
GLDDT-1型 電力電子技術(shù)綜合實驗臺
一、概述
電力電子技術(shù)綜合實驗臺主要是用于機電及自動化各專業(yè)的如下專業(yè)課程:電機原理與電力拖動(電機與電氣控制),電力電子技術(shù)(功率電子技術(shù)),電氣傳動控制系統(tǒng)(運動控制系統(tǒng))等的實驗教學(xué)工作,應(yīng)能夠擔(dān)負(fù)完成相關(guān)實驗教學(xué)任務(wù),并擁有足夠擴展自由度,以適應(yīng)未來進(jìn)一步的深化研究要求。
二、產(chǎn)品特點
1、采用固定式模塊(負(fù)載、交直流電源、質(zhì)量重的模塊采用固定式結(jié)構(gòu))和掛箱式模塊相結(jié)合的獨特結(jié)構(gòu)設(shè)計,不僅減少了老師實驗前的準(zhǔn)備工作強度,也為實驗臺功能的擴展提供了方便。(目前市場上大多采用掛箱式模塊,每次更換實驗時,需要更換多個實驗箱,老師的勞動強度不可忽視)
2、該實驗臺在完成傳統(tǒng)的實驗項目的同時,突出對現(xiàn)代電力電子器件和現(xiàn)代控制理論的研究。整個現(xiàn)代電力電子及電氣傳動實驗分成三大部分:器件的研究、線路的研究、系統(tǒng)的研究。
線路主要有Buck-Boost電路、開關(guān)電源、單相交流調(diào)壓電路等。
學(xué)生通過完成以上實驗,能對各種器件在不同的場合的應(yīng)用有了深刻的了解,對目前流行的各種線路均能熟練掌握,直至能夠獨立地設(shè)計各種線路甚至系統(tǒng)。
3、實驗裝置設(shè)置了完善的人身安全和設(shè)備安全保護(hù)功能。設(shè)備的交流電源的輸出設(shè)計了過流保護(hù)功能,并在各觸發(fā)脈沖觀察孔端設(shè)有高壓保護(hù)電路,功率器件設(shè)有安全保護(hù)線路。為了不使強電信號加入弱電電路中,采用了三種實驗導(dǎo)線,使學(xué)生接線時高低壓線路不會插錯,而導(dǎo)致低壓電路的損壞。
4、實驗電機:采用的實驗電機功率在100-200W之間,均經(jīng)過特殊設(shè)計,其參數(shù)和特性可模擬中小型電機。
三、產(chǎn)品技術(shù)條件
1、整機容量:<1.5kVA;
2、工作電源:~3N/380V/50Hz/3A;
3、尺 寸:1565mm*720mm*1650mm
4、重 量:<150kg
四、完成的實驗項目
1、電力電子技術(shù)(傳統(tǒng)的整流)
?。?)單結(jié)晶體管同步移相觸發(fā)電路實驗
?。?)正弦波同步移相觸發(fā)電路實驗
?。?)鋸齒波同步移相觸發(fā)電路實驗
?。?)TCA785觸發(fā)電路實驗
(5)單相半波整流電路實驗
?。?)單相橋式半控整流電路實驗
(7)單相橋式全控整流及有源逆變電路實驗
?。?)晶閘管三相半波有源逆變電路的研究
?。?)三相半波可控整流電路實驗
?。?0)三相橋式半控整流電路實驗
(11)三相橋式全控整流及有源逆變電路實驗
?。?2)單相交流調(diào)壓電路實驗
(13)三相交流調(diào)壓電路實驗
2、電力電子器件實驗(全控型器件特性部分)
?。?)功率場效應(yīng)晶體管(MOSFET)的主要參數(shù)測量
(2)功率場效應(yīng)晶體管(MOSFET)的驅(qū)動電路研究
?。?)絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)特性及其驅(qū)動電路的研究
(4)電力晶體管(GTR)驅(qū)動電路的研究
?。?)電力晶體管(GTR)的特性研究。
3、電力電子技術(shù)(全控型器件典型線路部分)
?。?)直流斬波電路(Buck、Cuk、Boost、Sepic、Buck-Boost、Zeta等六種電路)的性能研究
?。?)單相交直交變頻電路的性能研究
?。?)全橋DC/DC變換電路實驗
4、模擬直流調(diào)速實驗
?。?)晶閘管直流調(diào)速系統(tǒng)參數(shù)和環(huán)節(jié)特性的測定
?。?)晶閘管直流調(diào)速主要單元調(diào)試
(3)不可逆單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)靜特性的研究
?。?)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)
?。?)雙閉環(huán)控制的直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)(PWM)
5、交流調(diào)速實驗
?。?)雙閉環(huán)三相異步電機調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)
?。?)雙閉環(huán)三相異步電機串級調(diào)速系統(tǒng)
五、產(chǎn)品技術(shù)功能說明
1、實驗臺的安全保護(hù)說明
1)設(shè)備的人身安全保護(hù)
◆三相隔離變壓器的浮地保護(hù),將實驗用電與電網(wǎng)完全隔離,對人身安全起到有效的保護(hù)作用;
◆三相電源輸入端設(shè)有電流型漏電保護(hù)器,設(shè)備的漏電流大于30mA即可斷開開關(guān),符合電器安全的要求;
◆三相隔離變壓器的輸出端設(shè)有電壓型漏電保護(hù),一旦實驗臺有漏電壓將會自動保護(hù)跳閘。
◆強電實驗導(dǎo)線采用全塑封閉型手槍式導(dǎo)線,導(dǎo)線內(nèi)部為無氧銅抽絲而成發(fā)絲般細(xì)的多股線,質(zhì)地柔軟,護(hù)套用粗線徑、防硬化化學(xué)制品制成,插頭采用實芯銅質(zhì)件,避免學(xué)生觸摸到金屬部分而引起的雙手帶電操作觸電的可能。
2)設(shè)備的安全保護(hù)體系
◆三相交流電源輸出設(shè)有電子線路及保險絲雙重過流及短路保護(hù)功能,其輸出電流大于3A即可斷開電源,并告警指示;
◆晶閘管的門陰極和各觸發(fā)電路的觀察孔設(shè)有高壓保護(hù)功能,避免學(xué)生誤接線;
◆實驗臺采用三種實驗導(dǎo)線,相互間不能互插,強電采用全塑型封閉安全實驗導(dǎo)線,弱電采用金屬裸露實驗導(dǎo)線(其實芯銅直徑大于強電導(dǎo)線),觀察孔采用2#實驗導(dǎo)線,避免了學(xué)生誤操作將強電接到弱點的可能;
◆實驗臺交直流電源設(shè)有過流保護(hù)功能。
2、控制屏技術(shù)說明
1)控制屏和實驗桌
實驗桌為鋁合金結(jié)構(gòu),桌面采用高密度度防腐防火板。造型美觀大方,設(shè)有兩只抽屜和存放柜,用于置放工具,掛箱及資料等。實驗桌設(shè)有四個輪子,便于移動和固定,有利于實驗室布置。
2)GLPE-01電源控制屏
三相交流電源:通過工業(yè)旋鈕波段開關(guān)切換分別輸出三相220V和240V交流電源,給直流調(diào)速和交流調(diào)速提供輸入電源,帶過流保護(hù)。該電源經(jīng)過電流型漏電保護(hù)、三相隔離變壓器、電壓型漏電保護(hù)等安全保護(hù)電路后供學(xué)生實驗用電。配有電源智能保護(hù)器采用高可靠性MCU設(shè)計,具有缺相、欠壓、過壓、漏電、過流、短路、浪涌保護(hù)功能可實現(xiàn)自動重合閘功能;漏電保護(hù)設(shè)定范圍可設(shè)置,漏電保護(hù)動作時間不大于0.1s;過壓保護(hù)范圍可設(shè)定,過壓保護(hù)動作時間不超過5s;過流保護(hù)范圍可設(shè)定,過流保護(hù)動作時間不超過5s;短路保護(hù)電路為三倍的額定電路,過流保護(hù)動作時間不超過0.1s;保護(hù)裝置具有防雷擊功能,L與N間高壓脈沖測試2KV不產(chǎn)生誤動作;故障信息可保存不少于999個;運行狀態(tài)及故障狀態(tài)均有指示燈指示,可顯示實時電壓、電流、漏電流等參數(shù),具有聲光報警功能;具有參數(shù)修改設(shè)置按鍵便于現(xiàn)場修改設(shè)置保護(hù)參數(shù);能夠?qū)崿F(xiàn)有遠(yuǎn)程DI及DO功能可用于遠(yuǎn)程控制電源及電源控制柜門打開檢測報警;主控裝置可具有RS485接口能夠?qū)崿F(xiàn)多設(shè)備連接通信。保護(hù)器具有CQC認(rèn)證,執(zhí)行GB 10963.1-2005標(biāo)準(zhǔn);設(shè)備支持云系統(tǒng)遠(yuǎn)程監(jiān)控功能,可查看遠(yuǎn)程實時數(shù)據(jù),數(shù)據(jù)曲線顯示,保護(hù)參數(shù)在線設(shè)置等功能,并可遠(yuǎn)程控制電源打開及關(guān)閉等功能,配有無線/有線控制模塊,可以通過監(jiān)控軟件監(jiān)視電源,并可以對設(shè)備進(jìn)行斷電/啟動控制,配置4路輸入可以控制繼電器工作。
3)GLPE-01A輔助功能屏
電機勵磁電源:提供一組直流電機勵磁電源,具有獨立電源開關(guān)并配有一只數(shù)字電壓表。
電抗器:提供直流調(diào)速實驗中需要的平波電抗器及RC濾波,平波電抗器采用中心抽頭方式,分別為50mH、100mH、200mH、700mH.在電流小于1.5A 時保持線性。電抗器還能作為電力電子技術(shù)實驗中的電感負(fù)載。
直流穩(wěn)壓電源:提供±15V/1A直流穩(wěn)壓電源;24V/2A直流穩(wěn)壓電源一組。具有獨立開關(guān)并設(shè)有短路保護(hù)、過流保護(hù)等。
三相變壓器:作為串級調(diào)速系統(tǒng)和有源逆變線路中的逆變變壓器。
三相可調(diào)電阻:提供可調(diào)電阻100-1000W/1A一組,供發(fā)電機負(fù)載電阻和其它實驗阻性負(fù)載用以及作為電機起動電阻用。
電機啟動電阻:0Ω、2Ω、5Ω、15Ω、∞五擋可調(diào)繞線電機起動電阻。
4)其它:提供多功能單相三芯電源插座2只。
3、常用實驗部件的技術(shù)說明
1)GLPE-10A晶閘管觸發(fā)電路Ⅰ組件
提供TCA785集成觸發(fā)電路,鋸齒波同步觸發(fā)電路、正弦波同步觸發(fā)電路引出各觀察孔,使學(xué)生能夠直觀的了解各種觸發(fā)電路的工作原理過程,每個觸發(fā)電路的觸發(fā)信號分別已經(jīng)連到對應(yīng)的晶閘管,操作方便安全。
2)GLPE-11A三相觸發(fā)電路Ⅰ組件
觸發(fā)電路:采用數(shù)字集成電路,抗干擾能力強,三相脈沖間隔均勻,一致性好,產(chǎn)生雙窄脈沖,脈沖移相范圍為0-160°。在面板上可觀察三相同步電壓的六個脈沖波形,并通過“Uct”端對a角進(jìn)行控制。另有兩脈沖控制端“Ublr”、和”Ublf”,分別對I、II組脈沖放大電路進(jìn)行控制并配有電流反饋與過流保護(hù),可用于電流閉環(huán)實驗。
3)GLPE-12三相晶閘管主回路組件
主回路:由12只可控硅,6只二極管以及平波電抗器,RC吸收回路組成??煽毓璨捎蒙虾U髌鲝S生產(chǎn)的6A/800V金屬封裝,過載能力強、可靠性高、干擾能力強的可控硅。觸發(fā)電路通過琴鍵按鈕進(jìn)行控制。
直流電壓表:提供測量范圍±300V電壓表1只。
直流電流表:提供測量范圍±2A電流表1只。
4)GLPE-13A電機調(diào)速控制電路Ⅰ組件
提供以下模塊:反號器、零封鎖器、給定電壓、轉(zhuǎn)速變換、轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器單元和電流調(diào)節(jié)器單元。配有調(diào)節(jié)器的反饋電阻、電容,實驗時可以靈活改變系統(tǒng)的參數(shù),觀測不同的參數(shù)對系統(tǒng)穩(wěn)定性及相應(yīng)時間等影響;更可以讓學(xué)生從調(diào)速系統(tǒng)的各種參數(shù)(如電機的機電時間常數(shù)等)出發(fā)對調(diào)節(jié)器的放大倍數(shù)及積分時間的參數(shù)分別設(shè)計,同時進(jìn)行實際結(jié)果的驗證,從而完成設(shè)計性實驗。
5)GLPE-13-1電機調(diào)速控制電路(二)
提供以下模塊:轉(zhuǎn)矩極性鑒別(DPT)、零電平檢測(DPZ)及邏輯控制器(DLC),
6)GLPE-14功率器件
此實驗箱實驗項目除含GTR、MOSFET、IGBT、GTO等器件的驅(qū)動電路和開關(guān)特性研究外,還可對快恢復(fù)二極管、高速光耦、電感等在電力電子線路中的應(yīng)用進(jìn)行分析。面板設(shè)計時,留有較多的波形觀察孔,通過改變線路參數(shù),方便學(xué)生分析各工作點的情況以及了解參數(shù)改變對器件特性的變化。線路設(shè)計時,遵循先易后難,先分離后集成的原則,挑選了幾種常見的、比較具有實用價值的驅(qū)動電路,使學(xué)生可學(xué)以致用。
7)GLPE-15直流斬波電路
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驗。所有電路采用分立元件學(xué)生通過自己搭建進(jìn)行實驗。
8)GLPE-10B晶閘管觸發(fā)電路Ⅱ組件
提供6只二極管組成的三相橋式整流電路以及單結(jié)晶體管觸發(fā)電路引出各觀察孔,使學(xué)生能夠直觀的了解各種觸發(fā)電路的工作原理過程,每個觸發(fā)電路的觸發(fā)信號分別已經(jīng)連到對應(yīng)的晶閘管,操作方便安全。
9)GLPE-16單相交直交變頻原理
根據(jù)普通高等教育“九五”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(jìn)行開發(fā),用于展示交直交變頻原理,讓學(xué)生了解SPWM正弦波脈寬調(diào)制信號的形成,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(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。
10)GLPE-17雙閉環(huán)H橋DC/DC變換直流調(diào)速系統(tǒng)
提供主回路、控制電路和調(diào)節(jié)控制三大部分,主回路由四個IGBT組成,控制部分使用專用PWM發(fā)生器SG3525,調(diào)節(jié)控制部分設(shè)有零速封鎖器、給定、電流反饋調(diào)節(jié)、速度反饋調(diào)節(jié)、速度調(diào)節(jié)器和電流調(diào)節(jié)器,其中速度調(diào)節(jié)器和電流調(diào)節(jié)器的反饋電阻、電容均外接,實驗時可以靈活改變,更可以完成設(shè)計型實驗。
本掛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。
11)GLPE-41基于DSP28335電力電子綜合應(yīng)用模塊(實驗室配置一套)
功能:通過DSP28335采集直流輸入電壓電流信號,實現(xiàn) DC 升壓及 MPPT 跟蹤;檢測公網(wǎng)相位、電壓和頻率實現(xiàn)同步并網(wǎng),以及孤島保護(hù)功能;同時可切換為離網(wǎng)模式實現(xiàn) SPWM 控制。
?。?)CPU 控制單元
STM32為核心組成,具有和監(jiān)控模塊通信(串口)的功能
(2)采樣信號采樣單元(量程對應(yīng)輸出 DC3V)
DC 電流:5A,DC 電壓:150V,AC 電流:5A,AC 電壓:50V,線性光耦隔離
(3)DC-DC 升壓單元
Boost:24V-100V,輸出功率:100W,短路電流:1A
?。?)單相逆變單元
輸入電壓:DC100V±5%,額定輸出電壓:AC36V±5%/50Hz,輸出頻率:50Hz±0.5Hz,額定輸出功率:100W,短路電流:5A
?。?)模式:離網(wǎng)、并網(wǎng)可設(shè)置
?。?)監(jiān)控軟件:
A、基本液晶顯示功能,界面編程,數(shù)據(jù)記錄、報表功能,EMS能量管理控制,微網(wǎng)控制模式設(shè)定及切換;
B、具有和監(jiān)控模塊通信(串口)的功能,實現(xiàn)上位機監(jiān)控數(shù)據(jù)連接,可以采用 Modbus-TCP 工業(yè)以太網(wǎng)為通訊架構(gòu),通過 WIFI 組網(wǎng)實現(xiàn);
C、任意隨機指定輸出方式,加入測試電源和測試負(fù)載,并可以顯示及可以測出主要工作參數(shù);
D、具有自由切換模塊工作模式功能。
12)GLYB-3交流儀表組件
交流電壓表一只:具有通信接口、具有多檔位自動量程、工業(yè)級柜裝48mm*96mm、精度:0.5級、量程:0-500V、顯示單位:V,交流電流表二只:具有通信接口、具有多檔位自動量程、工業(yè)級柜裝48mm*96mm、精度:0.5級、量程:0-5A、顯示單位:A,帶RS485通訊協(xié)議。內(nèi)置TVS保護(hù)電路;通信地址即通信波特率可通過輕觸面板按鍵修改/查詢信地址0位廣播地址,非常方便學(xué)生實驗時學(xué)習(xí)通訊實驗,可使用地址為1~255,通信波特率可選擇為1200bps、2400bps、4800bps、9600bps、19200bps。
4、電機導(dǎo)軌及電機技術(shù)說明
?。?)DJ02直流并勵電動機:PN=185W,nN=1600r/min,IN=1.1A,UN=220V
?。?)DJ03直流發(fā)電機:PN=185W,nN=1600r/min,IN=1.1A,UN=220V
?。?)DJ11三相線繞式異步電動機:PN=100W,IN=0.6A,nN=1400r/min,UN=220,Y 接法
(4)DJ01電機導(dǎo)軌、光電碼盤和轉(zhuǎn)速表
含有編碼器、電動機及固定電機的安裝導(dǎo)軌以及數(shù)字式轉(zhuǎn)速表配有模擬量輸出,保證電機與電機之間同軸的同心度不超過±5絲。
5、GLPJ-01實驗導(dǎo)線
實驗連接導(dǎo)線采用高可靠全封閉手槍插型式,內(nèi)部為無氧銅抽絲而成發(fā)絲般細(xì)的128股線,質(zhì)地柔軟,護(hù)套用粗線徑、防硬化化學(xué)制品制成,插頭采用實芯銅質(zhì)件。
