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YZDLD-I电力电子技术实验装置

日期 : 2019-03-28 16:55

一、产品概述

YZDLD-I电力电子技术实验装置”是根据《半导体变流技术》、《电力电子技术》等相关课程的实验要求而研制的,该产品在设计时充分考虑学生的特点,强调学生的动手能力,通过实验使学生在对各种电气控制技术有深刻了解的基础上,逐步提高,学以致用,最终达到能独立设计各种电机控制系统,实现电机的电子线路控制、各种新器件的认识和使用。同时,该教学实验台在设计时也充分考虑了教师的需要,留有较大的发展空间,便于教师在该实验台上进行进一步研究以及产品开发。

二、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)  海拔<4000m
  3. 装置容量:<1.0kVA
  4. 外形尺寸:约150cm×80cm×150cm

三、系统组成

电源控制屏

    (1).交流电源(带有过流保护措施)

    提供交流电源:三相交流电源(线电压220V/1.5A)

    (2)高压直流电源

    直流电源:输出220V/0.5A,具有输出短路保护。

    (3)数字式仪表

     交流数字电压表:可通过其下方的波段开关切换指示三相电网输入线电压,精度1.0级。

     真有效值交流数字电压表一只:测量范围0500V,精度0.5级,三位半数显。

     真有效值交流数字电流表一只:测量范围05A,精度0.5级,三位半数显。

     直流数字电压表一只:测量范围0300V,三位半数显,精度0.5级。

     直流数字电流表一只:测量范围05A,三位半数显,精度0.5级。

    (4)指针表:直流电压表(测量范围0~±300V,为中零式,精度为1.0),直流电流表(测量范围0~±2A,为中零式,精度为1.0)
    (5)三相可调电阻(90Ω×2/1.3A一个、900Ω×2/0.41A两个)   
    (6)平波电抗器:提供100mH200mH700mH电感,在1A下保持线性。
    (7)给定:±15V可调电压输出,带数显指示输出电压。
    (8)单相调压:提供了一只0250V/0.5kVA单相交流自耦调压器,为相应的实验提供可调交流电源,并带过流保护。
    (9)三相整流滤波电路:可对单相及三相交流电源进行整流和滤波,具有输出短路保护。
    (10)变压器: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),用于三相桥式、单相桥式有源逆变电路实验。
    (11)人身安全保护体系

     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,使主电路输出与电网隔离(浮地设计),对人身安全起到一定的保护作用。

     电压型漏电保护器1:对隔离变压器前的线路出现的漏电现象进行保护,使控制屏内的接触器跳闸,切断电源。

     电压型漏电保护器2:对隔离变压器后的线路及实验过程中的接线等出现的漏电现象进行保护,发出声光报警信号并切断电源,确保人身安全。

     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。

     实验连接线及插座:强、弱电连接及插座分开,不能混插。强电连接线及插座采用全封闭工艺,使用安全、可靠、防触电。

    (12)控制屏其它设施

    控制屏正面大凹槽内,设有两根方型不锈钢管,可挂置实验部件,凹槽底部设有7芯、3芯等插座, 挂件的供电由这些插座提供。控制屏两侧设有单相三极220V电源插座及三相四极380V电源插座。

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,形状似长方体结构,造型美观大方;设有两个大抽屉,用于放置工具、存放部件及资料等。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,配有示波器搁板。

三相可控整流电路()

    提供65A/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。

    三相触发电路由KC04KC41KC424066等集成电路组成,可通过钮子开关选择双窄脉冲或宽脉冲,同时提供六路触发脉冲功放电路等。

晶闸管触发电路()

    提供单结晶体管触发电路实验、锯齿波同步移相触发电路实验。

晶闸管触发电路()

    提供正弦波同步移相触发电路实验、单相交流调压触发电路实验及单相并联逆变触发电路实验共三种。

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+20V直流电源。

    (2)驱动电路:包括MOSFETIGBT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档,通过钮子开关切换,高频档是为MOSFETIGBT驱动电路提供PWM波形,频率调节范围4kHz10kHz;低频档是为GTRGTO驱动电路提供PWM波形,频率调节范围400Hz1kHz;占空比在各频率点上均能从0%调至100%

功率器件驱动与保护电路()

提供GTOGTR的驱动保护电路。

单相交直交变频原理

   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,电感或电机)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。

DC/DC变换电路

    提供了DC/DC变换电路实验的主电路和控制电路。电力电子器件为IGBT,控制电路采用PWM控制集成电路SG3525,挂箱面板上还提供了所需的观测孔。

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。

直流斩波实验

   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。

斩控式交流调压电路

   采用全控型器件IGBT管实现“斩控式交流调压实验”。

单相交流调压/调功电路

   采用的电力电子器件为双向晶闸管,在交流调压实验中采用由双向触发二极管构成触发控制电路;在交流调功实验中采用由555时基电路组成触发控制电路。

单端反激式隔离开关电源

    输入交流电压范围为50V200V,输出为三组直流电源,分别为+5V/5A+12V/1A-12V/1A,在输入交流电压和直流输出负载变化时输出电压的变化率小于0.3%

PS-ZVS-PWM软开关技术

    主要包括H桥电路、控制电路和稳压反馈电路,用于展现移相零电压开关的电路结构和工作原理。H桥电路有四只MOSFET管组成,控制电路采用全桥软开关电源移相PWM控制芯片UCC3895和驱动芯片HIP4081组成,稳压反馈电路由TL431等元件组成。

整流电路有源功率因数校正

    主要有整流电路、升压变换器、控制电路三部分组成。控制电路采用功率因数控制芯片UCC3817N和外围元器件组成。最大输出功率是100W(200V±5%0.5A),工作频率为100kHz。通过适当的连线可以完成下列实验项目:

·         无滤波电容的整流电路带纯阻性负载的测试;

·         有滤波电容的整流电路带纯阻性负载的测试;

·         整流电路有源功率因数校正的测试;

·         控制电路的波形测试,功率栅极控制信号观察;

·         整流电路有源功率因数校正电路的性能测试。

实验元器件

    提供晶闸管(均设有RC吸收和保险丝保护)、压敏电阻(作为过压保护元件,内部已连成三角形接法)、二极管及灯座、RC吸收电路。

单端电流反馈他激式隔离开关电源

    采用专用集成电路UC3844PWM控制器,可直接驱动MOSFET功率场效应管。通过与直流可调电源、负载的配合可展示电路原理,各点波形测试,输入电压和负载改变时的波形变化和性能测试等项目。

升、降压与复合斩波电路

    通过PWM控制器与两个IGBT三极管,两个二极管的简单联结,配以发电机、电动机的组合负荷,用双踪示波器能展示降压电路的第一象限电压-电流图,升压电路的第二象限电压-电流图,复合电路的第一、第二象限电压-电流图。同时能展示以上三种状态下的续流、临界断流、断流时的电压、电流波形(改变输入电压、改变PWM脉宽、改变负荷电机力矩)。并可简单地联结成升、降压与复合电路,由于结构上的特点,实验还可演示斩波电路电机负荷能耗制动、回馈制动等的实验效果。

三相可控整流电路()

    提供65A/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。

    三相触发电路由专用晶闸管新型集成触发电路TCA785组成,体现了现代晶闸管触发技术的最新应用,同时提供六路触发脉冲功放电路等。

晶闸管触发电路()

    由西门子专用晶闸管集成触发电路TCA785组成,可完成单相集成触发电路实验,体现了现代晶闸管触发技术的最新应用。

三相数字晶闸管触发电路

    提供65A/1000V的晶闸管,每只晶闸管均设有RC吸收和保险丝保护电路,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),可完成设计性实验。

    该挂件采用高性能单片机为核心器件,采用数码管显示晶闸管触发角度,能直观、准确读出当前晶闸管的触发角度。挂件输出的三相六路触发脉冲,移相范围为0°~160°,控制精度为0.1°,起始角可以在0°~160°内任意设置,克服了采用传统专用模拟集成电路(KC04KJ004)晶闸管多路触发脉冲电路调试困难,波形整齐程度较差等问题。

    该挂件提供两种控制方法:数字键盘和外部模拟量控制。数字键盘控制方式可直接通过点动按钮的方式以精确到0.1°的范围内,并可自由调节触发角度,外部模拟量控制方式完全兼容原来的模拟系统。

单相智能功率、功率因数表

    由一套微电脑,高速、高精度A/D转换芯片和全数显电路构成。通过键控、数显窗口实现人机对话的智能控制模式。为了提高测量范围和测试精度,将被测电压、电流瞬时值的取样信号经A/D变换,采用专用DSP计算有功功率、无功功率。功率的测量精度0.5级,电压、电流量程分别为450V5A,可测量负载的有功功率、无功功率、功率因数;还可以贮存、记录15组功率和功率因数的测试结果数据,并可逐组查询。

不锈钢电机导轨、光码盘测速系统及数显转速表

    包括日本欧姆龙1024光电编码器及固定电机的不锈钢导轨等。不锈钢导轨平整度好,无应力变形,加工精细,同心度好,互换性好,能保证电机与电机、电机与测功机之间连接的同心度不超过±5丝,电机运行噪声小,实验参数典型,能较好满足实验要求。

直流发电机(220W)

直流并励电动机

单相电阻启动异步电动机

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手枪插连接线(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。

五、实验项目

1、晶闸管触发电路实验

    (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)单相集成锯齿波触发电路实验(TCA785组成)
    (5)
三相集成锯齿波触发电路实验(KC04等组成)
    (6)
三相集成锯齿波触发电路实验(TCA785组成)
    (7)
三相集成数字晶闸管触发电路实验(由单片机组成)

2、晶闸管线路实验

    (1)单相半波可控整流电路实验
    (2)单相桥式半控整流电路实验
    (3)单相桥式全控整流及有源逆变电路实验
    (4)三相半波可控整流电路实验
    (5)三相桥式半控整流电路实验
    (6)三相半波有源逆变电路实验
    (7)三相桥式全控整流及有源逆变电路实验
    (8)单相并联逆变电路实验
    (9)单相交流调压电路实验
    (10)单相交流调功电路实验
    (11)三相交流调压电路实验

3、器件特性及驱动保护实验

    (1)单向晶闸管(SCR)特性实验
    (2)可关断晶闸管(GTO)特性实验
    (3)功率场效应管(MOSFET)特性实验
    (4)功率晶体管(GTR)特性实验
    (5)绝缘双极性晶体管(IGBT)特性实验
    (6)可关断晶闸管(GTO)驱动与保护电路实验
    (7)功率场效应管(MOSFET)驱动与保护电路实验
    (8)功率晶体管(GTR)驱动与保护电路实验
    (9)绝缘双极性晶体管(IGBT)驱动与保护电路实验

4、典型新器件线路实验

    (1)单相正弦波脉宽调制(SPWM)逆变电路实验
    (2)全桥DC/DC变换电路实验
    (3)半桥型开关稳压电源的性能研究
    (4)单端反激式隔离开关电源实验
    (5)单端电流反馈他激式隔离开关电源实验
    (6)直流斩波电路的性能研究(降压斩波电路、升压斩波电路、升降压斩波电路、Cuk斩波电路、Sepic斩波电路、Zeta斩波电路)
    (7)
升、降压与复合斩波电路实验
    (8)单相斩控式交流调压电路实验
    (9)整流电路有源功率因数校正实验
    (10)软开关技术实验

 

 

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