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JSDL-2型電力電子及電力拖動技術(shù)實驗臺
一、概述
“JSDL-2型電力電子技術(shù)實驗裝置”依據(jù)高等院校統(tǒng)編教材《電力電子技術(shù)》(第五版)(西安交通大學(xué)王兆安編著)、《電力拖動自動控制系統(tǒng)》（第三版）(上海大學(xué)陳伯時編著)等實驗大綱的要求，并考慮了實驗室的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢研制。
二、特點
1、綜合性強 本裝置綜合了目前國內(nèi)各類學(xué)校電力電子、半導(dǎo)體變流、交直流調(diào)速、交流變頻、電機控制、控制理論等實驗項目。
2、能滿足各類學(xué)校相應(yīng)課程的實驗教學(xué)，深度和廣度可根據(jù)需要作靈活調(diào)整，普及與提高可根據(jù)教學(xué)的進程作有機的結(jié)合，裝置采用積木式結(jié)構(gòu)，更換便捷，如需要擴展功能或開發(fā)新實驗，只需添加部件即可。
3、整套性強 從專用電源、電機及其它實驗部件到實驗連接專用導(dǎo)線配套齊全，配套部件的性能、規(guī)格等均密切結(jié)合實驗的需要進行配套。
4、直觀性強 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、維護方便。
5、科學(xué)性強 裝置占地面積少，節(jié)約實驗用房，減少基建投資；配套的小電機均經(jīng)特殊設(shè)計，可模擬中小型電機的特性和參數(shù)；小電機耗電省，節(jié)約能源，實驗噪聲小，整齊美觀，改善實驗環(huán)境；實驗內(nèi)容豐富，設(shè)計合理，除了加深理論知識外還可結(jié)合實際開設(shè)設(shè)計性實驗。
6、開放性強 控制屏供電采用三相隔離變壓器隔離，并設(shè)有電壓型漏電保護裝置和電流型漏電保護裝置，確保操作者的安全；各電源輸出均有監(jiān)示及短路保護等功能，各測量儀表均有可靠的保護功能，使用安全可靠；整套裝置經(jīng)過精心設(shè)計，加上可靠的元器件質(zhì)量及可靠的工藝作為保障，產(chǎn)品性能優(yōu)良。
7、本裝置在保留了晶閘管實驗的基礎(chǔ)上，加入了新器件的特性、新器件的驅(qū)動以及新器件應(yīng)用的大量現(xiàn)代電力電子技術(shù)實驗，讓學(xué)生對新器件有足夠的認識和了解。
三、實驗臺基本結(jié)構(gòu)及綜合保護功能
實驗臺殼體全部采用鋼板制作、激光下料、數(shù)控折彎，經(jīng)噴砂除油后噴塑處理，面板采用鋁板印字工藝，美觀耐用、永不變色。實驗臺設(shè)計時充分考慮了使用群體的特殊性，在人身安全設(shè)備安全方面設(shè)置了多種保護措施、形成一套完整的保護系統(tǒng)，如漏電、電源短路及過載、儀表超量程等等都具有保護功能。能滿足開展電力電子、電工電子、電機調(diào)速、電氣控制等多學(xué)科教學(xué)實驗的開放性要求。實驗臺控制屏采用鐵質(zhì)雙面亞光密紋噴塑結(jié)構(gòu)，2mm厚鋁面板，采用鋁板印字工藝。實驗桌采用全鋼結(jié)構(gòu)，桌面采用1.5mm厚鋼板機制而成，強度和壽命是高密度板的幾十倍，桌體設(shè)有兩個大抽屜，無聲導(dǎo)軌安裝，用于放置工具及資料，實驗桌聯(lián)體設(shè)計，實驗桌下方設(shè)有元件儲存柜、可以放置多余的實驗?zāi)K，底層設(shè)有四個帶剎車的輪子，便于移動和固定，造型美觀大方。
整機綜合保護裝置：這是我公司研制的一款實驗臺專用的綜合保護裝置，能夠?qū)嶒炁_的過壓、漏電、過流、短路做到100%的有效保護。能夠?qū)崟r監(jiān)測實驗臺內(nèi)部是否存在故障，如有涉及人身安全或損壞設(shè)備的故障發(fā)生，系統(tǒng)會馬上保護并發(fā)出相應(yīng)的保護報警信息。
綜合保護裝置主要具有以下幾項功能：
1、過壓保護：實驗臺電源經(jīng)電源線、實驗臺總電源開關(guān)、進入實驗臺綜合保護裝置。當(dāng)電網(wǎng)電壓出現(xiàn)過壓時（例如零火線接錯、三相電不平衡等因素）系統(tǒng)能夠及時發(fā)出保護指令，切斷各種用電設(shè)備的電源，包括實驗臺內(nèi)部的用電設(shè)備（例如智能儀表、信號源、調(diào)壓器等等）和插在實驗臺上的示波器、電腦等設(shè)備。并在控制面板上輸出相應(yīng)的聲光報警信號，過壓消除后自動恢復(fù)正常工作。
2、雙重漏電保護：實驗臺配置電流型漏電保護裝置，采用零序電流互感器實時監(jiān)測剩余電流（即漏電電流），一旦超過設(shè)定值，裝置能在0.1S內(nèi)斷開電源，符合IEC61009-1國家標(biāo)準(zhǔn)。實驗臺配置電壓型漏電保護裝置，該裝置實時監(jiān)測機殼電壓，一旦電壓超過設(shè)定值，系統(tǒng)會立刻切斷輸出電源，并在控制面板上輸出相應(yīng)的聲光報警信號，漏電消除后自動恢復(fù)正常工作。
3、過流、短路保護：實驗臺上都配有三相電源，其特點是電壓高、電壓可調(diào)、電流輸出能力強，在實驗過程中不可避免的會發(fā)生過載、短路，若果沒有一個有效的保護裝置，就會造成設(shè)備損壞甚者引起火災(zāi)。保險絲具有低成本、高可靠性、一次性的特點，但是用在實驗臺上更換是個很大的麻煩，尤其是實驗臺數(shù)量多、人員多，有時玻璃管保險絲還會碎在保險管座內(nèi)，給實驗帶來很大的麻煩。電流互感器更夠隔離強電，采集電流信號，但是在做半波整流輸出時，電源輸出的是直流電流，互感器只能耦合交流信號，此時保護失效。斷路保護器在低壓時保護失效。為此我公司研制了“電子保險”，結(jié)合綜合保護裝置，能夠在任何電壓值、任何形式的電流（交流、直流、半波等），只要達到設(shè)定值系統(tǒng)會立刻切斷電源，保護100%有效，并在控制面板上輸出相應(yīng)的聲光報警信號，故障消除后，按復(fù)位按鍵恢復(fù)正常工作。
4、浪涌保護：系統(tǒng)在多處設(shè)有TVS管，能夠有效吸收電網(wǎng)或自身生產(chǎn)的浪涌電壓或電流，能夠有效保護自身電路正常有效工作。
5、自我診斷功能：系統(tǒng)在接通電源的第一刻，就會檢測是否有漏電、過壓及內(nèi)部故障，若果有問題會發(fā)出報警信息，并切斷相應(yīng)的供電，以保證設(shè)備和人員安全。
6、系統(tǒng)預(yù)留接口：系統(tǒng)預(yù)留無線、遠程控制接口，可以我公司實驗室無線控制系統(tǒng)直接連接，可以和網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)連接，各種報警信號均可以輸出給第二系統(tǒng)。
7、 三相隔離變壓器一組：使輸出與電網(wǎng)隔離（浮地設(shè)計），對人身安全起到一定的保護作用。
四、適用范圍
本裝置涵蓋了各高等院校等所開設(shè)的“電力電子技術(shù)(或稱半導(dǎo)體變流技術(shù))”、“直流調(diào)速”、“交流調(diào)速”、“電機控制”、“電力拖動自動控制系統(tǒng)”及“控制理論”等專業(yè)課程所要求的實驗項目。
五、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℃） 海撥＜4000m
3、裝置容量：＜1.5KVA
4、外形尺寸：187×70×158
cm3
六、裝置的基本裝備
1、DL01電源控制屏（鐵質(zhì)雙層亞光密紋噴塑結(jié)構(gòu)，鋁質(zhì)面板）
（1）交流電源
A、提供交流電源：直流調(diào)速檔為三相交流電 200V/3A(單相115V）
交流調(diào)速檔為三相交流電 240V/3A（單相139V）
B、電壓輸出指示：采用三個指針式電壓表，分別指示三相電壓的輸出狀態(tài)。
C、過流、短路保護：實驗臺上都配有三相電源，其特點是電壓高、電壓可調(diào)、電流輸出能力強，在實驗過程中不可避免的會發(fā)生過載、短路，若果沒有一個有效的保護裝置，就會造成設(shè)備損壞甚者引起火災(zāi)。保險絲具有低成本、高可靠性、一次性的特點，但是用在實驗臺上更換是個很大的麻煩，尤其是實驗臺數(shù)量多、人員多，有時玻璃管保險絲還會碎在保險管座內(nèi)，給實驗帶來很大的麻煩。電流互感器更夠隔離強電，采集電流信號，但是在做半波整流輸出時，電源輸出的是直流電流，互感器只能耦合交流信號，此時保護失效。斷路保護器在低壓時保護失效。為此我公司研制了“電子保險”，結(jié)合綜合保護裝置，能夠在任何電壓值、任何形式的電流（交流、直流、半波等），只要達到設(shè)定值系統(tǒng)會立刻切斷電源，保護100%有效，并在控制面板上輸出相應(yīng)的聲光報警信號，故障消除后，按復(fù)位按鍵恢復(fù)正常工作。
（2） 勵磁電源：
采用IGBT及PWM脈寬調(diào)制控制方式，輸出穩(wěn)壓值：220V連續(xù)調(diào)節(jié)設(shè)定，輸出電流:0.5A，具有恒壓輸出、,過流保護,過壓保護,過溫保護。安裝有數(shù)字表頭實時顯示輸出電流。
（3）數(shù)字式儀表
A、智能交直流（兩用）電壓表：（兩塊或根據(jù)用戶數(shù)量安裝）
六位LED（默認紅色）數(shù)碼管顯示（第一位顯示測量性質(zhì)，正/負/交流，后五位顯示測量數(shù)值），輸入阻抗≥10MΩ。量程分別為10V（最大顯示9.9999）、100V（最大顯示99.999）、500V（最大顯示500.00），通過人機界面可以設(shè)置換檔模式（手動或自動）、具有軟件調(diào)零、軟件校準(zhǔn)功能、通訊地址設(shè)置、濾波級數(shù)設(shè)置、顯示按鍵檢測、測量性質(zhì)設(shè)置（交流、直流、自動判斷）、超量程報警等功能。帶有標(biāo)準(zhǔn)雙向串行通訊接口：RS485；采用標(biāo)準(zhǔn)MODBUS－RTU通訊協(xié)議。工業(yè)塑料外殼、嵌入式安裝，交流220V直接供電。
B、智能交直流（兩用）電流表：（兩塊或根據(jù)用戶數(shù)量安裝）
六位LED（默認紅色）數(shù)碼管顯示（第一位顯示測量性質(zhì)，正/負/交流，后五位顯示測量數(shù)值），輸入阻抗≤100mΩ。量程分別為50.000mA、500.00mA、5000.0 mA，通過人機界面可以設(shè)置換檔模式（手動或自動）、具有軟件調(diào)零、軟件校準(zhǔn)功能、通訊地址設(shè)置、濾波級數(shù)設(shè)置、顯示按鍵檢測、測量性質(zhì)設(shè)置（交流、直流、自動判斷）、超量程報警等功能。帶有標(biāo)準(zhǔn)雙向串行通訊接口：RS485；采用標(biāo)準(zhǔn)MODBUS－RTU通訊協(xié)議。工業(yè)塑料外殼、嵌入式安裝，交流220V直接供電。
（4）指針式儀表
設(shè)有帶鏡面精密指針式直流電壓表±300V一塊，精度1.0級帶鏡面直流電流表±3A一塊。
（5）控制屏其它設(shè)施
控制屏正面大凹槽內(nèi)，設(shè)有一根鋼管，可掛置實驗部件，凹槽底部設(shè)有3芯插座， 掛件的供電由這些插座提供。控制屏兩邊設(shè)有單相三極220V電源插座及三相四極380V電源插座，還設(shè)有實驗臺照明用的40W日光燈一盞。
2、DL47－1固定電機導(dǎo)軌、測速系統(tǒng)及智能數(shù)顯轉(zhuǎn)速表
3、DL09三相可調(diào)電阻（每組900Ω×2/0.41A）
4、DL08晶閘管主電路
提供12只5A/1000V的晶閘管，分成正、反橋兩組，每只晶閘管均設(shè)有保護裝置，正、反橋晶閘管可通過外加信號進行觸發(fā)（實驗箱內(nèi)含有三相觸發(fā)電路、功放電路，并留有多種波形觀察專用孔），可更好的完成各種實驗；還配有一個單相調(diào)功觸發(fā)電路和平波電抗器一組。
5、DL09晶閘管觸發(fā)電路實驗
提供單結(jié)晶體管觸發(fā)電路、正弦波同步移相觸發(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)電路及TC785集成觸發(fā)電路共五種觸發(fā)電路。
8、DL05電機調(diào)速控制實驗
提供以下模塊：給定（帶指示）、(ASR)速度調(diào)節(jié)器、(DPZ)零電流檢測、(AR)反號器、(DPT)轉(zhuǎn)矩極性鑒別、(FBS)轉(zhuǎn)速變換、(DLC)邏輯變換。(ACR)電流調(diào)節(jié)器
9、DL23直流斬波電路
主要由斬波器觸發(fā)電路及斬波主電路兩大部分組成。
10、DL11給定及實驗器件
提供給定（±15V可調(diào)電壓輸出）、壓敏電阻（作為過壓保護元件，內(nèi)部已連成三角形接法）、二極管等。
11、DL10新器件特性實驗
提供SCR、MOSFET、IGBT、GTO 、GTR新器件，與DL22配套使用，可測定其特性曲線；與DJK12配套使用，可完成電力電子新器件的驅(qū)動特性實驗。
12、DL04可調(diào)電阻、電容箱
提供耐壓AC63V的可調(diào)電容三組，調(diào)節(jié)范圍為0.1～11.37uF。
12、DL03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220V/110V），用于異步電機串級調(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一組。
13、DL22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±5V、+20V、±15V直流電源。
（2）驅(qū)動電路：包括MOSFET、IGBT、GTR和GTO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；頻率范圍分為2擋，通過鈕子開關(guān)切換，高頻檔是為MOSFET和IGBT驅(qū)動電路提供PWM波形，頻率調(diào)節(jié)范圍4KHz～10KHz；低頻檔是為GTR和GTO驅(qū)動電路提供PWM波形，頻率調(diào)節(jié)范圍400Hz～1KHz；占空比均能從0%調(diào)至100%。
14、DL17單相交直交變頻原理
根據(jù)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(shù)》(第四版)的相關(guān)內(nèi)容進行開發(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載（電阻，電感和電機）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(qū)動芯片的工作特性。
15、DL14雙閉環(huán)H橋DC/DC變換直流調(diào)速系統(tǒng)
通過對四個橋臂上IGBT管的觸發(fā)控制，來實現(xiàn)對可逆直流他勵電機進行調(diào)速的目的，主要由三大部分組成，即主回路部分、控制電路部分和調(diào)節(jié)部分。主回路由直流電源、四種IGBT管組成；控制回路部分由專用芯片產(chǎn)生PWM脈沖波，PWM波脈沖發(fā)生器產(chǎn)生的四路控制脈沖，分別驅(qū)動四個橋臂的IGBT管；調(diào)節(jié)部分由兩個PI調(diào)節(jié)器組成，并通過速度環(huán)、電流環(huán)構(gòu)成的反饋回路使電機的轉(zhuǎn)速穩(wěn)定運行在給定的轉(zhuǎn)速下。本實驗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(huán)可逆直流脈寬調(diào)速實驗。
16、DL13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?？赏瓿?/span>“開關(guān)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(nèi)容。
17、直流發(fā)電機(240W)
18、直流并勵電動機（180W )
19、三相線繞式異步電動機
20、線繞式異步電機轉(zhuǎn)子專用箱
21、 三相異步電機變頻調(diào)速系統(tǒng)
提供三菱變頻器D720-0.4KW變頻器1只，設(shè)有調(diào)速電位器一只，接線端子引出到面板。
22、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(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(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。
六、本裝置能開設(shè)的實驗項目
（一）基本實驗
1、單結(jié)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、單相半波可控整流電路實驗
5、單相橋式半控整流電路實驗；
6、單相橋式全控整流及有源逆變電路實驗；
7、三相半波可控整流電路的研究；
8、三相橋式半控整流電路實驗；
9、三相半波有源逆變電路的實驗；
10、三相橋式全控整流及有源逆變電路實驗；
11、單相交流調(diào)壓實驗電路；
12、單相交流調(diào)功電路；
13、三相交流調(diào)壓實驗電路；
14、晶閘管直流斬波電路實驗；
15、單向晶閘管（SCR）特性研究；
16、可關(guān)斷晶閘管（GTO）特性研究；
17、場效應(yīng)管（MOSFET）特性研究；
18、電力晶體管（GTR）特性研究；
19、絕緣雙極型晶體管(IGBT)特性研究；
20、功率場效應(yīng)管(MOSFET)驅(qū)動電路研究；
21、電力晶體管(GTR)驅(qū)動電路研究；
22、絕緣雙極型晶體管(IGBT)驅(qū)動電路研究；
23、可關(guān)斷晶閘管（GTO）驅(qū)動電路研究；
（二）電力電子器件典型線路實驗
1、半橋型脈寬調(diào)制開關(guān)穩(wěn)壓電源電路研究；
2、直流斬波電路(六種電路)性能的研究；
3、采用自關(guān)斷器件的單相交流調(diào)壓實驗；
4、單相正弦波脈寬調(diào)制(SPWM)逆變電路實驗；
5、全橋DC／DC變換電路實驗；
6、半橋DC/DC變換電路實驗
（三）直流調(diào)速實驗項目
1、晶閘管直流調(diào)速系統(tǒng)參數(shù)和環(huán)節(jié)特性的測定的研究；
2、晶閘管直流調(diào)速系統(tǒng)各主要單元的研究；
3、單閉環(huán)晶閘管不可逆直流調(diào)速系統(tǒng)靜特性的研究；
4、雙閉環(huán)晶閘管不可逆直流調(diào)速系統(tǒng)；
5、邏輯無環(huán)流可逆直流調(diào)速系統(tǒng)；
（四）變頻調(diào)速實驗
1、三相異步電機變頻調(diào)速實驗；
2、單相交-直-交變頻原理實驗
（五）交流調(diào)速實驗項目
1、雙閉環(huán)三相異步電動機電動機調(diào)壓調(diào)速；
2、雙閉環(huán)三相異步電動機串級調(diào)速；
3、單相交-直-交變頻調(diào)速控制實驗
4、三相空間電壓矢量SVPWM電機控制實驗
①變頻器的參數(shù)設(shè)定與操作
②變頻器的面板控制
③變頻器的電位器控制
④變頻器的電壓控制
⑤變頻器的多段速控制
