GC-780E电力电子技术实验装置

GC-780E电力电子技术实验装置

一、概述

“电力电子技术实验装置”依据高等院校最新统编教材《电力拖动自动控制系统》（第三版）(上海大学陈伯时编著)、《电力电子技术》(第五版)(西安交通大学王兆安编著)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，使用安全可靠；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
    本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：180×70×160 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（带有过流保护措施）
       提供交流电源：三相交流电220V/3A，采用安全隔离变压器输出，带有短路保护措施。

       三相同步变压器一组，电压AC380V//3*15V 。

（2）高压直流电源

 励磁电源：220V（0.5A），具有输出短路保护。

（3）指示及测量仪表
    1．交流数字电压表1只：可通过其下方的波段开关切换指示三相电网输入线电压；
    2．智能交流电压表1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．智能交流电流表1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，为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，为调速系统提供电流指示。

（4）人身安全保护体系
   1）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。
       2）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。

3）实验连接线及插座：强、弱电连接及插座分开，不能混插。

4）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）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。

 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电机导轨、测速系统

   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，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。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，脉冲变压器等，与“DK03”配套使用。
       7、DK05晶闸管触发电路实验
    提供单结晶体管、锯齿波同步移向、正弦波同步移向触发电路，KC05单相交流调压，西门子TCA785集成触发电路等。

8、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。

9、DK09新器件特性实验

提供SCR、MOSFET、IGBT、GTO 、GTR新器件，可完成电力电子新器件特性实验。

10、DK10可调电阻、电容箱
   提供耐压AC63V的可调电容三组，调节范围为0.1～11.37µF，0～999kΩ十进制可调电阻两组；供电流调节器，速度调节器反馈回路使用，可灵活改变调节器的放大倍数及积分时间。

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等模块。

13、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GTO 和 GTR， 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%。
    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。 

15、SY06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。

16、配套教学软件资源（网络版，提供正版软件，提供40个接点）

（1）电机与变压器仿真教学软件（正版3D软件，有软件著作权，便于升级）

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个实验单元，共18个典型的实验项目，每个实验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验任务。

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验，并可在此基础上实现技能考核。

（2）电力拖动仿真教学软件（正版3D软件，有软件著作权，便于升级）

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）《职业技能实验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个实验项目，涵盖维修电工初级、中级、高级主要实验项目，每个项目又根据需要设有实验目的、实验器件、实验电路、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验、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（晶闸管部分）

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．西门子TCA785集成触发电路实验

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．单相桥式全控整流电路实验

8．单相桥式有源逆变电路实验

9．三相半波可控整流电路的研究

10．晶闸管三相半波有源逆变电路的研究

11．三相桥式半控整流电路实验

12．三相桥式全控整流及有源逆变电路实验

13．单相交流调压电路实验

14．三相交流调压电路实验

（二） 电力电子技术（器件特性与驱动保护部分）

1.单向晶闸管（ SCR ）特性实验

2.功率场效应管（ MOSFET ）特性实验 
3. 功率晶体管（ GTR ）特性实验 
4. 绝缘双极性晶体管（ IGBT ）特性实验 
5. 功率场效应管（ MOSFET ）驱动与保护电路实验 
6. 功率晶体管（ GTR ）驱动与保护电路实验 
7. 绝缘双极性晶体管（ IGBT ）驱动与保护电路实验 

（三） 电力电子技术（全控型器件典型线路部分）

1．直流斩波电路（Buck、Cuk、Boost、Sepic、Buck-Boost、Zeta等六种电路）的性能研究

2．SPWM单相交直交变频电路的性能研究

（四）电机与变压器教学仿真软件实验

包括功率电机、控制电机、信号电机和变压器 4 个实训单元。

1.功率电机

包括电单相异步电动机、三相异步电动机、直线电机、直流电动机、交直流两用电动机 5 个实训项目。

2.控制电机

包括步进电机、伺服电机、直流无刷电机、开关磁阻电机 4 个实训项目。

3.信号电机

信号电机包括测速发电机、自整角机、旋转变压器 3 个实训项目。

4.变压器

单相变压器、三相变压器、电流互感器、电压互感器、自耦变压器、电焊变压器 6 个实训项目。

  5.电力拖动3D仿真教学实训

七、 装置配置清单