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　　一、概述

　　“現(xiàn)代電力電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)臺 ” 依據(jù)西安交通大學(xué)王兆安編著的《電力電子技術(shù)》(第四版)、《半導(dǎo)體變流技術(shù)》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，對原電力電子技術(shù)及電機(jī)控制實(shí)驗(yàn)裝置 ” 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℃ 　相對濕度< 85 %( 25℃ )　海撥< 4000m

　　3 、裝置容量：< 1000W

　　4 、外形尺寸： 155×79.5× 147 cm 3

　　四、裝置的基本裝備

　　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;

　　2 .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。

　　3 .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：測量范圍 0 ～ 300V ，三位半數(shù)顯，輸入阻抗為 10M Ω ，精度 0.5 級;

　　5 .直流數(shù)字電流表一只：測量范圍 0 ～ 5A ，三位半數(shù)顯，精度 0.5 級，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(測量范圍 0 ～ ±300V ，為中零式，精度為 1.0 級)直流電流表(測量范圍 0 ～ ± 2A ，為中零式，精度為 1.0 級)

　　( 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))，對人身安全起到一定的保護(hù)作用。

　　電壓型漏電保護(hù)器 1 ：對隔離變壓器前的線路出現(xiàn)的漏電現(xiàn)象進(jìn)行保護(hù)，使控制屏內(nèi)的接觸器跳閘，切斷電源。

　　電壓型漏電保護(hù)器 2 ：對隔離變壓器后的線路及實(shí)驗(yàn)過程中的接線等出現(xiàn)的漏電現(xiàn)象進(jìn)行保護(hù)，發(fā)出報(bào)警信號并切斷電源，確保人身安全。

　　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 、 DX04 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)。

　　5 、 DX05 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)、單相交流調(diào)壓觸發(fā)電路實(shí)驗(yàn)及單相并聯(lián)逆變觸發(fā)電路實(shí)驗(yàn)共三種。

　　6 、 DX06 功率器件驅(qū)動與保護(hù)電路(一)

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

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

　　( 2 )驅(qū)動電路：包括 MOSFET 和 IGBT 的驅(qū)動電路。其中 IGBT 的驅(qū)動電路采用專用芯片 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 ;占空比可從 0% 調(diào)至 100% 。

　　7 、 DX07 功率器件驅(qū)動與保護(hù)電路(二)

　　提供 GTO 和 GTR 的驅(qū)動保護(hù)電路， PWM 信號和直流電源均從 PE14 上取。

　　8 、 DX08 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(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)制信號的形成方法，了解 IGBT 管專用集成驅(qū)動芯片的特點(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(電阻，電感或電機(jī))時(shí)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。

　　9 、 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孔。

　　10 、 DX10 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(shí)驗(yàn)內(nèi)容。

　　11 、 DX11 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)。

　　12 、 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) ” 。

　　13 、 DX13 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。

　　14 、 DX14 單端反激式隔離開關(guān)電源

　　輸入交流電壓范圍為 50V ～ 200V ，輸出為三組直流電源，分別為 +5V 、 5A ; +12V 、 1A ; -12V 、 1A ，在輸入交流電壓和直流輸出負(fù)載變化時(shí)輸出電壓的變化率小于 0.3% 。

　　15 、 DX15 PS-ZVS-PWM 軟開關(guān)技術(shù)

　　主要包括 H 橋電路、控制電路和穩(wěn)壓反饋電路，用于展現(xiàn)移相零電壓開關(guān)的電路結(jié)構(gòu)和工作原理。 H 橋電路有四只 MOSFET 管組成，控制電路采用全橋軟開關(guān)電源移相 PWM 控制芯片 UCC3895 和驅(qū)動芯片 HIP4081 組成，穩(wěn)壓反饋電路由 TL431 等元件組成。

　　16 、 DX16 整流電路有源功率因數(shù)校正

　　主要有整流電路、升壓變換器、控制電路三部分組成。控制電路采用功率因數(shù)控制芯片 UCC3817N 和外圍元器件組成。最大輸出功率是 100W ( 200V±5% ， 0.5A )，工作頻率為 100KHz 。通過適當(dāng)?shù)倪B線可以完成下列實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目：

　　(1) 無濾波電容的整流電路帶純阻性負(fù)載的測試

　　(2) 有濾波電容的整流電路帶純阻性負(fù)載的測試

　　(3) 整流電路有源功率因數(shù)校正的測試

　　(4) 控制電路的波形測試，功率柵極控制信號觀察

　　(5) 整流電路有源功率因數(shù)校正電路的性能測試

　　17 、 DX17 實(shí)驗(yàn)元器件

　　提供晶閘管(均設(shè)有 RC 吸收和保險(xiǎn)絲保護(hù))、壓敏電阻(作為過壓保護(hù)元件，內(nèi)部已連成三角形接法)、二極管及燈座、 RC 吸收電路。

　　18 、 DX18 單端電流反饋他激式隔離開關(guān)電源

　　采用專用集成電路 UC3844 作 PWM 控制器，可直接驅(qū)動 MOSFET 功率場效應(yīng)管。通過與直流可調(diào)電源、負(fù)載的配合可展示電路原理，各點(diǎn)波形測試，輸入電壓和負(fù)載改變時(shí)的波形變化和性能測試等項(xiàng)目。

　　19 、 DX 19 升、降壓與復(fù)合斬波電路

　　通過 PWM 控制器與兩個(gè) IGBT 三極管，兩個(gè)二極管的簡單聯(lián)結(jié)，配以發(fā)電機(jī)、電動機(jī)的組合負(fù)荷，用雙蹤示波器能展示降壓電路的第一象限電壓 - 電流圖，升壓電路的第二象限電壓 - 電流圖，復(fù)合電路的第一、第二象限電壓-電流圖。同時(shí)能展示以上三種狀態(tài)下的續(xù)流、臨界斷流、斷流時(shí)的電壓、電流波形 ( 改變輸入電壓、改變 PWM 脈寬、改變負(fù)荷電機(jī)力矩 ) 。并可簡單地聯(lián)結(jié)成升、降壓與復(fù)合電路，由于結(jié)構(gòu)上的特點(diǎn)，實(shí)驗(yàn)還可演示斬波電路電機(jī)負(fù)荷能耗制動、回饋制動等的實(shí)驗(yàn)效果。

　　20 、 DX20 三相可控整流電路(二)

　　三相觸發(fā)電路由專用晶閘管新型集成觸發(fā)電路 Tc787 組成，體現(xiàn)了現(xiàn)代晶閘管觸發(fā)技術(shù)的最新應(yīng)用;同時(shí)提供六路觸發(fā)脈沖功放電路等。

　　21 、 DX21 晶閘管觸發(fā)電路(三)

　　由西門子專用晶閘管集成觸發(fā)電路 Tca785 組成，可完成單相集成觸發(fā)電路實(shí)驗(yàn)，體現(xiàn)了現(xiàn)代晶閘管觸發(fā)技術(shù)的最新應(yīng)用。

　　22 、 DX22 單相智能功率、功率因數(shù)表

　　由微電腦、高精度 A/D 轉(zhuǎn)換芯片和全數(shù)顯電路構(gòu)成。通過鍵控、數(shù)顯窗口實(shí)現(xiàn)人機(jī)對話功能控制模式。在硬、軟件上均分八檔區(qū)域，自動判斷、自動換檔，功率測量精度 1.0 級，電壓、電流量程分別為 450V 、 5A ，還可儲存數(shù)據(jù)，供隨時(shí)查閱。

　　23 、 DQ03-1 不銹鋼電機(jī)導(dǎo)軌、光碼盤測速系統(tǒng)(日本歐姆龍 1024 光電編碼器)及數(shù)顯轉(zhuǎn)速表

　　24 、 DQ07-1 直流復(fù)勵發(fā)電機(jī)

　　25 、 DQ09 直流并勵電動機(jī)

　　26 、 DQ17 單相電阻啟動異步電動機(jī)

　　27 、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)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(全配)

　　(一)晶閘管觸發(fā)電路實(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 .單相集成鋸齒波觸發(fā)電路實(shí)驗(yàn)(由 Tca785 組成)

　　5 .三相集成鋸齒波觸發(fā)電路實(shí)驗(yàn)(由 KC04 等組成)

　　6 .三相集成鋸齒波觸發(fā)電路實(shí)驗(yàn)(由 TC787 組成)

　　(二)晶閘管線路實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目

　　1 .單相半波可控整流電路實(shí)驗(yàn)

　　2 .單相橋式半控整流電路實(shí)驗(yàn)

　　3 .單相橋式全控整流及有源逆變電路實(shí)驗(yàn)

　　4 .三相半波可控整流電路實(shí)驗(yàn)

　　5 .三相橋式半控整流電路實(shí)驗(yàn)

　　6 .三相半波有源逆變電路實(shí)驗(yàn)

　　7 .三相橋式全控整流及有源逆變電路實(shí)驗(yàn)

　　8 .單相并聯(lián)逆變電路實(shí)驗(yàn)

　　9 .單相交流調(diào)壓電路實(shí)驗(yàn)

　　10 .單相交流調(diào)功電路實(shí)驗(yàn)

　　11 .三相交流調(diào)壓電路實(shí)驗(yàn)

　　(三)新器件特性及驅(qū)動保護(hù)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目

　　1 .單向晶閘管( SCR )特性實(shí)驗(yàn)

　　2 .可關(guān)斷晶閘管( GTO )特性實(shí)驗(yàn)

　　3 .功率場效應(yīng)管( MOSFET )特性實(shí)驗(yàn)

　　4 .功率晶體管( GTR )特性實(shí)驗(yàn)

　　5 .絕緣雙極性晶體管( IGBT )特性實(shí)驗(yàn)

　　6 .可關(guān)斷晶閘管( GTO )驅(qū)動與保護(hù)電路實(shí)驗(yàn)

　　7 .功率場效應(yīng)管( MOSFET )驅(qū)動與保護(hù)電路實(shí)驗(yàn)

　　8 .功率晶體管( GTR )驅(qū)動與保護(hù)電路實(shí)驗(yàn)

　　9 .絕緣雙極性晶體管( IGBT )驅(qū)動與保護(hù)電路實(shí)驗(yàn)

　　(四)典型新器件線路實(shí)驗(yàn)

　　1 .單相正弦波脈寬調(diào)制( SPWM )逆變電路實(shí)驗(yàn)

　　2 .全橋 DC/DC 變換電路實(shí)驗(yàn)

　　3 .半橋型開關(guān)穩(wěn)壓電源的性能研究

　　4 .單端反激式隔離開關(guān)電源實(shí)驗(yàn)

　　5 .單端電流反饋他激式隔離開關(guān)電源實(shí)驗(yàn)

　　6 .直流斬波電路的性能研究(降壓斬波電路、升壓斬波電路、升降壓斬波的電路、 Cu k斬波電路、 Sepic 斬波電路、 Zeta 斬波電路)

　　7 .升、降壓與復(fù)合斬波電路實(shí)驗(yàn)

　　8 .單相斬控式交流調(diào)壓電路實(shí)驗(yàn)

　　9 .整流電路有源功率因數(shù)校正實(shí)驗(yàn)

　　10 .軟開關(guān)技術(shù)實(shí)驗(yàn)

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