一、概述
電力電子及電機拖動實驗裝置是根據(jù)當前實驗教學改革的發(fā)展，集眾多國內(nèi)外廠家的優(yōu)點，精心研制、改進而成的新一代實驗設備。依據(jù)高等院�！峨姍C學》，《電機與拖動》，西安交通大學王兆安教授等編著的《電力電子技術》（第五版）和上海大學陳伯時教授編著的《電力拖動自動控制系統(tǒng)》（第三版）實驗大綱要求進行設計。涵蓋了"電機學" 、 "電機與變壓器" "電機與拖動""電力電子技術"、"直流調(diào)速"、"交流調(diào)速"、"電機控制"、"電力拖動自動控制系統(tǒng)"等專業(yè)課程所開設的實驗項目。特別適用于高等院校現(xiàn)有的電機、電力電子技術及電氣控制實驗設備的更新改造，同時也為中等專業(yè)學校、職業(yè)技術學院等新建或擴建實驗室，迅速開設實驗課提供了理想的實驗設備，為教師或研究生開發(fā)新實驗或進行科學研究工作提供良好的實驗條件。
二、電力電子及電機拖動實驗裝置特點
1、綜合性強 本裝置掛件配齊時可完成目前國內(nèi)各類院校電機，電力電子及電氣控制學科課程的全部實驗項目。
2、適應性強能滿足各類學校相應課程的實驗教學，實驗的深度與廣度可根據(jù)需要作靈活調(diào)整，普及與提高可根據(jù)教學的進程作有機地結(jié)合。裝置采用組件式結(jié)構(gòu)，更換便捷，如需要擴展功能或開發(fā)新實驗，只需添加部件即可，永不淘汰。
3、整套性強從儀器儀表、專用電源、電機及其它實驗部件到實驗連接專用導線等均配套齊全，配套部件的性能、規(guī)格等均密切結(jié)合實驗的需要進行配置。
4、直觀性強各實驗掛件采用分隔結(jié)構(gòu)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(jié)約實驗用房，減少基建投資；配套的小電機均經(jīng)特殊設計，可模擬中小型電機的特性和參數(shù)；小電機耗電省，節(jié)約能源；實驗噪聲小，整齊美觀，改善實驗環(huán)境；電氣控制實驗，內(nèi)容豐富，設計合理，除了加深理論知識外，還為學生走向社會打下良好的基礎；
6、開放性強控制屏供電隔離（浮地設計），并設有外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(jiān)示及短路保護等功能，使用方便；各測量儀表均有保護功能。整套裝置經(jīng)過精心設計，加上可靠的元器件質(zhì)量及可靠工藝作為保障，產(chǎn)品性能優(yōu)良，所有這些均為開放性實驗創(chuàng)造了條件，有利于提高學生分析問題和解決問題的能力。
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(huán)境：溫度-10℃～+40℃ 相對濕度＜85%(25℃) 海拔＜4000m
3、裝置容量：＜1.5KVA
4、重 量： 480Kg
5、外形尺寸：187×70×160cm3
四、電力電子及電機拖動實驗裝置的基本裝備
1、DQ01B電源控制屏(鐵質(zhì)噴塑結(jié)構(gòu)，鋁質(zhì)面板)
(1) 交流電源
提供三相0～450V可調(diào)交流電源，同時可得到單相0～250V可調(diào)電源(配有一臺三相同軸聯(lián)動自耦調(diào)壓器（規(guī)格1.5KVA、0～450V），克服了三只單相調(diào)壓器采用鏈條結(jié)構(gòu)或齒輪結(jié)構(gòu)組成的許多缺點)�？烧{(diào)交流電源輸出處設有過流保護技術，相間、線間過電流及直接短路均能自動保護，克服了調(diào)換保險絲帶來的麻煩。配有三只指針式交流電壓表，通過切換開關指示三相電網(wǎng)電壓和三相調(diào)壓電壓。
(2) 高壓直流電源兩路
提供220V(1A)勵磁電源及0～250V(3A)連續(xù)可調(diào)穩(wěn)壓電樞電源（內(nèi)設過流過壓保護措施）各一組，并設有直流數(shù)顯電壓表及切換開關。
(3) 人身安全保護五大體系
設有三相隔離變壓器一組(三相電源經(jīng)鑰匙開關、接觸器后，到隔離變壓器，再經(jīng)三相調(diào)壓器輸出)，使輸出與電網(wǎng)隔離，對人身安全起到一定的保護作用；
設有電流型漏電保護器，控制屏若有漏電現(xiàn)象，漏電流超過一定值，即切斷電源。實驗連接線及插座，采用全封閉結(jié)構(gòu)，使用安全、可靠、防觸電。
(4) 儀表保護體系
設有多只信號插座，與儀表相連，儀表超量程，即能告警并切斷電源，對儀表起到良好的保護作用。
(5)實驗管理器：具有設定時間、到時報警、切斷電源及記錄各種告警次數(shù)等功能。
(6) 控制屏正面大凹槽內(nèi)，設有兩根不銹鋼鋼管，可掛儀表及實驗部件。凹槽底部設有多個小圓形單相三芯220V電源插座，供儀表等部件供電用。控制屏兩側(cè)設有三極220V電源插座及三相四極380V電源插座。設有實驗裝置照明用的220V、40W日光燈一盞。
2、DQ02實驗桌
實驗桌為鐵質(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)堅固，形狀似長方體封閉式結(jié)構(gòu)，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(diào)節(jié)機構(gòu)，便于移動和固定，有利于實驗室的布局。
3、DQ03-1固定電機導軌、測速系統(tǒng)及轉(zhuǎn)速表。
4、DQ05三相組式變壓器（三只相同的單相變壓器組成，原邊220V/0.35A，副邊55V/1.4A）
5、DQ07直流復勵發(fā)電機（Un=DC200V ， IN=0.5A ， PN=100W ， n=1600RPM ，絕緣等級E ）
6、DQ09直流并勵電動機（（Un=DC220V ， IN=1.1A ， PN=185W ， n=1500RPM ，絕緣等級E ）
7、DQ10三相鼠籠式異步電動機（Un= AC3800V/220V，接法 Y/Δ，轉(zhuǎn)速 1420 RPM，功率100W ,電流0.5A，絕緣等級E）
8、DQ11三相線繞式異步電動機（AC220V，接法 Y，轉(zhuǎn)速 1380RPM，功率120W ,電流0.6A，絕緣等級E）
9、GDQ12線繞式異步電機起動與調(diào)速電阻箱
提供0、2、5、15、35五檔同軸聯(lián)調(diào)的三相繞線異步電動機轉(zhuǎn)子起動、調(diào)速電阻一組。
10、DQ19校正直流測功機（（Un=220V、IN=2.2A、PN=355W、n=1500r/min，絕緣等級E）
即可作電動機又可作測功機，做電動機使用時，可作為發(fā)電機的原動機，也可用于拖動電動機完成四象限測試；作測功機使用時，由于電機經(jīng)特殊設計，容量是被測電機的2～3倍，并經(jīng)精密儀器校正，能很好的完成被測電機的加載輸出轉(zhuǎn)矩的測試。
11、DQ22直流數(shù)字電壓、毫安、安培表(三只)
直流數(shù)顯電壓表一只，采用ICL公司高性能AD轉(zhuǎn)換器配以高速MPU單元設計爾成，通過鍵控、數(shù)顯窗口實現(xiàn)人機對話功能控制模式。具有自動與手動量程，測量范圍0-300V。手動量程為：2V、20V、300V。測量精度為0.5級。具有數(shù)據(jù)存儲與查詢功能。具有超量程報警、指示及切斷總電源等功能。
直流數(shù)顯毫安表一只，采用ICL公司高性能AD轉(zhuǎn)換器配以高速MPU單元設計爾成，通過鍵控、數(shù)顯窗口實現(xiàn)人機對話功能控制模式。具有自動與手動量程，測量范圍：0-2000mA。手動量程為：20mA、200mA、2000mA。測量精度為0.5級。具有數(shù)據(jù)存儲與查詢功能。具有超量程報警、指示及切斷總電源等功能。
直流數(shù)顯電流表一只，測量范圍0～5A，三位半數(shù)顯，精度為0.5級，具有超量程報警、指示及切斷總電源等功能。
12、DQ25單三相智能型功率、功率因數(shù)表
由24位專用DSP、16位高精度AD轉(zhuǎn)換器和高速MPU單元設計爾成，通過鍵控、數(shù)顯窗口實現(xiàn)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(jiān)控軟件來加強分析能力。能同時測量兩路單相功率P1、P2，三相功率等于兩路功率之和（兩表法測量三相總功率）。功率測量精度為1.0級，功率因數(shù)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(zhì)（感性顯示"L"，容性顯示"C"，純電阻不顯示），并可存儲測量數(shù)據(jù)，供隨時查閱。
13、DQ26三相可調(diào)電阻器(三組90Ω×2/1.3A/150W瓷盤電阻)
14、DQ27三相可調(diào)電阻器(三組900Ω×2/0.41A/150W瓷盤電阻)
15、DQ29可調(diào)電阻器、電容器
提供90Ω×2/1.3A及900Ω×2/0.41A瓷盤電阻各一組，35μF/450V、4μF/450V電力電容各1只。
16、DQ31波形測試及開關板
由變壓器波形測試部分和兩個三刀雙擲開關、一個雙刀雙擲開關組成。
17、DQ44數(shù)/模交流電流表
由三只數(shù)字交流電流表和一只指針式精密交流電流組成。測量范圍0～5A，量程自動判斷、自動切換，精度0.5級，四位數(shù)碼顯示。指針式精密交流電流表一只，采用帶鏡面、雙刻度線（紅、黑）表頭（不同的量程讀取相應的刻度線），測量范圍0～5A，分0.3A、1A、3A、5A四檔，精度1.0級，直鍵開關切換，設有超量程指示，告警等功能。
18、DQ45數(shù)/模交流電壓表
由三只數(shù)字交流電壓表和一只指針式精密交流電壓表組成。
指針式精密交流電壓表1只，采用帶鏡面、雙刻度線（紅、黑）表頭（不同的量程讀取相應的刻度線），測量范圍0～500V，分10V、30V、100V、300V、500V五檔，輸入阻抗1MΩ，精度1.0級，直鍵開關切換，每檔均有超量程告警、指示及切斷總電源功能。
19、DK03晶閘管主電路
提供12只6A/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(fā)信號進行觸發(fā)（留有觸發(fā)脈沖輸入接口）。另外有一組平波電抗器（200mH、500mH和1000mH）和一組續(xù)流二極及精度1.0級帶鏡面指針±300V的直流電壓表、精度1.0級帶鏡面指針±2A的直流電流表，兩表均為正負顯示。
20、DK04三相晶閘管集成觸發(fā)電路
提供三相晶閘管觸發(fā)電路、功放電路等，與DK03配套使用。設有觸發(fā)脈沖觀察孔、同步信號觀察孔、鋸齒波斜率調(diào)節(jié)觀察孔等。
21、DK05 單相晶閘管觸發(fā)電路實驗
提供單結(jié)晶體管、正弦波觸發(fā)電路，鋸齒波同步移向、單相交流調(diào)壓觸發(fā)電路，TCA785集成觸發(fā)電路
22、DK06電機調(diào)速控制實驗（Ⅰ）
電流反饋與過流保護(FBC+FA)、給定器(G)、轉(zhuǎn)速變換器(FBS)、反號器(AR)、電壓隔離器(TVD)、調(diào)節(jié)器I和調(diào)節(jié)器II。其中調(diào)節(jié)器I和調(diào)節(jié)器II的反饋電阻、電容均外接(從DK10上獲得)，實驗時可以靈活改變系統(tǒng)的參數(shù)，觀測不同的參數(shù)對系統(tǒng)穩(wěn)定性及相應時間等影響；更可以讓學生從調(diào)速系統(tǒng)的各種參數(shù)(如電機的機電時間常數(shù)等)出發(fā)對調(diào)節(jié)器的放大倍數(shù)及積分時間的參數(shù)分別設計，同時進行實際結(jié)果的驗證，從而完成設計性實驗。
23、DK07直流斬波實驗
根據(jù)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(nèi)容而設計的；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。
24、DK08給定及實訓器件
提供給定（±15V可調(diào)電壓輸出）、壓敏電阻（作為過壓保護元件，內(nèi)部已連成三角形接法）、二極管等。
25、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。
26、DK10可調(diào)電阻器，電容器
提供耐壓AC100V的可調(diào)電容三組，調(diào)節(jié)范圍為0.1～11.37uF，0～999KΩ十進制可調(diào)電阻兩組。
27、DK12變壓器實訓
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(diào)速實訓和三相橋式、單相橋式有源逆變電路實訓；還設有三相不控整流電路等模塊。
28、DK14單相交直交變頻原理
根據(jù)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(nèi)容進行開發(fā)，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(diào)制信號的形成方法，了解IGBT管專用集成驅(qū)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（阻感）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(qū)動芯片的工作特性。
29、DK19半橋型開關穩(wěn)壓電源
提供了半橋型開關穩(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"開關電路在開環(huán)與閉環(huán)下負載特性的測試"以及"電源電壓波動對輸出的影響"等實驗內(nèi)容。
30、GDK28 三相異步電機變頻調(diào)速控制系統(tǒng)
提供日本三菱FR-D720-0.4KW-CHR變頻器一只，設有BOP操作面板及外圍接口。
31、SG06實驗連接線
采用高可靠護套結(jié)構(gòu)手槍插連接線（不存在任何觸電的可能），里面采用無氧銅抽絲而成頭發(fā)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(yōu)點，插頭采用實芯銅質(zhì)件外套鈹輕銅彈片，接觸優(yōu)良。
五、電力電子及電機拖動實驗裝置可完成的實驗項目
（一） 電機及拖動部分實訓
1.1 直流電機
(1)電機認知（銘牌，冷態(tài)電阻，啟動，換向，調(diào)速）
(2)直流發(fā)電機
(3)直流他勵（或并勵）電機實驗（工作特性、機械特性和調(diào)速方法）
(4)直流電動機轉(zhuǎn)動慣量測試
1.2變壓器實驗
(1)單相變壓器(空載、短路和負載實驗)
(2)三相變壓器(空載、短路和負載實驗)
(3)三相變壓器的聯(lián)接組和不對稱短路
(4)三相三繞組變壓器
(5)單相變壓器的并聯(lián)運行
(6)三相變壓器的并聯(lián)運行
1.3 異步電機
(1)三相鼠籠異步電動機的工作特性
(2)三相異步電動機的起動與調(diào)速（直接起動，Y-△起動，自耦變壓器起動和繞線式異步電動機轉(zhuǎn)子串電阻起動和調(diào)速）
(3)三相鼠籠異步電動機的不對稱運行
(4)三相鼠籠異步電動機的溫升
(5)三相鼠籠式異步電動機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動慣量的測試
1.4 電動機機械特性的測定
(1)直流他勵電動機在各種運轉(zhuǎn)狀態(tài)下的機械特性
(2)三相異步電動機在各種運行狀態(tài)下的機械特性
(3)三相異步電機M-S曲線測繪
（二）電力電子技術及自動控制部分實驗
2.1電力電子技術實驗項目
(1)單結(jié)晶體管觸發(fā)電路
(2)正弦波觸發(fā)電路
(3)鋸齒波同步移相觸發(fā)電路實驗
(4)TCA785集成觸發(fā)電路
(5)單相橋式半控整流電路實驗
(6)單相橋式全控整流電路實驗
(7)單相橋式有源逆變電路實驗
(8)三相半波可控整流電路的研究
(9)晶閘管三相半波有源逆變電路的研究
(10)三相橋式半控整流電路實驗
(11)三相橋式全控整流及有源逆變電路實驗
(12)單相交流調(diào)壓電路實驗
(13)三相交流調(diào)壓電路實驗
(14)單向晶閘管(SCR)特性實驗
(15)可關斷晶閘管(GTO)特性實驗
(16)功率場效應管(MOSFET)特性實驗
(17)電力晶體管(GTR)特性實驗
(18)絕緣雙極型晶體管(IGBT)特性實驗
2.2典型電力電子器件線路實驗
(1)單相正弦波脈寬調(diào)制（SPWM）逆變電路實驗
(2)半橋型開關穩(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、升降壓斬波電路、Cuｋ斬波電路、Sepic斬波電路、Zeta斬波電路六種典型線路)(IGBT)
2.3直流電機調(diào)速實驗
(1)晶閘管直流調(diào)速系統(tǒng)參數(shù)和環(huán)節(jié)特性的測定實驗(SCR)
(2)晶閘管直流調(diào)速系統(tǒng)主要單元的調(diào)試(SCR)
(3)單閉環(huán)(電壓單閉環(huán)、轉(zhuǎn)速單閉環(huán)、電流單閉環(huán))不可逆直流調(diào)速系統(tǒng)實驗(SCR)
(4)雙閉環(huán)不可逆直流調(diào)速系統(tǒng)實驗(SCR)
2.4交流電機調(diào)速實驗
(1)單相正弦波脈寬調(diào)制SPWM變頻調(diào)速系統(tǒng)實驗(IGBT)
(2)雙閉環(huán)三相異步電機調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)實驗(SCR)
(3)變頻器的認識
(4)變頻器的參數(shù)設定與操作
(5)變頻器的面板控制
(6)變頻器的電位器控制
(7)變頻器的多段速控制
(8)三相異步電動機的變頻調(diào)速
六、 裝置的配置清單
|
序號 |
編號 |
名 稱 |
數(shù)量 |
|
1 |
DQ01B |
電源控制屏 |
1套 |
|
2 |
DQ02 |
實驗桌 |
1張 |
|
3 |
DQ03-1 |
固定電機導軌、測速系統(tǒng)及轉(zhuǎn)速表 |
1套 |
|
4 |
DQ05 |
三相組式變壓器 |
1件 |
|
5 |
DQ07 |
直流復勵發(fā)電機 |
1件 |
|
6 |
DQ09 |
直流他（并）勵電動機 |
1臺 |
|
7 |
DQ10 |
三相鼠籠式異步電動機 |
1臺 |
|
8 |
DQ11 |
三相線繞異步電機 |
1臺 |
|
9 |
GDQ12 |
三相線繞異步電機啟動調(diào)速電阻箱 |
1件 |
|
10 |
DQ19 |
校正直流測功機 |
1臺 |
|
11 |
DQ22 |
直流數(shù)字電壓、毫安、安培表（三只表）（注：按實驗要求每套需配2件） |
2件 |
|
12 |
DQ25 |
單/三相智能功率、功率因數(shù)表 |
1件 |
|
13 |
DQ26 |
三相可調(diào)電阻器（每組90Ω*2/1.3A） |
1件 |
|
14 |
DQ27 |
三相可調(diào)電阻器（每組900Ω*2/0.41A） |
1件 |
|
15 |
DQ29 |
可調(diào)電阻器、電容器90Ω*2/1.3A、900Ω*2/0.41A |
1件 |
|
16 |
DQ31 |
波形測試及開關板 |
1件 |
|
17 |
DQ44 |
數(shù)/模交流電流表 |
1件 |
|
18 |
DQ45 |
數(shù)/模交流電壓表 |
1件 |
|
19 |
DK03 |
晶閘管主電路 |
1件 |
|
20 |
DK04 |
三相晶閘管觸發(fā)電路 |
1件 |
|
21 |
DK05 |
單相晶閘管觸發(fā)電路 |
1件 |
|
22 |
DK06 |
電機調(diào)速控制實驗（Ⅰ） |
1件 |
|
23 |
DK07 |
直流斬波實驗 |
1件 |
|
24 |
DK08 |
給定及實驗器件 |
1件 |
|
25 |
DK09 |
電力電子器件特性實驗 |
1件 |
|
26 |
DK10 |
可調(diào)電阻，電容 |
1件 |
|
27 |
DK12 |
變壓器實驗 |
1件 |
|
28 |
GDK28 |
三相異步電機變頻調(diào)速電路 |
1件 |
|
29 |
DK14 |
單相交直交變頻原理 |
1件 |
|
30 |
DK19 |
半橋型開關穩(wěn)壓電源 |
1件 |
|
31 |
SG06 |
實驗連接線及易損配件 |
1件
|
