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一、 概述
“SYDDZ-02型電力電子技術(shù)及電機(jī)控制實驗裝置” 綜合了目前我國高等院校《半導(dǎo)體變流技術(shù)》《電力電子技術(shù)》《自動控制系統(tǒng)》《直流調(diào)速系統(tǒng)》《交流調(diào)速系統(tǒng)》《電機(jī)控制》等課程所開設(shè)的實驗實訓(xùn)項目。本裝置吸收了國內(nèi)、外同類產(chǎn)品的優(yōu)點，充分考慮了實驗室的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢，精心研制而成。在同類產(chǎn)品中結(jié)構(gòu)合理、功能完善、可靠性好、性價比高。
二、 特點
1裝置采用小單元掛箱積木式，小型輕便方便靈活，結(jié)構(gòu)緊湊。可根據(jù)不同實驗內(nèi)容進(jìn)行組合，功能齊全，綜合性能好，一體化程度高。
2 裝置布局合理，外形美觀，連接線可靠，經(jīng)久耐用，強(qiáng)電接線用安全型接插件，整個裝置高度絕緣，面板示意圖明顯直觀。
3 實驗線路完全根據(jù)教學(xué)內(nèi)容，滿足教學(xué)大綱要求，該裝置分模擬和全數(shù)字控制兩大部分。電力電子技術(shù)與直流調(diào)速系統(tǒng)以模擬為主，交流調(diào)速系統(tǒng)PWM直流斬波調(diào)速系統(tǒng)完全用數(shù)字控制。采用美國TI的DSP智能芯片以及IGBT新型電力電子元件——IPM智能模塊。對提高學(xué)生動手能力及對新型控制方式的理解和實踐有很大的幫助。
三、技術(shù)特性
1. 裝置容量：≥1KVA 2. 電機(jī)容量：≤500W 3. 輸入電源：三相五線 380V±10%、50HZ 4. 工作環(huán)境：環(huán)境溫度 —5℃—40℃ 相對溫度＜75% 5. 裝置尺寸：長：1.8M，寬：0.9M ，工作臺面：0.7M，總高度：1.6M
四、裝置的配置
（一）實驗單元內(nèi)容 LY101：給定G與給定積分GI。 由給定環(huán)節(jié) G及給定積分環(huán)節(jié) GI組成。給定環(huán)節(jié) G設(shè)有正負(fù)給定可調(diào)電位器及切換開關(guān)，并有一直流電壓表指示。給定積分環(huán)節(jié) GI對正負(fù)給定進(jìn)行線性積分，使階躍輸入變?yōu)樾逼螺斎搿?LY102：速度調(diào)節(jié)器 ASR、速度反饋 BS及零速封鎖 DZS。 速度調(diào)節(jié)器 ASR對給定反饋兩個量進(jìn)行加法、減法、比例、積分、微分等運(yùn)算。PI 參數(shù)由電阻及電容決定（可外接）。測速電壓來自測速系統(tǒng)經(jīng)過分壓后的電壓，在反饋環(huán)節(jié)中進(jìn)行濾波取樣，設(shè)有測速取樣電位器。零速封鎖DZS保證電機(jī)在停車狀態(tài)下不會爬行，當(dāng)轉(zhuǎn)速給定電壓及轉(zhuǎn)速反饋電壓同時為零時，封鎖各調(diào)節(jié)器。 LY103：電流調(diào)節(jié)器ACR、電流反饋BC及反號器AR。 電流調(diào)節(jié)器ACR 的功能與轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器相同，主要是對給定反饋兩個量進(jìn)行加法、減法、比例、積分、微分等運(yùn)算。PI 參數(shù)由電阻及電容決定（可外接）。電流反饋環(huán)節(jié)BC由阻容濾波，分壓取樣，電流反饋，電壓的調(diào)節(jié)以及輸出零電流檢測電壓等功能組成。反號器主要是對電流給定電壓U1進(jìn)行1：1倒相。 LY104：轉(zhuǎn)矩電平檢測 DPT、零電流電平檢測 DPZ、邏輯控制、DLC。 轉(zhuǎn)矩極性檢測DPT主要對轉(zhuǎn)矩極性進(jìn)行鑒別，以控制可逆運(yùn)行時開哪組橋。零電流檢測也是一個電平檢測，工作原理與轉(zhuǎn)矩性檢測類似。。DLC主要由邏輯判斷電路、延時電路、邏輯保護(hù)電路、推β等環(huán)節(jié)組成。 LY1051：正反組三相脈沖移相電路 CTF和CTR。 三相脈沖移相觸發(fā)電路，采用集成芯片KC04，以鋸齒波移相的方式確定六個管子的脈沖，根據(jù)輸入控制電壓Uct的變化，改變晶閘管的控制角α或逆變角β。面板上有同步電壓abc的觀察孔，有鋸齒波及雙脈沖觀察孔。本線路增加了 4066、4069 等芯片構(gòu)成模擬電子開關(guān)以控制觸發(fā)的形式，當(dāng)開關(guān)撥向“雙脈沖”時，該電路輸出三相六路互差 60°的雙窄脈沖，以實現(xiàn)一般整流電路或有源逆變電路所需觸發(fā)控制，當(dāng)開關(guān)撥向?qū)捗}沖時，該電路輸出三相六來后沿固定，前沿隨α角改變的寬脈沖鏈，最大寬度近 180°，用于三相交流調(diào)壓調(diào)速時兩個反并聯(lián)晶閘管的觸發(fā)。 LY106：鋸齒波移相電路 CTSA。 鋸齒波移相觸發(fā)電路GTSA單元主要用于電力電子技術(shù)課程中同步移相觸發(fā)電路的實驗以及單相整流或逆變電路實驗。該線路與 LY105 不同的是以分立元件為主組成的電路它便于學(xué)生根據(jù)教課書測試各點波形，增強(qiáng)對電路理解。它由同步檢測、鋸齒波形成、移相控制、脈沖形成、脈沖放大等環(huán)節(jié)組成。 LY107：調(diào)節(jié)器外接電容單元 C。 為三組外接電容，主要用于 ASR、ACR、PI調(diào)節(jié)器外接電容 C，電容的數(shù)值可由琴鍵開關(guān)選擇，共三組，其中二組電容在 0.1~4.7μF之間。 LY108：單相交流調(diào)壓觸發(fā)電路 GTV、正弦波觸發(fā)電路 GTSI。 單相交流調(diào)壓電路GTV采用 KC05 集成晶閘管移相觸發(fā)器，具有線性好，移相范圍寬控制方式簡單、有失交保護(hù)和輸出電流大等優(yōu)點。正弦波移相觸發(fā)電路GTSI主要用于電力電子技術(shù)課程中，正弦波移相觸發(fā)電路的實驗。 LY109：微機(jī)控制 PWM 交直流調(diào)速系統(tǒng)。 微機(jī)PWM 調(diào)速系統(tǒng)控制器，可用于 PWM 調(diào)速系統(tǒng)以及直流斬波電路實驗。該單元以高速MCU為核心，配以一定的外圍接口，具有數(shù)字顯示，鍵盤設(shè)定，電位器給定和諸多信號顯示，具有兩路跟蹤輸出。與 PWM 主要電路配合使用，可實現(xiàn)全數(shù)字化交、直流調(diào)速實驗。交、直流 PWM 調(diào)速系統(tǒng)采用一套硬件線路，只要改變系統(tǒng)控制軟件（更換程序存儲器） ，即可實現(xiàn)兩類系統(tǒng)的控制，通過鍵盤可設(shè)定系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)。 LY110：單結(jié)晶體管觸發(fā)電路。 單結(jié)晶體管觸發(fā)電路由單結(jié)晶體管 VT3，整流穩(wěn)壓環(huán)節(jié)，及由 VT1、VT2等組成的等效可變電阻等組成。 LY111：負(fù)載實驗掛箱 負(fù)載實驗掛箱分可變電阻器負(fù)載和燈泡負(fù)載二種，可變電阻式負(fù)載對于電流是連續(xù)性的，不能分段測定，燈泡式負(fù)載對于電流是斷續(xù)性的，但可以分?jǐn)鄿y定。用戶可根據(jù)不同的需求選擇連續(xù)性和斷續(xù)性。用戶也可以按照自己的設(shè)想設(shè)計其它的負(fù)載掛箱來滿足自己的實驗要求。 LY112半橋型開關(guān)穩(wěn)壓電源模塊 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(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“電源電壓波動對輸出的影響”等實驗內(nèi)容。 LY113單相交直交變頻原理 根據(jù)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(shù)》(第四版)的相關(guān)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)制信號的形成方法，了解IGBT管專用集成驅(qū)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(fù)載（電阻，電感和電機(jī)）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(qū)動芯片的工作特性。 LY114直流斬波電路模塊 該實驗?zāi)K包括降壓斬波電路和升壓斬波電路兩部分，提供斬波主電路和PWM觸發(fā)電路。 LY115 新器件特性及驅(qū)動電路模塊 提供MOSFET，IGBT電力電子新器件，并提供MOSFET，IGBT元器件的驅(qū)動與保護(hù)電路。 LY121：主回路控制單元。 輸入三相五線電壓經(jīng)快速空氣開關(guān)后送入整流變壓器，輸出三相交流線電壓 。另外主回路起停電路及勵磁直流供電也在該單元上。 LY122：測量儀表模塊 為一組實驗用表單元、69L17 交流電壓表 300V，交流電流表 5A69C17 直流電壓表±250V，直流電流表±5A及轉(zhuǎn)速表±16V對應(yīng)1600vpm有電位器調(diào)整其顯示的轉(zhuǎn)速。 LY123：二組可控橋 有正組橋Ⅰ，反組橋Ⅱ，兩組三相六個管子組成的整流橋。可分別工作在整流或逆變狀態(tài)。當(dāng)有關(guān)晶閘管的保護(hù)系統(tǒng)出現(xiàn)開路時，對應(yīng)氖泡將自動發(fā)光以示警示，停止實驗。 LY124：電源及故障報警保護(hù)電路。 控制電源主要有±15V及 24V電源，在正常時，有相關(guān)指示燈指示。不控整流橋主要用于交流串級調(diào)速以及單相逆變電路實驗。故障檢測主要對缺相、過壓、過流等故障進(jìn)行檢測，發(fā)生以上三種情況的任一種，系統(tǒng)將報警顯示，同時輸出推β信號，報警由蜂鳴器完成，當(dāng)故障消失后須按復(fù)位鍵才可重新啟動主回路。 LY125：交一直一交型式的 PWM數(shù)字控制主回路。 三相供電電源經(jīng)不可控整流橋，變?yōu)楹愣ǖ闹绷麟妷海瑢⒃撾妷耗孀兒螅傻玫筋l率和幅值可調(diào)的交流電，也可變?yōu)榉悼烧{(diào)的直流電壓，以驅(qū)動交流異步電機(jī)或直流電機(jī)，實現(xiàn)電機(jī)調(diào)速功能。該單元還具有故障保護(hù)、電流、轉(zhuǎn)速、檢測等功能。可以觀察直流測電壓波形 Ud（高壓）；三相輸出波形 Uu1、Uv1、Uw1（高壓）；交流電U相電壓波形和直流側(cè)電流波形。
（二）實驗電機(jī)組（同軸一體化） （1）直流電動機(jī)：500W、220V、1450r/min. （2）直流發(fā)電機(jī)：350W、220V、1450r/min. （3）繞線式交流異步電機(jī)：500W、220V、1450r/min. （4）直流測速發(fā)電機(jī)：CFY 型、1600 r/min、25V±10%。
（三）實驗連接線 實驗連接線：根據(jù)不同實驗項目的特點，配備兩種不同的實驗聯(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，插頭采用實芯銅質(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，這樣大大提高了實驗的安全及合理性。
五、裝置可開設(shè)的實驗項目
（一） 電力電子變流技術(shù)實驗 1. 單相半波整流電路 2. 單相橋式整流電路 3. 單相橋式半控整流電路 4. 三相半波整流電路 5. 三相橋式整流電路 6. 鋸齒波移相觸發(fā)電路 7. 正弦波移相觸發(fā)電路 8. 三相橋式有源逆變電路 9. 單相交流調(diào)壓電路 10. 三相交流調(diào)壓電路 11. 直流斬波電路（升壓斬波，降壓斬波）的性能研究 12. 半橋型電流控制脈寬調(diào)制開關(guān)穩(wěn)壓電路的研究 13. 單相SPWM逆變電路交直交變頻的性能研究 14. 微機(jī)控制的 PWM 直流斬波電路 15. 功率場效應(yīng)管（MOSFET）的性能研究 16. 功率場效應(yīng)管（MOSFET）的驅(qū)動電路研究 17. 絕緣柵雙極型晶體管（IGBT）的特性研究 18. IPM驅(qū)動電路和功率電路的研究。
（二）直流調(diào)速系統(tǒng)實驗
1. 晶閘管直流調(diào)速系統(tǒng)參數(shù)和環(huán)節(jié)特性測定。 2. 晶閘管直流調(diào)速系統(tǒng)主要單元的分步調(diào)試。 3. 轉(zhuǎn)速單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)。 4. 轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)。 5. 邏輯無環(huán)流可逆直流調(diào)速系統(tǒng)。 6. 微機(jī)控制的PWM直流斬波調(diào)速系統(tǒng)。 （三）交流調(diào)速系統(tǒng)實驗 1. 雙閉環(huán)三相異步電機(jī)調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)。 2. 雙閉環(huán)三相異步電機(jī)串級調(diào)速系統(tǒng)。 3. 微機(jī)控制的 PWM 交流變頻調(diào)速系統(tǒng)（采用 SPWM 變壓、變頻和 SVPWM 空間矢量調(diào)制方法） 五、裝置配置清單 代號 名稱 備注 LY001 實驗控制平臺 必備件 LY002 實驗桌 必備件 LY004 交直流實驗機(jī)組（同軸一體化） 必備件 LY101 給定G與給定積分GI掛件 可選 LY102 速度調(diào)節(jié)器 ASR、速度反饋 BS及零速封鎖 DZS。 可選 LY103 電流調(diào)節(jié)器 ACR、電流反饋 BC 及倒相器AR 可選 LY104 轉(zhuǎn)矩電平檢測 DPT、零電流電平檢測 DPZ、邏輯控制DLC。 可選 LY105 正反組三相脈沖移相電路 可選 LY106 鋸齒波單相觸發(fā)電路掛箱 可選 LY107 調(diào)節(jié)器電容掛箱 可選 LY108 單相交流調(diào)壓，正弦波觸發(fā)掛箱 可選 LY109 全數(shù)字交直流調(diào)速系統(tǒng)掛箱 可選 LY110 單結(jié)晶體管觸發(fā)電路。 可選 LY-111 燈箱負(fù)載掛箱 可選 LY112 半橋型開關(guān)穩(wěn)壓電源模塊 可選 LY113 單相交直交變頻原理 可選 LY114 直流斬波電路模塊 可選 LY115 新器件特性及驅(qū)動電路模塊 可選 LY121 主回路控制單元。 可選 LY122 測量儀表模塊 可選 LY123 二組可控橋 可選 LY124 電源及故障報警保護(hù)電路 可選 LY125 交直交PWM 數(shù)字控制主回路 可選 LY06 實驗電機(jī)機(jī)組（同軸一體化） 必備 實驗連接線及配件一套 必備
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