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電力電子技術及電機實驗裝置
一、適用范圍
LGDD-01A型電力電子技術及電機控制實驗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”、“交流調速”、“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。
二、特點
1、綜合性強：LGDD-01A型 電力電子技術及電機實驗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、交流變頻、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：LGDD-01A型 電力電子技術及電機實驗裝置占地面積少，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，并設有電壓型漏電保護裝置和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，各測量儀表均有可靠的保護功能，使用安全可靠；控制屏還設有定時器兼報警記錄儀，為學生實驗技能的考核提供一個統一的標準。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：LGDD-01A型 電力電子技術及電機實驗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、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：1700X700X1720（mm）
四、裝置的基本裝備
1、電源控制屏
（1）交流電源（均帶有過流保護措施）
提供交流電源：直流調速檔為三相交流電 200V/3A
交流調速檔為三相交流電 240V/3A
（2）高壓直流電源
勵磁電源：220V（0.5A），具有輸出短路保護。
（3）數字式儀表
1）交流數字電壓表：可通過其下方的波段開關切換指示三相電網輸入線電壓，精度1.0級；
2）真有效值交流數字電壓表一只：測量范圍0～500V，量程自動判斷、自動切換，精度0.5級，三位半數顯，為交流調速系統提供電壓指示；
3）真有效值交流數字電流表一只：測量范圍0～5A，量程自動判斷、自動切換，精度0.5級，三位半數顯，具有超量程告警、指示及切斷總電源功能，為調速系統提供電流的指示；
4）直流數字電壓表一只：測量范圍0～300V，三位半數顯，輸入阻抗為10MΩ，精度0.5級，為可逆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，具有超量程報警、指示、切斷總電源等功能，為可逆調速系統提供電流指示。
（4）人身安全保護體系
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。
電壓型漏電保護器1：對隔離變壓器前的線路出現的漏電現象進行保護，使控制屏內的接觸器跳閘，切斷電源。
電壓型漏電保護器2：對隔離變壓器后的線路及實驗過程中的接線等出現的漏電現象進行保護，發出報警信號并切斷電源，確保人身安全。
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。
實驗連接線及插座：強、弱電連接及插座分開，不能混插。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）實驗管理器
具有設定實驗時間、定時報警、切斷電源等功能；還可以自動記錄與區分由于接線或操作錯誤所造成的漏電告警、儀表超量程告警等。
（6）控制屏其它設施
控制屏正面大凹槽內，設有兩根不銹鋼管，可掛置實驗部件，凹槽底部設有12芯、10芯、4芯、3芯等插座， 掛件的供電由這些插座提供。控制屏兩邊設有單相三極220V電源插座及三相四極380V電源插座，還設有實驗臺照明用的40W日光燈一盞。
2、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、固定電機導軌、測速系統及智能數顯轉速表
4、三相可調電阻（每組900Ω×2/0.41A）
5、晶閘管主電路
包含12只5A/1000V的晶閘管，4只二極管，每只晶閘管均設有保護裝置，晶閘管可通過外加信號進行觸發（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，精度1.0級帶鏡面直流電流表±2A，精度1.0級各一只和平波電抗器一組。
6、三相晶閘管觸發電路
包含三相觸發電路、功放電路等，與相關模塊配套使用。
7、單相晶閘管觸發電路實驗
包含單結晶體管、鋸齒波同步移向、單相交流調壓，正弦波同步移向，集成觸發電路。
8、電機調速控制實驗（Ⅰ）
包含以下模塊：給定（帶數顯）、調節器I、轉速變換（FBS）、調節器II、反號器（AR）、電流變換（FBC）、電壓隔離器（TVD）。其中調節器I和調節器II的比例增益由電位器調節。
9、電機調速控制電路（II）
包含以下模塊：零電平檢測（DPZ）、轉矩極性鑒別（DPT）、邏輯控制（DLC）。
10、直流斬波實驗
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》(第四版)中相關的直流斬波內容而設計的；包含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。可完成教材中降壓斬波電路（Buck Chopper）、升壓斬波電路（Boost Chopper）、升降壓斬波電路（Boost -Buck Chopper）、Cuk斬波電路、Sepic斬波電路、Zeta斬波電路六種典型實驗。
11、給定及實驗器件
包含給定（±15V可調電壓輸出）、壓敏電阻（作為過壓保護元件，內部已連成三角形接法）、二極管等。
12、可調電阻器，電容器
包含耐壓AC100V的可調電容三組，調節范圍為0.1～11.37uF，0～999KΩ十進制可調電阻兩組。
13、單相調壓與可調負載
包含了一只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。
14、變壓器實驗
包含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。
15、功率器件驅動電路實驗箱（一）
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：由集成芯片為核心的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。
16、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》（第四版）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。
17、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。本實驗掛件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。
18、直流發電機（DC220V，240W）
19、直流并勵電動機 （DC220V，185W）
20、三相線繞式異步電動機 （220V，Y接法）
21、線繞式異步電機轉子專用箱
包含0、2、5、15、35五檔同軸聯調的三相繞線異步電動機轉子起動、調速電阻一組。
22、三相異步電機變頻調速系統
包含變頻器FR-D720-0.4KW一只，設有1K調速電位器1只。
23、單相交流調壓/調功電路
根據《電力電子技術》（第五版）中相關內容而設計，實現單相交流調壓和交流調功的實驗內容。采用的電力電子器件為雙向晶閘管，在交流調壓實驗中采用由雙向觸發二極管構成觸發控制電路；在交流調功實驗中采用由555時基電路組成觸發控制電路。
24、電路基礎實驗箱
包含基爾霍夫定律（可設置三個典型故障點）、疊加原理（可設置三個典型故障點）、戴維南定理、諾頓定理、二端口網絡、互易定理、R、L、C串聯諧振電路（L用空心電感）、R、C串并聯選頻電路及一階、二階動態電路等實驗。各實驗器件齊全，實驗單元隔離分明，實驗線路完整清晰，驗證性實驗與設計性實驗相結合。
25、交流電路實驗箱
包含單相、三相負載電路、日光燈、變壓器、互感器及電度表等實驗。負載為三個完全獨立的燈組，可連接成Y或△兩種三相負載線路，每個燈組均設有三個并聯的白熾燈羅口燈座(每組設有三個開關控制三個負載并聯支路的通斷)，可插60W以下的白熾燈九只，各燈組設有電流插座；日光燈實驗器件有30W整流器、電容器、啟輝器及短接按鈕；鐵芯變壓器一只（50VA、36V/220V），原副邊均設有保險絲便于電流的測試，可進行變壓器原、副繞組同名端判斷及變壓器應用等實驗。
26、元件箱
設有三組高壓電容（每組1uF/500V、2.2uF/500V 、4.7uF/500V高壓電容各一只），用以改變功率因數實驗；包含實驗所需的各種元件，如電阻、二極管、發光管、穩壓管、電位器及12V燈泡等,還提供十進制可調電阻箱，阻值為0～99999.9Ω/2W。
27、單相智能功率、功率因數表
由24位專用DSP、16位高精度AD轉換器和高速MPU單元設計而成，通過鍵控、數顯窗口實現人機對話功能控制模式。軟件上采用RTOS設計思路，同時配有PC監控軟件來加強分析能力。能測量電路的功率、功率因數。功率測量精度為1.0級，功率因數測量范圍0.3-1.0，電壓電流量程為450V和5A，能自動判別負載性質（感性顯示“L”，容性顯示“C”，純電阻不顯示），并可存儲測量數據，供隨時查閱。
28、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。
五、實驗項目
（一）電力電子技術（晶閘管部分）
1.單結晶體管觸發電路；
2.正弦波同步移相觸發電路實驗；
3.鋸齒波同步移相觸發電路實驗；
4.西門子TCA785集成觸發電路實驗；
5.單相半波可控整流電路實驗；
6.單相橋式半控整流電路實驗；
7.單相橋式全控整流電路實驗；
8.單相橋式有源逆變電路實驗；
9.三相半波可控整流電路的研究；
10.晶閘管三相半波有源逆變電路的研究；
11.三相橋式半控整流電路實驗；
12.三相橋式全控整流及有源逆變電路實驗；
13.單相交流調壓電路實驗；
14.三相交流調壓電路實驗。
（二） 電力電子技術（全控型器件特性部分）
1.功率場效應晶體管(MOSFET)的主要參數測量；
2.功率場效應晶體管(MOSFET)的驅動電路研究；
3.絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)特性及其驅動電路的研究；
4.單向晶閘管（SCR）特性實驗；
5.雙向晶閘管（SCR）特性實驗；
6.電力晶體管管（GTR）特性實驗。
（三） 電力電子技術（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；
2.SPWM單相交直交變頻電路的性能研究；
3.全橋DC/DC變換。
（四） 直流調速實驗
1.晶閘管直流調速主要單元的調試；
2.不可逆單閉環直流調速系統靜特性的研究；
3.帶電流截止負反饋的轉速單閉環不可逆直流調速系統；
4.電壓、電流雙閉環晶閘管不可逆直流調速系統；
5.轉速、電流雙閉環晶閘管不可逆直流調速系統；
6.雙閉環控制的直流脈寬調速系統（H橋、IGBT）。
（五） 交流調速實驗
1.雙閉環三相異步電機調壓調速系統實驗；
2.雙閉環三相異步電機串級調速系統實驗；
3.三相異步電機變頻調速系統實驗。
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