開放實驗室電力電子技術(shù)實驗臺
來源： 作者： 發(fā)布時間：2016-12-13 11:11:33
開放實驗室電力電子技術(shù)實驗臺
一、概述
本設(shè)備依據(jù)西安交通大學(xué)王兆安編著的《電力電子技術(shù)》（第五版）、《半導(dǎo)體變流技術(shù)》《電力拖動自動控制系統(tǒng)》教材實驗大綱的要求，吸收國內(nèi)、外同類產(chǎn)品的優(yōu)點，充分考慮了實驗室的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢，在外形、功能上進行優(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)課程所要求的實驗項目。
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 cm3
四、裝置的配置介紹
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。
（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10MΩ，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 、900Ω×2/0.41A兩個）
（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)的實驗提供可調(diào)交流電源，并帶過流保護。
（9）三相整流濾波電路：可對單相及三相交流電源進行整流和濾波，具有輸出短路保護。
（10）變壓器：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），用于三相橋式、單相橋式有源逆變電路實驗。
（11）人身安全保護體系
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），對人身安全起到一定的保護作用。
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。
實驗連接線及插座：強、弱電連接及插座分開，不能混插。強電連接線及插座采用全封閉工藝，使用安全、可靠、防觸電。
（12）實驗管理器
具有設(shè)定實驗時間、定時報警、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，可掛置實驗部件，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?？刂破羶蓚?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實驗桌
實驗桌為鐵質(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)堅固，形狀似長方體結(jié)構(gòu)，造形美觀大方；設(shè)有兩個大抽屜，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寬敞舒適的工作臺面。實驗桌還設(shè)有四個萬向輪和四個固定調(diào)節(jié)機構(gòu)，便于移動和固定，有利于實驗室的布局。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(shè)計性實驗。
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，同時提供六路觸發(fā)脈沖功放電路等。
4、DK05晶閘管觸發(fā)電路（一）
提供單結(jié)晶體管觸發(fā)電路實驗、鋸齒波同步移相觸發(fā)電路實驗，KC05單相交流調(diào)壓電路。
5、DK05-1晶閘管觸發(fā)電路（二）
提供正弦波同步移相觸發(fā)電路實驗、單相并聯(lián)逆變觸發(fā)電路實驗。
6、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驗提供電源、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、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(shù)》（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(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載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。
8、DK19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?？赏瓿伞伴_關(guān)電路在開環(huán)與閉環(huán)下負載特性的測試”以及“電源電壓波動對輸出的影響”等實驗內(nèi)容。
9、DK07直流斬波實驗
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。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?？赏瓿山滩闹薪祲簲夭娐罚˙uck 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。
10、DK22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，實現(xiàn)單相交流調(diào)壓和交流調(diào)功的實驗內(nèi)容。采用的電力電子器件為雙向晶閘管，在交流調(diào)壓實驗中采用由雙向觸發(fā)二極管構(gòu)成觸發(fā)控制電路；在交流調(diào)功實驗中采用由555時基電路組成觸發(fā)控制電路。
11、DX17 實驗器件
提供晶閘管（均設(shè)有RC吸收和保險絲保護）、二極管及燈座、RC吸收電路。
12、DX09 DC/DC 變換電路
提供了 DC/DC 變換電路實驗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。
13、 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，采用全控型器件 IGBT 管實現(xiàn) “ 斬控式交流調(diào)壓實驗 ”
14、多功能網(wǎng)絡(luò)虛擬儀器（不需電腦配合使用）：（開標現(xiàn)場實物演示，如不滿足視為實質(zhì)性不滿足招標要求）
A、終端部分（裝學(xué)生實驗屏上）同時配有虛擬信號源、虛擬示波器、虛擬邏輯分折儀、虛擬頻譜儀、虛擬三用表、虛擬數(shù)字量輸入輸出模塊。
B、基于LabVIEW虛擬儀器程序的編程方法，學(xué)生可自行設(shè)計各種虛擬儀器。
C、參數(shù)：
1）、兩路虛擬任意波形信號發(fā)生器，輸出頻率可編程，電壓幅度可調(diào)；
通道數(shù)：2路
分辨率：8 bits
電壓范圍：-5~5V
頻率步長：1HZ
波形：任意信號
輸出頻率：>1MHZ
2）、雙蹤存貯示波器，多種同步方式，存貯深度可編程；
通道數(shù)：2路
帶寬：20MHZ
分辨率：8位
電壓范圍：-10~+10V
存貯深度：64K
3）、雙通道頻譜分折儀；
4）、八通道邏輯分折儀，多種同步方式，存貯深度可編程；
8路輸入
分 率：25nS
存貯深度：64KHZ
5）.數(shù)字三用表，可測電阻、電容、電感、電壓等；
數(shù)字IO口
通道數(shù)：8路IO
輸入電平：TTL
輸出電平：TTL
電流驅(qū)動：20mA/通道
15、SY07實驗連接線：
根據(jù)不同實驗項目的特點，配備兩種不同的實驗聯(lián)接線，強電部分采用高可靠護套結(jié)構(gòu)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，這樣大大提高了實驗的安全及合理性。
五、本裝置能開設(shè)的實驗項目
1、單結(jié)晶體管觸發(fā)電路；
2、正弦波同步移相觸發(fā)電路實驗；
3、鋸齒波同步移相觸發(fā)電路實驗；
4、單相半波可控整流電路實驗
5、單相橋式半控整流電路實驗；
6、單相橋式全控整流及有源逆變電路實驗；
7、三相半波可控整流電路的研究；
8、三相橋式半控整流電路實驗；
9、三相半波有源逆變電路的實驗；
10、三相橋式全控整流及有源逆變電路實驗；
11、單相并聯(lián)逆變電路實驗；
12、單相交流調(diào)壓實驗電路；
13、單相交流調(diào)功實驗電路
14、三相交流調(diào)壓實驗電路；
15、直流斬波電路實驗；
16、單向晶閘管（SCR）特性研究；
17、可關(guān)斷晶閘管（GTO）特性研究；
18、場效應(yīng)管（MOSFET）特性研究；
19、電力晶體管（GTR）特性研究；
20、絕緣雙極型晶體管(IGBT)特性研究；
21、功率場效應(yīng)管(MOSFET)驅(qū)動電路研究；
22、電力晶體管(GTR)驅(qū)動電路研究；
23、絕緣雙極型晶體管(IGBT)驅(qū)動電路研究；
24、可關(guān)斷晶閘管（GTO）驅(qū)動電路研究；
25、脈寬調(diào)制開關(guān)穩(wěn)壓電源電路的性能研究；
26、直流斬波電路(六種電路)性能的研究；
27、采用自關(guān)斷器件的單相交流調(diào)壓實驗；
28、單相正弦波脈寬調(diào)制(SPWM)逆變電路實驗；
29、全橋DC／DC變換電路實驗；
30、半橋DC/DC變換電路實驗
開放實驗室信息管理系統(tǒng)：（全室配一套）
A、．開放實驗室信息管理系統(tǒng)的必要性
學(xué)生動手能力的培養(yǎng)、分折問題解決問題能力的培養(yǎng)、自主實驗和創(chuàng)新實驗?zāi)芰Φ呐囵B(yǎng)均需要一個寬松的、開放的、設(shè)備齊全的實驗環(huán)境。但是目前很多學(xué)校因師資力量有限無法將實驗室開放，這一方面造成資源浪費另一方面學(xué)生又得不到煅煉。針對這一問題，配備本實驗室信息化管理系統(tǒng)，它可有效解決上述矛盾。具備這樣條件的實驗室可以不必配備固定的老師管理和輔導(dǎo)，學(xué)生可以自主按排實驗時間并通過刷卡確定機位，并通過學(xué)生終端計算機中的實驗課件、儀器儀表介紹課件、自主實驗題庫、在線幫助等資源完成各類實驗。
B、智能開放實驗室管理系統(tǒng)簡介
智能實驗室管理系統(tǒng)（以下稱：本系統(tǒng)）是以標準化實驗室管理思想為基礎(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為驅(qū)動最新開發(fā)的管理系統(tǒng)。本系統(tǒng)能對實驗室設(shè)備及學(xué)生實驗過程進行智能化管理，以實時了解實驗室設(shè)備狀態(tài)及學(xué)生實驗完成狀況，跟蹤記錄實驗痕跡，確保老師能了解學(xué)生做實驗的流程。
實驗室管理手段包括：短信，郵件，web頁面。
C．開放實驗室資源配置
建設(shè)開放實驗室應(yīng)具備必要的硬件和軟件資源：
（一）硬件資源：
1、手機（可選）：發(fā)送和接收實驗室設(shè)備管理及狀態(tài)信息。
2、管理員PC：用于發(fā)送和接收實驗室管理及狀態(tài)信息，接收學(xué)生的實驗數(shù)據(jù)（波形，數(shù)據(jù)包等實驗數(shù)據(jù)），發(fā)送提示信息及試題到學(xué)生實驗設(shè)備上。
3、服務(wù)器：服務(wù)器為本系統(tǒng)的核心部分，完成接收管理員控制信息，發(fā)送采集到的終端實驗數(shù)據(jù)到web頁面，對終端設(shè)備的控制，終端實驗數(shù)據(jù)的采集。
4、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備：路由器等，傳輸各種數(shù)據(jù)。
5、終端：虛擬示波器，發(fā)送及接收數(shù)據(jù)，直接控制設(shè)備
（二）軟件資源：
1、 web頁面系統(tǒng)，通過web頁面設(shè)置本系統(tǒng)的各項參數(shù)，個性化定制，實時接收并顯示學(xué)生實驗數(shù)據(jù)，發(fā)送控制命令到服務(wù)器，并由服務(wù)器發(fā)送控制命令到終端，達到控制實驗室設(shè)備的目的。
2、 短信控制系統(tǒng)，向特定的手機發(fā)送實驗室設(shè)備狀態(tài)，接收特定手機的控制命令，并由服務(wù)器發(fā)送控制命令到終端，達到控制實驗室設(shè)備的目的。
3、 郵件控制系統(tǒng)，向特定的郵箱發(fā)送實驗室設(shè)備狀態(tài)，接收特定郵箱的控制命令，并由服務(wù)器發(fā)送控制命令到終端，達到控制實驗室設(shè)備的目的。
4、 數(shù)據(jù)庫存儲系統(tǒng)，存儲學(xué)生實驗過程數(shù)據(jù)，以便老師后續(xù)查看學(xué)生的實驗過程。
（三）虛擬儀器部分：
1、終端部分（裝學(xué)生實驗臺上）同時配有虛擬信號源、虛擬示波器、虛擬邏輯分折儀、虛擬頻譜儀、虛擬三用表、虛擬數(shù)字量輸入輸出模塊。
2、基于LabVIEW虛擬儀器程序的編程方法，學(xué)生可自行設(shè)計各種虛擬儀器。
3、可選電路分析基礎(chǔ)、模擬電子技術(shù)、通信電子電路、數(shù)字電子技術(shù)、信息信號處理、電子測量與儀器、傳感器與自動控制原理等實驗?zāi)K，從而完成相關(guān)課程實驗和構(gòu)建工程測控系統(tǒng)。
4、參數(shù)：
1）、兩路虛擬任意波形信號發(fā)生器，輸出頻率可編程，電壓幅度可調(diào)；
通道數(shù)：2路
分辨率：8 bits
電壓范圍：-5~5V
頻率步長：1HZ
波形：任意信號
輸出頻率：>1MHZ
2）、雙蹤存貯示波器，多種同步方式，存貯深度可編程；
通道數(shù)：2路
帶寬：20MHZ
分辨率：8位
電壓范圍：-10~+10V
存貯深度：64K
3）、雙通道頻譜分折儀；
4）、八通道邏輯分折儀，多種同步方式，存貯深度可編程；
8路輸入
分 率：25nS
存貯深度：64KHZ
5）。數(shù)字三用表，可測電阻、電容、電感、電壓等；
6、數(shù)字IO口
通道數(shù)：8路IO
輸入電平：TTL
輸出電平：TTL
電流驅(qū)動：20mA/通道
F、主服務(wù)器
（一）派位系統(tǒng)硬件：
如圖一，派位系統(tǒng)由派位終端計算機、主機位控制收發(fā)器、從機位控制收發(fā)器、機位信息處理器、服務(wù)器、教師管理計算機（和服務(wù)器可合用）組成。
1．位系統(tǒng)的第一級
派位終端計算機通過USB接口和“主機位控制收發(fā)器”相連，通過局域網(wǎng)和教師管理計算機等其它計算機相連，構(gòu)成派位系統(tǒng)的第一級。完成：
A.實驗申請信息的錄入，機位分配結(jié)果顯示；
B.通過網(wǎng)絡(luò)預(yù)約實驗機位；
C.控制信息的發(fā)送，機位確認信息接收；
D.請求幫助信息，機位儀器儀表性能信息的接收轉(zhuǎn)發(fā)保存；
E.通過網(wǎng)絡(luò)調(diào)閱實驗室機位狀態(tài)、查閱學(xué)生歷次實驗記錄、了解實驗設(shè)備良好情況等。
2.位系統(tǒng)第二級（實驗室配置）
每個實驗室一個“從機位控制收發(fā)器”和N個“機位信息處理控制器”構(gòu)成派位系統(tǒng)的第二級，如圖。完成：
A.“從機位控制收發(fā)器”轉(zhuǎn)發(fā)上傳下傳數(shù)據(jù)；
B.“機位信息處理控制器”控制機位電源的開關(guān)；
C. 和學(xué)生終端計算機相連可以發(fā)送請求幫助信息、接收顯示老師幫助指導(dǎo)；
D. 實驗結(jié)束時上傳結(jié)束時間并上報機位儀表良好情況
G、學(xué)生終端部分說明
1.主控機端的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)：
與學(xué)生實驗相關(guān)信息登錄（可通過：刷卡、鍵盤或屏幕輸入、遠程網(wǎng)絡(luò)預(yù)約）；
完成機位確定；
學(xué)生記錄查詢；
教師動態(tài)監(jiān)視（查閱實驗人數(shù)、教室中學(xué)生動態(tài)、某學(xué)生的實驗記錄、需要幫助機位指示或提示、儀表故障情況等）；
學(xué)生實驗結(jié)果（數(shù)據(jù)、波形）查閱；
2.學(xué)生終端機：
5、 仿真軟件Multisim；
6、 虛擬儀表軟件LABVIEW；
7、 實驗課件；
8、 儀器儀表介紹課件；
9、 自主實驗題庫；
機械裝調(diào)技術(shù)綜合實訓(xùn)裝置
電力電子技術(shù)實驗臺相關(guān)產(chǎn)品：
YLDQ-2型電機及電氣技術(shù)實驗裝置（網(wǎng)絡(luò)型）
YLHPC-1大功率交流調(diào)速系統(tǒng)實訓(xùn)考核裝置
YLDM-1型小容量晶閘管直流調(diào)速系統(tǒng)實訓(xùn)考核裝置
YLMDK-1 型大功率電力電子技術(shù)及電機控制實驗裝置
YLHPC-2型 大功率直流調(diào)速系統(tǒng)實訓(xùn)考核裝置
YLDLZ-870B型 電機及電氣技術(shù)綜合實驗裝置
YLDLZ-870E型 電機及自動控制系統(tǒng)實驗裝置
YLDDZ-91B型 電力電子技術(shù)與自動控制系統(tǒng)實驗實訓(xùn)設(shè)備
YLGJ-848L型 電機原理及電機拖動實驗系統(tǒng)
YLDDZ-91 電力電子技術(shù)及電機控制技術(shù)實訓(xùn)設(shè)備
YLDDZ-93型 現(xiàn)代電力電子技術(shù)實驗裝置
