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SBDDZ-01型電力電子及變頻技術實訓裝置

一、概述

電力電子及變頻技術實訓裝置，電力電子及變頻技術實訓設備涵蓋了各高等院校等所開設的"電力電子技術(或稱半導體變流技術)"、"直流調(diào)速"、"交流調(diào)速"、"電機控制"、"電力拖動自動控制系統(tǒng)"及"控制理論"等專業(yè)課程所要求的實訓項目。電力電子及變頻技術實訓裝置，電力電子及變頻技術實訓設備依據(jù)高等院校最新統(tǒng)編教材《電力拖動自動控制系統(tǒng)》（第三版）(上海大學陳伯時編著)、《電力電子技術》(第五版)(西安交通大學王兆安編著)等實訓大綱的要求，吸收國內(nèi)、外同類產(chǎn)品的優(yōu)點，充分考慮了實訓室的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢，精心研制而成。在同類產(chǎn)品中結構合理、功能完善、可靠性好、性價比高。

   (實訓設備外形參考圖片，也可以根據(jù)學校要求定做）

二、特點

1、綜合性強：本裝置綜合了目前國內(nèi)各類學校電力電子、半導體變流、交流變頻、電機控制理論等實訓項目。

2、適應性強：能滿足各類學校相應課程的實訓教學，深度和廣度可根據(jù)需要作靈活調(diào)整，普及與提高可根據(jù)教學的進程作有機的結合，裝置采用積木式結構，更換便捷，如需要擴展功能或開發(fā)新實訓，只需添加部件即可，永不淘汰。

3、整套性強：從專用電源、電機及其它實訓部件到實訓連接專用導線配套齊全，配套部件的性能、規(guī)格等均密切結合實訓的需要進行配套。

4、直觀性強：各實訓掛件采用分隔結構形式，組件面板示意、圖線分明，各掛件任務明確，操作、維護方便。

5、科學性強：裝置占地面積少，節(jié)約實訓用房，減少基建投資；配套的小電機均經(jīng)特殊設計，可模擬中小型電機的特性和參數(shù)；小電機耗電省，節(jié)約能源，實訓噪聲小，整齊美觀，改善實訓環(huán)境；實訓內(nèi)容豐富，設計合理，除了加深理論知識外還可結合實際開設設計性實訓。

6、開放性強：控制屏供電采用三相隔離變壓器隔離，并設有電流型漏電保護裝置，確保操作者的安全；各電源輸出均有監(jiān)示及短路保護等功能，使用安全可靠；由于整套裝置經(jīng)過精心設計，加上可靠的元器件質(zhì)量及可靠的工藝作為保障，產(chǎn)品性能優(yōu)良，所有這些均為開放性實訓室，創(chuàng)造了條件。

7、先進性強：本裝置著重從新器件高度來考慮，在保留了晶閘管實訓的基礎上，加入了新器件的特性、新器件的驅(qū)動以及典型的新器件應用的大量現(xiàn)代電力電子技術實訓，讓學生對新器件有足夠的認識和了解，緊跟時代步伐。

三、技術性能

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：＜1.5KVA

4、外形尺寸：1600×700×1550mm3 

四、裝置的基本裝備

1、DK01電源控制屏（鐵質(zhì)雙層亞光密紋噴塑結構）

（1）交流電源（均帶有過流保護措施）提供交流電源：三相交流電220V/3A。

（2）高壓直流電源

 勵磁電源：220V（0.5A），具有輸出短路保護。

（3）指示及測量儀表

1）交流數(shù)字電壓表：可通過其下方的波段開關切換指示三相電網(wǎng)輸入線電壓；

2）智能交流電壓表1只:測量范圍：0-1000V,設置1V/10V/100V/1000V四量程，六位數(shù)碼顯示測量值。儀表采用現(xiàn)代化技術，數(shù)碼中文顯示，具備智能化、數(shù)字化功能，通過按鍵能夠?qū)x表進行設置操作,量程手動、自動切換模式、校準、調(diào)零、濾波級數(shù)設置、超量程自動報警提示及保護等功能。硬件部分整體性強，集成度高，采用表貼工藝制作，工業(yè)塑料外殼，面板嵌入安裝，使用穩(wěn)定，容易更換和升級維護。

3）智能交流電流表1只：測量范圍：0-5A, 設置10mA/500mA/5A三檔量程，六位數(shù)碼顯示測量值。儀表采用現(xiàn)代化技術，數(shù)碼中文顯示，具備智能化、數(shù)字化功能，通過按鍵能夠?qū)x表進行設置操作,量程手動、自動切換模式、校準、調(diào)零、濾波級數(shù)設置、超量程自動報警提示及保護等功能。硬件部分整體性強，集成度高，采用表貼工藝制作，工業(yè)塑料外殼，面板嵌入安裝，使用穩(wěn)定，容易更換和升級維護。

4）直流數(shù)字電壓表一只：測量范圍0～500V，三位半數(shù)顯，輸入阻抗為10MΩ，精度0.5級，為調(diào)速系統(tǒng)提供電壓指示；

5）直流數(shù)字電流表一只：測量范圍為0～5A，三位半數(shù)顯，精度0.5級，為調(diào)速系統(tǒng)提供電流指示。

（4）人身安全保護體系

1）三相隔離變壓器一組：三相電源首先通過三相漏電保護器，然后經(jīng)鑰匙開關、接觸器到隔離變壓器，使輸出與電網(wǎng)隔離（浮地設計），對人身安全起到一定的保護作用。

2）電流型漏電保護裝置：控制屏若有漏電現(xiàn)象，漏電流超過一定值，即切斷電源。

3）實訓連接線及插座：強、弱電連接及插座分開，不能混插。

4）強電連接線及插座采用全封閉工藝，使用安全、可靠、防觸電。

（5）控制屏其它設施

控制屏正面，可掛置實訓部件，控制臺設有3芯插座， 掛件的供電由這些插座提供。

★（6）實訓室智慧用電安全控制系統(tǒng)（不配置電源總控臺時，只需提供單機版，即可運行）

智能電源管理系統(tǒng)具有過溫、短路、過流、過壓、欠壓、失壓、功率限定；電源具有一鍵鎖定功能，處理故障時，防止漏電保護器合閘，造成觸電危險；電源具有故障鎖定功能，發(fā)生故障導致跳閘時，不能人為上電，只能通過遠程清除故障后，才能上電成功；能通過無線4G和有線以太網(wǎng)與手機APP和PC端云平臺通訊，沒有網(wǎng)絡的情況下，教室整套智能電源管理系統(tǒng)可離線獨立運行。

1）智能終端：智能電源管理系統(tǒng)以32位ARM為核心，采用4.3寸彩色觸摸屏為人機交互界面，實時監(jiān)控設備運行情況，提供Zigbee、CAN等多種通信模式，具備語音播報功能。能實時監(jiān)測三相電壓、電流、功率，功率因數(shù)、頻率、電能等參數(shù)，液晶觸摸屏監(jiān)測數(shù)值。能監(jiān)控實訓室電源的故障類型和故障次數(shù)；用戶通過刷卡方式請求開啟設備，PC端進行授權之后，設備可啟動使用，PC端可分時預約設備的啟動和停止！設備時間管理包含年月日時間的顯示?？稍O備相應過溫、短路、過流、過壓、欠壓、失壓、功率限定等7大保護功能數(shù)值。

2）手機APP：用電狀態(tài)界面實時顯示當前電壓、電流、有無功功率、電能、設備溫度、漏電電流值等；后臺查看報警日志、操作日志、故障日志等。用戶可進行遠程在線報修，反應設備故障信息，編輯報修情況，后臺可進行遠程維護，及時跟進，以有效解決用戶設備維護。

3）PC端軟件：每個設備狀態(tài)信息顯示，具有多個子界面，具有故障分析，用電能效分析、集中管理、個人中心資料管理、用戶定位跟蹤與信息統(tǒng)計；具有管理員信息修改與權限管理等功能。可一鍵開啟和關閉所有設備，可單獨控制每臺設備的開關！用電數(shù)據(jù)界面能智能查找近2年用電數(shù)據(jù)，設置界面能設置限定電能值、負載值、設備超溫值、過欠壓值、過欠壓恢復時間值等。

2、DK02實訓桌

1）實訓桌采用四個工業(yè)鋁型材立柱為支撐，立柱端部可安裝調(diào)節(jié)腳，方便高度調(diào)節(jié)，主體結構通過左、右各2個C字形鋁壓成型構件聯(lián)接，臺面高度約800mm，桌面板下設支撐框架，截面尺寸為30×30mm，承受力不少于300kg。立柱采用工業(yè)鋁型材成型工藝，表面氧化處理，截面尺寸：70×70mm，四面帶槽，槽寬約8mm，端部配套塑料堵頭，槽內(nèi)適用工業(yè)鋁型材通配螺母及配件。C字形鋁壓成型構件為左、右對稱件，采用壓鑄成型工藝，經(jīng)機加工、拋丸、噴砂，表面藍色靜電噴涂工藝。

2）實訓桌桌面采用25mm麻灰色高密度層壓板封邊特制，有效提高絕緣等級；

3）實訓儲物柜采用冷沖壓鈑金一體成型，封閉式結構，表面靜電噴涂；柜體設有門柜用于放置實訓掛箱，設有一個抽屜用于放置實訓導線和指導書等。

3、DQ27三相可調(diào)電阻（每組900Ω×2/0.41A）

4、DK03晶閘管主電路

提供12只5A/1000V的晶閘管，每只晶閘管均設有RC吸收和保險絲保護裝置，晶閘管可通過外加觸發(fā)信號進行觸發(fā)（留有觸發(fā)脈沖輸入接口），可更好的完成設計性實訓。設有帶鏡面精密指針式直流電壓表±300V一只，帶鏡面直流電流表±2A一只，平波電抗器一組。

5、DK04三相晶閘管觸發(fā)電路

提供三相觸發(fā)電路、功放電路，脈沖變壓器等，與"DK03"配套使用。

★6、DK04-1三相數(shù)字晶閘管觸發(fā)電路

該掛件采用高性能單片機為核心器件，采用數(shù)碼管顯示晶閘管觸發(fā)角度，能直觀、準確讀出當前晶閘管的觸發(fā)角度。掛件輸出的三相六路觸發(fā)脈沖，移相范圍為0°～160°，控制精度為0.1°，起始角可以在0°～160°內(nèi)任意設置，克服了采用傳統(tǒng)專用模擬集成電路(如KC04、KJ004等)晶閘管多路觸發(fā)脈沖電路調(diào)試困難，波形整齊程度較差等問題。

該掛件提供兩種控制方法：數(shù)字鍵盤和外部模擬量控制。數(shù)字鍵盤控制方式可直接通過點動按鈕的方式以精確到0.1°的范圍內(nèi)，并可自由調(diào)節(jié)觸發(fā)角度，外部模擬量控制方式完全兼容原來的模擬系統(tǒng)。除此之外還提供相應的三相正、反橋功放電路等，與"DK03"配套使用。

7、DK05單相晶閘管觸發(fā)電路

提供單結晶體管、鋸齒波同步移向、正弦波同步移向觸發(fā)電路，KC05單相交流調(diào)壓，西門子TCA785集成觸發(fā)電路等。

8、DK07 直流斬波實驗

根據(jù)西安交通大學王兆安教授和黃俊教授主編的《電力電子技術》 ( 第四版 ) 中相關內(nèi)容而設計。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驗。

9、DK09新器件特性實驗

提供SCR、MOSFET、IGBT、GTO 、GTR新器件，可完成電力電子新器件特性實驗。

10、DK11單相調(diào)壓與可調(diào)負載

提供了一只0～250V/0.5KVA單相交流自耦調(diào)壓器，為相應的實驗提供可調(diào)電源；一個整流濾波電路以及0～90Ω/1.3A（串聯(lián)）或0～45Ω/2.6A（并聯(lián)）瓷盤可調(diào)電阻，為相應的實驗提供一個可調(diào)的阻性負載。

11、DK12變壓器實驗

提供三相芯式變壓器一個（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），用于異步電機串級調(diào)速實驗和三相橋式、單相橋式有源逆變電路實驗；還設有三相不控整流電路等模塊。

12、DK13功率器件驅(qū)動與保護電路

主要是為完成新器件特性實訓提供驅(qū)動和保護電路，使學生了解電力電子新器件的驅(qū)動特性。主要包括電源、驅(qū)動電路、PWM波形發(fā)生器。

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

（2）驅(qū)動電路：包括GTO，GTR，MOSFET、IGBT的驅(qū)動電路。其中IGBT的驅(qū)動電路采用了專用芯片EXB841。

（3）PWM波形發(fā)生器：由SG3525為核心的PWM波形發(fā)生器主要為新器件驅(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 頻率調(diào)節(jié)范圍4KHz～10KHz。

13、DK14單相交直交變頻原理

根據(jù)普通高等教育"九五"國家級重點教材王兆安，黃俊主編的《電力電子技術》（第四版）的內(nèi)容進行開發(fā)。用于展示交直交變頻原理，主要讓學生了解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)動芯片的特點及其使用，能完成如下實訓項目：

1）SPWM波形成的過程；

2）交直交變頻電路在不同負載（電阻，電感）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。

14、DQ10三相鼠籠異步電機(AC220V/380V，100W，n=1420RPM)。

15、DK28三相異步電機變頻調(diào)速系統(tǒng):提供三菱D720變頻調(diào)速系統(tǒng)1套

16、實訓連接線

根據(jù)不同實訓項目的特點，配備兩種不同的實訓連接線，強電部分采用4mm高可靠護套結構手槍插連接線（不存在任何觸電的可能），里面采用無氧銅抽絲而成頭發(fā)絲般細的多股線，達到超軟目的，外包丁晴聚氯乙烯絕緣層，具有柔軟、耐壓高、強度大、防硬化、韌性好等優(yōu)點，插頭采用實芯銅質(zhì)件外套鈹輕銅彈片，接觸安全可靠；弱電部分采用3mm護套結構連接線，兩種導線都只能配合相應內(nèi)孔的插座，這樣大大提高了實訓的安全及合理性。

17、學生凳

每套設備提供學生用方凳2只。

五、本裝置能開設的實訓項目

（一）電力電子技術實訓項目

1．單結晶體管觸發(fā)電路

2．鋸齒波同步移相觸發(fā)電路實訓

3．單相半波可控整流電路實訓

4．單相橋式半控整流電路實訓

5．單相橋式全控整流及有源逆變電路實訓

6．三相半波可控整流電路實訓

7．三相橋式半控整流電路實訓

8．三相半波有源逆變電路實訓

9．三相橋式全控整流及有源逆變電路實訓

10．單相交流調(diào)壓電路實訓

11．三相交流調(diào)壓電路實訓

（二） 電力電子器件功率驅(qū)動與保護部分

1.單向晶閘管（ SCR ）特性實訓

2.可關斷晶閘管（ GTO ）特性實訓

3.功率場效應管（ MOSFET ）特性實訓

4.功率晶體管（ GTR ）特性實訓

5.絕緣雙極性晶體管（ IGBT ）特性實訓

6.可關斷晶閘管（ GTO ）驅(qū)動與保護電路實訓

7.功率場效應管（ MOSFET ）驅(qū)動與保護電路實訓

8.功率晶體管（ GTR ）驅(qū)動與保護電路實訓

9.絕緣雙極性晶體管（ IGBT ）驅(qū)動與保護電路實訓

(三）典型電力電子器件線路實訓

1.直流斬波電路的性能研究(降壓斬波電路、升壓斬波電路、升降壓斬波電路、Cuｋ斬波電路、Sepic斬波電路、Zeta斬波電路) (IGBT)

2．單相正弦波脈寬調(diào)制（SPWM）逆變電路原理實訓

（四）變頻調(diào)速系統(tǒng)

1.交流電機變頻調(diào)速系統(tǒng)實訓

六、裝置配置清單