JGSBDD-2現(xiàn)代電力電子技術(shù)實(shí)訓(xùn)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，吸收國內(nèi)、外同類產(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，對(duì)原 "JGSBDD-1 型電力電子技術(shù)及電機(jī)控制實(shí)驗(yàn)裝置 " 在外形、功能上進(jìn)行優(yōu)化組合，精心研制而成。

二、適用范圍

JGSBDD-2 型現(xiàn)代電力電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)裝置涵蓋了各高等院校等所開設(shè)的 " 電力電子技術(shù) " 、 " 半導(dǎo)體變流技術(shù) " 等專業(yè)課程所要求的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。

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、 DX-01 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（帶有過流保護(hù)措施）提供交流電源：三相交流電源 (220V/1.5A)

（ 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：可通過其下方的波段開關(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，具有超量程告警、指示及切斷總電源功能，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：測量范圍 0 ～ 300V ，三位半數(shù)顯，輸入阻抗為 10M Ω，精度 0.5 級(jí)；

⑤．直流數(shù)字電流表一只：測量范圍 0 ～ 5A ，三位半數(shù)顯，精度 0.5 級(jí)，具有超量程報(bào)警、指示、切斷總 電源等功能。

（ 4 ）帶鏡面的指針表：直流電壓表（測量范圍 0 ～± 300V ，為中零式，精度為 1.0 級(jí)）直流電流表（測量范圍 0 ～± 2A ，為中零式，精度為 1.0 級(jí)）

（ 5 ）三相可調(diào)電阻（ 90 Ω× 2/0.41A 一個(gè) 、 900 Ω× 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：三相電源首先通過三相漏電保護(hù)器，然后經(jīng)鑰匙開關(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。

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

　　電壓型漏電保護(hù)器 2 ：對(duì)隔離變壓器后的線路及實(shí)驗(yàn)過程中的接線等出現(xiàn)的漏電現(xiàn)象進(jìn)行保護(hù)，發(fā)出報(bào)警信號(hào)并切斷電源，確保人身安全。

　　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，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 ）實(shí)驗(yàn)管理器

　　具有設(shè)定實(shí)驗(yàn)時(shí)間、定時(shí)報(bào)警、切斷電源等功能；還可以自動(dòng)記錄與區(qū)分由于接線或操作錯(cuò)誤所造成的漏電告警、儀表超量程告警等。

（ 13 ）控制屏其它設(shè)施 控制屏正面大凹槽內(nèi)，設(shè)有兩根方型不銹鋼管，可掛置實(shí)驗(yàn)部件，凹槽底部設(shè)有 7 芯、 3 芯等插座， 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、 DX03-1 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，可通過鈕子開關(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、 DK05-1 晶閘管觸發(fā)電路（二）

提供 KC08 交流調(diào)功觸發(fā)電路、及單相并聯(lián)逆變觸發(fā)電路實(shí)驗(yàn)等。

6、 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 GTO 和 GTR ， MOSFET 和 IGBT 的驅(qū)動(dòng)電路。其中 IGBT 的驅(qū)動(dòng)電路采用專用芯片 EXB841 ，其它的由運(yùn)放、門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，可以通過頻率調(diào)節(jié)旋鈕進(jìn)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 擋，通過鈕子開關(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% 。

7、 DK14 單相交直交變頻原理

　　根據(jù)普通高等教育 " 九五 " 國家級(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 管專用集成驅(qū)動(dòng)芯片的工作特性。

8、 DK19 半橋型開關(guān)穩(wěn)壓電源

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

9、 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)》 ( 第四版 ) 中相關(guān)內(nèi)容而設(shè)計(jì)。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(shí)驗(yàn)。

10、 DK17 雙閉環(huán) H 橋 DC/DC 變換直流調(diào)速系統(tǒng)

通過對(duì)四個(gè)橋臂上 IGBT 管的觸發(fā)控制，來實(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)箱可完成的實(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)。

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、 DX03-2 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。

13、 DX12 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)》（第四版）中相關(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) " 。

14 、 DX14 單端反激式隔離開關(guān)電源

輸入交流電壓范圍為 100V ～ 264V ，輸出為一組直流電源，分別為 24V/2.5A ，在輸入交流電壓和直流輸出負(fù)載變化時(shí)輸出電壓的變化率小于 0.3% 。

15、 DQ03-1 固定電機(jī)導(dǎo)軌、光碼盤測速系統(tǒng)及轉(zhuǎn)速表

16、 DQ07-1 直流發(fā)電機(jī)（ 240W ， 220V ， 1500r/min ）

17、 DQ09 直流他（并）勵(lì)電動(dòng)機(jī)（ 185W ， 220V ， 1500r/min ）

18、 DQ17 單相電阻啟動(dòng)異步電動(dòng)機(jī)

19、 SB07 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）

6）三相集成鋸齒波觸發(fā)電路實(shí)驗(yàn)（由 TC787 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）單相并聯(lián)逆變電路實(shí)驗(yàn)

9）單相交流調(diào)壓電路實(shí)驗(yàn)

10）單相交流調(diào)功電路實(shí)驗(yàn)

11）三相交流調(diào)壓電路實(shí)驗(yàn)

（三）新器件特性及驅(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）全橋 DC/DC 變換電路實(shí)驗(yàn)

3）半橋型開關(guān)穩(wěn)壓電源的性能研究

4）單端反激式隔離開關(guān)電源實(shí)驗(yàn)

5）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、 Cu ｋ斬波電路、 Sepic 斬波電路、 Zeta 斬波電路）

6）單相斬控式交流調(diào)壓電路實(shí)驗(yàn)

（五）交直流調(diào)速系統(tǒng)

1）直流調(diào)速系統(tǒng)各主要單元的研究

2）轉(zhuǎn)速，電流雙閉環(huán) H 橋可逆直流調(diào)速系統(tǒng)（ IGBT ）

3）單相交 - 直 - 交變頻調(diào)速控制實(shí)驗(yàn)（單相交流電機(jī)負(fù)載）

六、實(shí)驗(yàn)測量儀表組件、電機(jī)及掛箱明細(xì)表：

序號(hào)	編號(hào)	名 稱	數(shù)量
1	DX01	電源控制屏	1套
2	DX02	實(shí)驗(yàn)桌	1張
3	DX03-1	三相可控整流電路（一）	1件
4	DK05	晶閘管觸發(fā)電路	1件
5	DK05-1	晶閘管觸發(fā)電路（二）	1件
6	DK13	功率器件驅(qū)動(dòng)與保護(hù)電路	1件
7	DK14	單相交直交變頻原理	1件
8	DK19	半橋型開關(guān)穩(wěn)壓電源	1件
9	DK07	直流斬波實(shí)驗(yàn)（六種典型線路）	1件
10	DK17	雙閉環(huán) H 橋 DC/DC 變換直流調(diào)速系統(tǒng)	1件
11	DX17	實(shí)驗(yàn)元器件	1件
12	DQ07-1	直流發(fā)電機(jī)	1臺(tái)
13	DQ09	直流（他）并勵(lì)電機(jī)	1臺(tái)
14	DQ17	單相電阻啟動(dòng)異步電機(jī)	1臺(tái)
15	DX14	單端反激式隔離開關(guān)電源	1件
16	DX12	斬控式交流調(diào)壓電路	1件
17	DX03-2	三相可控整流電路（二）	1件
18	DQ03-1	固定電機(jī)導(dǎo)軌、測速系統(tǒng)及數(shù)顯轉(zhuǎn)速表	1套
19	SB07	高可靠護(hù)套結(jié)構(gòu)手槍插實(shí)驗(yàn)連接線及配件	1套

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