SBDDZ-01型电力电子及变频技术实训装置

一、概述

电力电子及变频技术实训装置，电力电子及变频技术实训设备涵盖了各高等院校等所开设的"电力电子技术(或称半导体变流技术)"、"直流调速"、"交流调速"、"电机控制"、"电力拖动自动控制系统"及"控制理论"等专业课程所要求的实训项目。电力电子及变频技术实训装置，电力电子及变频技术实训设备依据高等院校最新统编教材《电力拖动自动控制系统》（第三版）(上海大学陈伯时编著)、《电力电子技术》(第五版)(西安交通大学王兆安编著)等实训大纲的要求，吸收国内、外同类产品的优点，充分考虑了实训室的现状和发展趋势，精心研制而成。在同类产品中结构合理、功能完善、可靠性好、性价比高。

   (实训设备外形参考图片，也可以根据学校要求定做）

二、特点

1、综合性强：本装置综合了目前国内各类学校电力电子、半导体变流、交流变频、电机控制理论等实训项目。

2、适应性强：能满足各类学校相应课程的实训教学，深度和广度可根据需要作灵活调整，普及与提高可根据教学的进程作有机的结合，装置采用积木式结构，更换便捷，如需要扩展功能或开发新实训，只需添加部件即可，永不淘汰。

3、整套性强：从专用电源、电机及其它实训部件到实训连接专用导线配套齐全，配套部件的性能、规格等均密切结合实训的需要进行配套。

4、直观性强：各实训挂件采用分隔结构形式，组件面板示意、图线分明，各挂件任务明确，操作、维护方便。

5、科学性强：装置占地面积少，节约实训用房，减少基建投资；配套的小电机均经特殊设计，可模拟中小型电机的特性和参数；小电机耗电省，节约能源，实训噪声小，整齐美观，改善实训环境；实训内容丰富，设计合理，除了加深理论知识外还可结合实际开设设计性实训。

6、开放性强：控制屏供电采用三相隔离变压器隔离，并设有电流型漏电保护装置，确保操作者的安全；各电源输出均有监示及短路保护等功能，使用安全可靠；由于整套装置经过精心设计，加上可靠的元器件质量及可靠的工艺作为保障，产品性能优良，所有这些均为开放性实训室，创造了条件。

7、先进性强：本装置着重从新器件高度来考虑，在保留了晶闸管实训的基础上，加入了新器件的特性、新器件的驱动以及典型的新器件应用的大量现代电力电子技术实训，让学生对新器件有足够的认识和了解，紧跟时代步伐。

三、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℃） 海拨＜4000m

3、装置容量：＜1.5KVA

4、外形尺寸：1600×700×1550mm3 

四、装置的基本装备

1、DK01电源控制屏（铁质双层亚光密纹喷塑结构）

（1）交流电源（均带有过流保护措施）提供交流电源：三相交流电220V/3A。

（2）高压直流电源

 励磁电源：220V（0.5A），具有输出短路保护。

（3）指示及测量仪表

1）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；

2）智能交流电压表1只:测量范围：0-1000V,设置1V/10V/100V/1000V四量程，六位数码显示测量值。仪表采用现代化技术，数码中文显示，具备智能化、数字化功能，通过按键能够对仪表进行设置操作,量程手动、自动切换模式、校准、调零、滤波级数设置、超量程自动报警提示及保护等功能。硬件部分整体性强，集成度高，采用表贴工艺制作，工业塑料外壳，面板嵌入安装，使用稳定，容易更换和升级维护。

3）智能交流电流表1只：测量范围：0-5A, 设置10mA/500mA/5A三档量程，六位数码显示测量值。仪表采用现代化技术，数码中文显示，具备智能化、数字化功能，通过按键能够对仪表进行设置操作,量程手动、自动切换模式、校准、调零、滤波级数设置、超量程自动报警提示及保护等功能。硬件部分整体性强，集成度高，采用表贴工艺制作，工业塑料外壳，面板嵌入安装，使用稳定，容易更换和升级维护。

4）直流数字电压表一只：测量范围0～500V，三位半数显，输入阻抗为10MΩ，精度0.5级，为调速系统提供电压指示；

5）直流数字电流表一只：测量范围为0～5A，三位半数显，精度0.5级，为调速系统提供电流指示。

（4）人身安全保护体系

1）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。

2）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。

3）实训连接线及插座：强、弱电连接及插座分开，不能混插。

4）强电连接线及插座采用全封闭工艺，使用安全、可靠、防触电。

（5）控制屏其它设施

控制屏正面，可挂置实训部件，控制台设有3芯插座， 挂件的供电由这些插座提供。

★（6）实训室智慧用电安全控制系统（不配置电源总控台时，只需提供单机版，即可运行）

智能电源管理系统具有过温、短路、过流、过压、欠压、失压、功率限定；电源具有一键锁定功能，处理故障时，防止漏电保护器合闸，造成触电危险；电源具有故障锁定功能，发生故障导致跳闸时，不能人为上电，只能通过远程清除故障后，才能上电成功；能通过无线4G和有线以太网与手机APP和PC端云平台通讯，没有网络的情况下，教室整套智能电源管理系统可离线独立运行。

1）智能终端：智能电源管理系统以32位ARM为核心，采用4.3寸彩色触摸屏为人机交互界面，实时监控设备运行情况，提供Zigbee、CAN等多种通信模式，具备语音播报功能。能实时监测三相电压、电流、功率，功率因数、频率、电能等参数，液晶触摸屏监测数值。能监控实训室电源的故障类型和故障次数；用户通过刷卡方式请求开启设备，PC端进行授权之后，设备可启动使用，PC端可分时预约设备的启动和停止！设备时间管理包含年月日时间的显示。可设备相应过温、短路、过流、过压、欠压、失压、功率限定等7大保护功能数值。

2）手机APP：用电状态界面实时显示当前电压、电流、有无功功率、电能、设备温度、漏电电流值等；后台查看报警日志、操作日志、故障日志等。用户可进行远程在线报修，反应设备故障信息，编辑报修情况，后台可进行远程维护，及时跟进，以有效解决用户设备维护。

3）PC端软件：每个设备状态信息显示，具有多个子界面，具有故障分析，用电能效分析、集中管理、个人中心资料管理、用户定位跟踪与信息统计；具有管理员信息修改与权限管理等功能。可一键开启和关闭所有设备，可单独控制每台设备的开关！用电数据界面能智能查找近2年用电数据，设置界面能设置限定电能值、负载值、设备超温值、过欠压值、过欠压恢复时间值等。

2、DK02实训桌

1）实训桌采用四个工业铝型材立柱为支撑，立柱端部可安装调节脚，方便高度调节，主体结构通过左、右各2个C字形铝压成型构件联接，台面高度约800mm，桌面板下设支撑框架，截面尺寸为30×30mm，承受力不少于300kg。立柱采用工业铝型材成型工艺，表面氧化处理，截面尺寸：70×70mm，四面带槽，槽宽约8mm，端部配套塑料堵头，槽内适用工业铝型材通配螺母及配件。C字形铝压成型构件为左、右对称件，采用压铸成型工艺，经机加工、抛丸、喷砂，表面蓝色静电喷涂工艺。

2）实训桌桌面采用25mm麻灰色高密度层压板封边特制，有效提高绝缘等级；

3）实训储物柜采用冷冲压钣金一体成型，封闭式结构，表面静电喷涂；柜体设有门柜用于放置实训挂箱，设有一个抽屉用于放置实训导线和指导书等。

3、DQ27三相可调电阻（每组900Ω×2/0.41A）

4、DK03晶闸管主电路

提供12只5A/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训。设有带镜面精密指针式直流电压表±300V一只，带镜面直流电流表±2A一只，平波电抗器一组。

5、DK04三相晶闸管触发电路

提供三相触发电路、功放电路，脉冲变压器等，与"DK03"配套使用。

★6、DK04-1三相数字晶闸管触发电路

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(如KC04、KJ004等)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。除此之外还提供相应的三相正、反桥功放电路等，与"DK03"配套使用。

7、DK05单相晶闸管触发电路

提供单结晶体管、锯齿波同步移向、正弦波同步移向触发电路，KC05单相交流调压，西门子TCA785集成触发电路等。

8、DK07 直流斩波实验

根据西安交通大学王兆安教授和黄俊教授主编的《电力电子技术》 ( 第四版 ) 中相关内容而设计。提供组成直流斩波电路所需的元器件和采用专用的 PWM 控制集成电路 SG3525 。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。

9、DK09新器件特性实验

提供SCR、MOSFET、IGBT、GTO 、GTR新器件，可完成电力电子新器件特性实验。

10、DK11单相调压与可调负载

提供了一只0～250V/0.5KVA单相交流自耦调压器，为相应的实验提供可调电源；一个整流滤波电路以及0～90Ω/1.3A（串联）或0～45Ω/2.6A（并联）瓷盘可调电阻，为相应的实验提供一个可调的阻性负载。

11、DK12变压器实验

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），用于异步电机串级调速实验和三相桥式、单相桥式有源逆变电路实验；还设有三相不控整流电路等模块。

12、DK13功率器件驱动与保护电路

主要是为完成新器件特性实训提供驱动和保护电路，使学生了解电力电子新器件的驱动特性。主要包括电源、驱动电路、PWM波形发生器。

（1）电源：为驱动电路提供电源，包括±5V、+20V、±15V直流电源。

（2）驱动电路：包括GTO，GTR，MOSFET、IGBT的驱动电路。其中IGBT的驱动电路采用了专用芯片EXB841。

（3）PWM波形发生器：由SG3525为核心的PWM波形发生器主要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 频率调节范围4KHz～10KHz。

13、DK14单相交直交变频原理

根据普通高等教育"九五"国家级重点教材王兆安，黄俊主编的《电力电子技术》（第四版）的内容进行开发。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，能完成如下实训项目：

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）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。

14、DQ10三相鼠笼异步电机(AC220V/380V，100W，n=1420RPM)。

15、DK28三相异步电机变频调速系统:提供三菱D720变频调速系统1套

16、实训连接线

根据不同实训项目的特点，配备两种不同的实训连接线，强电部分采用4mm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3mm护套结构连接线，两种导线都只能配合相应内孔的插座，这样大大提高了实训的安全及合理性。

17、学生凳

每套设备提供学生用方凳2只。

五、本装置能开设的实训项目

（一）电力电子技术实训项目

1．单结晶体管触发电路

2．锯齿波同步移相触发电路实训

3．单相半波可控整流电路实训

4．单相桥式半控整流电路实训

5．单相桥式全控整流及有源逆变电路实训

6．三相半波可控整流电路实训

7．三相桥式半控整流电路实训

8．三相半波有源逆变电路实训

9．三相桥式全控整流及有源逆变电路实训

10．单相交流调压电路实训

11．三相交流调压电路实训

（二） 电力电子器件功率驱动与保护部分

1.单向晶闸管（ SCR ）特性实训

2.可关断晶闸管（ GTO ）特性实训

3.功率场效应管（ MOSFET ）特性实训

4.功率晶体管（ GTR ）特性实训

5.绝缘双极性晶体管（ IGBT ）特性实训

6.可关断晶闸管（ GTO ）驱动与保护电路实训

7.功率场效应管（ MOSFET ）驱动与保护电路实训

8.功率晶体管（ GTR ）驱动与保护电路实训

9.绝缘双极性晶体管（ IGBT ）驱动与保护电路实训

(三）典型电力电子器件线路实训

1.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) (IGBT)

2．单相正弦波脉宽调制（SPWM）逆变电路原理实训

（四）变频调速系统

1.交流电机变频调速系统实训

六、装置配置清单