TWPE-1型 电力电子技术综合实训装置

一、概述

电力电子及电机拖动综合实训装置主要是用于机电及自动化各专业的如下专业课程：电机原理与电力拖动（电机与电气控制），电力电子技术（功率电子技术），电气传动控制系统（运动控制系统）等的实验教学工作，应能够担负完成相关实验教学任务，并拥有足够扩展自由度，以适应未来进一步的深化研究要求。

（图片供参考，以配置的实物为准）

二、产品特点

1、采用固定式模块（负载、交直流电源、质量重的模块采用固定式结构）和挂箱式模块相结合的独特结构设计，不仅减少了老师实验前的准备工作强度，也为实验台功能的扩展提供了方便。

2、该实验台在完成传统的实验项目的同时，突出对现代电力电子器件和现代控制理论的研究。整个现代电力电子、电气传动实验及电机拖动实验。

学生通过完成以上实验，能对各种器件在不同的场合的应用有了深刻的了解，对目前流行的各种线路均能熟练掌握，直至能够独立地设计各种线路甚至系统。

3、实验装置设置了完善的人身安全和设备安全保护功能。设备的交流电源的输出设计了过流保护功能，并在各触发脉冲观察孔端设有高压保护电路，功率器件设有安全保护线路。为了不使强电信号加入弱电电路中，采用了三种实验导线，使学生接线时高低压线路不会插错，而导致低压电路的损坏。

4、实验装置设置了完善的人身安全和设备安全保护功能。设备的交流电源的输出设计了过流保护功能，并在各触发脉冲观察孔端设有高压保护电路，功率器件设有安全保护线路。为了不使强电信号加入弱电电路中，采用了三种实验导线，使学生接线时高低压线路不会插错，而导致低压电路的损坏。

5、实验电机：采用的实验电机功率在100-200W之间，均经过特殊设计，其参数和特性可模拟中小型电机。

三、产品技术条件

1、整机容量：＜1.5kVA；

2、工作电源：～3N/380V/50Hz/3A；

3、尺    寸：1565mm*720mm*1650mm

4、重    量：＜150kg

四、完成的实验项目

1.电力电子技术（晶闸管部分）

1）单结晶体管触发电路及单相半波可控整流电路实验

2）正弦波触发电路实验

3）锯齿波同步移相触发电路实验

4）单相桥式半控整流电路实验

5）单相桥式全控整流电路实验

6）单相桥式有源逆变电路实验

7）三相半波可控整流电路的研究

8）晶闸管三相半波有源逆变电路的研究

9）三相桥式半控整流电路实验

10）三相桥式全控整流及有源逆变电路实验

11）单相交流调压电路实验

12）三相交流调压电路实验

2.电力电子技术（全控型器件特性部分）

1）功率场效应晶体管(MOSFET)的主要参数测量

2）功率场效应晶体管(MOSFET)的驱动电路研究

3）绝缘栅双极型晶体管(IGBT)特性及其驱动电路的研究

4）电力晶体管（GTR）驱动电路的研究

5）电力晶体管（GTR）的特性研究

3.电力电子技术（全控型器件典型线路部分）

1）直流斩波电路（Buck、Cuk、Boost、Sepic、Buck-Boost、Zeta等六种电路）的性能研究

2） 斩控式交流调压电路实验

3）单相交直交变频电路的性能研究

4）采用自关断器件的单相交流调压实验

5）全桥DC/DC变换电路实验

4.直流调速系统实验

1）晶闸管直流调速系统参数和环节特性的测定

2）晶闸管直流调速主要单元调试

3）不可逆单闭环直流调速系统静特性的研究

4）双闭环晶闸管不可逆直流调速系统

5）逻辑无环流可逆直流调速系统

6）双闭环控制的直流脉宽调速系统(PWM)

5.交流调速实验

1）双闭环三相异步电机调压调速系统

2）双闭环三相异步电机串级调速系统

五、产品技术功能说明

1、实验台的安全保护说明

1）设备的人身安全保护

◆三相隔离变压器的浮地保护,将实验用电与电网完全隔离，对人身安全起到有效的保护作用；

◆三相电源输入端设有电流型漏电保护器，设备的漏电流大于30mA即可断开开关，符合国家标准对低压电器安全的要求；

◆三相隔离变压器的输出端设有电压型漏电保护，一旦实验台有漏电压将会自动保护跳闸。

◆强电实验导线采用全塑封闭型手枪式导线，导线内部为无氧铜抽丝而成发丝般细的多股线，质地柔软，护套用粗线径、防硬化化学制品制成，插头采用实芯铜质件，避免学生触摸到金属部分而引起的双手带电操作触电的可能。

2）设备的安全保护体系

◆三相交流电源输出设有电子线路及保险丝双重过流及短路保护功能，其输出电流大于3A即可断开电源，并告警指示；

◆晶闸管的门阴极和各触发电路的观察孔设有高压保护功能，避免学生误接线；

◆实验台采用三种实验导线，相互间不能互插，强电采用全塑型封闭安全实验导线，弱电采用金属裸露实验导线（其实芯铜直径大于强电导线），观察孔采用2＃实验导线，避免了学生误操作将强电接到弱点的可能；

◆实验台交直流电源设有过流保护功能。

2、控制屏技术说明

1）BOHPE-02实验桌

实验桌为铝合金结构，桌面采用高密度度防腐防火板。造型美观大方，设有两只抽屉和存放柜，用于置放工具，挂箱及资料等。实验桌设有四个轮子，便于移动和固定，有利于实验室布置。

2）BOHPE-01电源控制屏

◆ 三相交流电源：通过工业旋钮波段开关切换分别输出三相220V和240V交流电源，给直流调速和交流调速提供输入电源，带过流保护。该电源经过电流型漏电保护、三相隔离变压器、电压型漏电保护等安全保护电路后供学生实验用电。配有电源智能保护器采用高可靠性MCU设计，具有缺相、欠压、过压、漏电、过流、短路、浪涌保护功能可实现自动重合闸功能；漏电保护设定范围可设置，漏电保护动作时间不大于0.1s；过压保护范围可设定，过压保护动作时间不超过5s；过流保护范围可设定，过流保护动作时间不超过5s；短路保护电路为三倍的额定电路，过流保护动作时间不超过0.1s；保护装置具有防雷击功能，L与N间高压脉冲测试2KV不产生误动作；故障信息可保存不少于999个；运行状态及故障状态均有指示灯指示，可显示实时电压、电流、漏电流等参数，具有声光报警功能；具有参数修改设置按键便于现场修改设置保护参数；能够实现有远程DI及DO功能可用于远程控制电源及电源控制柜门打开检测报警；主控装置可具有RS485接口能够实现多设备连接通信。保护器具有CQC认证，执行GB 10963.1-2005标准；设备支持云系统远程监控功能，可查看远程实时数据，数据曲线显示，保护参数在线设置等功能，并可远程控制电源打开及关闭等功能，配有无线/有线控制模块，可以通过监控软件监视电源，并可以对设备进行断电/启动控制，配置4路输入可以控制继电器工作。

3）ME-01A辅助功能屏

◆电机励磁电源

提供一组直流电机励磁电源，具有独立电源开关并配有一只数字电压表。

◆电抗器：提供直流调速实验中需要的平波电抗器及RC滤波，平波电抗器采用中心抽头方式，分别为50mH、100mH、200mH、700mH.在电流小于1.5A 时保持线性。电抗器还能作为电力电子技术实验中的电感负载。

◆直流电源

（1）+24V/3A直流稳压电源各一路；

（2）提供给定（±15V可调电压输出）；

◆三相组式变压器

原边220V/0.35A，副边55V/1.4A。

◆三相变压器：作为串级调速系统和有源逆变线路中的逆变变压器。

◆三相可调电阻：提供可调电阻90-1000/1A一组，供发电机负载电阻和其它实验阻性负载用以及作为电机起动电阻用。

4）其它：提供多功能单相三芯电源插座2只。

3、常用实验部件的技术说明

1）YB12数字单相功率、功率因数表

提供能测量电路的电压、电流、功率因数、频率、视在功率、有功功率、无功功率。功率测量精度为0.5级，功率因数测量范围0.3～1.0，电压电流量程为0-500V/0-5A（从0V/A起可测）。具有抗干扰功能。能自动判别负载性质（感性显示"L"，容性显示"C"，纯电阻不显示）。带RS485通讯协议。内置TVS保护电路；通信地址即通信波特率可通过轻触面板按键修改/查询信地址0位广播地址，非常方便学生实验时学习通讯实验，可使用地址为1~255，通信波特率可选择为1200bps、2400bps、4800bps、9600bps、19200bps。

2）BOHPE-10A晶闸管触发电路Ⅰ组件

提供单结晶体管触发电路、TCA785集成触发电路，锯齿波同步触发电路、正弦波同步触发电路引出各观察孔，使学生能够直观的了解各种触发电路的工作原理过程，每个触发电路的触发信号分别已经连到对应的晶闸管，操作方便安全。

3）BOHPE-11A三相触发电路Ⅰ组件

触发电路：采用数字集成电路，抗干扰能力强，三相脉冲间隔均匀，一致性好，产生双窄脉冲，脉冲移相范围为0－160°。在面板上可观察三相同步电压的六个脉冲波形，并通过“Uct”端对a角进行控制。另有两脉冲控制端“Ublr”、和”Ublf”，分别对I、II组脉冲放大电路进行控制并配有电流反馈与过流保护，可用于电流闭环实验。

4）BOHPE-12三相晶闸管主回路组件

主回路：由12只可控硅，RC吸收回路组成。可控硅采用上海整流器厂生产的6A/800V金属封装，过载能力强、可靠性高、干扰能力强的可控硅。触发电路通过琴键按钮进行控制。

直流电压表：提供测量范围±300V电压表1只。

直流电流表：提供测量范围±2A电流表1只。

5）BOHPE-13A电机调速控制电路Ⅰ

提供以下模块：反号器、零封锁器、给定电压、转速变换、转速调节器单元和电流调节器单元。配有调节器的反馈电阻、电容，实验时可以灵活改变系统的参数，观测不同的参数对系统稳定性及相应时间等影响；更可以让学生从调速系统的各种参数(如电机的机电时间常数等)出发对调节器的放大倍数及积分时间的参数分别设计，同时进行实际结果的验证，从而完成设计性实验。

6）BOHPE-13B电机调速控制实验II

提供以下模块：转矩极性鉴别(DPT)、零电平检测(DPZ)及逻辑控制器(DLC)，与13A配合使用完成逻辑无环流可逆直流调速系统实验项目。

7）BOHPE-14功率器件

此实验箱实验项目除含MOSFET、IGBT等器件的驱动电路和开关特性研究外,还可对快恢复二极管、高速光耦、电感等在电力电子线路中的应用进行分析。面板设计时，留有较多的波形观察孔，通过改变线路参数，方便学生分析各工作点的情况以及了解参数改变对器件特性的变化。线路设计时，遵循先易后难，先分离后集成的原则，挑选了几种常见的、比较具有实用价值的驱动电路，使学生可学以致用。

8）BOHPE-14A功率器件II

此实验箱实验项目除含GTR、GTO等器件的驱动电路和开关特性研究外,还可对快恢复二极管、高速光耦、电感等在电力电子线路中的应用进行分析。面板设计时，留有较多的波形观察孔，通过改变线路参数，方便学生分析各工作点的情况以及了解参数改变对器件特性的变化。线路设计时，遵循先易后难，先分离后集成的原则，挑选了几种常见的、比较具有实用价值的驱动电路，使学生可学以致用。

9）BOHPE-15直流斩波电路

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。可完成降压斩波电路(Buck ChopYZPEr)、升压斩波电路(Boost ChopYZPEr)、升降压斩波电路(Boost-Buck ChopYZPEr)、Cuk斩波电路、Sepic斩波电路、Zeta斩波电路六种典型实验。所有电路采用分立元件学生通过自己搭建进行实验。

10）BOHPE-16斩控式交流调压电路

提供6只二极管组成的三相桥式整流电路以及斩控式交流调压电路引出各观察孔，使学生能够直观的了解各种触发电路的工作原理过程，每个触发电路的触发信号分别已经连到对应的晶闸管，操作方便安全。

11）BOHPE-20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)的相关内容进行开发，用于展示交直交变频原理，让学生了解SPWM正弦波脉宽调制信号的形成，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，电感和电机）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。4）采用自关断器件的单相交流调压实验

12）BOHPE-21双闭环H桥DC/DC变换直流调速系统

提供主回路、控制电路和调节控制三大部分，主回路由四个IGBT组成，控制部分使用专用PWM发生器SG3525，调节控制部分设有零速封锁器、给定、电流反馈调节、速度反馈调节、速度调节器和电流调节器，其中速度调节器和电流调节器的反馈电阻、电容均外接，实验时可以灵活改变，更可以完成设计型实验。

本挂箱可完成的实验项目有：(1)全桥DC/DC变换电路实验；(2)双闭环可逆直流脉宽调速实验。

4、电机导轨及电机技术说明

（1）DJ02直流并励电动机：PN=185W，nN=1600r/min，IN=1.1A，UN=220V

（2）DJ11三相线绕式异步电动机：PN=100W,IN=0.6A,nN=1400r/min，UN=220，Y 接法

（3）DJ01直流发电机：PN=100W,UN=220,IN=0.8A,nN=1400r/min, 双轴伸

（4）DJ10三相鼠笼式异步电动机：AC3800V/220V，接法 Y/Δ，转速 1420 RPM，功率100W ,电流0.5A，绝缘等级E。

（5）DJ01电机导轨、光电码盘和转速表

含有编码器、电动机及固定电机的安装导轨以及数字式转速表配有模拟量输出，保证电机与电机之间同轴的同心度不超过±5丝。

5、PJ-01实验导线

实验连接导线采用高可靠全封闭手枪插型式，内部为无氧铜抽丝而成发丝般细的多股线，质地柔软，护套用粗线径、防硬化化学制品制成，插头采用实芯铜质件。强弱电分开。

六、配置清单

序号	型号与名称	数量	备注
1	BOHPE-02实验桌	1
2	BOHPE-01电源控制屏	1
3	BOHPE-01A辅助功能屏	1
4	BOH12数字单相功率、功率因数表	1
5	BOHPE-10A晶闸管触发电路Ⅰ组件	1
6	BOHPE-11A三相触发电路Ⅰ组件	1
7	BOHPE-12三相晶闸管主回路组件	1
8	BOHPE-13A电机调速控制电路Ⅰ组件	1
9	BOHPE-13B电机调速控制实验II
10	BOHPE-14功率器件	1
11	BOHPE-14A功率器件II
12	BOHPE-15直流斩波电路	1
13	BOHPE-16斩控式交流调压电路	1
14	BOHPE-20单相交直交变频原理	1
15	BOHPE-21双闭环H桥DC/DC变换直流调速系统	1
16	DJ03直流并励电动机	1
17	DJ11三相线绕式异步电动机	1
18	DJ01直流发电机	1
19	DJ10三相鼠笼式异步电动机	1
20	DJ01电机导轨、光电码盘和转速表	1
21	电机导轨及电机	1
22	PJ-01实验导线	1