SB-502H型電力電子技術及電機控制實驗裝置
一、概述
電力電子技術及電機控制實驗裝置，電力電子技術及電機控制實驗設備通過電力電子實訓平臺，使學生對各種電力電子元器件及整流、逆變、斬波、變頻等技術有更清楚的理解認識，提高學生的設障排障能力及其職業技能，為學生將來從事電力電子方面的工作提供一定保障。 能夠對相關企業進行電力電子技術方面的培訓工作。主要培訓完成《電力電子技術》、《電工電子技術應用》等課程的實訓教學， 輔助完成高級維修電工考證訓練等工作。
二、特點
1、綜合性強 本裝置綜合了目前國內各類學校電力電子、半導體變流、交直流調速、交流變頻、電機控制、控制理論等實驗項目。
2、適應性強 能滿足各類學校相應課程的實驗教學，深度和廣度可根據需要作靈活調整，普及與提高可根據教學的進程作有機的結合，裝置采用積木式結構，更換便捷，如需要擴展功能或開發新實驗，只需添加部件即可，永不淘汰。
3、整套性強 從專用電源、電機及其它實驗部件到實驗連接專用導線配套齊全，配套部件的性能、規格等均密切結合實驗的需要進行配套。
4、直觀性強 各實驗掛件采用分隔結構形式，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，節約實驗用房，減少基建投資；配套的小電機均經特殊設計，可模擬中小型電機的特性和參數；小電機耗電省，節約能源，實驗噪聲小，整齊美觀，改善實驗環境；實驗內容豐富，設計合理，除了加深理論知識外還可結合實際開設設計性實驗。
6、開放性強 控制屏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；控制屏還設有定時器兼報警記錄儀，為學生實驗技能的考核提供一個統一的標準。由于整套裝置經過精心設計，加上可靠的元器件質量及可靠的工藝作為保障，產品性能優良，所有這些均為開放性實驗室，創造了條件。
7、先進性強 本裝置著重從新器件高度來考慮，在保留了晶閘管實驗的基礎上，加入了新器件的特性、新器件的驅動以及典型的新器件應用的大量現代電力電子技術實驗，讓學生對新器件有足夠的認識和了解，緊跟時代步伐。
三、適用范圍
電力電子技術及電機控制實驗裝置涵蓋了各高等院校等所開設的"電力電子技術(或稱半導體變流技術)"、"直流調速"、"交流調速"、"電機控制"、"電力拖動自動控制系統"及"控制理論"等專業課程所要求的實驗項目。
四、技術性能
1、輸入電源: 三相四線(或三相五線 380V±10％ 50HZ)
2、工作環境: 溫度-10℃－+40℃ 相對濕度＜85％（25℃）海撥＜4000m
3、裝置容量：＜1.5KVA
4、外形尺寸：187×70×158 cm3
五、裝置的基本裝備
1、DK01電源控制屏（鐵質雙層亞光密紋噴塑結構，鋁質面板）
1)交流電源（均帶有過流保護措施）提供交流電源：直流調速檔為三相交流電 200V/3A交流調速檔為三相交流電 240V/3A
2)高壓直流電源：勵磁電源：220V（0.5A），具有輸出短路保護。
3)數字式儀表
1．交流數字電壓表：可通過其下方的波段開關切換指示三相電網輸入線電壓，精度1.0級；
2．真有效值交流數字電壓表一只：測量范圍0～500V，量程自動判斷、自動切換，精度0.5級，三位半數顯，為交流調速系統提供電壓指示；
3.真有效值交流數字電流表一只：測量范圍0～5A，量程自動判斷、自動切換，精度0.5級，三位半數顯，具有超量程告警、指示及切斷總電源功能，為調速系統提供電流的指示；
4.直流數字電壓表一只：測量范圍0～300V，三位半數顯，輸入阻抗為10MΩ，精度0.5級，為可逆調速系統提供電壓指示；
5.直流數字電流表一只：測量范圍為0～5A，三位半數顯，精度0.5級，為可逆調速系統提供電流指示。
4)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，然后經鑰匙開關、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：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。
5)實驗管理器:具有設定實驗時間、定時報警、切斷電源等功能；還可以自動記錄與區分由于接線或操作錯誤所造成的漏電告警、儀表超量程告警等。
6)控制屏其它設施:控制屏正面大凹槽內，設有兩根鋼管，可掛置實驗部件，凹槽底部設有3芯插座， 掛件的供電由這些插座提供。控制屏兩邊設有單相三極220V電源插座及三相四極380V電源插座，還設有實驗臺照明用的40W日光燈一盞。
★（7）實驗臺智能考核系統:采用最新 MCU 技術 RAM 處理芯片的數字化集成電路板與配套無線故障設置控制系統，系統穩定、不易感染病毒。
控制模塊(PC 控制終端或手持移動控制終端)和驅動模塊(智能故障設置驅動盒)分離，避免復雜連線干擾控制器，系統更加可靠。
驅動模塊內置智能故障設置控制系統，配有專用新型無線數據傳輸模塊(可插拔型)和RS232 串行通訊接口，可無線組網通訊和 RS232 有線通訊。
手持移動控制終端采用 7 寸高清晰彩色液晶觸控屏，中文菜單式觸控操作界面，人機對話友好。手持移動控制終端可控制任意一臺帶驅動模塊的實訓設備。
手持移動控制終端不聯網時可作單機操作，當帶驅動模塊的實訓設備無線組網時，手持 移動控制終端可無線進網作為聯網終端，可作學生機登錄實訓與考核的操作終端，也可作教師機登錄出題設故的操作終端。
可通過 PC機或平板電腦 控制終端進行實訓考核，也可通過手持移動控制終端進行實訓考核，教師與學員界面分開，教師通過密碼進入教師界面出題，學員在普通界面答題。(注：教師與學員設故與排故界面原理圖與設備面板原理圖完全一致)
可自由設定任意一處有關的各種常見故障，故障類型包括：線路斷 路、對地短路、接觸不良，偶發等故障現象。每套驅動模塊可以設置 8 路大電流 5A 的 開路故障、16 路小電流 2A 的信號通路的開路、不良、偶發、短路等故障，共 24 路故 障設置。可根據需求擴展設置 64 路大電流 5A 的開路故障、128 路小電流 2A 的信號通 路的開路、不良、偶發、短路等故障，共192 路故障設置。可根據用戶使用要求調整故障設置點的數量和故障設置類型。
所有配備驅動模塊的實訓設備，均可通過內置的專用新型無線數據傳輸模塊無線組網， 實現遠程集中管理。
用戶可選擇通過無線或 RS-232 串口通訊與其它實訓設備配套的無線故障設置控制系統組成一個網絡，通過主控計算機控制每一臺實訓設備的故障設置、故障排除、參數設定、 遠程起動、信息反饋、考核評分等功能。
2、DK02實驗桌:實驗桌為鐵質雙層亞光密紋噴塑結構，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節機構，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、測速系統及智能數顯轉速表
4、DQ27三相可調電阻（每組900Ω×2/0.41A）
5、DK03晶閘管主電路:提供12只5A/1000V的晶閘管，分成正、反橋兩組，每只晶閘管均設有保護裝置，正、反橋晶閘管可通過外加信號進行觸發（留有觸發脈沖輸入接口），可更好的完成設計性實驗；設有帶鏡面精密指針式直流電壓表±300V，精度1.0級帶鏡面直流電流表±2A，精度1.0級各一只和平波電抗器一組。
6、DK04三相晶閘管觸發電路:提供三相觸發電路、功放電路等，與"DK03"配套使用。
7、DK05晶閘管觸發電路實驗:提供單結晶體管觸發電路、正弦波同步移相觸發電路、鋸齒波同步移相觸發電路、單相交流調壓觸發電路及TCA785集成觸發電路共五種觸發電路。
8、DK06電機調速控制實驗（Ⅰ）提供以下模塊：電流反饋與過流保護（FBC+FA）、給定器（G）、轉速變換器（FBS）、速度調節器（ASR）、反號器（AR）、電流調節器（ACR）。
9、DK08給定及實驗器件:提供給定（±15V可調電壓輸出）、壓敏電阻（作為過壓保護元件，內部已連成三角形接法）、二極管、24V電源及電感。
10、DK09新器件特性實驗:提供SCR、MOSFET、IGBT、GTO 、GTR新器件，與DJK06配套使用，可測定其特性曲線；與DJK12配套使用，可完成電力電子新器件的驅動特性實驗。
11、DK11單相調壓與可調負載:提供了一只0～250V/0.5KVA單相交流自耦調壓器，為相應的實驗提供可調電源；一個整流濾波電路以及0～90Ω/1.3A（串聯）或0～45Ω/2.6A（并聯）瓷盤可調電阻，為相應的實驗提供一個可調的阻性負載。
12、DK12變壓器實驗: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速實驗和三相橋式、單相橋式有源逆變電路實驗；還設有三相不控整流電路一組。
13、DK13功率器件驅動電路實驗箱:主要是為完成新器件特性實驗提供驅動和保護電路，使學生了解電力電子新器件的驅動特性。主要包括電源、驅動電路、PWM波形發生器。
1)電源：為驅動電路提供電源，包括±5V、+20V、±15V直流電源。
2)驅動電路：包括MOSFET、IGBT、GTR和GTO的驅動電路。其中IGBT的驅動電路采用了專用芯片EXB841。
3)PWM波形發生器：由SG3525為核心的PWM波形發生器主要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擋，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和GTO驅動電路提供PWM波形，頻率調節范圍400Hz～1KHz；占空比均能從0%調至100%。
14、DK14單相交直交變頻原理:根據普通高等教育"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)的相關內容進行開發，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。能完成如下實驗項目：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。
15、DK19半橋型開關穩壓電源: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。可完成"開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"等實驗內容。
16、DK07直流斬波實驗:根據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。
17、DK21斬控式交流調壓電路:根據西安交大王兆安教授和黃俊教授主編的《電力電子技術》(第四版)中相關的內容而設計的，采用全控型器件IGBT管實現"斬控式交流調壓實驗"。
18、DK22單相調壓/調功電路:根據西安交通大學王兆安教授和黃俊教授主編的相關內容而設計的，實現
單相交流調壓和交流調功的實驗內容。采用的電力電子器件為雙向晶閘管，在交流調壓實驗中采用由雙向觸發二極管構成觸發控制電路；在交流調功實驗中采用由555時基電路組成觸發控制電路。
19、DQ07-1直流發電機(240W)
20、DQ09直流并勵電動機
21、DQ11三相線繞式異步電動機（220V，Y）
22、GDQ12線繞式異步電機轉子專用箱
23、高可靠護套實驗連接線及配件：根據不同實驗項目的特點，配備兩種不同的實驗聯接線，強電部分采用高可靠護套結構手槍插連接線（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，這樣大大提高了實驗的安全及合理性。
24、配套教學數字資源
★（一）：電工作業培訓教學軟件（ 用電安全與觸電急救仿真教學軟件）
本產品依據中華人民共和國勞動和勞動安全行業標準（LD/T81.2－2006）《"維修電工"職業技能實訓和鑒定設備技術規范》與教育部有關專業教學大綱而設計研制。該軟件采用二維與三維結合的虛擬畫面，教導學生電工基礎知識和用電的安全及急救方法。包含電工初步知識（電工基礎、電工儀表使用、導線安全連接、安全用電工具、安全用電標志），觸電急救（觸電的方式、安全防護措施、接地與接零保護、人工呼吸，心肺復蘇等急救方法），風險排除（滅火器類型、滅火器的使用），電工電子基本操作（包括低壓電器、電機與變電器、照明電路、電子技術）等4大模塊，15個實訓單元，72個實訓項目。軟件以技能為核心，操作步驟為主線，以學生交互訓練為主體，具有三維可視化、智能化、全交互的特點，集職業性、情境性、過程性、交互性和靈活性于一身，性價比極高。為職業教育與技能實訓、鑒定信息化、現代化提供了豐富的教學資源。
★（二）：電機與拖動/PLC電氣控制（維修電工實訓考核教學軟件）
軟件內容包含電工基礎常識、電工工具、電工識圖、電工儀表、電工照明電路、電機、變壓器、低壓電器、電拖、示波器、低頻信號源、焊接工藝、故障排除、連線，PLC模塊等100多個實驗內容，學校可以根據學生學習進度選擇相應的訓練模塊進行訓練。利用生動的動畫演示，配合語音對電路工作原理進行講解；可通過半透明的原理圖上的提示進行相關操作；具有與設備一致的實驗項目和實物元件介紹；具有實驗目的的描述、實驗器材的展示、典型電路的分析、電路原理聲動同步的解說、元件布局模擬操作、電路原理的模擬接線，模擬現場的工業仿真等功能。該軟件所有圖標及器件均采用3D建模，通過美工處理，整體畫面美觀大方。通過軟件的教學及仿真，能激發學員的思維、增強學員的感性認識，更好地剖析教學的重點、難點。軟件中的項目內容和實訓設備相關，學生在去實驗室之前，就可以對實操項目在理論和感觀上有個初步的認識。
★（三）：電機與變壓器仿真教學軟件
電機與變壓器仿真教學軟件依據《職業院校數字校園建設規范》（教職成函[2015]1 號）與教育部頒布的有關專業教學大綱而設計，選取典型的電機與變壓器，圍繞其核心知識點和技能點展開，兼顧教師的課堂教學，力爭達到軟件的職業性、情境性、過程性、交互性的相互交融。
本軟件包括功率電機、控制電機、信號電機和變壓器4個實訓單元，共18個典型的實訓項目，每個實訓項目下設有外形結構、工作原理、拆裝過程、故障檢測、常見應用、考考你等數目不等實訓任務。
本軟件既可支持教師的課堂演示教學，亦可支持學生進行課前預習，重點支持學生在理論課后進行的自主仿真實訓，并可在此基礎上實現技能考核。
★（四）：電力拖動仿真教學軟件
本產品依據中華人民共和國勞動和勞動安全行業標準（LD/T81.1-2006）《職業技能實訓和鑒定設備通用技術規范》與教育部有關專業教學大綱而設計，內容包括三相異步機單向轉動控制等30個實訓項目，涵蓋維修電工初級、中級、高級主要實訓項目，每個項目又根據需要設有實訓目的、實訓器件、實訓電路、電路原理、器件布局、元件檢查、通電運行、通電運行、故障排除等多種訓練任務。軟件以技能為核心，項目為引領、任務為驅動，職場環境為背景，操作步驟為主線，學生交互訓練為主體，具有三維可視化、智能化、全交互的特點，集職業性、情境性、過程性、交互性于一身，性價比極高。為職業教育與技能實訓、鑒定信息化、現代化提供了不可或缺的豐富資源。
六、本裝置能開設的實驗項目
一)電力電子技術實驗項目
1．單結晶體管觸發電路
2．正弦波同步移相觸發電路實驗
3．鋸齒波同步移相觸發電路實驗
4．TCA785集成觸發電路
5．單相半波可控整流電路實驗
6．單相橋式半控整流電路實驗
7．單相橋式全控整流及有源逆變電路實驗
8．三相半波可控整流電路實驗
9．三相橋式半控整流電路實驗
10．三相半波有源逆變電路實驗
11．三相橋式全控整流及有源逆變電路實驗
12．單相交流調壓電路實驗
13．單相交流調功電路實驗
14．三相交流調壓電路實驗
二)電力電子器件的特性及驅動與保護
1．單向晶閘管（SCR）特性實驗
2．可關斷晶閘管（GTO）特性實驗
3．功率場效應管（MOSFET）特性實驗
4．電力晶體管（GTR）特性實驗
5．絕緣雙極型晶體管（IGBT）特性實驗
6．可關斷晶閘管（GTO）驅動與保護電路實驗
7．功率場效應管（MOSFET）驅動與保護電路實驗
8．電力晶體管（GTR）驅動與保護電路實驗
9．絕緣雙極型晶體管（IGBT）驅動與保護電路實驗
三)典型電力電子器件線路實驗
1．單相正弦波脈寬調制（SPWM）逆變電路實驗
2．半橋型開關穩壓電源的性能研究
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．單相斬控式交流調壓電路實驗
三)直流電機調速實驗
1．晶閘管直流調速系統主要單元的調試
2．單閉環不可逆直流調速系統實驗
3．轉速/電流雙閉環不可逆直流調速系統實驗
四)交流電機調速系統實驗
1．雙閉環三相異步電機調壓調速系統實驗
2．雙閉環三相異步電機串極調速系統實驗
七、設備配置清單列表
|
序號 |
編號 |
名 稱 |
數量 |
|
1 |
DK01 |
電源控制屏 |
1件 |
|
2 |
DK02 |
實驗桌 |
1張 |
|
3 |
DQ03-1 |
電機導軌、測速系統及數顯轉速表 |
1件 |
|
4 |
DQ27 |
三相可調電阻（每組900Ω*2/0.41A） |
1件 |
|
5 |
DK03 |
晶閘管主電路 |
1件 |
|
6 |
DK04 |
三相晶閘管觸發電路 |
1件 |
|
7 |
DK05 |
晶閘管觸發電路 |
1件 |
|
8 |
DK06 |
電機調速控制實驗（Ⅰ） |
1件 |
|
9 |
DK07 |
直流斬波實驗（六種典型線路） |
1件 |
|
10 |
DK08 |
給定及實驗器件 |
1件 |
|
11 |
DK09 |
新器件特性實驗 |
1件 |
|
12 |
DK11 |
單相調壓與可調負載 |
1件 |
|
13 |
DK12 |
變壓器實驗 |
1件 |
|
14 |
DK13 |
功率器件驅動電路實驗箱 |
1件 |
|
15 |
DK14 |
單相交直交變頻原理 |
1件 |
|
16 |
DK19 |
半橋型開關穩壓電源 |
1件 |
|
17 |
DK21 |
斬控式交流調壓電路 |
1件 |
|
18 |
DK22 |
單相調壓/調功電路 |
1件 |
|
19 |
DQ07-1 |
直流發電機（220W） |
1臺 |
|
20 |
DQ09 |
直流并勵電動機 |
1臺 |
|
21 |
DQ11 |
三相線繞式異步電動機 |
1臺 |
|
22 |
GDQ12 |
線繞式異步電機轉子專用箱 |
1件 |
|
23 |
|
高可靠護套結構實驗連接線及配件 |
1套 |
|
24 |
軟件 |
配套教學數字資源 |
1套 |
