TWDD-2型 現代電力電子技術實驗裝置

一、概述

“TWDD-2型現代電力電子技術實驗台”依據西安交通大學王兆安編著的《電力電子技術》（第四版）、《半導體變流技術》教材實驗大綱的要求，吸收國內、外同類產品的優點，充分考慮了實驗室的現狀和發展趨勢，對原“TWDD-1型電力電子技術及電機控製實驗裝置”在外形、功能上進行優化組合，精心研製而成。
二、適用範圍
本裝置涵蓋了各高等院校等所開設的“電力電子技術”、“半導體變流技術”等專業課程所要求的實驗項目。
三、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：＜1000W
4、外形尺寸：155×79.5×147 cm3
四、裝置的基本裝備
1、DX-01電源控製屏（鐵質雙層亞光密紋噴塑結構，鋁質麵板）
（1）交流電源（帶有過流保護措施）
提供交流電源：三相交流電源(220V/1.5A)
（2）高壓直流電源
直流電源：輸出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隻：測量範圍0～500V，量程自動判斷、自動切換，精度0.5級，三位半數顯，為交流調速係統提供電壓指示。

3．真有效值交流數字電流表一隻：測量範圍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，為調速係統提供電流的指示；
4．直流數字電壓表一隻：測量範圍0～300V，三位半數顯，輸入阻抗為10MΩ，精度0.5級；
5．直流數字電流表一隻：測量範圍0～5A，三位半數顯，精度0.5級，具有超量程報警、指示、切斷總電源等功能。
（4）帶鏡麵的指針表：直流電壓表（測量範圍0～±300V，為中零式，精度為1.0級）直流電流表（測量範圍0～±2A，為中零式，精度為1.0級）
（5）三相可調電阻（90Ω×2/0.41A一個 、900Ω×2/0.41A兩個）
（6）平波電抗器：提供100mH、200mH、700mH電感，在1A下保持線性。
（7）給定：±15V可調電壓輸出，帶數顯，指示輸出電壓。
（8）單相調壓：提供了一隻0～250V/0.5KVA單相交流自耦調壓器，為相應的實驗提供可調交流電源，並帶過流保護。
（9）三相整流濾波電路：可對單相及三相交流電源進行整流和濾波，具有輸出短路保護。
（10）變壓器：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），用於三相橋式、單相橋式有源逆變電路實驗。
（11）人身安全保護體係
三相隔離變壓器一組：三相電源首先通過三相漏電保護器，然後經鑰匙開關、接觸器到隔離變壓器，使主電路輸出與電網隔離（浮地設計），對人身安全起到保護作用。
電壓型漏電保護器1：對隔離變壓器前的線路出現的漏電現象進行保護，使控製屏內的接觸器跳閘，切斷電源。
電壓型漏電保護器2：對隔離變壓器後的線路及實驗過程中的接線等出現的漏電現象進行保護，發出報警信號並切斷電源，確保人身安全。
電流型漏電保護裝置：控製屏若有漏電現象，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。
（12）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於接線或操作錯誤所造成的漏電告警、儀表超量程告警等。
（13）控製屏其它設施
控製屏正麵大凹槽內，設有兩根方型不鏽鋼管，可掛置實驗部件，凹槽底部設有7芯、3芯等插座， 掛件的供電由這些插座提供。控製屏兩側設有單相三極220V電源插座及三相四極380V電源插座。
2、DX02實驗桌
實驗桌為鐵質雙層亞光密紋噴塑結構，桌麵為防火、防水、耐磨高密度板,結構堅固，形狀似長方體結構，造形美觀大方；設有兩個大抽屜，用於放置工具、存放掛件及資料等。桌麵用於安裝電源控製屏並提供一個寬敞舒適的工作台麵。實驗桌還設有四個萬向輪和四個固定調節機構，便於移動和固定，有利於實驗室的布局。配有示波器擱板。
3、DX03三相可控整流電路（一）
提供6隻5A/1000V的晶閘管，每隻晶閘管均設有RC吸收和保險絲保護裝置，晶閘管可通過外加觸發信號進行觸發（留有觸發脈衝輸入接口），可完成設計性實驗。
三相觸發電路由KC04、KC41、KC42、4066等集成電路組成，可通過鈕子開關選擇雙窄脈衝或寬脈衝，同時提供六路觸發脈衝功放電路等。
4、DX04晶閘管觸發電路（一）
提供單結晶體管觸發電路實驗、鋸齒波同步移相觸發電路實驗。
5、DX05晶閘管觸發電路（二）
提供正弦波同步移相觸發電路實驗、單相交流調壓觸發電路實驗及單相並聯逆變觸發電路實驗共三種。
6、DX06功率器件驅動與保護電路（一）
主要是為完成新器件特性實驗提供電源、驅動電路及PWM波形發生器。
（1）電源：為驅動電路提供電源，包括±5V、±15V和+20V直流電源。
（2）驅動電路：包括MOSFET和IGBT的驅動電路。其中IGBT的驅動電路采用專用芯片EXB841，其它的由運放、門電路及分立元件組成。
（3）PWM波形發生器：以SG3525為核心的PWM波形發生器主要是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。頻率範圍分為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，頻率調節範圍4KHz～10KHz；低頻檔是為GTR和GTO驅動電路提供PWM波形，頻率調節範圍400Hz～1KHz；占空比可從0%調至100%。
7、DX07功率器件驅動與保護電路（二）
提供GTO和GTR的驅動保護電路，PWM信號和直流電源均從PE14上取。
8、DX08單相交直交變頻原理
根據普通高等教育“九五”重點教材王兆安，黃俊主編的《電力電子技術》（第四版）的內容進行開發。用於展示交直交變頻原理，主要讓學生了解SPWM正弦波脈寬調製信號的形成方法，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，電感或電機）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。
9、DX09 DC/DC變換電路
提供了DC/DC變換電路實驗的主電路和控製電路。電力電子器件為IGBT，控製電路采用PWM控製集成電路SG3525，掛箱麵板上還提供了所需的觀測孔。
10、DX10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、DX11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)中相關內容而設計。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。
12、DX12斬控式交流調壓電路
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）中相關內容而設計，采用全控型器件IGBT管實現“斬控式交流調壓實驗”。
13、DX13單相交流調壓/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《電力電子技術》（第四版）中相關內容而設計，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製電路；在交流調功實驗中采用由555時基電路組成觸發控製電路。
14、DX14單端反激式隔離開關電源
輸入交流電壓範圍為50V～200V，輸出為三組直流電源，分別為+5V、5A；+12V、1A；-12V、1A，在輸入交流電壓和直流輸出負載變化時輸出電壓的變化率小於0.3%。
15、DX15 PS-ZVS-PWM軟開關技術
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橋電路有四隻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。
16、DX16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。最大輸出功率是100W（200V±5%，0.5A），工作頻率為100KHz。通過適當的連線可以完成下列實驗項目：
(1) 無濾波電容的整流電路帶純阻性負載的測試
(2) 有濾波電容的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) 控製電路的波形測試，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
17、DX17實驗元器件
提供晶閘管（均設有RC吸收和保險絲保護）、壓敏電阻（作為過壓保護元件，內部已連成三角形接法）、二極管及燈座、RC吸收電路。
18、DX18單端電流反饋他激式隔離開關電源
采用專用集成電路UC3844作PWM控製器，可直接驅動MOSFET功率場效應管。通過與直流可調電源、負載的配合可展示電路原理，各點波形測試，輸入電壓和負載改變時的波形變化和性能測試等項目。
19、DX19升、降壓與複合斬波電路
通過PWM控製器與兩個IGBT三極管，兩個二極管的簡單聯結，配以發電機、電動機的組合負荷，用雙蹤示波器能展示降壓電路的第一象限電壓-電流圖，升壓電路的第二象限電壓-電流圖，複合電路的第一、第二象限電壓－電流圖。同時能展示以上三種狀態下的續流、臨界斷流、斷流時的電壓、電流波形(改變輸入電壓、改變PWM脈寬、改變負荷電機力矩)。並可簡單地聯結成升、降壓與複合電路，由於結構上的特點，實驗還可演示斬波電路電機負荷能耗製動、回饋製動等的實驗效果。
20、DX20三相可控整流電路（二）
提供6隻5A/1000V的晶閘管，每隻晶閘管均設有RC吸收和保險絲保護裝置，晶閘管可通過外加觸發信號進行觸發（留有觸發脈衝輸入接口），可完成設計性實驗。
三相觸發電路由專用晶閘管新型集成觸發電路Tc787組成，體現了現代晶閘管觸發技術的新應用；同時提供六路觸發脈衝功放電路等。
21、DX21晶閘管觸發電路（三）
由西門子專用晶閘管集成觸發電路Tca785組成，可完成單相集成觸發電路實驗，體現了現代晶閘管觸發技術的新應用。
22、DX22單相智能功率、功率因數表
由微電腦、高精度A/D轉換芯片和全數顯電路構成。通過鍵控、數顯窗口實現人機對話功能控製模式。在硬、軟件上均分八檔區域，自動判斷、自動換檔，功率測量精度1.0級，電壓、電流量程分別為450V、5A，還可儲存數據，供隨時查閱。
23、DQ03-1不鏽鋼電機導軌、光碼盤測速係統（日本歐姆龍1024光電編碼器）及數顯轉速表
24、DQ07-1直流複勵發電機
25、DQ09直流並勵電動機
26、DQ17單相電阻啟動異步電動機
27、實驗連接線：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），裏麵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，兩種導線都隻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。

五、本裝置能開設的實驗項目（全配）

（一）晶閘管觸發電路實驗項目
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．單相集成鋸齒波觸發電路實驗（由Tca785組成）
5．三相集成鋸齒波觸發電路實驗（由KC04等組成）
6．三相集成鋸齒波觸發電路實驗（由TC787組成）
（二）晶閘管線路實驗項目
1．單相半波可控整流電路實驗
2．單相橋式半控整流電路實驗
3．單相橋式全控整流及有源逆變電路實驗
4．三相半波可控整流電路實驗
5．三相橋式半控整流電路實驗
6．三相半波有源逆變電路實驗
7．三相橋式全控整流及有源逆變電路實驗
8．單相並聯逆變電路實驗
9．單相交流調壓電路實驗
10．單相交流調功電路實驗
11．三相交流調壓電路實驗

（三）新器件特性及驅動保護實驗項目
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．功率晶體管（GTR）特性實驗
5．絕緣雙極性晶體管（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．功率晶體管（GTR）驅動與保護電路實驗
9．絕緣雙極性晶體管（IGBT）驅動與保護電路實驗
（四）典型新器件線路實驗
1．單相正弦波脈寬調製（SPWM）逆變電路實驗
2．全橋DC/DC變換電路實驗
3．半橋型開關穩壓電源的性能研究
4．單端反激式隔離開關電源實驗
5．單端電流反饋他激式隔離開關電源實驗
6．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）
7．升、降壓與複合斬波電路實驗
8．單相斬控式交流調壓電路實驗
9．整流電路有源功率因數校正實驗
10．軟開關技術實驗

六、部件明細價格表：

七、 用戶根據需要完成的實驗內容及配置功能的檔次，選擇需要的實驗測量儀表組件、電機及掛箱。

基本配置（用戶可在基本配置的基礎上根據實際情況選購部件）

注：*為基本配置選擇項，其他項目根據學校需要完成的實驗內容自行選擇。

基本配置實驗項目：

（一）晶閘管觸發電路實驗項目

1.單結晶體管觸發電路

2.鋸齒波同步移相觸發電路實驗

3.三相集成鋸齒波觸發電路實驗（由KC04等組成）

（二）晶閘管線路實驗項目

1.單相半波可控整流電路實驗

2.單相橋式半控整流電路實驗

3.單相橋式全控整流及有源逆變電路實驗

4.三相半波可控整流電路實驗

5.三相橋式半控整流電路實驗

6.三相半波有源逆變電路實驗

7.三相橋式全控整流及有源逆變電路實驗

8.單相並聯逆變電路實驗

9.單相交流調壓電路實驗

（三）新器件特性及驅動保護實驗項目

1.單向晶閘管（SCR）特性實驗

2.功率場效應管（MOSFET）特性實驗

3.絕緣雙極性晶體管（IGBT）特性實驗

4.功率場效應管（MOSFET）驅動與保護電路實驗

5.絕緣雙極性晶體管（IGBT）驅動與保護電路實驗

（四）典型新器件線路實驗

1.單相正弦波脈寬調製（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、升降壓斬波電路、Cuｋ斬波電路、Sepic斬波電路、Zeta斬波電路）