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SBDQ-2現(xiàn)代電力電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)裝置

一、概述

現(xiàn)代電力電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)裝置是依據(jù)西安交通大學(xué)王兆安編著的《電力電子技術(shù)》（第五版）、《半導(dǎo)體變流技術(shù)》教材實(shí)驗(yàn)大綱的要求，吸收國(guó)內(nèi)、外同類(lèi)產(chǎn)品的優(yōu)點(diǎn)，充分考慮了實(shí)驗(yàn)室的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)，精心研制而成。

二、適用范圍

現(xiàn)代電力電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)裝置涵蓋了各類(lèi)院校所開(kāi)設(shè)的"電力電子技術(shù)"、"半導(dǎo)體變流技術(shù)"等專(zhuān)業(yè)課程所要求的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。

參考圖

三、技術(shù)性能

1、輸入電源: 三相四線(或三相五線 380V±10％ 50HZ)

2、工作環(huán)境: 溫度-10℃－+40℃　相對(duì)濕度＜85％（25℃）海撥＜4000m

3、裝置容量：＜1000W

4、外形尺寸：1700×700×1580 mm

四、裝置的基本裝備

1、DX01電源控制屏（鐵質(zhì)雙層亞光密紋噴塑結(jié)構(gòu)，鋁質(zhì)面板）

（1）交流電源（帶有過(guò)流保護(hù)措施）提供交流電源：三相交流電源220V/1.5A,經(jīng)過(guò)380V//220V 隔離變壓器輸出)

（2）高壓直流電源：輸出220V/0.5A，具有輸出短路保護(hù)。

（3）數(shù)字式儀表

①交流數(shù)字電壓表：可通過(guò)其下方的波段開(kāi)關(guān)切換指示三相電網(wǎng)輸入線電壓，精度1.0級(jí)；

②真有效值交流數(shù)字電壓表一只：測(cè)量范圍0～500V，量程自動(dòng)判斷、自動(dòng)切換，精度0.5級(jí)，三位半數(shù)顯，為交流調(diào)速系統(tǒng)提供電壓指示。

③真有效值交流數(shù)字電流表一只：測(cè)量范圍0～5A，量程自動(dòng)判斷、自動(dòng)切換，精度0.5級(jí)，三位半數(shù)顯，為調(diào)速系統(tǒng)提供電流的指示；

④直流數(shù)字電壓表一只：測(cè)量范圍0～500V，三位半數(shù)顯，輸入阻抗為10MΩ，精度0.5級(jí)；

⑤直流數(shù)字電流表一只：測(cè)量范圍0～5A，三位半數(shù)顯，精度0.5級(jí)，具有短路保護(hù)等功能。（4）帶鏡面的指針表：直流電壓表（測(cè)量范圍0～±300V，為中零式，精度為1.0級(jí)）直流電流表（測(cè)量范圍0～±2A，為中零式，精度為1.0級(jí)）

（5）三相可調(diào)電阻（90Ω×2/0.41A一個(gè) 、900Ω×2/0.41A兩個(gè)）

（6）平波電抗器：提供100mH、200mH、700mH電感，在1A下保持線性。

（7）給定：±15V可調(diào)電壓輸出，帶數(shù)顯，指示輸出電壓。

（8）單相調(diào)壓：提供了一只0～250V/0.5KVA單相交流自耦調(diào)壓器，為相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)提供可調(diào)交流電源，并帶短路保護(hù)。

（9）三相整流濾波電路：可對(duì)單相及三相交流電源進(jìn)行整流和濾波，具有輸出短路保護(hù)。

（10）變壓器：提供三相芯式變壓器一個(gè)（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），用于三相橋式、單相橋式有源逆變電路實(shí)驗(yàn)。

（11）人身安全保護(hù)體系 三相隔離變壓器一組：三相電源首先通過(guò)三相漏電保護(hù)器，然后經(jīng)鑰匙開(kāi)關(guān)、接觸器到隔離變壓器，使主電路輸出與電網(wǎng)隔離（浮地設(shè)計(jì)），對(duì)人身安全起到一定的保護(hù)作用。

電流型漏電保護(hù)裝置：控制屏若有漏電現(xiàn)象，漏電流超過(guò)一定值，即切斷電源。

 實(shí)驗(yàn)連接線及插座：強(qiáng)、弱電連接及插座分開(kāi)，不能混插。強(qiáng)電連接線及插座采用全封閉工藝，使用安全、可靠、防觸電。

（12）控制屏其它設(shè)施 控制屏正面大凹槽內(nèi)，設(shè)有兩根鋼管，可掛置實(shí)驗(yàn)部件，凹槽底部設(shè)3芯插座， 掛件的供電由這些插座提供。控制屏兩側(cè)設(shè)有單相三極220V電源插座及三相四極380V電源插座。

2、DX02實(shí)驗(yàn)桌

實(shí)驗(yàn)桌為鐵質(zhì)雙層亞光密紋噴塑結(jié)構(gòu)，桌面為防火、防水、耐磨高密度板,結(jié)構(gòu)堅(jiān)固，形狀似長(zhǎng)方體結(jié)構(gòu)，造形美觀大方；設(shè)有兩個(gè)大抽屜，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(gè)寬敞舒適的工作臺(tái)面。實(shí)驗(yàn)桌還設(shè)有四個(gè)萬(wàn)向輪和四個(gè)固定調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，便于移動(dòng)和固定，有利于實(shí)驗(yàn)室的布局。

3、DX03 三相可控整流電路（一）

提供6只5A/1000V的晶閘管，每只晶閘管均設(shè)有RC吸收和保險(xiǎn)絲保護(hù)裝置，晶閘管可通過(guò)外加觸發(fā)信號(hào)進(jìn)行觸發(fā)（留有觸發(fā)脈沖輸入接口），可更好的完成設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)。 三相觸發(fā)電路由KC04、KC41、KC42、4066等集成電路組成，可通過(guò)鈕子開(kāi)關(guān)選擇雙窄脈沖或?qū)捗}沖，同時(shí)提供六路觸發(fā)脈沖功放電路等。

4、DK05晶閘管觸發(fā)電路

提供單結(jié)晶體管觸發(fā)電路實(shí)驗(yàn)、單相交流調(diào)壓觸發(fā)電路，鋸齒波同步移相觸發(fā)電路實(shí)驗(yàn)，正弦波觸發(fā)電路及TCA785集成觸發(fā)電路。

5、DK07直流斬波實(shí)驗(yàn)

根據(jù)西安交通大學(xué)王兆安教授和黃俊教授主編的《電力電子技術(shù)》(第五版)中相關(guān)的直流斬波內(nèi)容而設(shè)計(jì)的；提供組成直流斬波電路所需的元器件和采用專(zhuān)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(shí)驗(yàn)。

6、DK09新器件特性實(shí)驗(yàn)

提供SCR、MOSFET、IGBT、GTO 、GTR新器件，與給定模塊配套使用，可測(cè)定其特性曲線。

7、DK13功率器件驅(qū)動(dòng)與保護(hù)電路　　

主要是為完成新器件特性實(shí)驗(yàn)提供電源、驅(qū)動(dòng)電路及PWM波形發(fā)生器。

（1）電源：為驅(qū)動(dòng)電路提供電源，包括±5V、±15V和+20V直流電源。

（2）驅(qū)動(dòng)電路：包括 MOSFET和IGBT的驅(qū)動(dòng)電路。其中IGBT的驅(qū)動(dòng)電路采用專(zhuān)用芯片EXB841，其它的由運(yùn)放、門(mén)電路及分立元件組成。

（3）PWM波形發(fā)生器：以SG3525為核心的PWM波形發(fā)生器主要是為新器件驅(qū)動(dòng)電路提供PWM驅(qū)動(dòng)波形，可以通過(guò)頻率調(diào)節(jié)旋鈕進(jìn)行頻率調(diào)節(jié)；通過(guò)占空比電位器來(lái)調(diào)節(jié)PWM波的占空比。頻率范圍分為2擋，通過(guò)鈕子開(kāi)關(guān)切換，高頻檔是為MOSFET和IGBT驅(qū)動(dòng)電路提供PWM波形，頻率調(diào)節(jié)范圍4KHz～10KHz；低頻檔是為GTR和GTO驅(qū)動(dòng)電路提供PWM波形，頻率調(diào)節(jié)范圍400Hz～1KHz；占空比可從　0%調(diào)至100%。

8、DK14單相交直交變頻原理

根據(jù)普通高等教育"九五"國(guó)家級(jí)重點(diǎn)教材王兆安，黃俊主編的《電力電子技術(shù)》（第四版）的內(nèi)容進(jìn)行開(kāi)發(fā)。用于展示交直交變頻原理，主要讓學(xué)生了解SPWM正弦波脈寬調(diào)制信號(hào)的形成方法，了解IGBT管專(zhuān)用集成驅(qū)動(dòng)芯片的特點(diǎn)及其使用，能完成如下實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目：1）SPWM波形成的過(guò)程；

2）交直交變頻電路在不同負(fù)載（電阻，電感）時(shí)的工作情況和波形，并研究工作頻率對(duì)電路工作波形的影響；

3）IGBT管專(zhuān)用集成驅(qū)動(dòng)芯片的工作特性。

9、DK17雙閉環(huán)H橋DC/DC變換直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)

通過(guò)對(duì)四個(gè)橋臂上IGBT管的觸發(fā)控制，來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)可逆直流他勵(lì)電機(jī)進(jìn)行調(diào)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(diào)節(jié)部分。主回路由直流電源、四種IGBT管組成；控制回路部分由專(zhuān)用芯片產(chǎn)生PWM脈沖波，PWM波脈沖發(fā)生器產(chǎn)生的四路控制脈沖，分別驅(qū)動(dòng)四個(gè)橋臂的IGBT管；調(diào)節(jié)部分由兩個(gè)PI調(diào)節(jié)器組成，并通過(guò)速度環(huán)、電流環(huán)構(gòu)成的反饋回路使電機(jī)的轉(zhuǎn)速穩(wěn)定運(yùn)行在給定的轉(zhuǎn)速下。本實(shí)驗(yàn)掛件可完成的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目有：

（1）全橋DC/DC 變換電路實(shí)驗(yàn)

2）雙閉環(huán)可逆直流脈寬調(diào)速實(shí)驗(yàn)。

10、DK19半橋型開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源

提供了半橋型開(kāi)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(zhuān)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(kāi)關(guān)電路在開(kāi)環(huán)與閉環(huán)下負(fù)載特性的測(cè)試"以及"電源電壓波動(dòng)對(duì)輸出的影響"等實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。

11、DX17實(shí)驗(yàn)元器件

提供晶閘管（均設(shè)有RC吸收和保險(xiǎn)絲保護(hù)）、壓敏電阻（作為過(guò)壓保護(hù)元件，內(nèi)部已連成三角形接法）二極管及燈座、RC吸收電路。

12、DK21斬控式交流調(diào)壓電路

根據(jù)西安交通大學(xué)王兆安教授和黃俊教授主編的《電力電子技術(shù)》（第五版）相關(guān)內(nèi)容而設(shè)計(jì)，采用全控型器件 IGBT 管實(shí)現(xiàn) " 斬控式交流調(diào)壓實(shí)驗(yàn) " 。

13、DX03-1 三相可控整流電路（二）

提供6只5A/1000V的晶閘管，每只晶閘管均設(shè)有RC吸收和保險(xiǎn)絲保護(hù)裝置，晶閘管可通過(guò)外加觸發(fā)信號(hào)進(jìn)行觸發(fā)（留有觸發(fā)脈沖輸入接口），可更好的完成設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)。 三相觸發(fā)電路由專(zhuān)用晶閘管新型集成觸發(fā)電路Tc787組成，體現(xiàn)了現(xiàn)代晶閘管觸發(fā)技術(shù)的最新應(yīng)用；同時(shí)提供六路觸發(fā)脈沖功放電路等。

14、DQ07-1直流發(fā)電機(jī)（DC220V，240W）

15、DQ09直流并勵(lì)電動(dòng)機(jī) （DC220V，185W）

16、DQ03-1 固定電機(jī)導(dǎo)軌、測(cè)速系統(tǒng)及數(shù)顯轉(zhuǎn)速表

17、實(shí)驗(yàn)連接線：

根據(jù)不同實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的特點(diǎn)，配備兩種不同的實(shí)驗(yàn)聯(lián)接線，強(qiáng)電部分采用高可靠護(hù)套結(jié)構(gòu)手槍插連接線（不存在任何觸電的可能），里面采用無(wú)氧銅抽絲而

成頭發(fā)絲般細(xì)的多股線，達(dá)到超軟目的，外包丁晴聚氯乙烯絕緣層，具有柔軟、耐壓高、強(qiáng)度大、防硬化、韌性好等優(yōu)點(diǎn)，插頭采用實(shí)芯銅質(zhì)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(jié)構(gòu)聯(lián)接線，兩種導(dǎo)線都只能配合相應(yīng)內(nèi)孔的插座，這樣大大提高了實(shí)驗(yàn)的安全及合理性。

五、本裝置能開(kāi)設(shè)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目（以上配置）

（一）晶閘管觸發(fā)電路實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目

1）單結(jié)晶體管觸發(fā)電路

2）正弦波同步移相觸發(fā)電路實(shí)驗(yàn)

3）鋸齒波同步移相觸發(fā)電路實(shí)驗(yàn)

4）單相集成鋸齒波觸發(fā)電路實(shí)驗(yàn)（由 Tca785 組成）

5）三相集成鋸齒波觸發(fā)電路實(shí)驗(yàn)（由 KC04/KC09 等組成）

（二）晶閘管線路實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目

1）單相半波可控整流電路實(shí)驗(yàn)

2）單相橋式半控整流電路實(shí)驗(yàn)

3）單相橋式全控整流及有源逆變電路實(shí)驗(yàn)

4）三相半波可控整流電路實(shí)驗(yàn)

5）三相橋式半控整流電路實(shí)驗(yàn)

6）三相半波有源逆變電路實(shí)驗(yàn)

7）三相橋式全控整流及有源逆變電路實(shí)驗(yàn)

8）單相交流調(diào)壓電路實(shí)驗(yàn)

9）三相交流調(diào)壓電路實(shí)驗(yàn)

（三）電力電子器件特性及驅(qū)動(dòng)保護(hù)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目

1）單向晶閘管（ SCR ）特性實(shí)驗(yàn)

2）可關(guān)斷晶閘管（GTO）特性實(shí)驗(yàn)

3）功率場(chǎng)效應(yīng)管（MOSFET）特性實(shí)驗(yàn)

4）功率晶體管（GTR ）特性實(shí)驗(yàn)

5）絕緣雙極性晶體管（IGBT）特性實(shí)驗(yàn)

6）可關(guān)斷晶閘管（GTO）驅(qū)動(dòng)與保護(hù)電路實(shí)驗(yàn)

7）功率場(chǎng)效應(yīng)管（MOSFET）驅(qū)動(dòng)與保護(hù)電路實(shí)驗(yàn)

8）功率晶體管（GTR）驅(qū)動(dòng)與保護(hù)電路實(shí)驗(yàn)

9）絕緣雙極性晶體管（IGBT）驅(qū)動(dòng)與保護(hù)電路實(shí)驗(yàn)

（四）典型新器件線路實(shí)驗(yàn)

1）單相正弦波脈寬調(diào)制（ SPWM ）逆變電路實(shí)驗(yàn)

2）半橋型開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源的性能研究

3）直流斬波電路的性能研究（降壓斬波電路、升壓斬波電路、升降壓斬波的電路、 Cuｋ斬波電路、 Sepic 斬波電路、 Zeta 斬波電路）

4）斬控式交流調(diào)壓電路

5）DC/DC變換電路

（五）直流電機(jī)的雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)

1）直流電機(jī)的開(kāi)環(huán)調(diào)速系統(tǒng)（三相全控橋SCR）

2）直流電機(jī)的雙閉環(huán)可逆脈寬調(diào)速系統(tǒng)（PWM/IGBT）

六、實(shí)驗(yàn)測(cè)量?jī)x表組件及掛箱明細(xì)表：