開放實(shí)驗(yàn)室電力電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)臺(tái)

來源：作者：發(fā)布時(shí)間：2016-12-13 11:11:33

開放實(shí)驗(yàn)室電力電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)臺(tái)

一、概述

本設(shè)備依據(jù)西安交通大學(xué)王兆安編著的《電力電子技術(shù)》（第五版）、《半導(dǎo)體變流技術(shù)》《電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)》教材實(shí)驗(yàn)大綱的要求，吸收國內(nèi)、外同類產(chǎn)品的優(yōu)點(diǎn)，充分考慮了實(shí)驗(yàn)室的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)，在外形、功能上進(jìn)行優(yōu)化組合，精心研制而成。

二、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)”、“半導(dǎo)體變流技術(shù)”等專業(yè)課程所要求的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。

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(duì)濕度＜85％（25℃）海撥＜4000m

3、裝置容量：＜1000W

4、外形尺寸：155×79.5×147 cm3

四、裝置的配置介紹

1、DX-01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（帶有過流保護(hù)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(hù)。

（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(guān)切換指示三相電網(wǎng)輸入線電壓，精度1.0級(jí)；

2．真有效值交流數(shù)字電壓表一只：測(cè)量范圍0～500V，量程自動(dòng)判斷、自動(dòng)切換，精度0.5級(jí)，三位半數(shù)顯，為交流調(diào)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(cè)量范圍0～5A，量程自動(dòng)判斷、自動(dòng)切換，精度0.5級(jí)，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(diào)速系統(tǒng)提供電流的指示；

4．直流數(shù)字電壓表一只：測(cè)量范圍0～300V，三位半數(shù)顯，輸入阻抗為10MΩ，精度0.5級(jí)；

5．直流數(shù)字電流表一只：測(cè)量范圍0～5A，三位半數(shù)顯，精度0.5級(jí)，具有超量程報(bào)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(cè)量范圍0～±300V，為中零式，精度為1.0級(jí)）直流電流表（測(cè)量范圍0～±2A，為中零式，精度為1.0級(jí)）

（5）三相可調(diào)電阻（90Ω×2/0.41A一個(gè) 、900Ω×2/0.41A兩個(gè)）

（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(diào)電壓輸出，帶數(shù)顯，指示輸出電壓。

（8）單相調(diào)壓：提供了一只0～250V/0.5KVA單相交流自耦調(diào)壓器，為相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)提供可調(diào)交流電源，并帶過流保護(hù)。

（9）三相整流濾波電路：可對(duì)單相及三相交流電源進(jìn)行整流和濾波，具有輸出短路保護(hù)。

（10）變壓器：提供三相芯式變壓器一個(gè)（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(shí)驗(yàn)。

（11）人身安全保護(hù)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(hù)器，然后經(jīng)鑰匙開關(guān)、接觸器到隔離變壓器，使主電路輸出與電網(wǎng)隔離（浮地設(shè)計(jì)），對(duì)人身安全起到一定的保護(hù)作用。

電流型漏電保護(hù)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(shí)驗(yàn)連接線及插座：強(qiáng)、弱電連接及插座分開，不能混插。強(qiáng)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(shí)驗(yàn)管理器

具有設(shè)定實(shí)驗(yàn)時(shí)間、定時(shí)報(bào)警、切斷電源等功能；還可以自動(dòng)記錄與區(qū)分由于接線或操作錯(cuò)誤所造成的漏電告警、儀表超量程告警等。

（13）控制屏其它設(shè)施

控制屏正面大凹槽內(nèi)，設(shè)有兩根方型不銹鋼管，可掛置實(shí)驗(yàn)部件，凹槽底部設(shè)有7芯、3芯等插座，掛件的供電由這些插座提供。控制屏兩側(cè)設(shè)有單相三極220V電源插座及三相四極380V電源插座。

2、DX02實(shí)驗(yàn)桌

實(shí)驗(yàn)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(jiān)固，形狀似長方體結(jié)構(gòu)，造形美觀大方；設(shè)有兩個(gè)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(gè)寬敞舒適的工作臺(tái)面。實(shí)驗(yàn)桌還設(shè)有四個(gè)萬向輪和四個(gè)固定調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，便于移動(dòng)和固定，有利于實(shí)驗(yàn)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(shè)有RC吸收和保險(xiǎn)絲保護(hù)裝置，晶閘管可通過外加觸發(fā)信號(hào)進(jìn)行觸發(fā)（留有觸發(fā)脈沖輸入接口），可更好的完成設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)。

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(guān)選擇雙窄脈沖或?qū)捗}沖，同時(shí)提供六路觸發(fā)脈沖功放電路等。

4、DK05晶閘管觸發(fā)電路（一）

提供單結(jié)晶體管觸發(fā)電路實(shí)驗(yàn)、鋸齒波同步移相觸發(fā)電路實(shí)驗(yàn)，KC05單相交流調(diào)壓電路。

5、DK05-1晶閘管觸發(fā)電路（二）

提供正弦波同步移相觸發(fā)電路實(shí)驗(yàn)、單相并聯(lián)逆變觸發(fā)電路實(shí)驗(yàn)。

6、DK13功率器件驅(qū)動(dòng)與保護(hù)電路

主要是為完成新器件特性實(shí)驗(yàn)提供電源、驅(qū)動(dòng)電路及PWM波形發(fā)生器。

（1）電源：為驅(qū)動(dòng)電路提供電源，包括±5V、±15V和+20V直流電源。

（2）驅(qū)動(dòng)電路：包括MOSFET和IGBT的驅(qū)動(dòng)電路。其中IGBT的驅(qū)動(dòng)電路采用專用芯片EXB841，其它的由運(yùn)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(qū)動(dòng)電路提供PWM驅(qū)動(dòng)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(dòng)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(dòng)電路提供PWM波形，頻率調(diào)節(jié)范圍400Hz～1KHz；占空比可從0%調(diào)至100%。

7、DK14單相交直交變頻原理

根據(jù)普通高等教育“九五”國家級(jí)重點(diǎn)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(hào)的形成方法，了解IGBT管專用集成驅(qū)動(dòng)芯片的特點(diǎn)及其使用，能完成如下實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目： 1）SPWM波形成的過程；2）交直交變頻電路在不同負(fù)載時(shí)的工作情況和波形，并研究工作頻率對(duì)電路工作波形的影響；3）IGBT管專用集成驅(qū)動(dòng)芯片的工作特性。

8、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(cè)試”以及“電源電壓波動(dòng)對(duì)輸出的影響”等實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。

9、DK07直流斬波實(shí)驗(yàn)

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)內(nèi)容而設(shè)計(jì)。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。可完成教材中降壓斬波電路（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(shí)驗(yàn)。

10、DK22單相交流調(diào)壓/調(diào)功電路

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)內(nèi)容而設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)單相交流調(diào)壓和交流調(diào)功的實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)中采用由555時(shí)基電路組成觸發(fā)控制電路。

11、DX17 實(shí)驗(yàn)器件

提供晶閘管（均設(shè)有RC吸收和保險(xiǎn)絲保護(hù)）、二極管及燈座、RC吸收電路。

12、DX09 DC/DC 變換電路

提供了 DC/DC 變換電路實(shí)驗(yàn)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(cè)孔。

13、 DX12 斬控式交流調(diào)壓電路

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)內(nèi)容而設(shè)計(jì)，采用全控型器件 IGBT 管實(shí)現(xiàn) “ 斬控式交流調(diào)壓實(shí)驗(yàn) ”

14、多功能網(wǎng)絡(luò)虛擬儀器（不需電腦配合使用）：（開標(biāo)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)物演示，如不滿足視為實(shí)質(zhì)性不滿足招標(biāo)要求）

A、終端部分（裝學(xué)生實(shí)驗(yàn)屏上）同時(shí)配有虛擬信號(hào)源、虛擬示波器、虛擬邏輯分折儀、虛擬頻譜儀、虛擬三用表、虛擬數(shù)字量輸入輸出模塊。

B、基于LabVIEW虛擬儀器程序的編程方法，學(xué)生可自行設(shè)計(jì)各種虛擬儀器。

C、參數(shù)：

　　1）、兩路虛擬任意波形信號(hào)發(fā)生器，輸出頻率可編程，電壓幅度可調(diào)；

　　　　通道數(shù)：2路

　　　　分辨率：8 bits

　　　　電壓范圍：-5~5V

　　　　頻率步長：1HZ

　　　　波形：任意信號(hào)

　　　　輸出頻率：>1MHZ

　　2）、雙蹤存貯示波器，多種同步方式，存貯深度可編程；

　　　　通道數(shù)：2路

　　　　帶寬：20MHZ

　　　　分辨率：8位

　　　　電壓范圍：-10~+10V

　　　　存貯深度：64K

　　3）、雙通道頻譜分折儀；

　　4）、八通道邏輯分折儀，多種同步方式，存貯深度可編程；

　　　　8路輸入

　　　　分率：25nS

　　　　存貯深度：64KHZ

　　5）.數(shù)字三用表，可測(cè)電阻、電容、電感、電壓等；

　　　　數(shù)字IO口

　　　　通道數(shù)：8路IO

　　　　輸入電平：TTL

　　　　輸出電平：TTL

　　　　電流驅(qū)動(dòng)：20mA/通道

15、SY07實(shí)驗(yàn)連接線：

根據(jù)不同實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的特點(diǎn)，配備兩種不同的實(shí)驗(yàn)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(diǎn)，插頭采用實(shí)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(shí)驗(yàn)的安全及合理性。

五、本裝置能開設(shè)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目

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(shí)驗(yàn)；

3、鋸齒波同步移相觸發(fā)電路實(shí)驗(yàn)；

4、單相半波可控整流電路實(shí)驗(yàn)

5、單相橋式半控整流電路實(shí)驗(yàn)；

6、單相橋式全控整流及有源逆變電路實(shí)驗(yàn)；

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(shí)驗(yàn)；

9、三相半波有源逆變電路的實(shí)驗(yàn)；

10、三相橋式全控整流及有源逆變電路實(shí)驗(yàn)；

11、單相并聯(lián)逆變電路實(shí)驗(yàn)；

12、單相交流調(diào)壓實(shí)驗(yàn)電路；

13、單相交流調(diào)功實(shí)驗(yàn)電路

14、三相交流調(diào)壓實(shí)驗(yàn)電路；

15、直流斬波電路實(shí)驗(yàn)；

16、單向晶閘管（SCR）特性研究；

17、可關(guān)斷晶閘管（GTO）特性研究；

18、場(chǎng)效應(yīng)管（MOSFET）特性研究；

19、電力晶體管（GTR）特性研究；

20、絕緣雙極型晶體管(IGBT)特性研究；

21、功率場(chǎng)效應(yīng)管(MOSFET)驅(qū)動(dòng)電路研究；

22、電力晶體管(GTR)驅(qū)動(dòng)電路研究；

23、絕緣雙極型晶體管(IGBT)驅(qū)動(dòng)電路研究；

24、可關(guān)斷晶閘管（GTO）驅(qū)動(dòng)電路研究；

25、脈寬調(diào)制開關(guān)穩(wěn)壓電源電路的性能研究；

26、直流斬波電路(六種電路)性能的研究；

27、采用自關(guān)斷器件的單相交流調(diào)壓實(shí)驗(yàn)；

28、單相正弦波脈寬調(diào)制(SPWM)逆變電路實(shí)驗(yàn)；

29、全橋DC／DC變換電路實(shí)驗(yàn)；

30、半橋DC/DC變換電路實(shí)驗(yàn)

開放實(shí)驗(yàn)室信息管理系統(tǒng)：（全室配一套）

A、．開放實(shí)驗(yàn)室信息管理系統(tǒng)的必要性

學(xué)生動(dòng)手能力的培養(yǎng)、分折問題解決問題能力的培養(yǎng)、自主實(shí)驗(yàn)和創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ呐囵B(yǎng)均需要一個(gè)寬松的、開放的、設(shè)備齊全的實(shí)驗(yàn)環(huán)境。但是目前很多學(xué)校因師資力量有限無法將實(shí)驗(yàn)室開放，這一方面造成資源浪費(fèi)另一方面學(xué)生又得不到煅煉。針對(duì)這一問題，配備本實(shí)驗(yàn)室信息化管理系統(tǒng)，它可有效解決上述矛盾。具備這樣條件的實(shí)驗(yàn)室可以不必配備固定的老師管理和輔導(dǎo)，學(xué)生可以自主按排實(shí)驗(yàn)時(shí)間并通過刷卡確定機(jī)位，并通過學(xué)生終端計(jì)算機(jī)中的實(shí)驗(yàn)課件、儀器儀表介紹課件、自主實(shí)驗(yàn)題庫、在線幫助等資源完成各類實(shí)驗(yàn)。

B、智能開放實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)簡介

智能實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)（以下稱：本系統(tǒng)）是以標(biāo)準(zhǔn)化實(shí)驗(yàn)室管理思想為基礎(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為驅(qū)動(dòng)最新開發(fā)的管理系統(tǒng)。本系統(tǒng)能對(duì)實(shí)驗(yàn)室設(shè)備及學(xué)生實(shí)驗(yàn)過程進(jìn)行智能化管理，以實(shí)時(shí)了解實(shí)驗(yàn)室設(shè)備狀態(tài)及學(xué)生實(shí)驗(yàn)完成狀況，跟蹤記錄實(shí)驗(yàn)痕跡，確保老師能了解學(xué)生做實(shí)驗(yàn)的流程。

實(shí)驗(yàn)室管理手段包括：短信，郵件，web頁面。

C．開放實(shí)驗(yàn)室資源配置

建設(shè)開放實(shí)驗(yàn)室應(yīng)具備必要的硬件和軟件資源：

（一）硬件資源：

1、手機(jī)（可選）：發(fā)送和接收實(shí)驗(yàn)室設(shè)備管理及狀態(tài)信息。

2、管理員PC：用于發(fā)送和接收實(shí)驗(yàn)室管理及狀態(tài)信息，接收學(xué)生的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)（波形，數(shù)據(jù)包等實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)），發(fā)送提示信息及試題到學(xué)生實(shí)驗(yàn)設(shè)備上。

3、服務(wù)器：服務(wù)器為本系統(tǒng)的核心部分，完成接收管理員控制信息，發(fā)送采集到的終端實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)到web頁面，對(duì)終端設(shè)備的控制，終端實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的采集。

4、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備：路由器等，傳輸各種數(shù)據(jù)。

5、終端：虛擬示波器，發(fā)送及接收數(shù)據(jù)，直接控制設(shè)備

（二）軟件資源：

1、 web頁面系統(tǒng)，通過web頁面設(shè)置本系統(tǒng)的各項(xiàng)參數(shù)，個(gè)性化定制，實(shí)時(shí)接收并顯示學(xué)生實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，發(fā)送控制命令到服務(wù)器，并由服務(wù)器發(fā)送控制命令到終端，達(dá)到控制實(shí)驗(yàn)室設(shè)備的目的。

2、短信控制系統(tǒng)，向特定的手機(jī)發(fā)送實(shí)驗(yàn)室設(shè)備狀態(tài)，接收特定手機(jī)的控制命令，并由服務(wù)器發(fā)送控制命令到終端，達(dá)到控制實(shí)驗(yàn)室設(shè)備的目的。

3、郵件控制系統(tǒng)，向特定的郵箱發(fā)送實(shí)驗(yàn)室設(shè)備狀態(tài)，接收特定郵箱的控制命令，并由服務(wù)器發(fā)送控制命令到終端，達(dá)到控制實(shí)驗(yàn)室設(shè)備的目的。

4、數(shù)據(jù)庫存儲(chǔ)系統(tǒng)，存儲(chǔ)學(xué)生實(shí)驗(yàn)過程數(shù)據(jù)，以便老師后續(xù)查看學(xué)生的實(shí)驗(yàn)過程。

（三）虛擬儀器部分：

1、終端部分（裝學(xué)生實(shí)驗(yàn)臺(tái)上）同時(shí)配有虛擬信號(hào)源、虛擬示波器、虛擬邏輯分折儀、虛擬頻譜儀、虛擬三用表、虛擬數(shù)字量輸入輸出模塊。

2、基于LabVIEW虛擬儀器程序的編程方法，學(xué)生可自行設(shè)計(jì)各種虛擬儀器。

3、可選電路分析基礎(chǔ)、模擬電子技術(shù)、通信電子電路、數(shù)字電子技術(shù)、信息信號(hào)處理、電子測(cè)量與儀器、傳感器與自動(dòng)控制原理等實(shí)驗(yàn)?zāi)K，從而完成相關(guān)課程實(shí)驗(yàn)和構(gòu)建工程測(cè)控系統(tǒng)。

4、參數(shù)：

1）、兩路虛擬任意波形信號(hào)發(fā)生器，輸出頻率可編程，電壓幅度可調(diào)；

通道數(shù)：2路

分辨率：8 bits

電壓范圍：-5~5V

頻率步長：1HZ

波形：任意信號(hào)

輸出頻率：>1MHZ

2）、雙蹤存貯示波器，多種同步方式，存貯深度可編程；

通道數(shù)：2路

帶寬：20MHZ

分辨率：8位