TWPE-1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。

（圖片供參考，以配置的實物為準）

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

1.電力電子技術（晶閘管部分）

1）單結晶體管觸發電路及單相半波可控整流電路實驗

2）正弦波觸發電路實驗

3）鋸齒波同步移相觸發電路實驗

4）單相橋式半控整流電路實驗

5）單相橋式全控整流電路實驗

6）單相橋式有源逆變電路實驗

7）三相半波可控整流電路的研究

8）晶閘管三相半波有源逆變電路的研究

9）三相橋式半控整流電路實驗

10）三相橋式全控整流及有源逆變電路實驗

11）單相交流調壓電路實驗

12）三相交流調壓電路實驗

2.電力電子技術（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

4）電力晶體管（GTR）驅動電路的研究

5）電力晶體管（GTR）的特性研究

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

2） 斬控式交流調壓電路實驗

3）單相交直交變頻電路的性能研究

4）采用自關斷器件的單相交流調壓實驗

5）全橋DC/DC變換電路實驗

4.直流調速係統實驗

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）邏輯無環流可逆直流調速係統

6）雙閉環控製的直流脈寬調速係統(PWM)

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

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）BOHPE-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）BOHPE-01電源控製屏

◆ 三相交流電源：通過工業旋鈕波段開關切換分別輸出三相220V和240V交流電源，給直流調速和交流調速提供輸入電源，帶過流保護。該電源經過電流型漏電保護、三相隔離變壓器、電壓型漏電保護等安全保護電路後供學生實驗用電。配有電源智能保護器采用高可靠性MCU設計，具有缺相、欠壓、過壓、漏電、過流、短路、浪湧保護功能可實現自動重合閘功能；漏電保護設定範圍可設置，漏電保護動作時間不大於0.1s；過壓保護範圍可設定，過壓保護動作時間不超過5s；過流保護範圍可設定，過流保護動作時間不超過5s；短路保護電路為三倍的額定電路，過流保護動作時間不超過0.1s；保護裝置具有防雷擊功能，L與N間高壓脈衝測試2KV不產生誤動作；故障信息可保存不少於999個；運行狀態及故障狀態均有指示燈指示，可顯示實時電壓、電流、漏電流等參數，具有聲光報警功能；具有參數修改設置按鍵便於現場修改設置保護參數；能夠實現有遠程DI及DO功能可用於遠程控製電源及電源控製櫃門打開檢測報警；主控裝置可具有RS485接口能夠實現多設備連接通信。保護器具有CQC認證，執行GB 10963.1-2005標準；設備支持雲係統遠程監控功能，可查看遠程實時數據，數據曲線顯示，保護參數在線設置等功能，並可遠程控製電源打開及關閉等功能，配有無線/有線控製模塊，可以通過監控軟件監視電源，並可以對設備進行斷電/啟動控製，配置4路輸入可以控製繼電器工作。

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。

◆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）BOHPE-10A晶閘管觸發電路Ⅰ組件

提供單結晶體管觸發電路、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）BOHPE-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）BOHPE-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）BOHPE-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）BOHPE-13B電機調速控製實驗II

提供以下模塊：轉矩極性鑒別(DPT)、零電平檢測(DPZ)及邏輯控製器(DLC)，與13A配合使用完成邏輯無環流可逆直流調速係統實驗項目。

7）BOHPE-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。

8）BOHPE-14A功率器件II

此實驗箱實驗項目除含GTR、GTO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。

9）BOHPE-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 ChopYZPEr)、升壓斬波電路(Boost ChopYZPEr)、升降壓斬波電路(Boost-Buck ChopYZPEr)、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。

10）BOHPE-16斬控式交流調壓電路

提供6隻二極管組成的三相橋式整流電路以及斬控式交流調壓電路引出各觀察孔，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。

11）BOHPE-20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，用於展示交直交變頻原理，讓學生了解SPWM正弦波脈寬調製信號的形成，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，並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。4）采用自關斷器件的單相交流調壓實驗

12）BOHPE-21雙閉環H橋DC/DC變換直流調速係統

提供主回路、控製電路和調節控製三大部分，主回路由四個IGBT組成，控製部分使用專用PWM發生器SG3525，調節控製部分設有零速封鎖器、給定、電流反饋調節、速度反饋調節、速度調節器和電流調節器，其中速度調節器和電流調節器的反饋電阻、電容均外接，實驗時可以靈活改變，更可以完成設計型實驗。

本掛箱可完成的實驗項目有：(1)全橋DC/DC變換電路實驗；(2)雙閉環可逆直流脈寬調速實驗。

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）DJ01直流發電機：PN=100W,UN=220,IN=0.8A,nN=1400r/min, 雙軸伸

（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	BOHPE-02實驗桌	1
2	BOHPE-01電源控製屏	1
3	BOHPE-01A輔助功能屏	1
4	BOH12數字單相功率、功率因數表	1
5	BOHPE-10A晶閘管觸發電路Ⅰ組件	1
6	BOHPE-11A三相觸發電路Ⅰ組件	1
7	BOHPE-12三相晶閘管主回路組件	1
8	BOHPE-13A電機調速控製電路Ⅰ組件	1
9	BOHPE-13B電機調速控製實驗II
10	BOHPE-14功率器件	1
11	BOHPE-14A功率器件II
12	BOHPE-15直流斬波電路	1
13	BOHPE-16斬控式交流調壓電路	1
14	BOHPE-20單相交直交變頻原理	1
15	BOHPE-21雙閉環H橋DC/DC變換直流調速係統	1
16	DJ03直流並勵電動機	1
17	DJ11三相線繞式異步電動機	1
18	DJ01直流發電機	1
19	DJ10三相鼠籠式異步電動機	1
20	DJ01電機導軌、光電碼盤和轉速表	1
21	電機導軌及電機	1
22	PJ-01實驗導線	1