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,电力电子技术及电机控制实验设备通过电力电子实训平台,使学生对各种电力电子元器件及整流、逆变、斩波、变频等技术有更清楚的理解认识,提高学生的设障排障能力及其职业技能,为学生将来从事电力电子方面的工作提供一定保障。 能够对相关企业进行电力电子技术方面的培训工作。主要培训完成《电力电子技术》、《电工电子技术应用》等课程的实训教学, 辅助完成高级维修电工考证训练等工作。
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 |
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