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2023年5月13日

现代电力电子技术实验装置,电力电子实验设备

SBDD-2型现代电力电子技术实验装置

一、概述

现代电力电子技术实验装置,是依据西安交通大学王兆安编著的《电力电子技术》（第五版）、《半导体变流技术》教材实验大纲的要求,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。

(此图片仅作为结构参考,具体实物要根据配置而定）

二、适用范围

现代电力电子技术实验装置涵盖了各类院校所开设的"电力电子技术"、"半导体变流技术"等专业课程所要求的实验项目。

三、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：＜1000W

4、外形尺寸：1650×700×1580 mm

四、装置的基本装备

1、DX01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（带有过流保护措施）

提供交流电源：

①三相交流电源220V/3A,经过380V//220V隔离变压器输出。

②提供三相同步变压器一组,输出电压AC380V//3*15V。

（2）高压直流电源：输出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智能真有效值交流数字电压表一只：测量范围0-1000V,设置1V/10V/100V/1000V四量程,六位数码显示测量值。仪表采用现代化技术,数码中文显示,具备智能化、数字化,上位机通讯功能,通过按键能够对仪表进行设置操作,量程手动、自动切换模式、校准、调零、滤波级数设置、通信地址设置、超量程自动报警提示及保护等功能。硬件部分整体性强,集成度高,采用表贴工艺制作,工业塑料外壳,面板嵌入安装,使用稳定,容易更换和升级维护。

③智能真有效值交流数字电流表一只：测量范围：0-5A,设置10mA/500mA/5A三档量程,六位数码显示测量值。仪表采用现代化技术,数码中文显示,具备智能化、数字化,上位机通讯功能,通过按键能够对仪表进行设置操作,量程手动、自动切换模式、校准、调零、滤波级数设置、通信地址设置、超量程自动报警提示及保护等功能。硬件部分整体性强,集成度高,采用表贴工艺制作,工业塑料外壳,面板嵌入安装,使用稳定,容易更换和升级维护。

④直流数字电压表一只：测量范围0～500V,三位半数显,输入阻抗为10MΩ,精度0.5级；

⑤直流数字电流表一只：测量范围0～5A,三位半数显,精度0.5级,具有短路保护等功能。（4）带镜面的指针表：直流电压表（测量范围0～±300V,为中零式,精度为1.0级）直流电流表（测量范围0～±2A,为中零式,精度为1.0级）

（5）三相可调电阻（90Ω×2/0.41A一个、900Ω×2/0.41A两个）

（6）平波电抗器：提供100mH、200mH、700mH电感,在1A下保持线性。

（7）给定：±15V可调电压输出,带数显,指示输出电压。

（8）单相调压：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交流电源,并带短路保护。

（9）三相整流滤波电路：可对单相及三相交流电源进行整流和滤波,具有输出短路保护。

（10）变压器：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）,用于三相桥式、单相桥式有源逆变电路实验。

（11）人身安全保护体系

① 提供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,使主电路输出与电网隔离（浮地设计）,对人身安全起到一定的保护作用。

② 提供电压型漏电保护装置1套：控制屏若有漏电现象,漏电压超过一定值,即切断电源。

③ 提供电流型漏电保护装置1套：控制屏若有漏电现象,漏电流超过一定值,即切断电源。

④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。

（12）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3芯插座, 挂件的供电由这些插座提供。控制屏两侧设有单相三极220V电源插座及三相四极380V电源插座。

2、DX02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,形状似长方体结构,造形美观大方；设有两个大抽屉,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、DX03三相可控整流电路（一）

提供6只5A/1000V的晶闸管,每只晶闸管均设有RC吸收和保险丝保护装置,晶闸管可通过外加触发信号进行触发（留有触发脉冲输入接口）,可更好的完成设计性实验。三相触发电路由KC04、KC41、KC42、4066等集成电路组成,可通过钮子开关选择双窄脉冲或宽脉冲,同时提供六路触发脉冲功放电路等。

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

5、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》(第五版)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。

6、DK13功率器件驱动与保护电路：主要是为完成新器件特性实验提供电源、驱动电路及PWM波形发生器。

（1）电源：为驱动电路提供电源,包括±5V、±15V和+20V直流电源。

（2）驱动电路：包括MOSFET和IGBT的驱动电路。其中IGBT的驱动电路采用专用芯片EXB841,其它的由运放、门电路及分立元件组成。

（3）PWM波形发生器：以SG3525为核心的PWM波形发生器主要是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；占空比可从0%调至100%。

7、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）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。

8、DK17全桥DC/DC变换电路

通过对四个桥臂上IGBT管的触发控制,来实现全桥DC-DC变换电路实验,主要由两大部分组成,即主回路部分、控制电路部分。主回路由直流电源、四种IGBT管组成；控制回路部分由专用芯片SG3525产生PWM脉冲波,PWM脉冲发生器产生的四路控制脉冲,分别驱动四个桥臂的IGBT管,设有LEM电流传感器,可对电流进行保护,带有告警和复位功能。

9、DX17实验元器件：提供晶闸管（均设有RC吸收和保险丝保护）、压敏电阻（作为过压保护元件,内部已连成三角形接法）二极管及灯座、RC吸收电路。

10、实验连接线：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。

★11、透明型电力电子应用创新实训模块：(全室配1套,便于学生对电力电子器件及电路的直观认识）

电力电子应用创新实训模块底盒使用190mm×145mm,124mm×145mm两种开模有机透明封闭塑料底盒,模块面板采用蓝色印制电路板PCB工艺,可以直观看到器件的实物及相关的原理图。对于高压电路安装在面板背面,或者通过双圈接线柱引出接口,透过透明底盒能够看到器件实物,方便感性认识。

包含三相同步信号电路单元模块、TC787AP三相集成脉冲触发电路模块（设有单双脉冲切换开关,封锁及输出开关,移相电位器等）、六路功率三极管BU406及灌封脉冲变压器隔离的脉冲输出电路,PWM脉冲发生器及四路功率桥功率输出电路、二极管整流电路、四路IGBT功率桥电路及LEM电流传感器检测电路、三相晶闸管整流电路、基于DSP的三相异步电机IPM逆变调速模块电路（矢量控制）、变频调速按键与LED显示电路模块,交流电压检测仪表、交流电流检测仪表、直流电压和电流检测仪表等。

本套件可完成单相半波不控整流电路实训,单相全桥不控整流电路实训,三相晶闸管触发电路实训,三相半波整流电路实训,三相半控桥式整流电路实训,三相桥式整流电路实训,三相交流调压电路实训,DC/DC全桥IGBT整流电路实训,直流电机H桥IGBT可逆调速电路实训,交流电机矢量变频调速电路实训等。

五、本装置能开设的实验项目

（一）晶闸管触发电路实验项目

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）单相集成锯齿波触发电路实验（由Tca785组成）

5）三相集成锯齿波触发电路实验

（二）晶闸管线路实验项目

1）单相半波可控整流电路实验

2）单相桥式半控整流电路实验

3）单相桥式全控整流及有源逆变电路实验

4）三相半波可控整流电路实验

5）三相桥式半控整流电路实验

6）三相半波有源逆变电路实验

7）三相桥式全控整流及有源逆变电路实验

8）单相交流调压电路实验

9）三相交流调压电路实验

（三）电力电子器件特性及驱动保护实验项目

1）单向晶闸管（SCR）特性实验

2）功率场效应管（MOSFET）特性实验

3）绝缘双极性晶体管（IGBT）特性实验

4）功率场效应管（MOSFET）驱动与保护电路实验

5）绝缘双极性晶体管（IGBT）驱动与保护电路实验

（四）典型新器件线路实验

1）单相正弦波脉宽调制（SPWM）逆变电路实验

2）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）

序号	编号	名称	数量
1	DX01	电源控制屏	1套
2	DX02	实验桌	1张
3	DX03	三相可控整流电路（一）	1件
4	DK05	晶闸管触发电路	1件
5	DK07	直流斩波实验	1件
6	DK13	功率器件驱动与保护电路	1件
7	DK14	单相交直交变频原理	1件
8	DX17	实验元器件	1件
9	DK17	全桥DC/DC变换电路	1件
10	连接线	高可靠护套结构手枪插实验连接线及配件	1套
11	透明型电力电子应用创新实训模块	透明型电力电子应用创新实训模块：(全室配1套,便于学生对电力电子器件及电路的直观认识）	共配1套
12	学生凳子	四脚方凳	2只/套