TWB-117型 電力電子技術(shù)綜合實訓(xùn)裝置
一、概述
電力電子及電機拖動綜合實訓(xùn)裝置主要是用于機電及自動化各專業(yè)的如下專業(yè)課程：電機原理與電力拖動（電機與電氣控制），電力電子技術(shù)（功率電子技術(shù)），電氣傳動控制系統(tǒng)（運動控制系統(tǒng)）等的實驗教學(xué)工作，應(yīng)能夠擔(dān)負完成相關(guān)實驗教學(xué)任務(wù)，并擁有足夠擴展自由度，以適應(yīng)未來進一步的深化研究要求。
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二、產(chǎn)品特點
1、采用固定式模塊（負載、交直流電源、質(zhì)量重的模塊采用固定式結(jié)構(gòu)）和掛箱式模塊相結(jié)合的獨特結(jié)構(gòu)設(shè)計，不僅減少了老師實驗前的準(zhǔn)備工作強度，也為實驗臺功能的擴展提供了方便。
2、該實驗臺在完成傳統(tǒng)的實驗項目的同時，突出對現(xiàn)代電力電子器件和現(xiàn)代控制理論的研究。整個現(xiàn)代電力電子、電氣傳動實驗及電機拖動實驗。
學(xué)生通過完成以上實驗，能對各種器件在不同的場合的應(yīng)用有了深刻的了解，對目前流行的各種線路均能熟練掌握，直至能夠獨立地設(shè)計各種線路甚至系統(tǒng)。
3、實驗裝置設(shè)置了完善的人身安全和設(shè)備安全保護功能。設(shè)備的交流電源的輸出設(shè)計了過流保護功能，并在各觸發(fā)脈沖觀察孔端設(shè)有高壓保護電路，功率器件設(shè)有安全保護線路。為了不使強電信號加入弱電電路中，采用了三種實驗導(dǎo)線，使學(xué)生接線時高低壓線路不會插錯，而導(dǎo)致低壓電路的損壞。
4、實驗裝置設(shè)置了完善的人身安全和設(shè)備安全保護功能。設(shè)備的交流電源的輸出設(shè)計了過流保護功能，并在各觸發(fā)脈沖觀察孔端設(shè)有高壓保護電路，功率器件設(shè)有安全保護線路。為了不使強電信號加入弱電電路中，采用了三種實驗導(dǎo)線，使學(xué)生接線時高低壓線路不會插錯，而導(dǎo)致低壓電路的損壞。
5、實驗電機：采用的實驗電機功率在100-200W之間，均經(jīng)過特殊設(shè)計，其參數(shù)和特性可模擬中小型電機。
三、產(chǎn)品技術(shù)條件
1、整機容量：＜1.5kVA；
2、工作電源：～3N/380V/50Hz/3A；
3、尺 寸：1565mm*720mm*1650mm
4、重 量：＜150kg
四、完成的實驗項目
電力電子實驗
1、電力電子技術(shù)（傳統(tǒng)的整流）
（1）單結(jié)晶體管同步移相觸發(fā)電路實驗
（2）正弦波同步移相觸發(fā)電路實驗
（3）鋸齒波同步移相觸發(fā)電路實驗
（4）TCA785觸發(fā)電路實驗
（5）單相半波整流電路實驗
（6）單相橋式半控整流電路實驗
（7）單相橋式全控整流及有源逆變電路實驗
（8）晶閘管三相半波有源逆變電路的研究
（9）三相半波可控整流電路實驗
（10）三相橋式半控整流電路實驗
（11）三相橋式全控整流及有源逆變電路實驗
（12）單相交流調(diào)壓電路實驗
（13）三相交流調(diào)壓電路實驗
2、電力電子器件實驗（全控型器件特性部分）
（1）功率場效應(yīng)晶體管(MOSFET)的主要參數(shù)測量
（2）功率場效應(yīng)晶體管(MOSFET)的驅(qū)動電路研究
（3）絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)特性及其驅(qū)動電路的研究
3、電力電子技術(shù)（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
4、模擬直流調(diào)速實驗
（1）晶閘管直流調(diào)速系統(tǒng)參數(shù)和環(huán)節(jié)特性的測定
（2）晶閘管直流調(diào)速主要單元調(diào)試
（3）不可逆單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)靜特性的研究
（4）雙閉環(huán)晶閘管不可逆直流調(diào)速系統(tǒng)
5、交流調(diào)速實驗
（1）雙閉環(huán)三相異步電機調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)
（2）雙閉環(huán)三相異步電機串級調(diào)速系統(tǒng)
6、電機控制實驗
（1）無刷電機調(diào)速控制實驗
五、產(chǎn)品技術(shù)功能說明
1、實驗臺的安全保護說明
1）設(shè)備的人身安全保護
◆三相隔離變壓器的浮地保護,將實驗用電與電網(wǎng)完全隔離，對人身安全起到有效的保護作用；
◆三相電源輸入端設(shè)有電流型漏電保護器，設(shè)備的漏電流大于30mA即可斷開開關(guān)，符合國家標(biāo)準(zhǔn)對低壓電器安全的要求；
◆三相隔離變壓器的輸出端設(shè)有電壓型漏電保護，一旦實驗臺有漏電壓將會自動保護跳閘。
◆強電實驗導(dǎo)線采用全塑封閉型手槍式導(dǎo)線，導(dǎo)線內(nèi)部為無氧銅抽絲而成發(fā)絲般細的多股線，質(zhì)地柔軟，護套用粗線徑、防硬化化學(xué)制品制成，插頭采用實芯銅質(zhì)件，避免學(xué)生觸摸到金屬部分而引起的雙手帶電操作觸電的可能。
2）設(shè)備的安全保護體系
◆三相交流電源輸出設(shè)有電子線路及保險絲雙重過流及短路保護功能，其輸出電流大于3A即可斷開電源，并告警指示；
◆晶閘管的門陰極和各觸發(fā)電路的觀察孔設(shè)有高壓保護功能，避免學(xué)生誤接線；
◆實驗臺采用三種實驗導(dǎo)線，相互間不能互插，強電采用全塑型封閉安全實驗導(dǎo)線，弱電采用金屬裸露實驗導(dǎo)線（其實芯銅直徑大于強電導(dǎo)線），觀察孔采用2＃實驗導(dǎo)線，避免了學(xué)生誤操作將強電接到弱點的可能；
◆實驗臺交直流電源設(shè)有過流保護功能。
2、控制屏技術(shù)說明
1）TWPE-02實驗桌
實驗桌為鋁合金結(jié)構(gòu)，桌面采用高密度度防腐防火板。造型美觀大方，設(shè)有兩只抽屜和存放柜，用于置放工具，掛箱及資料等。實驗桌設(shè)有四個輪子，便于移動和固定，有利于實驗室布置。
2）TWPE-01電源控制屏
◆ 提供三相0～450V可調(diào)交流電源，同時可得到單相0～250V可調(diào)電源(配有一臺三相同軸聯(lián)動自耦調(diào)壓器（規(guī)格1.5KVA、0～450V），克服了三只單相調(diào)壓器采用鏈條結(jié)構(gòu)或齒輪結(jié)構(gòu)組成的許多缺點)。可調(diào)交流電源輸出處設(shè)有過流保護技術(shù)，相間、線間過電流及直接短路均能自動保護，克服了調(diào)換保險絲帶來的麻煩。配有三只指針式交流電壓表，通過切換開關(guān)指示三相電網(wǎng)電壓和三相調(diào)壓電壓。
3）ME-01A輔助功能屏
◆電機勵磁電源
提供一組直流電機勵磁電源，具有獨立電源開關(guān)并配有一只數(shù)字電壓表。
◆直流電動機電樞電源
提供0-250V(3A)電樞電源，具有過壓、過流、過熱及短路軟截止自動恢復(fù)保護功能一組，并設(shè)有直流數(shù)顯電流表及電源開關(guān)。
◆電抗器：提供直流調(diào)速實驗中需要的平波電抗器及RC濾波，平波電抗器采用中心抽頭方式，分別為50mH、100mH、200mH、700mH.在電流小于1.5A 時保持線性。電抗器還能作為電力電子技術(shù)實驗中的電感負載。
◆直流電源
（1）+24V/3A直流穩(wěn)壓電源各一路；
（2）提供給定（±15V可調(diào)電壓輸出）；
◆三相組式變壓器
原邊220V/0.35A，副邊55V/1.4A。
◆三相變壓器：作為串級調(diào)速系統(tǒng)和有源逆變線路中的逆變變壓器。
◆三相可調(diào)電阻：提供可調(diào)電阻90-1000/1A一組，供發(fā)電機負載電阻和其它實驗阻性負載用以及作為電機起動電阻用。
4）其它：提供多功能單相三芯電源插座2只。
3、常用實驗部件的技術(shù)說明
1）YB12數(shù)字單相功率、功率因數(shù)表
提供能測量電路的電壓、電流、功率因數(shù)、頻率、視在功率、有功功率、無功功率。功率測量精度為0.5級，功率因數(shù)測量范圍0.3～1.0，電壓電流量程為0-500V/0-5A（從0V/A起可測）。具有抗干擾功能。能自動判別負載性質(zhì)（感性顯示"L"，容性顯示"C"，純電阻不顯示）。帶RS485通訊協(xié)議。內(nèi)置TVS保護電路；通信地址即通信波特率可通過輕觸面板按鍵修改/查詢信地址0位廣播地址，非常方便學(xué)生實驗時學(xué)習(xí)通訊實驗，可使用地址為1~255，通信波特率可選擇為1200bps、2400bps、4800bps、9600bps、19200bps。
2）TWPE-10A晶閘管觸發(fā)電路Ⅰ組件
提供TCA785集成觸發(fā)電路，鋸齒波同步觸發(fā)電路、正弦波同步觸發(fā)電路引出各觀察孔，使學(xué)生能夠直觀的了解各種觸發(fā)電路的工作原理過程，每個觸發(fā)電路的觸發(fā)信號分別已經(jīng)連到對應(yīng)的晶閘管，操作方便安全。
3）TWPE-11A三相觸發(fā)電路Ⅰ組件
觸發(fā)電路：采用數(shù)字集成電路，抗干擾能力強，三相脈沖間隔均勻，一致性好，產(chǎn)生雙窄脈沖，脈沖移相范圍為0－160°。在面板上可觀察三相同步電壓的六個脈沖波形，并通過“Uct”端對a角進行控制。另有兩脈沖控制端“Ublr”、和”Ublf”，分別對I、II組脈沖放大電路進行控制并配有電流反饋與過流保護，可用于電流閉環(huán)實驗。
4）TWPE-12三相晶閘管主回路組件
主回路：由12只可控硅，RC吸收回路組成?？煽毓璨捎蒙虾Ｕ髌鲝S生產(chǎn)的6A/800V金屬封裝，過載能力強、可靠性高、干擾能力強的可控硅。觸發(fā)電路通過琴鍵按鈕進行控制。
直流電壓表：提供測量范圍±300V電壓表1只。
直流電流表：提供測量范圍±2A電流表1只。
5）TWPE-13A電機調(diào)速控制電路Ⅰ
提供以下模塊：反號器、零封鎖器、給定電壓、轉(zhuǎn)速變換、轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器單元和電流調(diào)節(jié)器單元。配有調(diào)節(jié)器的反饋電阻、電容，實驗時可以靈活改變系統(tǒng)的參數(shù)，觀測不同的參數(shù)對系統(tǒng)穩(wěn)定性及相應(yīng)時間等影響；更可以讓學(xué)生從調(diào)速系統(tǒng)的各種參數(shù)(如電機的機電時間常數(shù)等)出發(fā)對調(diào)節(jié)器的放大倍數(shù)及積分時間的參數(shù)分別設(shè)計，同時進行實際結(jié)果的驗證，從而完成設(shè)計性實驗。
6）TWPE-14功率器件
此實驗箱實驗項目除含MOSFET、IGBT等器件的驅(qū)動電路和開關(guān)特性研究外,還可對快恢復(fù)二極管、高速光耦、電感等在電力電子線路中的應(yīng)用進行分析。面板設(shè)計時，留有較多的波形觀察孔，通過改變線路參數(shù)，方便學(xué)生分析各工作點的情況以及了解參數(shù)改變對器件特性的變化。線路設(shè)計時，遵循先易后難，先分離后集成的原則，挑選了幾種常見的、比較具有實用價值的驅(qū)動電路，使學(xué)生可學(xué)以致用。
7）TWPE-15直流斬波電路
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?？赏瓿山祲簲夭娐?Buck ChopTWPEr)、升壓斬波電路(Boost ChopTWPEr)、升降壓斬波電路(Boost-Buck ChopTWPEr)、Cuk斬波電路、Sepic斬波電路、Zeta斬波電路六種典型實驗。所有電路采用分立元件學(xué)生通過自己搭建進行實驗。
8）TWPE-10B晶閘管觸發(fā)電路Ⅱ組件
提供6只二極管組成的三相橋式整流電路以及單結(jié)晶體管觸發(fā)電路引出各觀察孔，使學(xué)生能夠直觀的了解各種觸發(fā)電路的工作原理過程，每個觸發(fā)電路的觸發(fā)信號分別已經(jīng)連到對應(yīng)的晶閘管，操作方便安全。
9）TWDT33整流電路有源功率因數(shù)校正
主要有整流電路、升壓變換器、控制電路三部分組成。控制電路采用功率因數(shù)控制芯片UCC3817N和外圍元器件組成，最大輸出功率為100W(200V±5%，0.5A)，工作頻率為100kHz。采用模塊化設(shè)計，通過適當(dāng)?shù)倪B線可以完成下列實驗項目：
(1) 無濾波電容整流電路帶純阻性負載的測試
(2) 有濾波電容整流電路帶純阻性負載的測試
(3) 整流電路有源功率因數(shù)校正的測試
(4) 控制電路波形測試，功率柵極控制信號觀察
(5) 整流電路有源功率因數(shù)校正電路的性能測試
10）TWDT34半橋型開關(guān)穩(wěn)壓電源的性能研究（MOSFET）
提供了半橋型開關(guān)穩(wěn)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(diào)制控制方案。可完成“開關(guān)電路在開環(huán)與閉環(huán)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(nèi)容。
11）TWDT39軟開關(guān)技術(shù)實驗（MOSFET）
主要包括H橋電路、控制電路和穩(wěn)壓反饋電路，用于展現(xiàn)移相零電壓開關(guān)的電路結(jié)構(gòu)和工作原理。H橋電路由四只MOSFET管組成，控制電路采用全橋軟開關(guān)電源移相PWM控制芯片UCC3895和驅(qū)動芯片HIP4081組成，穩(wěn)壓反饋電路由TL431等元件組成。
12）MD41研究型電機運動控制模塊
主控：TMS320F28335。外擴：RAM512*16位，F(xiàn)lash512K*16位，使用撥碼開關(guān)實現(xiàn)模式選擇。功率板：采用集成IPM模塊，可外接剎車電阻，母線電容充電緩沖電路、母線電壓檢測電路，相電流檢測電路，動力電源位AC220V供電，功率3KW?？刂瓢澹阂壕敛捎?.3寸串口屏 ，5個獨立按鍵按鍵（分別為RUN、STOP、REST、UP、DOW）。通信接口：RS232、RS485（異步串口不夠時可將RS232、RS485采用同一個串口使用短路帽進行短路條線）、CAN、以太網(wǎng)口（SPI接口，設(shè)計W5500模塊模塊接口使用現(xiàn)有的成品模塊）；CAN、RS232、RS485為隔離通信接口與TMS320F28335無直接電氣連接。串口感器接口：霍爾信號接口及差分編碼器接口統(tǒng)一使用DB15連接。模擬量輸出：不使用到的PWM用于RC濾波運放跟隨實現(xiàn)DAC輸出。模擬量輸入：芯片內(nèi)部不使用的ADC接口用于外部模擬量輸入，接口為0~10V輸入。開關(guān)量輸出：2組，分別用于報警信號輸出、準(zhǔn)備完成信號輸出。開關(guān)量輸入：開關(guān)量輸入3組。EEPROM存儲：有剩余IO可考慮設(shè)計24C02存儲器。測試點：預(yù)留環(huán)形測試點測試PWM信號、ADC信號、DAC信號、電源。本地控制：本地串口屏顯示參數(shù)電壓、電流、設(shè)定值、實時值，本地按鍵操作。遠程控制：遠程采用RS485或RS232接口使用FreeModbus-RTU協(xié)議實現(xiàn)與遠程工控屏的串口通信，顯示電壓、電流、設(shè)定值、實時值，在遠程觸摸屏上可進行控制實現(xiàn)5個獨立按鍵的功能。
4、電機導(dǎo)軌及電機技術(shù)說明
（1）DJ02直流并勵電動機：PN=185W，nN=1600r/min，IN=1.1A，UN=220V
（2）DJ11三相線繞式異步電動機：PN=100W,IN=0.6A,nN=1400r/min，UN=220，Y 接法
（3）DJ09校正直流測功機：UN=220V、IN=2.0A、PN=350W、nN=1500r/min，即可作電動機又可作測功機使用。
（4）DJ10三相鼠籠式異步電動機
AC3800V/220V，接法 Y/Δ，轉(zhuǎn)速 1420 RPM，功率100W ,電流0.5A，絕緣等級E。
（5）DJ01電機導(dǎo)軌、光電碼盤和轉(zhuǎn)速表
含有編碼器、電動機及固定電機的安裝導(dǎo)軌以及數(shù)字式轉(zhuǎn)速表配有模擬量輸出，保證電機與電機之間同軸的同心度不超過±5絲。
5、PJ-01實驗導(dǎo)線
實驗連接導(dǎo)線采用高可靠全封閉手槍插型式，內(nèi)部為無氧銅抽絲而成發(fā)絲般細的多股線，質(zhì)地柔軟，護套用粗線徑、防硬化化學(xué)制品制成，插頭采用實芯銅質(zhì)件。強弱電分開。
