一、概述
電機(jī)電力電子與交直流調(diào)速實驗臺是上海朔光公司根據(jù)當(dāng)前實驗教學(xué)改革的發(fā)展，集眾多國內(nèi)外廠家的優(yōu)點，精心研制、改進(jìn)而成的新一代實驗設(shè)備。依據(jù)高等院?！峨姍C(jī)學(xué)》，《電機(jī)與拖動》，西安交通大學(xué)王兆安教授等編著的《電力電子技術(shù)》（第五版）和上海大學(xué)陳伯時教授編著的《電力拖動自動控制系統(tǒng)》（第三版）實驗大綱要求進(jìn)行設(shè)計。涵蓋了"電機(jī)學(xué)" "電機(jī)與變壓器" "電機(jī)與拖動""電力電子技術(shù)"、"直流調(diào)速"、"交流調(diào)速"、"電機(jī)控制"、"電力拖動自動控制系統(tǒng)"等專業(yè)課程所開設(shè)的實驗項目。特別適用于高等院?，F(xiàn)有的電機(jī)、電力電子技術(shù)及電氣控制實驗設(shè)備的更新改造，同時也為中等專業(yè)學(xué)校、職業(yè)技術(shù)學(xué)院等新建或擴(kuò)建實驗室，迅速開設(shè)實驗課提供了理想的實驗設(shè)備，為教師或研究生開發(fā)新實驗或進(jìn)行科學(xué)研究工作提供良好的實驗條件。
二、電機(jī)電力電子與交直流調(diào)速實驗臺特點
1、綜合性強(qiáng) 本裝置掛件配齊時可完成目前國內(nèi)各類院校電機(jī)，電力電子及電氣控制學(xué)科課程的全部實驗項目。
2、適應(yīng)性強(qiáng)能滿足各類學(xué)校相應(yīng)課程的實驗教學(xué)，實驗的深度與廣度可根據(jù)需要作靈活調(diào)整，普及與提高可根據(jù)教學(xué)的進(jìn)程作有機(jī)地結(jié)合。裝置采用組件式結(jié)構(gòu)，更換便捷，如需要擴(kuò)展功能或開發(fā)新實驗，只需添加部件即可，永不淘汰。
3、整套性強(qiáng)從儀器儀表、專用電源、電機(jī)及其它實驗部件到實驗連接專用導(dǎo)線等均配套齊全，配套部件的性能、規(guī)格等均密切結(jié)合實驗的需要進(jìn)行配置。
4、直觀性強(qiáng) 各實驗掛件采用分隔結(jié)構(gòu)形式，組件面板示意、圖線分明，各掛件任務(wù)明確，操作、維護(hù)方便。
5、科學(xué)性強(qiáng)裝置占地面積少，節(jié)約實驗用房，減少基建投資；配套的小電機(jī)均經(jīng)特殊設(shè)計，可模擬中小型電機(jī)的特性和參數(shù)；小電機(jī)耗電省，節(jié)約能源；實驗噪聲小，整齊美觀，改善實驗環(huán)境；電氣控制實驗，內(nèi)容豐富，設(shè)計合理，除了加深理論知識外，還為學(xué)生走向社會打下良好的基礎(chǔ)；
6、開放性強(qiáng)控制屏供電隔離（浮地設(shè)計），并設(shè)有外電壓型漏電保護(hù)裝置和電流型漏電保護(hù)裝置，確保操作者的安全；各電源輸出均有監(jiān)示及短路保護(hù)等功能，使用方便；各測量儀表均有保護(hù)功能。整套裝置經(jīng)過精心設(shè)計，加上可靠的元器件質(zhì)量及可靠工藝作為保障，產(chǎn)品性能優(yōu)良，所有這些均為開放性實驗創(chuàng)造了條件，有利于提高學(xué)生分析問題和解決問題的能力。
三、技術(shù)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℃) 海拔＜4000m
3、裝置容量：＜1.5KVA
4、重 量： 480Kg
5、外形尺寸：187×73×160cm3
四、電機(jī)電力電子與交直流調(diào)速實驗臺的基本裝備
1、DQ01B電源控制屏(鐵質(zhì)噴塑結(jié)構(gòu)，鋁質(zhì)面板)
(1) 交流電源
提供三相0～450V可調(diào)交流電源，同時可得到單相0～250V可調(diào)電源(配有一臺三相同軸聯(lián)動自耦調(diào)壓器（規(guī)格1.5KVA、0～450V），克服了三只單相調(diào)壓器采用鏈條結(jié)構(gòu)或齒輪結(jié)構(gòu)組成的許多缺點)?？烧{(diào)交流電源輸出處設(shè)有過流保護(hù)技術(shù)，相間、線間過電流及直接短路均能自動保護(hù)，克服了調(diào)換保險絲帶來的麻煩。配有三只指針式交流電壓表，通過切換開關(guān)指示三相電網(wǎng)電壓和三相調(diào)壓電壓。
(2) 高壓直流電源兩路
提供220V(0.5A)勵磁電源及0～250V(3A)連續(xù)可調(diào)穩(wěn)壓電樞電源(具有過壓、過流、過熱及短路軟截止自動恢復(fù)保護(hù)功能)各一組，并設(shè)有直流數(shù)顯電壓表及切換開關(guān)。
(3) 人身安全保護(hù)體系
設(shè)有三相隔離變壓器一組(三相電源經(jīng)鑰匙開關(guān)、接觸器后，到隔離變壓器，再經(jīng)三相調(diào)壓器輸出)，使輸出與電網(wǎng)隔離，對人身安全起到一定的保護(hù)作用；
設(shè)有電壓型漏電保護(hù)器，如果線路有漏電現(xiàn)象，即能實施保護(hù)并切斷電源；設(shè)有電流型漏電保護(hù)器，控制屏若有漏電現(xiàn)象，漏電流超過一定值，即切斷電源。強(qiáng)電連接線及插座，采用全封閉結(jié)構(gòu)，使用安全、可靠、防觸電。
(4) 控制屏正面大凹槽內(nèi)，設(shè)有兩根不銹鋼鋼管，可掛儀表及實驗部件。凹槽底部設(shè)有多個小圓形單相三芯220V電源插座，供儀表等部件供電用?？刂破羶蓚?cè)設(shè)有三極220V電源插座及三相四極380V電源插座。設(shè)有實驗臺照明用的220V、40W日光燈一盞。
2、DQ02實驗桌
實驗桌為鐵質(zhì)雙層亞光密紋噴塑結(jié)構(gòu)，桌面為防火、防水、耐磨高密度板,結(jié)構(gòu)堅固，形狀似長方體封閉式結(jié)構(gòu)，造形美觀大方；設(shè)有兩個大抽屜、柜門，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(shè)有四個萬向輪和四個固定調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，便于移動和固定，有利于實驗室的布局。
3、DQ03-1不銹鋼電機(jī)導(dǎo)軌、光碼盤測速系統(tǒng)及在線可編程智能數(shù)顯轉(zhuǎn)速表（0-10V反饋輸出）。
4、DQ05 三相組式變壓器（原邊220V/0.35A，副邊55V/1.4A）
5、DQ07-1 直流發(fā)電機(jī)（220V，240W，n=1500RPM ，絕緣等級E ）
5、DQ09直流并勵電動機(jī)（（Un=DC220V ， IN=1.1A ， PN=185W ， n=1500RPM ，絕緣等級E ）
6、DQ10三相鼠籠式異步電動機(jī)（ AC3800V/220V，接法 Y/Δ，轉(zhuǎn)速 1420 RPM，功率100W ,電流0.5A，絕緣等級E）
7、DQ11三相線繞式異步電動機(jī)（AC220V，接法 Y，轉(zhuǎn)速 1380 RPM，功率120W ,電流0.6A，絕緣等級E）
8、GDQ12線繞式異步電機(jī)起動與調(diào)速電阻箱
10、DQ19校正直流測功機(jī)（（220V、2.2A、 355W、1500r/min，絕緣等級E）
11、DQ22直流數(shù)字電壓、毫安、安培表(三只)
直流數(shù)顯電壓表一只，采用ICL公司高性能AD轉(zhuǎn)換器配以高速MPU單元設(shè)計爾成，通過鍵控、數(shù)顯窗口實現(xiàn)人機(jī)對話功能控制模式。具有自動與手動量程，測量范圍0-300V。手動量程為：2V、20V、300V。測量精度為0.5級。具有數(shù)據(jù)存儲與查詢功能。具有超量程報警、指示及切斷總電源等功能。
直流數(shù)顯毫安表一只，采用ICL公司高性能AD轉(zhuǎn)換器配以高速MPU單元設(shè)計爾成，通過鍵控、數(shù)顯窗口實現(xiàn)人機(jī)對話功能控制模式。具有自動與手動量程，測量范圍：0-2000mA。手動量程為：20mA、200mA、2000mA。測量精度為0.5級。具有數(shù)據(jù)存儲與查詢功能。具有超量程報警、指示及切斷總電源等功能。
直流數(shù)顯電流表一只，測量范圍0～5A，三位半數(shù)顯，精度為0.5級，具有超量程報警、指示及切斷總電源等功能。
12、DQ25單三相智能型功率、功率因數(shù)表
由24位專用DSP、16位高精度AD轉(zhuǎn)換器和高速MPU單元設(shè)計爾成，通過鍵控、數(shù)顯窗口實現(xiàn)人機(jī)對話功能控制模式。軟件上采用RTOS設(shè)計思路，同時配有PC監(jiān)控軟件來加強(qiáng)分析能力。能同時測量兩路單相功率P1、P2，三相功率等于兩路功率之和（兩表法測量三相總功率）。功率測量精度為1.0級，功率因數(shù)測量范圍0.3-1.0，電壓電流量程為450V和5A，能自動判別負(fù)載性質(zhì)（感性顯示"L"，容性顯示"C"，純電阻不顯示），并可存儲測量數(shù)據(jù)，供隨時查閱。
13、DQ26三相可調(diào)電阻器(三組90Ω×2/1.3A瓷盤電阻)
14、DQ27三相可調(diào)電阻器(三組900Ω×2/0.41A瓷盤電阻)
15、DQ28三相可調(diào)電抗器（每相均由一個127V/0.5A的固定電抗器和一個0～250V的自耦調(diào)壓器組成，既可作固定電感和可調(diào)電抗器使用，也可作自耦調(diào)壓器使用。）
16、DQ29可調(diào)電阻器、電容器
提供90Ω×2/1.3A及900Ω×2/0.41A瓷盤電阻各一組。
17、DQ31C熔端器及開關(guān)板
熔斷器部分及兩個三刀雙擲開關(guān)、一個雙刀雙擲開關(guān)組成。
18、DQ23智能真有效值交流電流表
一只真有效值交流數(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、指示等功能，2只數(shù)字交流電流表，測量范圍0～5A，0.5級，三位半數(shù)顯。
19、DQ24智能真有效值交流電壓表
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(diào)速系統(tǒng)提供電壓指示；2只數(shù)字交流電壓表，測量范圍0～500V，0.5級，三位半數(shù)顯。
20、DQ32旋轉(zhuǎn)燈、并網(wǎng)開關(guān)、同步機(jī)勵磁電源
由并網(wǎng)用的三組相燈<黃、綠、紅各兩只>,一組并網(wǎng)開關(guān)和一組同步機(jī)勵磁電源<5～40v>組成。
21、DK03晶閘管主電路
提供12只6A/1000V的晶閘管，每只晶閘管均設(shè)有RC吸收和保險絲保護(hù)裝置，晶閘管可通過外加觸發(fā)信號進(jìn)行觸發(fā)（留有觸發(fā)脈沖輸入接口）。另外有一組平波電抗器（200mH、500mH和1000mH）和一組續(xù)流二極及±300V的直流電壓表、±2A的直流電流表，兩表均為正負(fù)顯示。
22、DK04三相晶閘管集成觸發(fā)電路
提供三相晶閘管觸發(fā)電路、功放電路等，與DK03配套使用。設(shè)有觸發(fā)脈沖觀察孔、同步信號觀察孔、鋸齒波斜率調(diào)節(jié)觀察孔等。
23、DK05單相晶閘管觸發(fā)電路實驗
提供單結(jié)晶體管觸發(fā)電路、鋸齒波同步移相觸發(fā)電路、單相交流調(diào)壓觸發(fā)電路。
24、DK06-2電機(jī)調(diào)速控制實驗（Ⅰ）
提供以下模塊：給定（帶數(shù)顯）、調(diào)節(jié)器I、轉(zhuǎn)速變換（FBS）、調(diào)節(jié)器II、反號器（AR）、電流變換（FBC）。
25、DK07直流斬波實驗
根據(jù)西安交通大學(xué)王兆安教授和黃俊教授主編的《電力電子技術(shù)》(第四版)中相關(guān)的直流斬波內(nèi)容而設(shè)計的；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˙uck 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。
26、DK08給定及實驗器件
27、DK10可調(diào)電阻，電容箱
提供耐壓AC100V的可調(diào)電容三組，調(diào)節(jié)范圍為0.1-11.37uF，0-999KΩ十進(jìn)制可調(diào)電阻兩組。
28、DK12變壓器實驗
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），用于異步電機(jī)串級調(diào)速實驗和三相橋式、單相橋式有源逆變電路實驗；還設(shè)有三相不控整流電路等模塊。
29、DK13功率器件驅(qū)動電路實驗箱
主要是為完成新器件特性實驗提供驅(qū)動和保護(hù)電路，使學(xué)生了解電力電子新器件的驅(qū)動特性。主要包括電源、驅(qū)動電路、PWM波形發(fā)生器。
（1）電源：為驅(qū)動電路提供電源，包括+20V、±15V直流電源。
（2）驅(qū)動電路：包括MOSFET、IGBT的驅(qū)動電路。其中IGBT的驅(qū)動電路采用了專用芯片EXB841。
（3）PWM波形發(fā)生器：由SG3525為核心的PWM波形發(fā)生器主要為新器件驅(qū)動電路提供PWM驅(qū)動波形；可以通過頻率調(diào)節(jié)旋鈕進(jìn)行頻率調(diào)節(jié)；通過占空比電位器來調(diào)節(jié)PWM波的占空比頻率調(diào)節(jié)范圍4KHz～10KHz。
30、DK22 單相調(diào)壓/調(diào)功電路
31、DK19半橋型開關(guān)穩(wěn)壓電源
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。
32、DK14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。根據(jù)西安交通大學(xué)王兆安教授和黃俊教授主編的相關(guān)內(nèi)容而設(shè)計的，實現(xiàn)單相交流調(diào)壓和交流調(diào)功的實驗內(nèi)容。采用的電力電子器件為雙向晶閘管，在交流調(diào)壓實驗中采用由雙向觸發(fā)二極管構(gòu)成觸發(fā)控制電路；在交流調(diào)功實驗中采用由555時基電路組成觸發(fā)控制電路。
33、SG06實驗連接線
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，接觸優(yōu)良。
五、電機(jī)電力電子與交直流調(diào)速實驗臺可完成的實驗項目
（一） 電機(jī)及變壓器基礎(chǔ)實驗
1.1 直流電機(jī)
(1)電機(jī)認(rèn)知
(2)直流發(fā)電機(jī)
(3)直流并勵電動機(jī)
1.2 變壓器
(1)單相變壓器
(2)三相變壓器
(3)三相變壓器的聯(lián)接組和不對稱短路
(4)三相三繞組變壓器
(5)單相變壓器的并聯(lián)運行
(6)三相變壓器的并聯(lián)運行
1.3 異步電機(jī)
(1)三相鼠籠異步電動機(jī)的工作特性
(2)三相異步電動機(jī)的起動與調(diào)速
1.4 同步電機(jī)
(1)三相同步發(fā)電機(jī)的運行特性
(2)三相同步發(fā)電機(jī)的并網(wǎng)運行
(3)三相同步電動機(jī)
(4)三相同步電機(jī)參數(shù)的測定
1.5 電動機(jī)機(jī)械特性的測定
(1)直流他勵電動機(jī)在各種運轉(zhuǎn)狀態(tài)下的機(jī)械特性
(2)三相異步電動機(jī)在各種運行狀態(tài)下的機(jī)械特性
(3)三相異步電機(jī)M-S曲線測繪
（二） 電力電子及運動控制技術(shù)實驗
2.1電力電子器件的認(rèn)識實驗（參數(shù)、性能與波形的測定及驅(qū)動保護(hù)電路）
(1)晶閘管（SCR）的特性研究
(2)電力晶體管（GTR）的特性研究
(3)功率場效應(yīng)晶體管(MOSFET)的主要參數(shù)測量
(4)功率場效應(yīng)晶體管(MOSFET)的驅(qū)動電路研究（SG3525）
(5)絕緣柵雙極型晶體管(IGBT) 的主要參數(shù)測量
(6)絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)驅(qū)動電路的研究（EXB841）
2.2電力電子變流技術(shù)實驗
（1）單結(jié)晶體管觸發(fā)電路
（2）鋸齒波同步移相觸發(fā)電路實驗
（3）單相半波可控整流電路
（4）單相橋式半控整流電路
（5）單相橋式全控整流電路及有源逆變電路
（6）三相半波可控整流電路
（7）三相橋式半控整流電路
（8）三相橋式全控整流電路及有源逆變電路
（9）三相交流調(diào)壓電路
（10）單相交流調(diào)壓電路
（11）單相交流調(diào)功電路
（12）單相正弦波脈寬調(diào)制（SPWM）逆變電路實驗
（13）開關(guān)穩(wěn)壓電源的性能研究
（14）直流斬波電路（Buck、Cuk、Boost、Sepic、Buck-Boost、Zeta等六種電路）的性能研究
（三） 交直流調(diào)速實驗部分
3.1直流電機(jī)調(diào)速部分
（1）直流電機(jī)的開環(huán)調(diào)速
（2）直流調(diào)速單元的參數(shù)設(shè)置
（3）單閉環(huán)不可逆直流調(diào)速系統(tǒng)
（4）雙閉環(huán)不可逆直流調(diào)速系統(tǒng)
3.2交流電機(jī)調(diào)速部分
（1）雙閉環(huán)三相異步電機(jī)調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)
七、 裝置的配置清單
|
序 號 |
編 號 |
名 稱 |
數(shù)量 |
|
1 |
DQ01B |
電源控制屏 |
1套 |
|
2 |
DQ02 |
實驗桌 |
1張 |
|
3 |
DQ03-1 |
不銹鋼電機(jī)導(dǎo)軌、光碼盤測速系統(tǒng)（光電編碼器）及智能數(shù)顯轉(zhuǎn)速表 |
1件 |
|
4 |
DQ05 |
三相組式變壓器 |
1件 |
|
5 |
DQ09 |
直流并勵電動機(jī) |
1臺 |
|
6 |
DQ10 |
三相鼠籠式異步電動機(jī) |
1臺 |
|
7 |
DQ11 |
三相線繞異步電機(jī) |
1臺 |
|
8 |
GDQ12 |
三相線繞異步電機(jī)啟動調(diào)速電阻箱 |
1件 |
|
9 |
DQ14 |
三相同步電機(jī) |
1臺 |
|
10 |
DQ19 |
校正直流測功機(jī)（發(fā)電機(jī)） |
1臺 |
|
11 |
DQ22 |
直流數(shù)字電壓、毫安、安培表（三只表）（注：按實驗要求每套需配2件） |
2件 |
|
12 |
DQ23 |
真有效值交流電流表 |
1件 |
|
13 |
DQ24 |
真有效值交流電壓表 |
1件 |
|
14 |
DQ25 |
單/三相智能功率、功率因數(shù)表 |
1件 |
|
15 |
DQ26 |
三相可調(diào)電阻器（每組90Ω*2/1.3A） |
1件 |
|
16 |
DQ27 |
三相可調(diào)電阻器（每組900Ω*2/0.41A） |
1件 |
|
17 |
DQ28 |
三相可調(diào)電抗器 |
|
|
18 |
DQ29 |
可調(diào)電阻器、電容器90Ω*2/1.3A、900Ω*2/0.41A |
1件 |
|
19 |
DQ31C |
熔斷器及開關(guān)板 |
1件 |
|
20 |
DQ32 |
旋轉(zhuǎn)燈、并網(wǎng)開關(guān)、同步機(jī)勵磁電源 |
1件 |
|
21 |
DK03 |
晶閘管主電路 |
1件 |
|
22 |
DK04-1 |
三相晶閘管觸發(fā)電路 |
1件 |
|
23 |
DK05 |
單相晶閘管觸發(fā)電路 |
1件 |
|
24 |
DK06 |
DK06電機(jī)調(diào)速控制實驗（Ⅰ） |
1件 |
|
25 |
DK07 |
直流斬波電路 |
1件 |
|
26 |
DK08 |
給定及實驗器件 |
1件 |
|
27 |
DK10 |
可調(diào)電阻，電容 |
1件 |
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28 |
DK12 |
變壓器實驗 |
1件 |
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29 |
DK13 |
功率器件驅(qū)動電路實驗箱 |
1件 |
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30 |
DK22 |
單相交流調(diào)壓/調(diào)功電路 |
1件 |
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31 |
DK14 |
SPWM單相交直交變頻原理 |
1件 |
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32 |
DK19 |
半橋型開關(guān)穩(wěn)壓電源 |
1件 |
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33 |
SG05 |
實驗連接線及易損配件 |
1套 |
