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2023年9月17日

电力电子技术及电机控制实验装置

SB-502H型电力电子技术及电机控制实验装置

一、概述

"电力电子技术及电机控制实验装置"依据高等院校最新统编教材《电力电子技术》(第五版)(西安交通大学王兆安编著)、《电力拖动自动控制系统》（第三版）(上海大学陈伯时编著)等实验大纲的要求,吸收国内、外同类产品的优点,充分考虑了实验室的现状和发展趋势,精心研制而成。在同类产品中结构合理、功能完善、可靠性好、性价比高。

二、特点

1、综合性强本装置综合了目前国内各类学校电力电子、半导体变流、交直流调速、交流变频、电机控制、控制理论等实验项目。

2、适应性强能满足各类学校相应课程的实验教学,深度和广度可根据需要作灵活调整,普及与提高可根据教学的进程作有机的结合,装置采用积木式结构,更换便捷,如需要扩展功能或开发新实验,只需添加部件即可,永不淘汰。

3、整套性强从专用电源、电机及其它实验部件到实验连接专用导线配套齐全,配套部件的性能、规格等均密切结合实验的需要进行配套。

4、直观性强各实验挂件采用分隔结构形式,组件面板示意、图线分明,各挂件任务明确,操作、维护方便。

5、科学性强装置占地面积少,节约实验用房,减少基建投资；配套的小电机均经特殊设计,可模拟中小型电机的特性和参数；小电机耗电省,节约能源,实验噪声小,整齐美观,改善实验环境；实验内容丰富,设计合理,除了加深理论知识外还可结合实际开设设计性实验。

6、开放性强控制屏供电采用三相隔离变压器隔离,并设有电压型漏电保护装置和电流型漏电保护装置,确保操作者的安全；各电源输出均有监示及短路保护等功能,各测量仪表均有可靠的保护功能,使用安全可靠；控制屏还设有定时器兼报警记录仪,为学生实验技能的考核提供一个统一的标准。由于整套装置经过精心设计,加上可靠的元器件质量及可靠的工艺作为保障,产品性能优良,所有这些均为开放性实验室,创造了条件。

7、先进性强本装置着重从新器件高度来考虑,在保留了晶闸管实验的基础上,加入了新器件的特性、新器件的驱动以及典型的新器件应用的大量现代电力电子技术实验,让学生对新器件有足够的认识和了解,紧跟时代步伐。

三、适用范围

电力电子技术及电机控制实验装置涵盖了各高等院校等所开设的"电力电子技术(或称半导体变流技术)"、"直流调速"、"交流调速"、"电机控制"、"电力拖动自动控制系统"及"控制理论"等专业课程所要求的实验项目。

四、技术性能

1、输入电源:三相四线(或三相五线380V±10％50HZ)

2、工作环境:温度-10℃－+40℃　相对湿度＜85％（25℃）海拨＜4000m

3、装置容量：＜1.5KVA

4、外形尺寸：187×70×158 cm3

五、装置的基本装备

1、DK01电源控制屏（铁质双层亚光密纹喷塑结构,铝质面板）

1)交流电源（均带有过流保护措施）提供交流电源：直流调速档为三相交流电200V/3A交流调速档为三相交流电240V/3A

2)高压直流电源：励磁电源：220V（0.5A）,具有输出短路保护。

3)数字式仪表

1．交流数字电压表：可通过其下方的波段开关切换指示三相电网输入线电压,精度1.0级；

2．真有效值交流数字电压表一只：测量范围0～500V,量程自动判断、自动切换,精度0.5级,三位半数显,为交流调速系统提供电压指示；

3.真有效值交流数字电流表一只：测量范围0～5A,量程自动判断、自动切换,精度0.5级,三位半数显,具有超量程告警、指示及切断总电源功能,为调速系统提供电流的指示；

4.直流数字电压表一只：测量范围0～300V,三位半数显,输入阻抗为10MΩ,精度0.5级,为可逆调速系统提供电压指示；

5.直流数字电流表一只：测量范围为0～5A,三位半数显,精度0.5级,为可逆调速系统提供电流指示。

4)人身安全保护体系:三相隔离变压器一组：三相电源首先通过三相漏电保护器,然后经钥匙开关、接触器到隔离变压器,使输出与电网隔离（浮地设计）,对人身安全起到一定的保护作用。

电压型漏电保护器：对隔离变压器前的线路出现的漏电现象进行保护,使控制屏内的接触器跳闸,切断电源。电流型漏电保护装置：控制屏若有漏电现象,漏电流超过一定值,即切断电源。

实验连接线及插座：强、弱电连接及插座分开,不能混插。强电连接线及插座采用全封闭工艺,使用安全、可靠、防触电。

5)实验管理器:具有设定实验时间、定时报警、切断电源等功能；还可以自动记录与区分由于接线或操作错误所造成的漏电告警、仪表超量程告警等。

6)控制屏其它设施:控制屏正面大凹槽内,设有两根钢管,可挂置实验部件,凹槽底部设有3芯插座, 挂件的供电由这些插座提供。控制屏两边设有单相三极220V电源插座及三相四极380V电源插座,还设有实验台照明用的40W日光灯一盏。

★（7）实验台智能考核系统:采用最新MCU技术RAM处理芯片的数字化集成电路板与配套无线故障设置控制系统,系统稳定、不易感染病毒。

控制模块(PC控制终端或手持移动控制终端)和驱动模块(智能故障设置驱动盒)分离,避免复杂连线干扰控制器,系统更加可靠。

驱动模块内置智能故障设置控制系统,配有专用新型无线数据传输模块(可插拔型)和RS232串行通讯接口,可无线组网通讯和RS232有线通讯。

手持移动控制终端采用7寸高清晰彩色液晶触控屏,中文菜单式触控操作界面,人机对话友好。手持移动控制终端可控制任意一台带驱动模块的。

手持移动控制终端不联网时可作单机操作,当带驱动模块的无线组网时,手持移动控制终端可无线进网作为联网终端,可作学生机登录实训与考核的操作终端,也可作教师机登录出题设故的操作终端。

可通过PC机或平板电脑控制终端进行实训考核,也可通过手持移动控制终端进行实训考核,教师与学员界面分开,教师通过密码进入教师界面出题,学员在普通界面答题。(注：教师与学员设故与排故界面原理图与设备面板原理图完全一致)

可自由设定任意一处有关的各种常见故障,故障类型包括：线路断路、对地短路、接触不良,偶发等故障现象。每套驱动模块可以设置8路大电流5A的开路故障、16路小电流2A的信号通路的开路、不良、偶发、短路等故障,共24路故障设置。可根据需求扩展设置64路大电流5A的开路故障、128路小电流2A的信号通路的开路、不良、偶发、短路等故障,共192路故障设置。可根据用户使用要求调整故障设置点的数量和故障设置类型。

所有配备驱动模块的 ,均可通过内置的专用新型无线数据传输模块无线组网, 实现远程集中管理。

用户可选择通过无线或RS-232串口通讯与其它配套的无线故障设置控制系统组成一个网络,通过主控计算机控制每一台的故障设置、故障排除、参数设定、远程起动、信息反馈、考核评分等功能。

2、DK02实验桌:实验桌为铁质双层亚光密纹喷塑结构,桌面为防火、防水、耐磨高密度板,结构坚固,形状似长方体封闭式结构,造形美观大方；设有两个大抽屉、柜门,用于放置工具、存放挂件及资料等。桌面用于安装电源控制屏并提供一个宽敞舒适的工作台面。实验桌还设有四个万向轮和四个固定调节机构,便于移动和固定,有利于实验室的布局。

3、DQ03－1固定电机导轨、测速系统及智能数显转速表

4、DQ27三相可调电阻（每组900Ω×2/0.41A）

5、DK03晶闸管主电路:提供12只5A/1000V的晶闸管,分成正、反桥两组,每只晶闸管均设有保护装置,正、反桥晶闸管可通过外加信号进行触发（留有触发脉冲输入接口）,可更好的完成设计性实验；设有带镜面精密指针式直流电压表±300V,精度1.0级带镜面直流电流表±2A,精度1.0级各一只和平波电抗器一组。

6、DK04三相晶闸管触发电路:提供三相触发电路、功放电路等,与"DK03"配套使用。

7、DK05晶闸管触发电路实验:提供单结晶体管触发电路、正弦波同步移相触发电路、锯齿波同步移相触发电路、单相交流调压触发电路及TCA785集成触发电路共五种触发电路。

8、DK06电机调速控制实验（Ⅰ）提供以下模块：电流反馈与过流保护（FBC+FA）、给定器（G）、转速变换器（FBS）、速度调节器（ASR）、反号器（AR）、电流调节器（ACR）。

9、DK08给定及实验器件:提供给定（±15V可调电压输出）、压敏电阻（作为过压保护元件,内部已连成三角形接法）、二极管、24V电源及电感。

10、DK09新器件特性实验:提供SCR、MOSFET、IGBT、GTO、GTR新器件,与DJK06配套使用,可测定其特性曲线；与DJK12配套使用,可完成电力电子新器件的驱动特性实验。

11、DK11单相调压与可调负载:提供了一只0～250V/0.5KVA单相交流自耦调压器,为相应的实验提供可调电源；一个整流滤波电路以及0～90Ω/1.3A（串联）或0～45Ω/2.6A（并联）瓷盘可调电阻,为相应的实验提供一个可调的阻性负载。

12、DK12变压器实验:提供三相芯式变压器一个（该变压器有2套副边绕组,原、副边绕组的电压为127V/63.6V/31.8V）,用于异步电机串级调速实验和三相桥式、单相桥式有源逆变电路实验；还设有三相不控整流电路一组。

13、DK13功率器件驱动电路实验箱:主要是为完成新器件特性实验提供驱动和保护电路,使学生了解电力电子新器件的驱动特性。主要包括电源、驱动电路、PWM波形发生器。

1)电源：为驱动电路提供电源,包括±5V、+20V、±15V直流电源。

2)驱动电路：包括MOSFET、IGBT、GTR和GTO的驱动电路。其中IGBT的驱动电路采用了专用芯片EXB841。

3)PWM波形发生器：由SG3525为核心的PWM波形发生器主要为新器件驱动电路提供PWM驱动波形；可以通过频率调节旋钮进行频率调节；通过占空比电位器来调节PWM波的占空比；频率范围分为2挡,通过钮子开关切换,高频档是为MOSFET和IGBT驱动电路提供PWM波形,频率调节范围4KHz～10KHz；低频档是为GTR和GTO驱动电路提供PWM波形,频率调节范围400Hz～1KHz；占空比均能从0%调至100%。

14、DK14单相交直交变频原理:根据普通高等教育"九五"国家级重点教材,王兆安、黄俊主编的《电力电子技术》(第四版)的相关内容进行开发,用于展示交直交变频原理,主要让学生了解SPWM正弦波脉宽调制信号的形成方法,了解IGBT管专用集成驱动芯片的特点及其使用。能完成如下实验项目：1、SPWM波形成的过程；2、交直交变频电路在不同负载（电阻,电感和电机）时的工作情况和波形,并研究工作频率对电路工作波形的影响；3、IGBT管专用集成驱动芯片的工作特性。

15、DK19半桥型开关稳压电源:提供了半桥型开关稳压电源的主电路和控制电路,主电路中的电力电子器件为电力MOSFET管；控制电路采用专用PWM控制集成电路SG3525,采用恒频脉宽调制控制方案。可完成"开关电路在开环与闭环下负载特性的测试"以及"电源电压波动对输出的影响"等实验内容。

16、DK07直流斩波实验:根据西安交通大学王兆安教授和黄俊教授主编的《电力电子技术》(第四版)中相关的直流斩波内容而设计的；提供组成直流斩波电路所需的元器件和采用专用的PWM控制集成电路SG3525。可完成教材中降压斩波电路（Buck Chopper）、升压斩波电路（Boost Chopper）、升降压斩波电路（Boost -Buck Chopper）、Cuk斩波电路、Sepic斩波电路、Zeta斩波电路六种典型实验。

17、DK21斩控式交流调压电路:根据西安交大王兆安教授和黄俊教授主编的《电力电子技术》(第四版)中相关的内容而设计的,采用全控型器件IGBT管实现"斩控式交流调压实验"。

18、DK22单相调压/调功电路:根据西安交通大学王兆安教授和黄俊教授主编的相关内容而设计的,实现

单相交流调压和交流调功的实验内容。采用的电力电子器件为双向晶闸管,在交流调压实验中采用由双向触发二极管构成触发控制电路；在交流调功实验中采用由555时基电路组成触发控制电路。

19、DQ07-1直流发电机(240W)

20、DQ09直流并励电动机

21、DQ11三相线绕式异步电动机（220V,Y）

22、GDQ12线绕式异步电机转子专用箱

23、高可靠护套实验连接线及配件：根据不同实验项目的特点,配备两种不同的实验联接线,强电部分采用高可靠护套结构手枪插连接线（不存在任何触电的可能）,里面采用无氧铜抽丝而成头发丝般细的多股线,达到超软目的,外包丁晴聚氯乙烯绝缘层,具有柔软、耐压高、强度大、防硬化、韧性好等优点,插头采用实芯铜质件外套铍轻铜弹片,接触安全可靠；弱电部分采用弹性铍轻铜裸露结构联接线,两种导线都只能配合相应内孔的插座,这样大大提高了实验的安全及合理性。

24、配套教学数字资源

★（一）：电工作业培训教学软件（用电安全与触电急救仿真教学软件）

本产品依据中华人民共和国劳动和劳动安全行业标准（LD/T81.2－2006）《"维修电工"职业技能实训和鉴定设备技术规范》与教育部有关专业教学大纲而设计研制。该软件采用二维与三维结合的虚拟画面,教导学生电工基础知识和用电的安全及急救方法。包含电工初步知识（电工基础、电工仪表使用、导线安全连接、安全用电工具、安全用电标志）,触电急救（触电的方式、安全防护措施、接地与接零保护、人工呼吸,心肺复苏等急救方法）,风险排除（灭火器类型、灭火器的使用）,电工电子基本操作（包括低压电器、电机与变电器、照明电路、电子技术）等4大模块,15个实训单元,72个实训项目。软件以技能为核心,操作步骤为主线,以学生交互训练为主体,具有三维可视化、智能化、全交互的特点,集职业性、情境性、过程性、交互性和灵活性于一身,性价比极高。为职业教育与技能实训、鉴定信息化、现代化提供了丰富的教学资源。

★（二）：电机与拖动/PLC电气控制（维修电工实训考核教学软件）

软件内容包含电工基础常识、电工工具、电工识图、电工仪表、电工照明电路、电机、变压器、低压电器、电拖、示波器、低频信号源、焊接工艺、故障排除、连线,PLC模块等100多个实验内容,学校可以根据学生学习进度选择相应的训练模块进行训练。利用生动的动画演示,配合语音对电路工作原理进行讲解；可通过半透明的原理图上的提示进行相关操作；具有与设备一致的实验项目和实物元件介绍；具有实验目的的描述、实验器材的展示、典型电路的分析、电路原理声动同步的解说、元件布局模拟操作、电路原理的模拟接线,模拟现场的工业仿真等功能。该软件所有图标及器件均采用3D建模,通过美工处理,整体画面美观大方。通过软件的教学及仿真,能激发学员的思维、增强学员的感性认识,更好地剖析教学的重点、难点。软件中的项目内容和相关,学生在去实验室之前,就可以对实操项目在理论和感观上有个初步的认识。

★（三）：电机与变压器仿真教学软件

电机与变压器仿真教学软件依据《职业院校数字校园建设规范》（教职成函[2015]1号）与教育部颁布的有关专业教学大纲而设计,选取典型的电机与变压器,围绕其核心知识点和技能点展开,兼顾教师的课堂教学,力争达到软件的职业性、情境性、过程性、交互性的相互交融。

本软件包括功率电机、控制电机、信号电机和变压器4个实训单元,共18个典型的实训项目,每个实训项目下设有外形结构、工作原理、拆装过程、故障检测、常见应用、考考你等数目不等实训任务。

本软件既可支持教师的课堂演示教学,亦可支持学生进行课前预习,重点支持学生在理论课后进行的自主仿真实训,并可在此基础上实现技能考核。

★（四）：电力拖动仿真教学软件

本产品依据中华人民共和国劳动和劳动安全行业标准（LD/T81.1-2006）《职业技能实训和鉴定设备通用技术规范》与教育部有关专业教学大纲而设计,内容包括三相异步机单向转动控制等30个实训项目,涵盖维修电工初级、中级、高级主要实训项目,每个项目又根据需要设有实训目的、实训器件、实训电路、电路原理、器件布局、元件检查、通电运行、通电运行、故障排除等多种训练任务。软件以技能为核心,项目为引领、任务为驱动,职场环境为背景,操作步骤为主线,学生交互训练为主体,具有三维可视化、智能化、全交互的特点,集职业性、情境性、过程性、交互性于一身,性价比极高。为职业教育与技能实训、鉴定信息化、现代化提供了不可或缺的丰富资源。

六、本装置能开设的实验项目

一)电力电子技术实验项目

1．单结晶体管触发电路

2．正弦波同步移相触发电路实验

3．锯齿波同步移相触发电路实验

4．TCA785集成触发电路

5．单相半波可控整流电路实验

6．单相桥式半控整流电路实验

7．单相桥式全控整流及有源逆变电路实验

8．三相半波可控整流电路实验

9．三相桥式半控整流电路实验

10．三相半波有源逆变电路实验

11．三相桥式全控整流及有源逆变电路实验

12．单相交流调压电路实验

13．单相交流调功电路实验

14．三相交流调压电路实验

二)电力电子器件的特性及驱动与保护

1．单向晶闸管（SCR）特性实验

2．可关断晶闸管（GTO）特性实验

3．功率场效应管（MOSFET）特性实验

4．电力晶体管（GTR）特性实验

5．绝缘双极型晶体管（IGBT）特性实验

6．可关断晶闸管（GTO）驱动与保护电路实验

7．功率场效应管（MOSFET）驱动与保护电路实验

8．电力晶体管（GTR）驱动与保护电路实验

9．绝缘双极型晶体管（IGBT）驱动与保护电路实验

三)典型电力电子器件线路实验

1．单相正弦波脉宽调制（SPWM）逆变电路实验

2．半桥型开关稳压电源的性能研究

3．直流斩波电路的性能研究（降压斩波电路、升压斩波电路、升降压斩波的电路、Cuｋ斩波电路、Sepic斩波电路、Zeta斩波电路）

4．单相斩控式交流调压电路实验

三)直流电机调速实验

1．晶闸管直流调速系统主要单元的调试

2．单闭环不可逆直流调速系统实验

3．转速/电流双闭环不可逆直流调速系统实验

四)交流电机调速系统实验

1．双闭环三相异步电机调压调速系统实验

2．双闭环三相异步电机串极调速系统实验

七、设备配置清单列表

序号	编号	名称	数量
1	DK01	电源控制屏	1件
2	DK02	实验桌	1张
3	DQ03-1	电机导轨、测速系统及数显转速表	1件
4	DQ27	三相可调电阻（每组900Ω*2/0.41A）	1件
5	DK03	晶闸管主电路	1件
6	DK04	三相晶闸管触发电路	1件
7	DK05	晶闸管触发电路	1件
8	DK06	电机调速控制实验（Ⅰ）	1件
9	DK07	直流斩波实验（六种典型线路）	1件
10	DK08	给定及实验器件	1件
11	DK09	新器件特性实验	1件
12	DK11	单相调压与可调负载	1件
13	DK12	变压器实验	1件
14	DK13	功率器件驱动电路实验箱	1件
15	DK14	单相交直交变频原理	1件
16	DK19	半桥型开关稳压电源	1件
17	DK21	斩控式交流调压电路	1件
18	DK22	单相调压/调功电路	1件
19	DQ07-1	直流发电机（220W）	1台
20	DQ09	直流并励电动机	1台
21	DQ11	三相线绕式异步电动机	1台
22	GDQ12	线绕式异步电机转子专用箱	1件
23		高可靠护套结构实验连接线及配件	1套
24	软件	配套教学数字资源	1套

附件一：电工作业培训教学软件（用电安全与触电急救仿真教学软件）介绍

一、产品概述

本产品依据中华人民共和国劳动和劳动安全行业标准（LD/T81.2－2006）《"维修电工"职业技能实训和鉴定设备技术规范》与教育部有关专业教学大纲而设计研制。包含电工初步知识（电工基础、电工仪表使用、导线安全连接、安全用电工具、安全用电标志）,触电急救（触电的方式、安全防护措施、接地与接零保护、人工呼吸,心肺复苏等急救方法）,风险排除（灭火器类型、灭火器的使用）,电工电子基本操作（包括低压电器、电机与变电器、照明电路、电子技术）等4大模块,15个实训单元,72个实训项目,,采用3D虚拟仿真技术展示。软件以技能为核心,操作步骤为主线,以学生交互训练为主体,具有三维可视化、智能化、全交互的特点,集职业性、情境性、过程性、交互性和灵活性于一身,性价比极高。为职业教育与技能实训、鉴定信息化、现代化提供了丰富的教学资源。