示，具備智能化、數字化功能，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、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）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）1.5KW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）實驗室智慧用電安全控制系統（不聯網時可采用單機運行模式）
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。
1）智能終端：智能電源管理系統以32位ARM為核心，采用4.3寸彩色觸摸屏為人機交互界面，實時監控設備運行情況，提供Zigbee、CAN等多種通信模式，具備語音播報功能。能實時監測三相電壓、電流、功率，功率因數、頻率、電能等參數，液晶觸摸屏監測數值。能監控實驗室電源的故障類型和故障次數；用戶通過刷卡方式請求開啟設備，PC端進行授權之后，設備可啟動使用，PC端可分時預約設備的啟動和停止！設備時間管理包含年月日時間的顯示。可設備相應過溫、短路、過流、過壓、欠壓、失壓、功率限定等7大保護功能數值。
（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。
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、1024光電測速系統及數顯轉速表
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一只，帶鏡面直流電流表±2A一只，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、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。
10、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0.1～11.37?F，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。
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）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。
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等模塊。
13、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GTR，GTO，MOSFET、IGBT的驅動電路。其中IGBT的驅動電路采用了專用芯片EXB841。
（3）PWM波形發生器：由SG3525為核心的PWM波形發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 頻率調節范圍4KHz～10KHz。
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》（第五版）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。
15、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。
16、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 MOSFET 管實現 " 斬控式交流調壓實驗 "。
17、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）。
18、DQ07直流復勵發電機(額定功率PN=100W，額定電壓UN=200V，額定電流IN=0.5A，額定轉速1600r/min，E級絕緣）。
19、DQ09直流并勵電動機（額定功率PN=185W，額定電壓UN=220V，額定電流IN=1.1A，額定轉速nN=1600r/min，E級絕緣。）
20、DK24直流無刷伺服電機控制實驗箱1套
21、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。
21、輔助教學仿真軟件（網絡版）
（1）電機與變壓器仿真教學軟件（正版3D軟件，有軟件著作權，網絡版，30個節點）
電機與變壓器仿真教學軟件依據《職業院校數字校園建設規范》（教職成函[2015]1 號）與教育部頒布的有關專業教學大綱而設計，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個實驗單元，共18個典型的實驗項目，每個實驗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、考考你等數目不等實驗任務。
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驗，并可在此基礎上實現技能考核。
（2）電力拖動仿真教學軟件（正版3D軟件，有軟件著作權，網絡版，30個節點）
本產品依據中華人民共和國勞動和勞動安全行業標準（LD/T81.1-2006）《職業技能實驗和鑒定設備通用技術規范》與教育部有關專業教學大綱而設計，內容包括三相異步機單向轉動控制等30個實驗項目，涵蓋維修電工初級、中級、高級主要實驗項目，每個項目又根據需要設有實驗目的、實驗器件、實驗電路、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，集職業性、情境性、過程性、交互性于一身，性價比極高。為職業教育與技能實驗、鑒定信息化、現代化提供了不可或缺的豐富資源。
（3）電工作業培訓仿真教學軟件（包含用電安全與觸電急救）（正版3D軟件，有軟件著作權，網絡版，30個節點）
本產品依據中華人民共和國勞動和勞動安全行業標準（LD/T81.2－2006）《"維修電工"職業技能實驗和鑒定設備技術規范》與教育部有關專業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個實驗單元，72個實驗項目。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。為職業教育與技能實驗、鑒定信息化、現代化提供了豐富的教學資源。
六、本裝置能開設的實驗項目
1.鋸齒波同步移相觸發電路及單相半波可控整流電路實驗
2.單相橋式半控整流電路實驗
3.單相橋式全控整流電路實驗
4.單相橋式有源逆變電路實驗
5.三相半波可控整流電路的研究
6.三相橋式半控整流電路實驗
7.三相半波有源逆變電路的研究
8.三相橋式全控整流及有源逆變電路實驗
9.單相交流調壓電路實驗
10.三相交流調壓電路實驗
11.采用自關斷器件的單相交流調壓電路研究
12.直流斬波電路(設計性)的性能研究
13.全橋DC/DC變換電路實驗
14.單相正弦波（SPWM）逆變電源研究
15.單相交直交變頻電路
16.GTR、GTO、MOSFET、IGBT的特性與驅動電路研究
運動控制實驗項目
17.晶閘管直流調速系統參數和環節特性的測定
18.晶閘管直流調速系統主要單元調試
19.不可逆單閉環直流調速系統靜特性的研究
20.雙閉環晶閘管不可逆直流調速系統
21.邏輯無環流可逆直流調速系統
22.雙閉環可逆直流脈寬調速系統
23.直流無刷電機調速系統
七、裝置配置清單
序號 | 編號 | 名 稱 | 數量 |
1 | DK01 | 電源控制屏 | 1件 |
2 | DK02 | 實驗桌 | 1張 |
3 | DQ03-1 | 電機導軌、1024測速系統及數顯轉速表 | 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 | 三相晶閘管觸發電路 | 1件 |
7 | DK05 | 晶閘管觸發電路 | 1件 |
8 | DK06 | 電機調速控制實驗（Ⅰ） | 1件 |
9 | DK09 | 新器件特性實驗 | 1件 |
10 | DK10 | 可調電阻、電容箱 | 1件 |
11 | DK11 | 單相調壓與可調負載 | 1件 |
12 | DK12 | 變壓器實驗 | 1件 |
13 | DK13 | 功率器件驅動與保護電路 | 1件 |
14 | DK14 | 單相交直交變頻原理 | 1件 |
15 | DK17 | 雙閉環H橋DC/DC變直流調速系統 | 1件 |
16 | DK21 | 斬控式交流調壓電路 | 1件 |
17 | DK06-1 | 電機調速控制系統（Ⅱ） | 1件 |
18 | DQ07 | 直流復勵發電機 | 1臺 |
19 | DQ09 | 直流他（并)勵電動機（185W） | 1臺 |
20 | DK24 | 直流無刷伺服電機控制實驗箱 | 1臺 |
21 | 實驗連接線 | 高可靠護套結構手槍插實驗連接線及配件 | 1套 |
22 | 指導書 | 實驗指導書 | 1套 |
23 | 學生凳子 | 提供鐵質四腳方凳 | 2只 |
