电力电子运动控制及电机控制实验装置

(图1：实验设备结构参考图，具体以实物配置为准）

(图2：部分实验挂件及电机实物图片展示）

一、概述

MYDJ-33电力电子运动控制及电机控制实验装置依据高等院校最新统编教材《电力拖动自动控制系统》（第三版）(上海大学陈伯时编著)、《电力电子技术》(第五版)(西安交通大学王兆安编著)等实验大纲的要求，吸收国内、外同类产品的优点，充分考虑了实验室的现状和发展趋势，精心研制而成。在同类产品中结构合理、功能完善、可靠性好、性价比高。
二、特点
1、综合性强：本装置综合了目前国内各类学校电力电子、半导体变流、交直流调速、交流变频、电机控制、控制理论等实验项目。
2、适应性强：能满足各类学校相应课程的实验教学，深度和广度可根据需要作灵活调整，普及与提高可根据教学的进程作有机的结合，装置采用积木式结构，更换便捷，如需要扩展功能或开发新实验，只需添加部件即可。
3、整套性强：从专用电源、电机及其它实验部件到实验连接专用导线配套齐全，配套部件的性能、规格等均密切结合实验的需要进行配套。
4、直观性强：各实验挂件采用分隔结构形式，组件面板示意、图线分明，各挂件任务明确，操作、维护方便。
5、科学性强：装置占地面积少，节约实验用房，减少基建投资；配套的小电机均经特殊设计，可模拟中小型电机的特性和参数；小电机耗电省，节约能源，实验噪声小，整齐美观，改善实验环境；实验内容丰富，设计合理，除了加深理论知识外还可结合实际开设设计性实验。
6、开放性强：控制屏供电采用三相隔离变压器隔离，并设有电压型漏电保护装置和电流型漏电保护装置，确保操作者的安全；各电源输出均有监示及短路保护等功能，使用安全可靠；由于整套装置经过精心设计，加上可靠的元器件质量及可靠的工艺作为保障，产品性能优良，所有这些均为开放性实验室，创造了条件。
7、先进性强：本装置着重从新器件高度来考虑，在保留了晶闸管实验的基础上，加入了新器件的特性、新器件的驱动以及典型的新器件应用的大量现代电力电子技术实验，让学生对新器件有足够的认识和了解，紧跟时代步伐。
三、适用范围
本装置涵盖了各高等院校等所开设的“电力电子技术(或称半导体变流技术)"、“直流调速"、“交流调速"、“电机控制"、“电力拖动自动控制系统"及“控制理论"等专业课程所要求的实验项目。
四、技术性能
1、输入电源: 三相四线(或三相五线 380V±10％ 50HZ)
2、工作环境: 温度-10℃－+40℃ 相对湿度＜85％（25℃） 海拨＜4000m
3、装置容量：＜1.5KVA
4、外形尺寸：180×70×160 cm3

五、电力电子运动控制及电机控制实验装置的基本装备
1、DK01电源控制屏（铁质双层亚光密纹喷塑结构，铝质面板）
（1）交流电源（带有过流保护措施）
提供交流电源：三相交流电220V/3A，采用安全隔离变压器输出，带有短路保护措施。

三相同步变压器一组，电压AC380V//3*15V 。

（2）高压直流电源

励磁电源：220V（0.5A），具有输出短路保护。

（3）指示及测量仪表
1．交流数字电压表1只：可通过其下方的波段开关切换指示三相电网输入线电压；
2．智能交流电压表1只:测量范围：0-1000V,设置1V/10V/100V/1000V四量程，六位数码显示测量值。仪表采用现代化技术，数码中文显示，具备智能化、数字化，上位机通讯功能，通过按键能够对仪表进行设置操作,量程手动、自动切换模式、校准、调零、滤波级数设置、通信地址设置、超量程自动报警提示及保护等功能。硬件部分整体性强，集成度高，采用表贴工艺制作，工业塑料外壳，面板嵌入安装，使用稳定，容易更换和升级维护。
3．智能交流电流表1只：测量范围：0-5A, 设置10mA/500mA/5A三档量程，六位数码显示测量值。仪表采用现代化技术，数码中文显示，具备智能化、数字化，上位机通讯功能，通过按键能够对仪表进行设置操作,量程手动、自动切换模式、校准、调零、滤波级数设置、通信地址设置、超量程自动报警提示及保护等功能。硬件部分整体性强，集成度高，采用表贴工艺制作，工业塑料外壳，面板嵌入安装，使用稳定，容易更换和升级维护。

4．直流数字电压表一只：测量范围0～500V，三位半数显，输入阻抗为10MΩ，精度0.5级，为调速系统提供电压指示；
5．直流数字电流表一只：测量范围为0～5A，三位半数显，精度0.5级，为调速系统提供电流指示。

（4）人身安全保护体系
1）三相隔离变压器一组：三相电源首先通过三相漏电保护器，然后经钥匙开关、接触器到隔离变压器，使输出与电网隔离（浮地设计），对人身安全起到一定的保护作用。
2）电流型漏电保护装置：控制屏若有漏电现象，漏电流超过一定值，即切断电源。

3）实验连接线及插座：强、弱电连接及插座分开，不能混插。

4）强电连接线及插座采用全封闭工艺，使用安全、可靠、防触电。
（5）控制屏其它设施
控制屏正面大凹槽内，设有两根钢管，可挂置实验部件，凹槽底部设有3芯插座， 挂件的供电由这些插座提供。控制屏两边设有单相三极220V电源插座及三相四极380V电源插座，还设有实验台照明用的40W日光灯一盏。

（6）实验室智慧用电安全控制系统

智能电源管理系统具有过温、短路、过流、过压、欠压、失压、功率限定；电源具有一键锁定功能，处理故障时，防止漏电保护器合闸，造成触电危险；电源具有故障锁定功能，发生故障导致跳闸时，不能人为上电，只能通过远程清除故障后，才能上电成功；能通过无线4G和有线以太网与手机APP和PC端云平台通讯，没有网络的情况下，教室整套智能电源管理系统可离线独立运行。

2、DK02实验桌
实验桌为铁质双层亚光密纹喷塑结构，桌面为防火、防水、耐磨高密度板,结构坚固，形状似长方体封闭式结构，造形美观大方；设有两个大抽屉、柜门，用于放置工具、存放挂件及资料等。桌面用于安装电源控制屏并提供一个宽敞舒适的工作台面。实验桌还设有四个万向轮和四个固定调节机构，便于移动和固定，有利于实验室的布局。
3、DQ03-1固定电机导轨、测速系统及智能数显转速表

4、DQ27三相可调电阻（每组900Ω×2/0.41A）
5、DK03晶闸管主电路

提供12只5A/1000V的晶闸管，每只晶闸管均设有RC吸收和保险丝保护装置，晶闸管可通过外加触发信号进行触发（留有触发脉冲输入接口），可更好的完成设计性实验。设有带镜面精密指针式直流电压表±300V，精度1.0级带镜面直流电流表±2A，精度1.0级各一只和平波电抗器一组。

6、DK04三相晶闸管触发电路
提供三相触发电路、功放电路，脉冲变压器等，与“DK03"配套使用。
7、DK05晶闸管触发电路实验
提供单结晶体管、锯齿波同步移向、正弦波同步移向触发电路，KC05单相交流调压，西门子TCA785集成触发电路等。

8、DK06电机调速控制实验（Ⅰ）
提供以下模块：电流反馈与过流保护（FBC+FA）、给定器（G）、转速变换器（FBS）、速度调节器（ASR）、反号器（AR）、电流调节器（ACR）等。

9、DK06-1 电机调速控制电路（II）

提供以下模块：零电平检测（DPZ）、转矩极性鉴别（DPT）、逻辑控制（DLC）。

10、DK07直流斩波实验

根据西安交通大学王兆安教授和黄俊教授主编的《电力电子技术》(第五版)中相关的直流斩波内容而设计的；提供组成直流斩波电路所需的元器件和采用专用的PWM控制集成电路SG3525。可完成教材中降压斩波电路（Buck Chopper）、升压斩波电路（Boost Chopper）、升降压斩波电路（Boost -Buck Chopper）、Cuk斩波电路、Sepic斩波电路、Zeta斩波电路六种典型实验。

11、DK09新器件特性实验

提供SCR、MOSFET、IGBT、GTO 、GTR新器件，可完成电力电子新器件特性实验。

12、DK10可调电阻、电容箱
 提供耐压AC63V的可调电容三组，调节范围为0.1～11.37µF，0～999kΩ十进制可调电阻两组；供电流调节器，速度调节器反馈回路使用，可灵活改变调节器的放大倍数及积分时间。

13、DK11单相调压与可调负载

提供了一只0～250V/0.5KVA单相交流自耦调压器，为相应的实验提供可调电源；一个整流滤波电路以及0～90Ω/1.3A（串联）或0～45Ω/2.6A（并联）瓷盘可调电阻，为相应的实验提供一个可调的阻性负载。
14、DK12变压器实验
提供三相芯式变压器一个（该变压器有2套副边绕组，原、副边绕组的电压为127V/63.6V/31.8V），用于异步电机串级调速实验和三相桥式、单相桥式有源逆变电路实验；还设有三相不控整流电路等模块。

15、DK13功率器件驱动与保护电路

主要是为完成新器件特性实验提供电源、驱动电路及PWM波形发生器。
（1）电源：为驱动电路提供电源，包括±5V、±15V和+20V直流电源。
（2）驱动电路：包括GTO 和 GTR， MOSFET和IGBT的驱动电路。其中IGBT的驱动电路采用专用芯片EXB841，其它的由运放、门电路及分立元件组成。
（3）PWM波形发生器：以SG3525为核心的PWM波形发生器主要是为新器件驱动电路提供PWM驱动波形，可以通过频率调节旋钮进行频率调节；通过占空比电位器来调节PWM波的占空比。频率范围分为2挡，通过钮子开关切换，高频档是为MOSFET和IGBT驱动电路提供PWM波形，频率调节范围4KHz～10KHz；低频档是为GTR和GTO驱动电路提供PWM波形，频率调节范围400Hz～1KHz；占空比可从　0%调至100%。
16、DK14单相交直交变频原理
根据普通高等教育"九五"重点教材王兆安，黄俊主编的《电力电子技术》（第四版）的内容进行开发。用于展示交直交变频原理，主要让学生了解SPWM正弦波脉宽调制信号的形成方法，了解IGBT管专用集成驱动芯片的特点及其使用，能完成如下实验项目： 
1）SPWM波形成的过程；
2）交直交变频电路在不同负载（电阻，电感）时的工作情况和波形，并研究工作频率对电路工作波形的影响；
3）IGBT管专用集成驱动芯片的工作特性。 

17、DK17双闭环H桥DC/DC变换直流脉宽调速系统

通过对四个桥臂上IGBT管的触发控制，来实现对可逆直流他励电机进行调速的目的，主要由三大部分组成，即主回路部分、控制电路部分和调节部分。主回路由直流电源、四种IGBT管组成；控制回路部分由专用芯片产生PWM脉冲波，PWM波脉冲发生器产生的四路控制脉冲，分别驱动四个桥臂的IGBT管；调节部 分由两个PI调节器组成，并通过速度环、电流环构成的反馈回路使电机的转速稳定运行在给定的转速下。本实验箱可完成的实验项目有：（1）、全桥DC/DC 变换电路实验（2）双闭环可逆直流脉宽调速实验。

18、DK19半桥型开关稳压电源
提供了半桥型开关稳压电源的主电路和控制电路，主电路的电力电子器件为电力MOSFET管；控制电路采用专用PWM控制集成电路SG3525，采用恒频脉宽调制控制方案。可完成“开关电路在开环与闭环下负载特性的测试"以及“电源电压波动对输出的影响"等实验内容。

19、DK21斩控式交流调压电路 

根据西安交通大学王兆安教授和黄俊教授主编的《电力电子技术》（第五版）相关内容而设计，采用全控型器件 IGBT 管实现 “ 斩控式交流调压实验 " 。

20、DQ07-1直流复励发电机（Un=DC200V，IN=0.5A，PN=100W，n=1500RPM，绝缘等级E）

21、DQ09直流并励电动机 （Un=DC220V ， IN=1.1A ，PN=185W ， n=1500RPM ，绝缘等级E ）

22、DQ11三相线绕式异步电动机（AC220V，接法 Y，转速 1380RPM，功率100W ,电流0.6A，绝缘等级E）

23、GDQ12线绕式异步电机起动与调速电阻箱

提供0、2、5、15的三相绕线异步电动机转子起动、调速电阻一组。

24、SY06实验连接线：

根据不同实验项目的特点，配备两种不同的实验联接线，强电部分采用高可靠护套结构连接线（不存在任何触电的可能），里面采用无氧铜抽丝而成头发丝般细的多股线，达到超软目的，外包丁晴聚氯乙烯绝缘层，具有柔软、耐压高、强度大、防硬化、韧性好等优点，插头采用实芯铜质件外套铍轻铜弹片，接触安全可靠；弱电部分采用弹性铍轻铜裸露结构联接线，两种导线都只能配合相应内孔的插座，这样大大提高了实验的安全及合理性。

★25、透明型电力电子应用创新实训模块：(全室配1套，便于学生对电力电子器件及电路的直观认识）

电力电子应用创新实训模块底盒使用190mm×145mm，124mm×145mm两种开模有机透明封闭塑料底盒，模块面板采用蓝色印制电路板PCB工艺，可以直观看到器件的实物及相关的原理图。对于高压电路安装在面板背面，或者通过双圈接线柱引出接口，透过透明底盒能够看到器件实物，方便感性认识。

包含三相同步信号电路单元模块、TC787AP三相集成脉冲触发电路模块（设有单双脉冲切换开关，输出开关，移相电位器等）、六路功率三极管BU406及灌封脉冲变压器隔离的脉冲输出电路，PWM脉冲发生器及四路功率桥功率输出电路、二极管整流电路、四路IGBT功率桥电路及LEM电流传感器检测电路、三相晶闸管整流电路、基于DSP的三相异步电机IPM逆变调速模块电路（矢量控制）、变频调速按键与LED显示电路模块，交流电压检测仪表、交流电流检测仪表、直流电压和电流检测仪表等。

本套件可完成单相半波不控整流电路实训，单相全桥不控整流电路实训，三相晶闸管触发电路实训，三相半波整流电路实训，三相半控桥式整流电路实训，三相桥式整流电路实训，三相交流调压电路实训，DC/DC 全桥IGBT整流电路实训，直流电机H桥IGBT可逆调速电路实训，交流电机矢量变频调速电路实训等。

六、本装置能开设的实验项目

（一）电力电子技术（晶闸管部分）

1．单结晶体管触发电路

2．正弦波同步移相触发电路实验

3．锯齿波同步移相触发电路实验

4．西门子TCA785集成触发电路实验

5．单相半波可控整流电路实验

6．单相桥式半控整流电路实验

7．单相桥式全控整流电路实验

8．单相桥式有源逆变电路实验

9．三相半波可控整流电路的研究

10．晶闸管三相半波有源逆变电路的研究

11．三相桥式半控整流电路实验

12．三相桥式全控整流及有源逆变电路实验

13．单相交流调压电路实验

14．三相交流调压电路实验

（二）电力电子技术（器件特性与驱动保护部分）

1.单向晶闸管（SCR）特性实验

2.功率场效应管（MOSFET）特性实验 
3.功率晶体管（GTR）特性实验 
4.绝缘双极性晶体管（IGBT）特性实验 
5.功率场效应管（MOSFET）驱动与保护电路实验 
6.功率晶体管（GTR）驱动与保护电路实验 
7.绝缘双极性晶体管（IGBT）驱动与保护电路实验 

（三）电力电子技术（全控型器件典型线路部分）

1．直流斩波电路（Buck、Cuk、Boost、Sepic、Buck-Boost、Zeta等六种电路）的性能研究

2．SPWM单相交直交变频电路的性能研究

3.半桥型稳压电源的性能研究

4.斩控式交流调压电路 

5.全桥DC/DC变换

（四）直流调速实验

1．晶闸管直流调速主要单元的调试

2．不可逆单闭环直流调速系统静特性的研究

3．带电流截止负反馈的转速单闭环不可逆直流调速系统

4．转速，电流双闭环晶闸管不可逆直流调速系统

5.双闭环控制的直流脉宽调速系统（H桥、IGBT）

（五）交流电机调速系统实验（交流电机运动控制系统）
1．双闭环三相绕线异步电机调压调速系统实验
2．双闭环三相绕线异步电机串极调速系统实验

（六）、电力电子透明元件盒创新实训

本套件可完成单相半波不控整流电路实训，单相全桥不控整流电路实训，三相晶闸管触发电路实训，三相半波整流电路实训，三相半控桥式整流电路实训，三相桥式整流电路实训，三相交流调压电路实训，DC/DC全桥IGBT整流电路实训，直流电机H桥IGBT可逆调速电路实训，交流电机矢量变频调速电路实训等。

（七）电机与变压器教学仿真软件实验

包括功率电机、控制电机、信号电机和变压器4个实训单元。

1.功率电机

包括电单相异步电动机、三相异步电动机、直线电机、直流电动机、交直流两用电动机 5 个实训项目。

2.控制电机

包括步进电机、伺服电机、直流无刷电机、开关磁阻电机 4 个实训项目。

3.信号电机

信号电机包括测速发电机、自整角机、旋转变压器 3 个实训项目。

4.变压器

单相变压器、三相变压器、电流互感器、电压互感器、自耦变压器、电焊变压器 6 个实训项目。

5.电力拖动3D仿真教学实训

七、 装置配置清单