SBDDZ-01電力電子技術及電機控制實驗裝置
一、概述
電力電子技術及電機控制實驗裝置，電力電子技術及電機控制實驗設備依據高等院校最新統編教材《電力拖動自動控制系統》（第三版）(上海大學陳伯時編著)、《電力電子技術》(第五版)(西安交通大學王兆安編著)等實訓大綱的要求，吸收國內、外同類產品的優點，充分考慮了實訓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。
(實訓設備外形參考圖片，也可以根據學校要求定做）
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、電機控制理論等實訓項目。
2、適應性強：能滿足各類學校相應課程的實訓教學，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訓，只需添加部件即可，永不淘汰。
3、整套性強：從專用電源、電機及其它實訓部件到實訓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訓的需要進行配套。
4、直觀性強：各實訓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，節約實訓用房，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，實訓噪聲小，整齊美觀，改善實訓環境；實訓內容豐富，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訓。
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，使用安全可靠；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訓室，創造了條件。
7、先進性強：本裝置著重從新器件高度來考慮，在保留了晶閘管實訓的基礎上，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訓，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
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訓項目。
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：1600×700×1550mm3
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）
（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）指示及測量儀表
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；
2）智能交流電壓表1只:測量范圍：0-1000V,設置1V/10V/100V/1000V四量程，六位數碼顯示測量值。儀表采用現代化技術，數碼中文顯示，具備智能化、數字化功能，通過按鍵能夠對儀表進行設置操作,量程手動、自動切換模式、校準、調零、濾波級數設置、超量程自動報警提示及保護等功能。硬件部分整體性強，集成度高，采用表貼工藝制作，工業塑料外殼，面板嵌入安裝，使用穩定，容易更換和升級維護。
3）智能交流電流表1只：測量范圍：0-5A, 設置10mA/500mA/5A三檔量程，六位數碼顯示測量值。儀表采用現代化技術，數碼中文顯示，具備智能化、數字化功能，通過按鍵能夠對儀表進行設置操作,量程手動、自動切換模式、校準、調零、濾波級數設置、超量程自動報警提示及保護等功能。硬件部分整體性強，集成度高，采用表貼工藝制作，工業塑料外殼，面板嵌入安裝，使用穩定，容易更換和升級維護。
4）直流數字電壓表一只：測量范圍0～500V，三位半數顯，輸入阻抗為10MΩ，精度0.5級，為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，為調速系統提供電流指示。
（4）人身安全保護體系
1）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。
2）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。
3）實訓連接線及插座：強、弱電連接及插座分開，不能混插。
4）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）控制屏其它設施
控制屏正面，可掛置實訓部件，控制臺設有3芯插座， 掛件的供電由這些插座提供。
★（6）實訓室智慧用電安全控制系統（全室一臺）
智能電源管理系統具有過溫、短路、過流、過壓、欠壓、失壓、功率限定；電源具有一鍵鎖定功能，處理故障時，防止漏電保護器合閘，造成觸電危險；電源具有故障鎖定功能，發生故障導致跳閘時，不能人為上電，只能通過遠程清除故障后，才能上電成功；能通過無線4G和有線以太網與手機APP和PC端云平臺通訊，沒有網絡的情況下，教室整套智能電源管理系統可離線獨立運行。
1）智能終端：智能電源管理系統以32位ARM為核心，采用4.3寸彩色觸摸屏為人機交互界面，實時監控設備運行情況，提供Zigbee、CAN等多種通信模式，具備語音播報功能。能實時監測三相電壓、電流、功率，功率因數、頻率、電能等參數，液晶觸摸屏監測數值。能監控實訓室電源的故障類型和故障次數；用戶通過刷卡方式請求開啟設備，PC端進行授權之后，設備可啟動使用，PC端可分時預約設備的啟動和停止！設備時間管理包含年月日時間的顯示。可設備相應過溫、短路、過流、過壓、欠壓、失壓、功率限定等7大保護功能數值。
2）手機APP：用電狀態界面實時顯示當前電壓、電流、有無功功率、電能、設備溫度、漏電電流值等；后臺查看報警日志、操作日志、故障日志等。用戶可進行遠程在線報修，反應設備故障信息，編輯報修情況，后臺可進行遠程維護，及時跟進，以有效解決用戶設備維護。
3）PC端軟件：每個設備狀態信息顯示，具有多個子界面，具有故障分析，用電能效分析、集中管理、個人中心資料管理、用戶定位跟蹤與信息統計；具有管理員信息修改與權限管理等功能。可一鍵開啟和關閉所有設備，可單獨控制每臺設備的開關！用電數據界面能智能查找近2年用電數據，設置界面能設置限定電能值、負載值、設備超溫值、過欠壓值、過欠壓恢復時間值等。
2、DK02實訓桌
1）實訓桌采用四個工業鋁型材立柱為支撐，立柱端部可安裝調節腳，方便高度調節，主體結構通過左、右各2個C字形鋁壓成型構件聯接，臺面高度約800mm，桌面板下設支撐框架，截面尺寸為30×30mm，承受力不少于300kg。立柱采用工業鋁型材成型工藝，表面氧化處理，截面尺寸：70×70mm，四面帶槽，槽寬約8mm，端部配套塑料堵頭，槽內適用工業鋁型材通配螺母及配件。C字形鋁壓成型構件為左、右對稱件，采用壓鑄成型工藝，經機加工、拋丸、噴砂，表面藍色靜電噴涂工藝。
2）實訓桌桌面采用25mm麻灰色高密度層壓板封邊特制，有效提高絕緣等級；
3）實訓儲物柜采用冷沖壓鈑金一體成型，封閉式結構，表面靜電噴涂；柜體設有門柜用于放置實訓掛箱，設有一個抽屜用于放置實訓導線和指導書等。
3、DQ03-1固定電機導軌、歐姆龍1024光電編碼器測速系統及數顯轉速表，帶有速度反饋功能，為交直流調速提供速度閉環反饋。
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，每只晶閘管均設有RC吸收和保險絲保護裝置，晶閘管可通過外加觸發信號進行觸發（留有觸發脈沖輸入接口），可更好的完成設計性實訓。設有帶鏡面精密指針式直流電壓表±300V一只，帶鏡面直流電流表±2A一只，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，脈沖變壓器等，與"DK03"配套使用。
★7、DK04-1三相數字晶閘管觸發電路
該掛件采用高性能單片機為核心器件，采用數碼管顯示晶閘管觸發角度，能直觀、準確讀出當前晶閘管的觸發角度。掛件輸出的三相六路觸發脈沖，移相范圍為0°～160°，控制精度為0.1°，起始角可以在0°～160°內任意設置，克服了采用傳統專用模擬集成電路(如KC04、KJ004等)晶閘管多路觸發脈沖電路調試困難，波形整齊程度較差等問題。
該掛件提供兩種控制方法：數字鍵盤和外部模擬量控制。數字鍵盤控制方式可直接通過點動按鈕的方式以精確到0.1°的范圍內，并可自由調節觸發角度，外部模擬量控制方式完全兼容原來的模擬系統。除此之外還提供相應的三相正、反橋功放電路等，與"DK03"配套使用。
8、DK05單相晶閘管觸發電路
提供單結晶體管、鋸齒波同步移向、正弦波同步移向觸發電路，KC05單相交流調壓，西門子TCA785集成觸發電路等。
9、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）等。
10、DK07 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 ) 中相關內容而設計。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 。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、DK09新器件特性實驗
提供SCR、MOSFET、IGBT、GTO 、GTR新器件，可完成電力電子新器件特性實驗。
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0.1～11.37?F，0～999kΩ十進制可調電阻兩組；供電流調節器，速度調節器反饋回路使用，可靈活改變調節器的放大倍數及積分時間。
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等模塊。
15、DK13功率器件驅動與保護電路
主要是為完成新器件特性實訓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GTO，GTR，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 頻率調節范圍4KHz～10KHz。
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，能完成如下實訓項目：
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）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、DK06-1 電機調速控制電路（II）
提供以下模塊：零電平檢測（DPZ）、轉矩極性鑒別（DPT）、邏輯控制（DLC）。
18、DQ19校正直流測功機（發電機）(DC220V，355W，n=1500RPM)
19、DQ09直流并勵電動機 （Un=DC220V ， IN=1.1A ，PN=185W ， n=1500RPM ，絕緣等級E ）
20、DQ11三相線繞式異步電動機（AC220V，接法 Y，轉速 1380RPM，功率100W ,電流0.6A，絕緣等級E）
21、DQ12線繞式異步電機起動與調速電阻箱
提供0、2、5、15的三相繞線異步電動機轉子起動、調速電阻一組。
22、實訓連接線
根據不同實訓項目的特點，配備兩種不同的實訓連接線，強電部分采用4mm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3mm護套結構連接線，兩種導線都只能配合相應內孔的插座，這樣大大提高了實訓的安全及合理性。
23、學生凳
每套設備提供學生用方凳2只。
★24、互聯網+電力電子技術移動實訓平臺（全室共配1套，可供教師及學生對電力電子技術的深入研究，及對電力電子器件的直觀認識）
"互聯網+電力電子技術實訓平臺"是整合國內外同類產品合理的實訓方法，先進、科學的實訓手段并加以消化、提高而研制的新一代實訓裝置。實訓內容根據教育部"振興21世紀職業教育課程改革和教材建設規劃"的要求，并按照職業教育的教學和實訓要求而設定，涵蓋"電力電子技術""半導體變流技術""直流調速技術""變頻調速技術"等課程的實訓大綱要求，其適合普通高校、職業院校、技校、職校等實驗室新建、擴建、更新換代，為學校迅速開設實訓課程提供了理想的實訓設備。
模塊采用磁吸式和插接式結構，平臺內嵌十二合一虛擬儀器測試測量裝置和圖像采集設備，具有小體積，多功能，高性能的特點。實驗過程中能夠實時掌握學生的實驗情況，方便課堂教學和學生實驗數據的存檔和分析。
功能先進，實驗方法科學，如實驗報告自動生成，隨機選擇某個學生實驗過程進行網絡直播，實驗模塊帶自動識別、自動供電、信號自動輸入、示波器自動探測功能，虛擬測量儀器達十多種，通過互聯網時時監控與指導每個學生實驗過程等，該實驗室各項指標達國際先進水平。
核心功能配置
（一）虛擬儀器測試測量裝置
1、雙通道12位80MSPS實時采樣模擬輸入通道，輸入范圍±25V，可通過x10探頭擴展到±250V，帶寬50MHz；可配置為雙通道80MSPS示波器；
2、雙通道函數信號發生器/信號源，可輸出正弦、方波、三角波和任意波形，最高支持頻率10MHz，頻率步進1Hz，波形幅度范圍1mVpp - 5 Vpp，調節步進1mV；
3、頻譜圖儀，DC-20MHz，可選帶寬和窗函數、平均模式；
4、對外供電，提供一組正負可調輸出，輸出電壓±3V至±15V，調節步進50mV，輸出電流700mA，提供輸出限流調節和輸出電流監測功能；一組固定±5V輸出，輸出電流700mA/100mA；一組固定3.3V輸出，輸出電流600mA；所有電源均帶有短路保護功能；
5、波特圖分析儀，頻率范圍為1Hz至20MHz；
6、數字萬用表，6000讀數，3 5/6位，提供交直流電壓（0.1mV - 36V（安全電壓））、交直流電流（0.1uA - 10A）、電阻（0.1Ω - 40MΩ）、電容（10pF - 4000uF）測量；
7、邏輯分析儀，獨立16通道，最高采樣率100MSPS，支持單次、連續和實時采樣模式；
8、靜態輸入（與邏輯分析儀復用），16通道，可配置為帶譯碼的4位數碼管，或16路LED；
9、脈沖信號發生器，獨立16通道，最高刷新率10MSPS，可輸出自定義的脈沖序列
10、靜態輸出（與脈沖信號發生器復用），可輸出時鐘、正負脈沖、單次邊沿、電平開關等時序；
（二）視頻監控
系統提供本地網關、遠程端的視頻監控功能。通過視頻傳輸，直觀地查看學生實驗情況。
★（三）智能管理軟件
學生端：
1、電力電子實驗模塊在線狀態實時檢測顯示
2、學生可以選擇實驗報告模板進行實驗操作，并填寫相關的實驗操作過程及數據，一鍵生成實驗報告，實現無紙化教學，數據上傳至服務器，老師隨時隨地檢查報告。
3、實時調用虛擬儀器軟件
4、學生可以實現遠程實驗
老師端：
1、可以實時查看每個學生電腦界面及攝像頭顯示的操作過程
2、學生電腦端和攝像頭一鍵分享給其他學生
3、教學投屏功能
（四）配套實訓模塊
模塊面板采用印制電路板PCB工藝，可以直觀看到器件的實物及相關的原理圖。對于高壓電路安裝在面板背面，或者通過雙圈接線柱引出接口，透過透明底盒能夠看到器件實物，方便感性認識。
包含三相同步信號電路單元模塊、TC787AP三相集成脈沖觸發電路模塊（設有單雙脈沖切換開關，封鎖及輸出開關，移相電位器等）、六路功率三極管BU406及灌封脈沖變壓器隔離的脈沖輸出電路，PWM脈沖發生器及四路功率橋功率輸出電路、二極管整流電路、四路IGBT功率橋電路及LEM電流傳感器檢測電路、三相晶閘管整流電路、基于DSP的三相異步電機IPM逆變調速模塊電路（矢量控制）、變頻調速按鍵與LED顯示電路模塊，交流電壓檢測儀表、交流電流檢測儀表、直流電壓和電流檢測儀表等。
（五）電腦：配套電腦一臺（用戶自備），電腦推薦使用一體機。
（六）實訓內容：單相半波不控整流電路實訓，單相全橋不控整流電路實訓，單相全控橋式整流電路實訓，三相晶閘管觸發電路實訓，三相半波整流電路實訓，三相半控橋式整流電路實訓，三相橋式整流電路實訓，三相交流調壓電路實訓，DC/DC 全橋IGBT整流電路實訓，直流電機H橋IGBT可逆調速電路實訓，交流電機矢量變頻調速電路實訓。
六、本裝置能開設的實訓項目
（一）電力電子技術實訓項目
1．單結晶體管觸發電路
2．鋸齒波同步移相觸發電路實訓
3．單相半波可控整流電路實訓
4．單相橋式半控整流電路實訓
5．單相橋式全控整流及有源逆變電路實訓
6．三相半波可控整流電路實訓
7．三相橋式半控整流電路實訓
8．三相半波有源逆變電路實訓
9．三相橋式全控整流及有源逆變電路實訓
10．單相交流調壓電路實訓
11．三相交流調壓電路實訓
（二） 電力電子器件功率驅動與保護部分
1.單向晶閘管（ SCR ）特性實訓
2.可關斷晶閘管（ GTO ）特性實訓
3.功率場效應管（ MOSFET ）特性實訓
4.功率晶體管（ GTR ）特性實訓
5.絕緣雙極性晶體管（ IGBT ）特性實訓
6.可關斷晶閘管（ GTO ）驅動與保護電路實訓
7.功率場效應管（ MOSFET ）驅動與保護電路實訓
8.功率晶體管（ GTR ）驅動與保護電路實訓
9.絕緣雙極性晶體管（ IGBT ）驅動與保護電路實訓
(三）典型電力電子器件線路實訓
1.直流斬波電路的性能研究(降壓斬波電路、升壓斬波電路、升降壓斬波電路、Cuｋ斬波電路、Sepic斬波電路、Zeta斬波電路) (IGBT)
2．單相正弦波脈寬調制（SPWM）逆變電路原理實訓
（四）直流電機調速實訓（直流電機運動控制系統）
1．晶閘管直流調速系統主要單元的調試
2．帶電流截止負反饋的轉速單閉環直流調速系統實訓
3．電壓、電流雙閉環直流調速系統實訓
4．轉速、電流雙閉環直流調速系統實訓
5．邏輯無環流可逆直流調速系統實訓
（五）交流電機調速系統實訓（交流電機運動控制系統）
1．雙閉環三相繞線異步電機調壓調速系統實訓
2．雙閉環三相繞線異步電機串極調速系統實訓
七、電力電子技術及電機控制實驗裝置配置清單
序號 | 編號 | 名 稱 | 數量 |
1 | DK01 | 電源控制屏 | 1件 |
2 | DK02 | 實訓桌 | 1張 |
3 | DQ03-1 | 固定電機導軌、1024光電編碼器測速系統及數顯轉速表 | 1件 |
4 | DQ27 | 三相可調電阻（每組900Ω*2/0.41A） | 1件 |
5 | DK03 | 晶閘管主電路 | 1件 |
6 | DK04 | 三相晶閘管觸發電路 | 1件 |
7 | DK04-1 | 三相數字晶閘管觸發電路 | 1件 |
8 | DK05 | 單相晶閘管觸發電路 | 1件 |
9 | DK06 | 電機調速控制實驗（Ⅰ） | 1件 |
10 | DK07 | 直流斬波實驗 | 1件 |
11 | DK09 | 新器件特性實驗 | 1件 |
12 | DK10 | 可調電阻、電容箱 | 1件 |
13 | DK11 | 單相調壓與可調負載 | 1件 |
14 | DK12 | 變壓器實驗 | 1件 |
15 | DK13 | 功率器件驅動與保護電路 | 1件 |
16 | DK14 | 單相交直交變頻原理 | 1件 |
17 | DK06-1 | 電機調速控制系統（Ⅱ） | 1件 |
18 | DQ19 | 校正直流測功機（發電機）（355W） | 1臺 |
19 | DQ09 | 直流他（并)勵電動機（185W） | 1臺 |
20 | DQ11 | 三相線繞式異步電動機 | 1臺 |
21 | DQ12 | 線繞式異步電機轉子啟動與調速電阻箱 | 1件 |
22 | 實驗連接線 | 高可靠護套結構手槍插實訓連接線 | 1套 |
23 | 學生凳 | 提供鐵質四腳方凳，高密度板凳面 | 2只 |
27 | 互聯網+電力電子技術移動實訓平臺 | 互聯網+電力電子技術移動實訓平臺全室共配1套，可供教師及學生對電力電子技術的深入研究，及對電力電子器件的直觀認識）(全室共配1套）電腦自備 | 1套 |
28 | 配套教學數字資源 | 共配1套，購20臺以下無此項配置 | 1套 |
29 | 指導書 | 實訓指導書 | 1套 |
