TWB-117型 電力電子技術綜合實訓裝置

一、概述

電力電子及電機拖動綜合實訓裝置主要是用於機電及自動化各專業的如下專業課程：電機原理與電力拖動（電機與電氣控製），電力電子技術（功率電子技術），電氣傳動控製係統（運動控製係統）等的實驗教學工作，應能夠擔負完成相關實驗教學任務，並擁有足夠擴展自由度，以適應未來進一步的深化研究要求。

二、產品特點

1、采用固定式模塊（負載、交直流電源、質量重的模塊采用固定式結構）和掛箱式模塊相結合的獨特結構設計，不僅減少了老師實驗前的準備工作強度，也為實驗台功能的擴展提供了方便。

2、該實驗台在完成傳統的實驗項目的同時，突出對現代電力電子器件和現代控製理論的研究。整個現代電力電子、電氣傳動實驗及電機拖動實驗。

學生通過完成以上實驗，能對各種器件在不同的場合的應用有了深刻的了解，對目前流行的各種線路均能熟練掌握，直至能夠獨立地設計各種線路甚至係統。

3、實驗裝置設置了完善的人身安全和設備安全保護功能。設備的交流電源的輸出設計了過流保護功能，並在各觸發脈衝觀察孔端設有高壓保護電路，功率器件設有安全保護線路。為了不使強電信號加入弱電電路中，采用了三種實驗導線，使學生接線時高低壓線路不會插錯，而導致低壓電路的損壞。

4、實驗裝置設置了完善的人身安全和設備安全保護功能。設備的交流電源的輸出設計了過流保護功能，並在各觸發脈衝觀察孔端設有高壓保護電路，功率器件設有安全保護線路。為了不使強電信號加入弱電電路中，采用了三種實驗導線，使學生接線時高低壓線路不會插錯，而導致低壓電路的損壞。

5、實驗電機：采用的實驗電機功率在100-200W之間，均經過特殊設計，其參數和特性可模擬中小型電機。

三、產品技術條件

1、整機容量：＜1.5kVA；

2、工作電源：～3N/380V/50Hz/3A；

3、尺    寸：1565mm*720mm*1650mm

4、重    量：＜150kg

四、完成的實驗項目

電力電子實驗

1、電力電子技術（傳統的整流）

（1）單結晶體管同步移相觸發電路實驗

（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觸發電路實驗

（5）單相半波整流電路實驗

（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）晶閘管三相半波有源逆變電路的研究

（9）三相半波可控整流電路實驗

（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）單相交流調壓電路實驗

（13）三相交流調壓電路實驗

2、電力電子器件實驗（全控型器件特性部分）

（1）功率場效應晶體管(MOSFET)的主要參數測量

（2）功率場效應晶體管(MOSFET)的驅動電路研究

（3）絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)特性及其驅動電路的研究

3、電力電子技術（全控型器件典型線路部分）

（1）直流斬波電路（Buck、Cuk、Boost、Sepic、Buck-Boost、Zeta等六種電路）的性能研究

4、模擬直流調速實驗

（1）晶閘管直流調速係統參數和環節特性的測定

（2）晶閘管直流調速主要單元調試

（3）不可逆單閉環直流調速係統靜特性的研究

（4）雙閉環晶閘管不可逆直流調速係統

5、交流調速實驗

（1）雙閉環三相異步電機調壓調速係統

（2）雙閉環三相異步電機串級調速係統

6、電機控製實驗

（1）無刷電機調速控製實驗

五、產品技術功能說明

1、實驗台的安全保護說明

1）設備的人身安全保護

◆三相隔離變壓器的浮地保護,將實驗用電與電網完全隔離，對人身安全起到有效的保護作用；

◆三相電源輸入端設有電流型漏電保護器，設備的漏電流大於30mA即可斷開開關，符合國家標準對低壓電器安全的要求；

◆三相隔離變壓器的輸出端設有電壓型漏電保護，一旦實驗台有漏電壓將會自動保護跳閘。

◆強電實驗導線采用全塑封閉型手槍式導線，導線內部為無氧銅抽絲而成發絲般細的多股線，質地柔軟，護套用粗線徑、防硬化化學製品製成，插頭采用實芯銅質件，避免學生觸摸到金屬部分而引起的雙手帶電操作觸電的可能。

2）設備的安全保護體係

◆三相交流電源輸出設有電子線路及保險絲雙重過流及短路保護功能，其輸出電流大於3A即可斷開電源，並告警指示；

◆晶閘管的門陰極和各觸發電路的觀察孔設有高壓保護功能，避免學生誤接線；

◆實驗台采用三種實驗導線，相互間不能互插，強電采用全塑型封閉安全實驗導線，弱電采用金屬裸露實驗導線（其實芯銅直徑大於強電導線），觀察孔采用2＃實驗導線，避免了學生誤操作將強電接到弱點的可能；

◆實驗台交直流電源設有過流保護功能。

2、控製屏技術說明

1）TWPE-02實驗桌

實驗桌為鋁合金結構，桌麵采用高密度度防腐防火板。造型美觀大方，設有兩隻抽屜和存放櫃，用於置放工具，掛箱及資料等。實驗桌設有四個輪子，便於移動和固定，有利於實驗室布置。

2）TWPE-01電源控製屏

◆ 提供三相0～450V可調交流電源，同時可得到單相0～250V可調電源(配有一台三相同軸聯動自耦調壓器（規格1.5KVA、0～450V），克服了三隻單相調壓器采用鏈條結構或齒輪結構組成的許多缺點)。可調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，克服了調換保險絲帶來的麻煩。配有三隻指針式交流電壓表，通過切換開關指示三相電網電壓和三相調壓電壓。

3）ME-01A輔助功能屏

◆電機勵磁電源

提供一組直流電機勵磁電源，具有獨立電源開關並配有一隻數字電壓表。

◆直流電動機電樞電源

提供0-250V(3A)電樞電源，具有過壓、過流、過熱及短路軟截止自動恢複保護功能一組，並設有直流數顯電流表及電源開關。

◆電抗器：提供直流調速實驗中需要的平波電抗器及RC濾波，平波電抗器采用中心抽頭方式，分別為50mH、100mH、200mH、700mH.在電流小於1.5A 時保持線性。電抗器還能作為電力電子技術實驗中的電感負載。

◆直流電源

（1）+24V/3A直流穩壓電源各一路；

（2）提供給定（±15V可調電壓輸出）；

◆三相組式變壓器

原邊220V/0.35A，副邊55V/1.4A。

◆三相變壓器：作為串級調速係統和有源逆變線路中的逆變變壓器。

◆三相可調電阻：提供可調電阻90-1000/1A一組，供發電機負載電阻和其它實驗阻性負載用以及作為電機起動電阻用。

4）其它：提供多功能單相三芯電源插座2隻。

3、常用實驗部件的技術說明

1）YB12數字單相功率、功率因數表

提供能測量電路的電壓、電流、功率因數、頻率、視在功率、有功功率、無功功率。功率測量精度為0.5級，功率因數測量範圍0.3～1.0，電壓電流量程為0-500V/0-5A（從0V/A起可測）。具有抗幹擾功能。能自動判別負載性質（感性顯示"L"，容性顯示"C"，純電阻不顯示）。帶RS485通訊協議。內置TVS保護電路；通信地址即通信波特率可通過輕觸麵板按鍵修改/查詢信地址0位廣播地址，非常方便學生實驗時學習通訊實驗，可使用地址為1~255，通信波特率可選擇為1200bps、2400bps、4800bps、9600bps、19200bps。

2）TWPE-10A晶閘管觸發電路Ⅰ組件

提供TCA785集成觸發電路，鋸齒波同步觸發電路、正弦波同步觸發電路引出各觀察孔，使學生能夠直觀的了解各種觸發電路的工作原理過程，每個觸發電路的觸發信號分別已經連到對應的晶閘管，操作方便安全。

3）TWPE-11A三相觸發電路Ⅰ組件

觸發電路：采用數字集成電路，抗幹擾能力強，三相脈衝間隔均勻，一致性好，產生雙窄脈衝，脈衝移相範圍為0－160°。在麵板上可觀察三相同步電壓的六個脈衝波形，並通過“Uct”端對a角進行控製。另有兩脈衝控製端“Ublr”、和”Ublf”，分別對I、II組脈衝放大電路進行控製並配有電流反饋與過流保護，可用於電流閉環實驗。

4）TWPE-12三相晶閘管主回路組件

主回路：由12隻可控矽，RC吸收回路組成。可控矽采用上海整流器廠生產的6A/800V金屬封裝，過載能力強、可靠性高、幹擾能力強的可控矽。觸發電路通過琴鍵按鈕進行控製。

直流電壓表：提供測量範圍±300V電壓表1隻。

直流電流表：提供測量範圍±2A電流表1隻。

5）TWPE-13A電機調速控製電路Ⅰ

提供以下模塊：反號器、零封鎖器、給定電壓、轉速變換、轉速調節器單元和電流調節器單元。配有調節器的反饋電阻、電容，實驗時可以靈活改變係統的參數，觀測不同的參數對係統穩定性及相應時間等影響；更可以讓學生從調速係統的各種參數(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，從而完成設計性實驗。

6）TWPE-14功率器件

此實驗箱實驗項目除含MOSFET、IGBT等器件的驅動電路和開關特性研究外,還可對快恢複二極管、高速光耦、電感等在電力電子線路中的應用進行分析。麵板設計時，留有較多的波形觀察孔，通過改變線路參數，方便學生分析各工作點的情況以及了解參數改變對器件特性的變化。線路設計時，遵循先易後難，先分離後集成的原則，挑選了幾種常見的、比較具有實用價值的驅動電路，使學生可學以致用。

7）TWPE-15直流斬波電路

提供組成直流斬波電路所需的元器件和采用專用的PWM控製集成電路SG3525。可完成降壓斬波電路(Buck ChopTWPEr)、升壓斬波電路(Boost ChopTWPEr)、升降壓斬波電路(Boost-Buck ChopTWPEr)、Cuk斬波電路、Sepic斬波電路、Zeta斬波電路六種典型實驗。所有電路采用分立元件學生通過自己搭建進行實驗。

8）TWPE-10B晶閘管觸發電路Ⅱ組件

提供6隻二極管組成的三相橋式整流電路以及單結晶體管觸發電路引出各觀察孔，使學生能夠直觀的了解各種觸發電路的工作原理過程，每個觸發電路的觸發信號分別已經連到對應的晶閘管，操作方便安全。

9）TWDT33整流電路有源功率因數校正

主要有整流電路、升壓變換器、控製電路三部分組成。控製電路采用功率因數控製芯片UCC3817N和外圍元器件組成，最大輸出功率為100W(200V±5%，0.5A)，工作頻率為100kHz。采用模塊化設計，通過適當的連線可以完成下列實驗項目：

(1) 無濾波電容整流電路帶純阻性負載的測試

(2) 有濾波電容整流電路帶純阻性負載的測試

(3) 整流電路有源功率因數校正的測試

(4) 控製電路波形測試，功率柵極控製信號觀察

(5) 整流電路有源功率因數校正電路的性能測試

10）TWDT34半橋型開關穩壓電源的性能研究（MOSFET）

提供了半橋型開關穩壓電源的主電路和控製電路，主電路的電力電子器件為電力MOSFET管；控製電路采用專用PWM控製集成電路SG3525，采用恒頻脈寬調製控製方案。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。

11）TWDT39軟開關技術實驗（MOSFET）

主要包括H橋電路、控製電路和穩壓反饋電路，用於展現移相零電壓開關的電路結構和工作原理。H橋電路由四隻MOSFET管組成，控製電路采用全橋軟開關電源移相PWM控製芯片UCC3895和驅動芯片HIP4081組成，穩壓反饋電路由TL431等元件組成。

12）MD41研究型電機運動控製模塊

主控：TMS320F28335。外擴：RAM512*16位，Flash512K*16位，使用撥碼開關實現模式選擇。功率板：采用集成IPM模塊，可外接刹車電阻，母線電容充電緩衝電路、母線電壓檢測電路，相電流檢測電路，動力電源位AC220V供電，功率3KW。控製板：液晶屏采用4.3寸串口屏 ，5個獨立按鍵按鍵（分別為RUN、STOP、REST、UP、DOW）。通信接口：RS232、RS485（異步串口不夠時可將RS232、RS485采用同一個串口使用短路帽進行短路條線）、CAN、以太網口（SPI接口，設計W5500模塊模塊接口使用現有的成品模塊）；CAN、RS232、RS485為隔離通信接口與TMS320F28335無直接電氣連接。串口感器接口：霍爾信號接口及差分編碼器接口統一使用DB15連接。模擬量輸出：不使用到的PWM用於RC濾波運放跟隨實現DAC輸出。模擬量輸入：芯片內部不使用的ADC接口用於外部模擬量輸入，接口為0~10V輸入。開關量輸出：2組，分別用於報警信號輸出、準備完成信號輸出。開關量輸入：開關量輸入3組。EEPROM存儲：有剩餘IO可考慮設計24C02存儲器。測試點：預留環形測試點測試PWM信號、ADC信號、DAC信號、電源。本地控製：本地串口屏顯示參數電壓、電流、設定值、實時值，本地按鍵操作。遠程控製：遠程采用RS485或RS232接口使用FreeModbus-RTU協議實現與遠程工控屏的串口通信，顯示電壓、電流、設定值、實時值，在遠程觸摸屏上可進行控製實現5個獨立按鍵的功能。

4、電機導軌及電機技術說明

（1）DJ02直流並勵電動機：PN=185W，nN=1600r/min，IN=1.1A，UN=220V

（2）DJ11三相線繞式異步電動機：PN=100W,IN=0.6A,nN=1400r/min，UN=220，Y 接法

（3）DJ09校正直流測功機：UN=220V、IN=2.0A、PN=350W、nN=1500r/min，即可作電動機又可作測功機使用。

（4）DJ10三相鼠籠式異步電動機

AC3800V/220V，接法 Y/Δ，轉速 1420 RPM，功率100W ,電流0.5A，絕緣等級E。

（5）DJ01電機導軌、光電碼盤和轉速表

含有編碼器、電動機及固定電機的安裝導軌以及數字式轉速表配有模擬量輸出，保證電機與電機之間同軸的同心度不超過±5絲。

5、PJ-01實驗導線

實驗連接導線采用高可靠全封閉手槍插型式，內部為無氧銅抽絲而成發絲般細的多股線，質地柔軟，護套用粗線徑、防硬化化學製品製成，插頭采用實芯銅質件。強弱電分開。

六、配置清單

序號	型號與名稱	數量	備注
1	TWPE-02實驗桌	1
2	TWPE-01電源控製屏	1
3	TWPE-01A輔助功能屏	1
4	YB12數字單相功率、功率因數表	1
5	TWPE-10A晶閘管觸發電路Ⅰ組件	1
6	TWPE-11A三相觸發電路Ⅰ組件	1
7	TWPE-12三相晶閘管主回路組件	1
8	TWPE-13A電機調速控製電路Ⅰ組件	1
9	TWPE-14功率器件	1
10	TWPE-15直流斬波電路	1
11	TWPE-10B晶閘管觸發電路Ⅱ組件	1
12	TWDT33整流電路有源功率因數校正	1
13	TWDT34半橋型開關穩壓電源的性能研究（MOSFET）	1
14	TWDT39軟開關技術實驗（MOSFET）	1
15	MD41研究型電機運動控製模塊	1
16	電機導軌及電機	1
17	PJ-01實驗導線	1