電力電子技術及自動控制系統實訓裝置

一、概述

電力電子技術及自動控制系統實訓裝置是從加深學生對理論認知和培養學生的實際動手能力出發，并結合日常工作中典型的電力電子及其自動控制電路的要求研制的，適合各職業院校的電氣工程、自動化、應用電子、供用電等各類專業的《電力電子技術》、《半導體變流技術》、《電機與電力拖動控制系統》、《自動控制原理與系統》、《自動控制系統》、《直流調速系統》、《交流調速系統》、《運動控制系統》等多門課程實訓教學，同時還適用于初、中、高級電工及電工技師的培訓。

二、特 點

1）裝置由單元模塊組成，更換方便，維護容易；模塊本身采用PCB烤漆工藝制成，正面為原理圖和測試點，背面焊有對應的元件，避免了由于引線引起的干擾，大大降低故障率。

2）體現“工程環境”理念，模仿實際生產現場：這些系統基本上從相關工業產品移植而來，可很好實現對學生能力（波形分析和系統調試能力）的培養和技術知識的應用。

3）各個系統的配置精心設計，豐富多彩：各個系統采用的元件、觸發（驅動）電路、主電路、控制方式、控制對象及保護環節等，基本上都不一樣，它們概括了當前工業上的技術應用，內容豐富多樣，體現了“典型性、先進性、實用性和可行性”的要求，能引起學生興趣，能使學生獲得很大的收獲。

4）電力電子元件與單元電路性能實驗，在小系統環境進行：這樣有利于學生理解該元件和該單元用于何處、它們的性能對整個系統的影響，有利于學生知識的鞏固和實際應用。

5）.裝置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，確保操作者的人身安全；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。

三、技術性能

1.輸入電壓：三相四線（或三相五線）～380V±10% 50Hz

2.工作環境：環境溫度為-10℃～+40℃ 相對濕度＜85%(25℃) 海拔＜4000m

3.裝置容量：＜1.5kVA

4.外形尺寸: 1832mm×805mm×1570mm

5.安全性能：安全保護措施：實驗臺桌面采用高絕緣、高強度、耐高溫的高密度板。 具有接地保護、漏電保護功能，安全性符合相關的國標標準。采用高絕緣的安全型插座及帶絕緣護套的高強度安全型實驗導線。

四、系統的配置

1. 電源控制屏

（1）FDK01交流電源 三相四線（或五線）電網輸入經電源總開關漏電保護器（容量10A，漏電動作電流≤30mA，動作時間≤0.1S）和交流接觸器再到三相隔離變壓器給實訓設備供電；通過起動、停止、急停按鈕控制交流接觸器，設有供電指示燈及缺相指示。 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（規格：1.5kVA、0～450V）?？烧{交流電源輸出處設有過流保護裝置，當相間、線間過電流及直接短路均能自動保護，克服了調換保險絲帶來的麻煩，并具有過流聲光告警?？刂破恋墓╇娪扇嚯娋W經三相漏電保護開關、電網電壓指示表、熔斷器、啟/停按鈕控制交流接觸器輸出，具有漏電聲光告警、過流保護等功能，同時配有一只急停按鈕，便于切斷電源，還配有一只指針式交流電壓表，通過切換和轉換開關，可方便地指示三相電網和三相調壓輸出的每一相的線電壓。

（2）同步變壓器:一組三相同步變壓器，380V/15V三只。

（3）直流勵磁電源：220V/0.5A，具有輸出短路保護。

（4）示波器支架:示波器支架設在電源箱的頂部，方便用戶放置示波器。

（5）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，發出聲光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。 

（6）儀器、儀表保護體系 ? 設有交流過流、短路保護器，如果三相隔離變壓器或三相調壓器輸出電流大于整定電流（用戶可調整）或線路錯接短路時，即能發出聲光告警并切斷輸出電源；待用電線路故障排除后方可重新啟動控制屏，對交流電源起到良好的保護作用。

2. FDK02實訓桌 實訓桌面為防火、防水、耐磨高密度板,結構堅固，形狀似長方體封閉式結構，造型美觀大方；設有抽屜、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。實訓桌底部裝有四個帶剎車的萬向輪，便于移動和固定。

3. DD03-1不銹鋼電機導軌、1024光電編碼器測速系統及智能數顯轉速表 包括固定電機的不銹鋼導軌和1024光電編碼器及智能數顯轉速表。 不銹鋼導軌平整度好，無應力變形，加工精細，同心度好，互換性好，能保證電機與電機、電機與測功機之間連接的同心度不超過±5絲，電機運行噪聲小，實驗參數典型，能較好滿足實驗要求。導軌還帶有便攜式手柄和減振底腳。10241024增量式光電編碼器，可以實現電機轉速0～6000r/min的精確測量，并通過單片機實現轉速數字信號與電壓信號的線性轉換V=f（n），能提供精確穩定的轉速反饋電壓信號，正反轉輸出電壓對稱性誤差≤1‰，克服了采用測速發電機測速精度低、測量范圍小、對稱性差及非線性變化等缺點。

4. DQ09直流他勵電動機：220V、1.1A、185W、1600r/min。

5. DQ11三相鼠籠式異步電動機：220V/△、0.5A、100W、1420r/min。

6. DQ19校正直流測功機：220V、2.2A、 355W、1500r/min，電機經特殊設計，容量是被測電機的2～3倍，并經精密儀器校正，能很好的完成被測電機的加載和輸出轉矩的測試。

7. FDQ22直流數字電壓、毫安、安培表 直流數顯電壓表1只，測量范圍0～600V，分2V、20V、200V、600V四檔，直鍵開關切換，三位半數顯，精度為0.5級，輸入阻抗為10MΩ，具有超量程聲光報警、指示及切斷總電源等功能。 直流數顯毫安表1只，測量范圍0～2000mA，分20mA、200mA、2000mA三檔，直鍵開關切換,三位半數顯,精度為0.5級，具有超量程聲光報警、指示及切斷總電源等功能。 直流數顯安培表1只，測量范圍0～5A，三位半數顯，精度為0.5級，具有超量程聲光報警、指示及切斷總電源等功能。

8. FDQ29可變電阻器 提供阻值容量150W 、1.5A 、0～90Ω/×2連續可調的瓷盤電阻器1只及150W 、0.5A 0～900Ω/×2連續可調的瓷盤電阻1只，電阻接線端均已連接至操作面板上，可方便地組合串聯、并聯、串并聯等多種方式使用，可在0.5A、1A、1.5A、3A不同電流要求的負載下使用。

9. FDQ23交流電參數表組件 真有效值交流數字電壓表1只，測量范圍0～500V，分2V、20V、200V、500V四檔，直鍵開關切換，三位半數顯，精度0.5級，輸入阻抗10MΩ。 真有效值交流數字電流表2只，測量范圍0～5A，分200mA、2000 mA、5A三檔，直鍵開關切換，三位半數顯，精度0.5級，具有超量程聲光報警、指示及切斷總電源等功能。

10. FPB-1交直流電源、變壓器及二極管組件 提供～220V/24V、20V、±15V、±12V、±5V，100VA直流電源（具有短路及過載保護功能），不控整流元件，單相同步變壓器（包括～220V/～60V、～30V、～15V、雙～7V）、三相同步變壓器（380V/15V），給定顯示與0～±15V給定，直流300V/2.5級中零表一只、2A/2.5級中零表一只。同時組合可提供單相交流0～250V可調電源，直流0～300V可調電源。

11. FDK03晶閘管及電抗器組件 提供6只單向晶閘管，0～200mH帶抽頭電抗器。

12. FDK09新器件特性實訓組件 提供MOSFET、IGBT、GTR新型電力電子器件，可測定其特性曲線；與新器件驅動與保護電路組件配套使用。 提供3只雙向晶閘管,帶阻容保護，用于交流調壓電路、單相三相交流調功。

13. FDK04三相TCA785脈沖列觸發電路組件 提供由西門子TCA785等專用的集成觸發電路構成的三相觸發電路、正反橋功放電路。

14. FDK05晶閘管觸發電路組件 提供由分立元件構成的單結晶體管觸發電路和正弦波同步移相觸發電路，兩路由分立元件構成的鋸齒波同步移相觸發電路I和Ⅱ，可完成單相晶閘管全控及半控整流實驗；一路KC05集成鋸齒波觸發電路。 （1）提供由獨立器件以BT33為核心的鋸齒波觸發電路，可完成單相鋸齒波晶閘管觸發電路實訓內容； （2）提供由獨立器件組成的典型正弦波同步移相觸發電路，以原理性的形式，與晶閘管組合成同步觸發實訓電路。 （3）提供鋸齒波同步移相觸發電路Ⅰ、Ⅱ，與晶閘管組合，可完成單相晶閘管全控及半控整流實訓內容。 （4）提供以KC05集成塊為核心的鋸齒波觸發電路，與晶閘管組合，可完成單相全波半控整流電路及交流調壓電路實訓內容

15. FDK07直流斬波電路組件 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和構成六種典型直流斬波電路實訓的元器件?？赏瓿山滩闹薪祲簲夭娐?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斬波電路六種典型電路的實訓。

16. FDK13新器件驅動與保護電路 提供功率器件及功率器件的驅動與保護電路，以及PWM波形發生器。 （1）其中IGBT的驅動電路采用專用芯片EXB841，其他驅動電路由運放、門電路及分立元件組成。 （2）PWM波形發生器：以SG3525為核心的PWM波形發生器主要是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檔，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驅動電路提供PWM波形，頻率調節范圍400Hz～1kHz；占空比在各頻率點上均能從0%調至100%。

17. FDK14單相SPWM控制(IGBT)H型交直交變頻電路組件 提供單相SPWM控制(IGBT)H型交直交變頻電路，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。 SPWM發生器核心為兩片ICL8038集成函數信號發生器，采用IR2110專用集成（IGBT）驅動芯片，載波頻率調節范圍50～10KHz，基波頻率調節范圍5～60Hz。

18. FDK19 PWM控制（MOSFET）開關型穩壓電源電路組件 提供了半橋型開關穩壓電源的主電路和控制電路，主電路中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，采用恒頻脈寬調制控制方案?？赏瓿伞伴_關電路在開環與閉環下負載特性的測試”以及“電源電壓波動對輸出的影響”等實訓內容。直流輸出0～30V/2A，具有短路及過載保護功能。

19. FDK22單相交流(過零觸發)調功電路組件 采用專用KC08晶閘管過零集成觸發電路，導通周期由555時鐘電路的電位器控制輸出觸發脈沖。配合雙向晶閘管構成的主電路，完成交流調功特性的實訓內容。

20. FDK05-1 GTR單相并聯逆變電路組件 提供555時基電路作為逆變觸發電路，工作頻率可以從45Hz～55Hz之間調節，功率主回路采用GTR功率三極管作為開關器件，完成單相并聯逆變電路實訓內容。

21. FDK06直流調速組件（一） 提供用于調速系統的速度、電流調節器（調節器I、II）、轉速變換器(FBS)、電流反饋和保護電路（FBC+FA）及電壓反饋的電壓隔離器(TVD)、反號器（AR），實訓時可以靈活改變系統的控制參數，觀測不同的參數對系統的動態性能、穩態性能穩定性及相應時間等影響；更可以讓學生從調速系統的各種參數(如電機的機電時間常數等)出發對調節器的放大倍數及積分時間的參數分別設計，同時進行實際結果的驗證。系統無靜差精度高達0.3%以上。

22. FDK31 SG3731專用 PWM 集成電路控制直流位置隨動系統 提供以SG3731為核心的專用PWM控制的直流電機電源電路，與電機及反饋裝置結合，可完成如下實訓內容: （1）SG3731控制的不可逆PWM直流調速系統，可完成直流電機工作在Ⅰ、Ⅱ象限時的開環機械特性測試實訓，閉環控制的直流電機在Ⅰ、Ⅱ象限時的機械特性測試實訓。 （2）SG3731控制的可逆PWM直流調速系統，可完成直流電機的四象限運行實訓，及閉環控制的直流電機四象限運行實訓。 （3）SG3731控制的PWM直流電機位置隨動系統，可完成閉環位置隨動系統的性能研究實訓內容。

23. FDK32 小容量晶閘管直流調速系統組件 提供工業上常用的典型小容量晶閘管直流調速系統KZD-II控制電路，可完成KZD-II型小容量晶閘管直流調速系統的電壓負反饋、電流正反饋閉環的相關實訓內容。

24. FDK33燈組負載 提供三只絲口型220V/ 25W彩色燈泡負載，可作為單、三相負載，實訓結果直觀。

25. PAC05 實訓連接線及配件 根據不同實訓項目的特點，配備兩種不同的實訓聯接線，強電部分采用高可靠護套結構手槍插連接線，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；弱電部分采用彈性鈹輕銅裸露結構聯接線，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。

五、實訓項目

1.電力電子器件特性（參數、性能與波形的測定） （1）晶閘管（SCR） （2）雙向晶閘管（TRIAC） （3）電力晶體管（GTR） （4）場效應管（MOSFET） （5）絕緣柵雙極型晶體管（IGBT）

2.觸發（驅動）單元電路的測試 （1）單結晶體管觸發電路（分列元件） （2）正弦波同步移相觸發電路（分列元件） （3）鋸齒波移相觸發電路（分列元件） （4）KC05鋸齒波觸發電路 （5）KC08過零觸發電路 （6）EXB841大規模集成（絕緣柵雙極型晶體管IGBT）驅動與保護電路 （7）電力晶體管（GTR）驅動與保護電路 （8）功率場效應管（MOSFET）驅動與保護電路 （9）三相TCA785脈沖列觸發電路 （10）SG3525觸發模塊 （11）SG3731專用PWM控制電路 （12）IR2110專用集成（IGBT）驅動電路

3.電力電子電路 （1）單相晶閘管可控半波整流電路 （2）單相晶閘管半控橋式整流電路 （3）單相晶閘管全控橋式整流電路 （4）三相晶閘管可控半波整流電路 （5）三相晶閘管半控橋式整流電路 （6）三相晶閘管全控橋式整流電路 （7）GTR單相并聯逆變電路 （8）單相雙向晶閘管交流調功電路 （9）直流（IGBT）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） （10）單相（雙向晶閘管）交流調壓電路 （11）三相（反并聯晶閘管）交流調壓電路 （12）單相SPWM控制(IGBT)H型交直交變頻電路 （13）PWM控制（MOSFET）開關型穩壓電源電路 （14）SG3731 專用 PWM 集成電路控制的直流PWM系統（GTR）H型可逆供電電路

4.自動控制系統 （1）晶閘管直流調速系統參數和環節特性的測定實驗(SCR) （2）晶閘管直流調速系統主要單元的調試(SCR) （3）電壓負反饋、電流正反饋直流調速系統 （4）轉速負反饋單閉環直流調速系統 （5）電流單閉環直流調速系統 （6）電壓單閉環直流調速系統 （7）轉速、電流雙閉環不可逆直流調速系統 （8）V-M轉速、電流雙閉環邏輯無環流可逆直流調速系統 （9）轉速、電流雙閉環交流調壓調速系統的研究 （10）SG3731直流脈寬不可逆調速系統（PWM系統） （11）SG3731直流脈寬可逆調速系統（PWM系統） （12）SG3731專用PWM集成電路控制的直流位置隨動系統

5.電機特性 （1）直流電動機特性的測試 （2）三相異步電機特性的測試