電力電子技術與自動控制系統(tǒng)實驗實訓裝置

 

JGDLZ-780A 型電力電子技術與自動控制系統(tǒng)實驗實訓裝置

一、概述

電力電子技術與自動控制系統(tǒng)實驗實訓裝置是根據(jù)《維修電工（高級）》（中國勞動社會保障出版社出版）培訓教材中關于電力電子與自動控制部分的技能培訓要求，，充分考慮了實驗室的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢精心研制而成。它不僅涵蓋了各職業(yè)院校、高級技校所開設的《電力電子技術》、《半導體變流技術》、《直流調(diào)速系統(tǒng)》、《電力拖動自動控制系統(tǒng)》等專業(yè)課程所要求的主要實驗項目，還可以用于對從業(yè)人員進行崗位培訓、就業(yè)培訓以及各省、市的維修電工培訓和鑒定考核使用。

二、電力電子技術與自動控制系統(tǒng)實驗實訓裝置產(chǎn)品特點

1. 體現(xiàn) " 工程環(huán)境 " 理念， 效仿生產(chǎn)現(xiàn)場實際：系統(tǒng)應從相關工業(yè)產(chǎn)品移植而來，可很好實現(xiàn)對學生能力（波形分析和系統(tǒng)調(diào)試能力）的培養(yǎng)和技術知識的應用。

2. 各個系統(tǒng)的配置合理： 各個系統(tǒng)采用的元件、觸發(fā)（驅(qū)動）電路、主電路、控制方式、控制對象及保護環(huán)節(jié)等，應能概括當前工業(yè)上的技術應用，內(nèi)容豐富多樣，體現(xiàn)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。

3. 部分模塊采用 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，增強了學生對實驗內(nèi)容的感性認識與理性認識。

4. 元件與單元電路性能實驗， 在小系統(tǒng)環(huán)境中進行：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(tǒng)的影響，有利于學生知識的鞏固和實際應用。

5. 本裝置通過隔離變壓器供電， 而且具有接地保護、漏電保護功能，安全性符合相關的國家標準，確保人身安全。

6. 電工電子電拖及自動控制技能鑒定 3D 動畫模擬實訓特點：

（ 1 ）在指導方針上，不以某專業(yè)或課程的教學大綱為依據(jù)，而是以國家維修電工職業(yè)標準為指導。

（ 2 ）在系統(tǒng)定位上，不以理論性系統(tǒng)性為主線，而是以職業(yè)技能的訓練養(yǎng)成為主要任務。

（ 3 ）在內(nèi)容選擇上，不以驗證性的實訓為主要目的，而是以職業(yè)標準規(guī)定的技能點的仿真實訓為主線。

（ 4 ）在媒體使用上，不以簡單的播放式動畫為主，而是側(cè)重于動畫編程、受訓者的參與交互性訓練上。

（ 5 ）在表現(xiàn)形式上，不以實物照片而滿足，而是為追求最佳情景性效果采用三維建模技術。

（ 6 ）在教學設計上，不以簡單完成某個技能為滿足而是圍繞該技能設置了諸如目的、原理、認識、結(jié)構、拆裝、布局、連線、操作、排故、考評等盡可能完備的模塊。

（ 7 ）該軟件包含初級工與中級工、高級工全部 12 個實訓單元的研制工作，總共包含了近 100 多個實訓項目，基本覆蓋了電工、電子、電拖、維修電工、 PLC 等職業(yè)技能實訓和鑒定設備技術規(guī)范中所列出的主要技能項目。網(wǎng)絡版用于學生獨自仿真模擬練習，單機版用于老師教學實訓。

三、裝置的配置說明

1.PE-1 電源控制屏

（ 1 ） 交直流電源

三相四線（或五線）電網(wǎng)輸入經(jīng)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。

控制屏的供電由三相電網(wǎng)經(jīng)三相漏電保護開關、電網(wǎng)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(zhuǎn)換開關，可方便地指示三相電網(wǎng)和三相調(diào)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 ）交流電參數(shù)表

①交流真有效值數(shù)字電壓表 1 只，測量范圍 0 ～ 500V ，量程自動切換，三位半數(shù)顯，精度 0.5 級，輸入阻抗 10MΩ 。

②交流真有效值數(shù)字電流表 1 只，測量范圍 0 ～ 5A ，量程自動切換，三位半數(shù)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。

（ 5 ）交直流電源、直流儀表 提供～ 220V/24V 、 20V 、 ±15V 、 ±12V 、 ±5V ， 100VA 直流電源（具有短路及過載保護功能），，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。

提供 3 位半直流數(shù)顯 300V 電壓表儀表 1 只，提供 3 位半直流數(shù)顯 2000mA 毫安表表 1 只。（ 6 ）智能故障考核實訓組件

提供藍色寬屏液晶智能故障考核儀一只，一次故障設置多達 24 個，并帶有擴展接口，可擴展更多的故障設置。故障設置方便、靈活，可以對學生的技能進行鑒定考核。

2.PE-2 實訓桌

實訓桌面為防火、防水、耐磨高密度板 , 結(jié)構堅固，形狀似長方體封閉式結(jié)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，

3.DQ03-1 提供固定電機的導軌 、編碼器測速系統(tǒng)及智能數(shù)顯轉(zhuǎn)速表（帶 0-10V 速度反饋，并可在線設置編碼器分辨系數(shù)，速度反饋系數(shù)，提供人機交互界面）

（ 1 ）電機導軌平整度好， 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(shù)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。

（ 2 ）測速可以實現(xiàn)電機轉(zhuǎn)速 0 ～ 9999r/min 的精確測量，并通過單片機實現(xiàn)轉(zhuǎn)速數(shù)字信號與電壓信號的線性轉(zhuǎn)換 V=f （ n ），能提供精確穩(wěn)定的轉(zhuǎn)速反饋電壓信號，正反轉(zhuǎn)輸出電壓對稱性誤差 ≤1‰ ，克服了采用測速發(fā)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（并）勵電動機 （ 1500r/min ）

5.DQ10 三相鼠籠式異步電動機 （ 380 /Y /220V/△ ）、 0.5A 、 100W 、 1420r/min ）

6.DQ07-1 直流發(fā)電機 （ 1500r/min ）

7.DQ29-1 可變電阻器 提供阻值容量 150W 、 1.5A 、 0 ～ 90Ω/×2 連續(xù)可調(diào)的瓷盤電阻器 1 只及 150W 、 0.5A 0 ～ 900Ω/×2 連續(xù)可調(diào)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(lián)、并聯(lián)、串并聯(lián)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。

8.PE-15 晶閘管及電抗器組件 提供 6 只單向晶閘管，帶阻容保護電路，另提供 0 ～ 700mH 帶抽頭電抗器，分為 100mH ， 200mH ， 700mH 三檔。

9.PE-26A 新型電力電子器件 提供 SCR 、 MOSFET 、 IGBT 、 GTR 新型電力電子器件，可測定其特性曲線；與新器件驅(qū)動與保護電路組件配套使用 , 可完成電力電子新器件的驅(qū)動與保護實訓。

提供 3 只雙向晶閘管 , 帶阻容保護，用于交流調(diào)壓電路、單相三相交流調(diào)功。

提供功率器件及功率器件的驅(qū)動與保護電路，以及 PWM 波形發(fā)生器。

10.PE-26B 電力電子器件驅(qū)動與保護電路實驗箱

（ 1 ）其中 IGBT 的驅(qū)動電路采用專用芯片 EXB841 ，其他驅(qū)動電路由運放、門電路及分立元件組成。

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)動電路提供 PWM 驅(qū)動波形，可以通過頻率調(diào)節(jié)旋鈕進行頻率調(diào)節(jié)；通過占空比電位器來調(diào)節(jié) 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(qū)動電路提供 PWM 波形，頻率調(diào)節(jié)范圍 4kHz ～ 10kHz ；低頻檔是為 GTR 驅(qū)動電路提供 PWM 波形，頻率調(diào)節(jié)范圍 400Hz ～ 1kHz ；占空比在各頻率點上均能從 0% 調(diào)至 100% 。

11.PE-16 三相 TCA785 脈沖列觸發(fā)電路組件 提供由西門子 TCA785 等專用的集成觸發(fā)電路構成的三相觸發(fā)電路、正橋功放電路。

12.DK05 晶閘管觸發(fā)電路組件 提供由分立元件構成的單結(jié)晶體管觸發(fā)電路，兩路由分立元件構成的鋸齒波同步移相觸發(fā)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(fā)電路。

（ 1 ）提供由獨立器件以 BT33 為核心的鋸齒波觸發(fā)電路，可完成單相鋸齒波晶閘管觸發(fā)電路實訓內(nèi)容；

（ 2 ）提供由獨立器件組成的 典型正弦波同步移相觸發(fā)電路，以原理性的形式，與晶閘管組合成同步觸發(fā)實訓電路。

（ 3 ）提供鋸齒波同步移相觸發(fā)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(nèi)容。

（ 4 ）提供以 KC05 集成塊為核心的鋸齒波觸發(fā)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(diào)壓電路實訓內(nèi)容

13. PE-07 IGBT 直流斬波電路。 EXB841 實現(xiàn)的 IGBT 直流斬波；頻率 1.2K ，占空比 12%-98% 。

14.DK19-1 半橋型開關穩(wěn)壓電源電路 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(diào)制控制方案?？赏瓿?" 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 " 等實訓內(nèi)容。直流輸出 0 ～ 15V/2A ，具有短路及過載保護功能。

15.PE-12 GTR 單相并聯(lián)逆變電路組件 提供 555 時基電路作為逆變觸發(fā)電路，工作頻率可以從 45Hz ～ 55Hz 之間調(diào)節(jié)，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(lián)逆變電路實訓內(nèi)容。

16. PE-19 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(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。能完成如下實訓項目：

（ 1 ） SPWM 波形成的過程；

（ 2 ）交直交變頻電路在不同負載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。

SPWM 發(fā)生器核心為兩片 ICL8038 集成函數(shù)信號發(fā)生器，采用 IR2110 專用集成（ IGBT ）驅(qū)動芯片，載波頻率調(diào)節(jié)范圍 50 ～ 10KHz ，基波頻率調(diào)節(jié)范圍 5 ～ 60Hz 。

17.DK06-2 直流調(diào)速組件（ Ⅰ ） 提供用于調(diào)速系統(tǒng)的速度、電流調(diào)節(jié)器（調(diào)節(jié)器 I 、 II ）、轉(zhuǎn)速變換器 (FBS) 、電流反饋和保護電路（ FBC+FA ）、給定及反號器（ AR ）等，實訓時可以靈活改變系統(tǒng)的控制參數(shù)，觀測不同的參數(shù)對系統(tǒng)的動態(tài)性能、穩(wěn)態(tài)性能穩(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。

18.PE-21 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(jié)果直觀。

19.PE-24 步進電機的驅(qū)動運行電路 提供步進電機及步進電機驅(qū)動器一套。

20.PE-25 交流伺服電機及驅(qū)動系統(tǒng) 提供交流伺服電機及伺服驅(qū)動器一套。

21.PE-26 PWM 直流脈寬不可逆調(diào)速系統(tǒng) 提供基于 SG3525 的 PWM 直流脈寬不可逆調(diào)速系統(tǒng)實驗輔件。

22.SB06 實訓連接線及配件 根據(jù)不同實訓項目的特點，配備兩種不同的實訓聯(lián)接線，強電部分采用高可靠護套結(jié)構手槍插連接線，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，接觸安全可靠；弱電部分采用彈性鈹輕銅裸露結(jié)構聯(lián)接線，兩種導線都只能配合相應內(nèi)孔的插座，這樣大大提高了實訓的安全及合理性。

23 、正版電工電子 3D 建模模擬實訓系統(tǒng) 1 套 模塊分為電工基礎、照明電路、儀器儀表、低壓電器、電力拖動、電子器件、電子技術、機床電路、 PLC 控制等 100 多個實訓內(nèi)容，學?？梢愿鶕?jù)學生學習進度選擇相應的訓練模塊進行訓練。

四 . 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(jīng)接觸器到隔離變壓器，使輸出與電網(wǎng)隔離 ( 浮地設計 ) 。

（ 2 ）電壓型漏電保護器 1 ：對隔離變壓器前的線路出現(xiàn)的漏電現(xiàn)象進行保護，使控制屏內(nèi)的接觸器跳閘，切斷電源。

（ 3 ）電流型漏電保護裝置： 控制屏若有漏電現(xiàn)象，漏電流超過一定值，即切斷電源。

（ 4 ）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。

五 . 可完成的實訓內(nèi)容

1. 電力電子器件特性

（ 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(fā)（驅(qū)動）單元電路的測試

（ 1 ）單結(jié)晶體管觸發(fā)電路（分列元件）

（ 2 ）正弦波同步移相觸發(fā)電路（分列元件）

（ 3 ）鋸齒波移相觸發(fā)電路（分列元件）

（ 4 ） KC05 鋸齒波觸發(fā)電路

（ 5 ） EXB841 大規(guī)模集成（絕緣柵雙極型晶體管 IGBT ）驅(qū)動與保護電路

（ 6 ）電力晶體管（ GTR ）驅(qū)動與保護電路

（ 7 ）功率場效應管（ MOSFET ）驅(qū)動與保護電路

（ 8 ）三相 TCA785 脈沖列觸發(fā)電路

（ 9 ） SG3525 觸發(fā)模塊

（ 10 ） SG3525 專用 PWM 控制電路

（ 12 ） IR2110 專用集成（ IGBT ）驅(qū)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(lián)逆變電路

（ 8 ）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、 Cu k 斬波電路、 Sepic 斬波電路、 Zeta 斬波電路六種典型線路 )

（ 9 ）單相（雙向晶閘管）交流調(diào)壓電路

（ 10 ）三相交流調(diào)壓電路 ( 反并聯(lián)晶閘管）

（ 11 ） PWM 控制（ MOSFET ）開關型穩(wěn)壓電源電路

4. 直流 / 交流電機調(diào)速實訓

(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) 轉(zhuǎn)速負反饋單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)

(4) 轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)不可遞直流調(diào)速系統(tǒng)

(5) 轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)交流調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)的研究

(6) SG3525 直流脈寬不可逆調(diào)速系統(tǒng) (PWM 系統(tǒng)〉

5. 微特電機

(1) 步進電機控制實驗

(2) 交流伺服電機控制實驗（

(3) 旋轉(zhuǎn)編碼器實驗

六．電力電子技術與自動控制系統(tǒng)實驗實訓裝置配置清單

序號	編 號	名 稱	數(shù)量
1	PE-1	電源控制屏	1 套
2	PE-2	實驗桌	1 張
3	DQ03-1	固定電機導軌、光碼盤測速系統(tǒng)（光電編碼器）及智能數(shù)顯轉(zhuǎn)速表（ 0-10V 電壓反饋）	1 件
4	DQ09	直流并勵電動機	1 臺
5	DQ10	三相鼠籠式異步電動機	1 臺
6	DQ07-1	直流發(fā)電機	1 臺
7	DQ29-1	可調(diào)電阻器、電容器 90Ω*2/1.3A 、 900Ω*2/0.41A	1 件
8	PE-15	晶閘管及電抗器組件	1 件
9	PE-26A	新型電力電子器件	1 件
10	PE-26B	電力電子器件驅(qū)動與保護電路實驗箱	1 件
11	PE-16	三相 TCA785 脈沖列觸發(fā)電路組件	1 件
12	DK05	晶閘管觸發(fā)電路組件	1 件
13	DK07	直流斬波電路組件	1 件
14	PE-19	單相 SPWM 控制 (IGBT)H 型交直交變頻電路組件	1 件
15	DK19	半橋型開關穩(wěn)壓電源電路	1 件
16	PE-12	GTR 單相并聯(lián)逆變電路	1 件
17	DK06-2	直流調(diào)速組件（Ⅰ）	1 件
18	PE-24	步進電機的驅(qū)動運行電路	1 件
19	PE-25	交流伺服電機及驅(qū)動系統(tǒng)	1 件
20	PE-21	燈組負載	1 件
21	PE-26	PWM 直流脈寬不可逆調(diào)速系統(tǒng)	1 件
22	SB06	實訓連接線及配件	1 套
23	指導書	實驗指導書（紙質(zhì) + 電子文檔）	1 套
24	軟件	電工電子電拖及自動控制技能鑒定 3D 仿真軟件（電類虛擬實驗教學）	1 套
25	軟件	網(wǎng)絡型故障考核系統(tǒng)軟件 1 套	1 套

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