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電力電子技術及電機控制實驗裝置,變壓器及電機控制綜合實驗裝置

一、概述

“DYDG-68型電力電子技術及電機控制實驗裝置”依據高等院校最新統編教材《電力電子技術》(第四版)(西安交通大學王兆安編著)、《電力拖動自動控制系統》（第三版）(上海大學陳伯時編著)等實驗大綱的要求，吸收國內、外同類產品的優點，充分考慮了實驗室的現狀和發展趨勢，精心研制而成。在同類產品中結構合理、功能完善、可靠性好、性價比高。

二、特點
  1、綜合性強 本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 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 本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、適用范圍
    本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。
四、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：187.3×72.5×162.2 cm3 
五、裝置的基本裝備
  1、DK01電源控制屏（鐵質雙層亞光密紋噴塑結構，鋁質面板）
（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、DK02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、DQ03－1不銹鋼電機導軌、光碼盤測速系統（日本歐姆龍1024光電編碼器）及數顯轉速表
  4、DQ27三相可調電阻（每組900Ω×2/0.41A）
  5、DK03晶閘管主電路
    提供12只5A/1000V的晶閘管，分成正、反橋兩組，每只晶閘管均設有保護裝置，正、反橋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、DK04三相晶閘管觸發電路
    提供三相觸發電路、功放電路等，與“DK03”配套使用。
  7、DK05晶閘管觸發電路實驗
    提供單結晶體管觸發電路、正弦波同步移相觸發電路、鋸齒波同步移相觸發電路、單相交流調壓觸發電路及單相并聯逆變觸發電路共五種觸發電路。
  8、DK06電機調速控制實驗（Ⅰ）
    提供以下模塊：電流反饋與過流保護（FBC+FA）、給定器（G）、轉速變換器（FBS）、速度調節器（ASR）、反號器（AR）、電流調節器（ACR）、轉矩極性鑒別（DPT）、零電平檢測（DPZ）及邏輯控制器（DLC）。
  9、DK07直流斬波電路
    主要由斬波器觸發電路及斬波主電路兩大部分組成。
  10、DK08給定及實驗器件
    提供給定（±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、24V電源及電感。
  11、DK09新器件特性實驗
提供SCR、MOSFET、IGBT、GTO 、GTR新器件，與DJK06配套使用，可測定其特性曲線；與DJK12配套使用，可完成電力電子新器件的驅動特性實驗。
  12、DK10可調電阻、電容箱
    提供耐壓AC63V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、DK11單相調壓與可調負載
    提供了一只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、DK12變壓器實驗
    提供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和逆變變壓器各一組。
  15、DK13功率器件驅動電路實驗箱
    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、GTR和GTO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SG3525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；頻率范圍分為2擋，通過鈕子開關切換，高頻檔是為MOSFET和IGBT驅動電路提供PWM波形，頻率調節范圍4KHz～10KHz；低頻檔是為GTR和GTO驅動電路提供PWM波形，頻率調節范圍400Hz～1KHz；占空比均能從0%調至100%。
  16、DK14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)的相關內容進行開發，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（電阻，電感和電機）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、DK15自控原理實驗
    提供穩壓電源、交/直流數字電壓表、低頻函數信號發生器、六位數顯頻率計、階躍信號發生器及典型的控制環節（比例環節、慣性環節、積分環節、超前滯后校正環節，還可以組成微分、延遲等各種電路）等。
  18、DK16自控原理實驗
    提供穩壓電源、階躍信號發生器、典型的控制環節（比例環節、慣性環節、積分環節、超前滯后校正環節，還可以組成微分、延遲等各種電路）及自由布線區（以便自由組合實驗線路進行實驗）
  19、DK17雙閉環H橋DC/DC變換直流調速系統
    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。本實驗箱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。
  20、DK18電機調速控制實驗（Ⅱ）
    提供以下模塊：觸發選擇器（TS）、絕對值放大器（GAB）、電流符號選擇器（CSS）、電壓調節器（AVR）、零速封鎖器（DZS）及電壓隔離器（TVD）。與“DK06”配合使用完成“三閉環錯位選觸無環流可逆直流調速系統實驗”。

技術性能

1、輸入電源：三相四線380V±10% 50Hz
2、工作環境：溫度-10℃～+40℃ 相對濕度＜85%(25℃)

3、裝置容量：＜1.5KVA

4、重    量：300Kg

5、外形尺寸：1600×750×1300（mm）

三、實驗項目：

（一）直流電機實驗

1、認識實驗

2、直流發電機

3、直流并勵電動機

4、直流電動機啟動：串電阻啟動、降壓啟動

5、直流電動機改變轉向的方法

6、直流電動機調速特性實驗：改變電樞回路所串電阻、勵磁回路所串電阻、降低電樞電壓

（二）單相變壓器實驗

1、單相變壓器變比K

2、單相變壓器空載實驗，測取變壓器空載數據IO、PO和UO。

3、單相變壓器短路實驗，測取變壓器短路數據UK、IK和RK。

4、單相變壓器負載實驗，測取變壓器負載數據UZ = f（IZ）。

（三）三相變壓器實驗

1、三相變壓器繞組極性的測定

2、三相變壓器聯結組別的測定

（四）異步電動機實驗

1、三相繞線式異步電動機定子電阻的測試

2、三相異步電動機空載實驗：測取空載時電壓U0，電流I0、三相功率P0，繪制空載特性曲線

3、三相異步電動機短路實驗：測取短路時電壓UK，電流IK、功率PK，繪制短路特性曲線

4、三相異步電動機參數的求取

5、三相異步電動機在各種運行狀態下的機械特性

（五）三相同步電動機實驗

（六）三相線繞式異步電動機實驗

（七）電力拖動控制實驗項目

四、裝置的基本配備

（一）實訓屏（鐵質雙導亞光密紋噴塑，鋁質面板）

1、交流電源：提供三相0～450V可調交流電源，同時可得到單相0～250V可調的交流電源（配有一臺三相同軸聯動自耦調壓器，功率1.5KVA）。可調交流電源輸出處設有過流保護裝置，當相間、線間過電流或直接短路均能告警并切斷電源。配有三只指針式交流電壓表，通過切換開關，可指示三相電網電壓和三相調壓輸出電壓，并有指示燈指示外部電源輸入和工作電源輸出。

2、勵磁電源：直流220V/0.5A，具有短路保護

3、電樞電源：直流0-220V/2A連續可調電源一路，具有短路保護

4、連續可調交流電源：0-240V連續可調，具有短路保護

5、可調同步勵磁電機電源：0-40V/2A連續可調，具有短路保護

6、定時器兼報警記錄儀：具有設定時間、定時報警、切斷電源及記錄各種告警次數功能。

7、測量儀表

（1）直流數顯電流表三只：量程2000mA，0.5級

（2）直流數顯電壓表三只：量程300V，0.5級

（3）交流數顯電流表三只：量程3A，0.5級

（4）交流數顯電壓表三只：量程500V，0.5級

（5）智能型功率、功率因數表二只：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15組測量數據，供隨時查閱。

8、三相轉換開關二組，單相轉換開關一組

9、三相可調電阻器（三組90Ω×2/1.3A）

10、三相可調電阻器（三組900Ω×2/0.41A）

（二）器材配備

1、單相變壓器三只，原邊220V/0.35A，副邊55V/1.4A

2、直流并（他）勵電動機    1臺

3、復勵直流電動機          1臺

4、校正直流測功機          1臺

5、三相同步電動機          1臺

6、繞線式交流異步電動機    1臺

7、三相異步電動機          1臺

8、三相雙速異步電動機      1臺

9、電氣控制實驗模塊：

GSY-01　繼電控制實驗箱一；            GSY-02　繼電控制實驗箱二；

GSY-03　繼電控制實驗箱三；            GSY-04　繼電控制實驗箱四；

GSY-05　繼電控制實驗箱五；            GSY-06　繼電控制實驗箱六；

GSY-07　繼電控制實驗箱七；            GSY-08　繼電控制實驗箱八；

10、不銹鋼電機導軌：光碼盤測速系統及數顯轉速表，不銹鋼導軌平整度好、無應力變形、加工精細、同心度與互換性好、電機運行噪音小。

11、燈箱負載

12、安全導線：采用高可靠護套結構手槍插連接法，具有柔軟、耐壓高、強度大、防硬化、韌性好等優點。 

（三）實驗桌

實驗桌主體為雙層鐵質亞光密紋噴塑結構，桌面為防火、防水、耐磨高密度板，造型美觀大方。