一、概述
“SGDD-505現(xiàn)代電力電子技術實驗臺 ” 依據(jù)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(chǎn)品的優(yōu)點,充分考慮了實驗室的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢,對原電力電子技術及電機控制實驗裝置 ” 在外形、功能上進行優(yōu)化組合,精心研制而成。
二、現(xiàn)代電力電子技術實驗臺適用范圍
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(yè)課程所要求的實驗項目。
三、現(xiàn)代電力電子技術實驗臺技術性能
1 、輸入電源 : 三相四線 ( 或三相五線 380V±10 % 50HZ)
2 、工作環(huán)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 cm 3
四、現(xiàn)代電力電子技術實驗臺的基本裝備
1 、 DX-01 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(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(shù)字式儀表
1 .交流數(shù)字電壓表:可通過其下方的波段開關切換指示三相電網(wǎng)輸入線電壓,精度 1.0 級;
2 .真有效值交流數(shù)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(shù)顯,為交流調速系統(tǒng)提供電壓指示。
3 .真有效值交流數(shù)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(shù)顯,具有超量程告警、指示及切斷總電源功能,為調速系統(tǒng)提供電流的指示;
4 .直流數(shù)字電壓表一只:測量范圍 0 ~ 300V ,三位半數(shù)顯,輸入阻抗為 10M Ω ,精度 0.5 級;
5 .直流數(shù)字電流表一只:測量范圍 0 ~ 5A ,三位半數(shù)顯,精度 0.5 級,具有超量程報警、指示、切斷總電源等功能。
( 4 )帶鏡面的指針表:直流電壓表(測量范圍 0 ~ ±300V ,為中零式,精度為 1.0 級)直流電流表(測量范圍 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(shù)顯,指示輸出電壓。
( 8 )單相調壓: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交流電源,并帶過流保護。
( 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 ),用于三相橋式、單相橋式有源逆變電路實驗。
( 11 )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(jīng)鑰匙開關、接觸器到隔離變壓器,使主電路輸出與電網(wǎng)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 1 :對隔離變壓器前的線路出現(xiàn)的漏電現(xiàn)象進行保護,使控制屏內的接觸器跳閘,切斷電源。
電壓型漏電保護器 2 :對隔離變壓器后的線路及實驗過程中的接線等出現(xiàn)的漏電現(xiàn)象進行保護,發(fā)出報警信號并切斷電源,確保人身安全。
電流型漏電保護裝置:控制屏若有漏電現(xiàn)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(qū)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。
( 13 )控制屏其它設施
控制屏正面大凹槽內,設有兩根方型不銹鋼管,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?刂破羶蓚仍O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,桌面為防火、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(jié)機構,便于移動和固定,有利于實驗室的布局。配有示波器擱板。
3 、 DX03 三相可控整流電路(一)
提供 6 只 5A /1000V 的晶閘管,每只晶閘管均設有 RC 吸收和保險絲保護裝置,晶閘管可通過外加觸發(fā)信號進行觸發(fā)(留有觸發(fā)脈沖輸入接口),可更好的完成設計性實驗。
三相觸發(fā)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沖或寬脈沖,同時提供六路觸發(fā)脈沖功放電路等。
4 、 DX04 晶閘管觸發(fā)電路(一)
提供單結晶體管觸發(fā)電路實驗、鋸齒波同步移相觸發(fā)電路實驗。
5 、 DX05 晶閘管觸發(fā)電路(二)
提供正弦波同步移相觸發(fā)電路實驗、單相交流調壓觸發(fā)電路實驗及單相并聯(lián)逆變觸發(fā)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(fā)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(fā)生器:以 SG3525 為核心的 PWM 波形發(fā)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(jié)旋鈕進行頻率調節(jié);通過占空比電位器來調節(jié) 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(jié)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(jié)范圍 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(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》(第四版)的內容進行開發(fā)。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,電感或電機)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。
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制電路。電力電子器件為 IGBT ,控制電路采用 PWM 控制集成電路 SG3525 ,掛箱面板上還提供了所需的觀測孔。
10 、 DX10 半橋型開關穩(wěn)壓電源
提供了半橋型開關穩(wěn)壓電源的主電路和控制電路,主電路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?赏瓿 “ 開關電路在開環(huán)與閉環(huán)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(jù)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 控制集成電路 SG3525 ?赏瓿山滩闹薪祲簲夭娐罚 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(jù)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(xiàn) “ 斬控式交流調壓實驗 ” 。
13 、 DX13 單相交流調壓 / 調功電路
根據(jù)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(xiàn)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(fā)二極管構成觸發(fā)控制電路;在交流調功實驗中采用由 555 時基電路組成觸發(fā)控制電路。
14 、 DX14 單端反激式隔離開關電源
輸入交流電壓范圍為 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于 0.3% 。
15 、 DX15 PS-ZVS-PWM 軟開關技術
主要包括 H 橋電路、控制電路和穩(wěn)壓反饋電路,用于展現(xiàn)移相零電壓開關的電路結構和工作原理。 H 橋電路有四只 MOSFET 管組成,控制電路采用全橋軟開關電源移相 PWM 控制芯片 UCC3895 和驅動芯片 HIP4081 組成,穩(wěn)壓反饋電路由 TL431 等元件組成。
16 、 DX16 整流電路有源功率因數(shù)校正
主要有整流電路、升壓變換器、控制電路三部分組成?刂齐娐凡捎霉β室驍(shù)控制芯片 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?shù)倪B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(shù)校正的測試
(4) 控制電路的波形測試,功率柵極控制信號觀察
(5) 整流電路有源功率因數(shù)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 控制器,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 、 DX 19 升 、降壓與復合斬波電路
通過 PWM 控制器與兩個 IGBT 三極管,兩個二極管的簡單聯(lián)結,配以發(fā)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,復合電路的第一、第二象限電壓-電流圖。同時能展示以上三種狀態(tài)下的續(xù)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 ) 。并可簡單地聯(lián)結成升、降壓與復合電路,由于結構上的特點,實驗還可演示斬波電路電機負荷能耗制動、回饋制動等的實驗效果。
20 、 DX20 三相可控整流電路(二)
提供 6 只 5A /1000V 的晶閘管,每只晶閘管均設有 RC 吸收和保險絲保護裝置,晶閘管可通過外加觸發(fā)信號進行觸發(fā)(留有觸發(fā)脈沖輸入接口),可更好的完成設計性實驗。
三相觸發(fā)電路由專用晶閘管新型集成觸發(fā)電路 Tc787 組成,體現(xiàn)了現(xiàn)代晶閘管觸發(fā)技術的最新應用;同時提供六路觸發(fā)脈沖功放電路等。
21 、 DX21 晶閘管觸發(fā)電路(三)
由西門子專用晶閘管集成觸發(fā)電路 Tca785 組成,可完成單相集成觸發(fā)電路實驗,體現(xiàn)了現(xiàn)代晶閘管觸發(fā)技術的最新應用。
22 、 DX22 單相智能功率、功率因數(shù)表
由微電腦、高精度 A/D 轉換芯片和全數(shù)顯電路構成。通過鍵控、數(shù)顯窗口實現(xiàn)人機對話功能控制模式。在硬、軟件上均分八檔區(qū)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(shù)據(jù),供隨時查閱。
23 、 DQ03-1 不銹鋼電機導軌、光碼盤測速系統(tǒng)(日本歐姆龍 1024 光電編碼器)及數(shù)顯轉速表
24 、 DQ07-1 直流復勵發(fā)電機
25 、 DQ09 直流并勵電動機
26 、 DQ17 單相電阻啟動異步電動機
27 、實驗連接線:根據(jù)不同實驗項目的特點,配備兩種不同的實驗聯(lián)接線,強電部分采用高可靠護套結構插連接線(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(yōu)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(lián)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。
五、現(xiàn)代電力電子技術實驗臺能開設的實驗項目(全配)
(一)晶閘管觸發(fā)電路實驗項目
1 .單結晶體管觸發(fā)電路
2 .正弦波同步移相觸發(fā)電路實驗
3 .鋸齒波同步移相觸發(fā)電路實驗
4 .單相集成鋸齒波觸發(fā)電路實驗(由 Tca785 組成)
5 .三相集成鋸齒波觸發(fā)電路實驗(由 KC04 等組成)
6 .三相集成鋸齒波觸發(fā)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 .單相并聯(lián)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 .單相正弦波脈寬調制( 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(wěn)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、 Cu k斬波電路、 Sepic 斬波電路、 Zeta 斬波電路)
7 .升、降壓與復合斬波電路實驗
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(shù)校正實驗
10 .軟開關技術實驗
六、部件明細價格表:
序號 |
編號 |
名 稱 |
數(shù)量 |
單價(元) |
1 |
DX01 |
電源控制屏 |
1 件 |
13100 |
2 |
DX02 |
實驗桌 |
1 張 |
1800 |
3 |
DX03 |
三相可控整流電路(一) |
1 件 |
4630 |
4 |
DX04 |
晶閘管觸發(fā)電路(一) |
1 件 |
1420 |
5 |
DX05 |
晶閘管觸發(fā)電路(二) |
1 件 |
1800 |
6 |
DX06 |
功率器件驅動與保護電路(一) |
1 件 |
3350 |
7 |
DX07 |
功率器件驅動與保護電路(二) |
1 件 |
2785 |
8 |
DX08 |
單相交直交變頻原理 |
1 件 |
3280 |
9 |
DX09 |
DC/DC 變換電路 |
1 件 |
3200 |
10 |
DX10 |
半橋型開關穩(wěn)壓電源 |
1 件 |
1800 |
11 |
DX11 |
直流斬波實驗(六種典型線路) |
1 件 |
1800 |
12 |
DX12 |
斬控式交流調壓電路 |
1 件 |
1800 |
13 |
DX13 |
單相交流調壓 / 調功電路 |
1 件 |
1570 |
14 |
DX14 |
單端反激式隔離開關電源 |
1 件 |
1145 |
15 |
DX15 |
PS-ZVS-PWM 軟開關技術 |
1 件 |
2500 |
16 |
DX16 |
整流電路有源功率因數(shù)校正 |
1 件 |
1650 |
17 |
DX17 |
實驗元器件 |
1 件 |
1180 |
18 |
DX18 |
單端電流反饋他激式隔離開關電源 |
1 件 |
1200 |
19 |
DX19 |
升、降壓與復合斬波電路 |
1 件 |
1800 |
20 |
DX20 |
三相可控整流電路(二)( Tc787 ) |
1 件 |
3780 |
21 |
DX21 |
晶閘管觸發(fā)電路(三)( TcA785 ) |
1 件 |
1570 |
22 |
DX22 |
|
1 件 |
2290 |
23 |
DQ03-1 |
雙閉環(huán) H 橋 DC/DC 變直流調速系統(tǒng) |
1 件 |
4700 |
24 |
DQ07-1 |
電機調速控制系統(tǒng)( Ⅱ ) |
1 件 |
1440 |
25 |
DQ09 |
單相智能功率、功率因數(shù)表 |
1 件 |
1440 |
26 |
DQ17 |
不銹鋼電機導軌、光碼盤測速系統(tǒng) |
1 件 |
660 |
27 |
SG07 |
高可靠護套結構插實驗連接線及配件 |
1 套 |
900 |
七、用戶根據(jù)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(jù)實際情況選購部件)
序號 |
編號 |
名 稱 |
數(shù) 量 |
1 |
DX01 |
電源控制屏 |
1 件 |
2 |
DX02 |
實驗桌 |
1 張 |
3 |
DX03 |
三相可控整流電路(一) |
1 件 |
4 |
DX04 |
晶閘管觸發(fā)電路(一) |
1 件 |
5 |
DX06 |
功率器件驅動與保護電路(一) |
1 件 |
6 |
DX08 |
單相交直交變頻原理 |
1 件 |
7 |
DX10 |
半橋型開關穩(wěn)壓電源 |
1 件 |
8 |
DX11 |
直流斬波實驗(六種典型線路) |
1 件 |
9 |
DX17 |
實驗元器件 |
1 件 |
10 |
DX07 |
高可靠護套結構插實驗連接線及配件 |
1 套 |