現代電力電子技術實驗裝置

發布時間：2020-12-21 丨 瀏覽次數：

HYDD-505型  現代電力電子技術實驗裝置

一、概述

　　“HYDD-505型現代電力電子技術實驗臺 ” 依據《電力電子技術》、《半導體變流技術》教材實驗大綱的要求，吸收國內、外同類產品的優點，充分考慮了實驗室的現狀和發展趨勢，對原電力電子技術及電機控制實驗裝置 ” 在外形、功能上進行優化組合，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的 “ 電力電子技術 ” 、 “ 半導體變流技術 ” 等專業課程所要求的實驗項目。

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 cm 3

四、裝置的基本裝備

1 、 DX-01 電源控制屏（鐵質雙層亞光密紋噴塑結構，鋁質面板）（ 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 ）數字式儀表

1 ．交流數字電壓表：可通過其下方的波段開關切換指示三相電網輸入線電壓，精度 1.0 級；

2 ．真有效值交流數字電壓表一只：測量范圍 0 ～ 500V ，量程自動判斷、自動切換，精度 0.5 級，三位半數顯，為交流調速系統提供電壓指示。

3 ．真有效值交流數字電流表一只：測量范圍 0 ～ 5A ，量程自動判斷、自動切換，精度 0.5 級，三位半數顯，具有超量程告警、指示及切斷總電源功能，為調速系統提供電流的指示；

4 ．直流數字電壓表一只：測量范圍 0 ～ 300V ，三位半數顯，輸入阻抗為 10M Ω ，精度 0.5 級；

5 ．直流數字電流表一只：測量范圍 0 ～ 5A ，三位半數顯，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 可調電壓輸出，帶數顯，指示輸出電壓。

（ 8 ）單相調壓：提供了一只 0 ～ 250V/0.5KVA 單相交流自耦調壓器，為相應的實驗提供可調交流電源，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，然后經鑰匙開關、接觸器到隔離變壓器，使主電路輸出與電網隔離（浮地設計），對人身安全起到一定的保護作用。

電壓型漏電保護器 1 ：對隔離變壓器前的線路出現的漏電現象進行保護，使控制屏內的接觸器跳閘，切斷電源。

電壓型漏電保護器 2 ：對隔離變壓器后的線路及實驗過程中的接線等出現的漏電現象進行保護，發出報警信號并切斷電源，確保人身安全。

電流型漏電保護裝置：控制屏若有漏電現象，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 ）控制屏其它設施

控制屏正面大凹槽內，設有兩根方型不銹鋼管，可掛置實驗部件，凹槽底部設有 7 芯、 3 芯等插座， 掛件的供電由這些插座提供。控制屏兩側設有單相三極 220V 電源插座及三相四極 380V 電源插座。

2 、 DX02 實驗桌

實驗桌為鐵質雙層亞光密紋噴塑結構，桌面為防火、防水、耐磨高密度板 , 結構堅固，形狀似長方體結構，造形美觀大方；設有兩個大抽屜，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。實驗桌還設有四個萬向輪和四個固定調節機構，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，每只晶閘管均設有 RC 吸收和保險絲保護裝置，晶閘管可通過外加觸發信號進行觸發（留有觸發脈沖輸入接口），可更好的完成設計性實驗。

三相觸發電路由 KC04 、 KC41 、 KC42 、 4066 等集成電路組成，可通過鈕子開關選擇雙窄脈沖或寬脈沖，同時提供六路觸發脈沖功放電路等。

4 、 DX04 晶閘管觸發電路（一）

提供單結晶體管觸發電路實驗、鋸齒波同步移相觸發電路實驗。

5 、 DX05 晶閘管觸發電路（二）

提供正弦波同步移相觸發電路實驗、單相交流調壓觸發電路實驗及單相并聯逆變觸發電路實驗共三 種。

6 、 DX06 功率器件驅動與保護電路（一）

主要是為完成新器件特性實驗提供電源、驅動電路及 PWM 波形發生器。

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

（ 2 ）驅動電路：包括 MOSFET 和 IGBT 的驅動電路。其中 IGBT 的驅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 波形發生器：以 SG3525 為核心的 PWM 波形發生器主要是為新器件驅動電路提供 PWM 驅動波形，可以通過頻率調節旋鈕進行頻率調節；通過占空比電位器來調節 PWM 波的占空比。頻率范圍分為 2 擋，通過鈕子開關切換，高頻檔是為 MOSFET 和 IGBT 驅動電路提供 PWM 波形，頻率調節范圍 4KHz ～ 10KHz ；低頻檔是為 GTR 和 GTO 驅動電路提供 PWM 波形，頻率調節范圍 400Hz ～ 1KHz ；占空比可從 0% 調至 100% 。

7 、 DX07 功率器件驅動與保護電路（二）

提供 GTO 和 GTR 的驅動保護電路， PWM 信號和直流電源均從 PE14 上取。

8 、 DX08 單相交直交變頻原理

根據普通高等教育 “ 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）的內容進行開發。用于展示交直交變頻原理，主要讓學生了解 SPWM 正弦波脈寬調制信號的形成方法，了解 IGBT 管專用集成驅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（電阻，電感或電機）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 管專用集成驅動芯片的工作特性。

9 、 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。

10 、 DX10 半橋型開關穩壓電源

提供了半橋型開關穩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 ，采用恒頻脈寬調制控制方案。可完成 “ 開關電路在開環與閉環下負載特性的測試 ” 以及 “ 電源電壓波動對輸出的影響 ” 等實驗內容。

11 、 DX11 直流斬波實驗

根據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。

12 、 DX12 斬控式交流調壓電路

根據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）中相關內容而設計，采用全控型器件 IGBT 管實現 “ 斬控式交流調壓實驗 ” 。

13 、 DX13 單相交流調壓 / 調功電路

根據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）中相關內容而設計，實現單相交流調壓和交流調功的實驗內容。采用的電力電子器件為雙向晶閘管，在交流調壓實驗中采用由雙向觸發二極管構成觸發控制電路；在交流調功實驗中采用由 555 時基電路組成觸發控制電路。

14 、 DX14 單端反激式隔離開關電源

輸入交流電壓范圍為 50V ～ 200V ，輸出為三組直流電源，分別為 +5V 、 5A ； +12V 、 1A ； -12V 、 1A ，在輸入交流電壓和直流輸出負載變化時輸出電壓的變化率小于 0.3% 。

15 、 DX15 PS-ZVS-PWM 軟開關技術

主要包括 H 橋電路、控制電路和穩壓反饋電路，用于展現移相零電壓開關的電路結構和工作原理。 H 橋電路有四只 MOSFET 管組成，控制電路采用全橋軟開關電源移相 PWM 控制芯片 UCC3895 和驅動芯片 HIP4081 組成，穩壓反饋電路由 TL431 等元件組成。

16 、 DX16 整流電路有源功率因數校正

主要有整流電路、升壓變換器、控制電路三部分組成。控制電路采用功率因數控制芯片 UCC3817N 和外圍元器件組成。大輸出功率是 100W （ 200V±5% ， 0.5A ），工作頻率為 100KHz 。通過適當的連線可以完成下列實驗項目：

(1) 無濾波電容的整流電路帶純阻性負載的測試

(2) 有濾波電容的整流電路帶純阻性負載的測試

(3) 整流電路有源功率因數校正的測試

(4) 控制電路的波形測試，功率柵極控制信號觀察

(5) 整流電路有源功率因數校正電路的性能測試

17 、 DX17 實驗元器件

提供晶閘管（均設有 RC 吸收和保險絲保護）、壓敏電阻（作為過壓保護元件，內部已連成三角形接法）、二極管及燈座、 RC 吸收電路。

18 、 DX18 單端電流反饋他激式隔離開關電源

采用專用集成電路 UC3844 作 PWM 控制器，可直接驅動 MOSFET 功率場效應管。通過與直流可調電源、負載的配合可展示電路原理，各點波形測試，輸入電壓和負載改變時的波形變化和性能測試等項目。

19 、 DX 19 升 、降壓與復合斬波電路

通過 PWM 控制器與兩個 IGBT 三極管，兩個二極管的簡單聯結，配以發電機、電動機的組合負荷，用雙蹤示波器能展示降壓電路的第一象限電壓 - 電流圖，升壓電路的第二象限電壓 - 電流圖，復合電路的第一、第二象限電壓－電流圖。同時能展示以上三種狀態下的續流、臨界斷流、斷流時的電壓、電流波形 ( 改變輸入電壓、改變 PWM 脈寬、改變負荷電機力矩 ) 。并可簡單地聯結成升、降壓與復合電路，由于結構上的特點，實驗還可演示斬波電路電機負荷能耗制動、回饋制動等的實驗效果。

20 、 DX20 三相可控整流電路（二）

提供 6 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信號進行觸發（留有觸發脈沖輸入接口），可更好的完成設計性實驗。

三相觸發電路由專用晶閘管新型集成觸發電路 Tc787 組成，體現了現代晶閘管觸發技術的新應用；同時提供六路觸發脈沖功放電路等。

21 、 DX21 晶閘管觸發電路（三）

由西門子專用晶閘管集成觸發電路 Tca785 組成，可完成單相集成觸發電路實驗，體現了現代晶閘管觸發技術的新應用。

22 、 DX22 單相智能功率、功率因數表

由微電腦、高精度 A/D 轉換芯片和全數顯電路構成。通過鍵控、數顯窗口實現人機對話功能控制模式。在硬、軟件上均分八檔區域，自動判斷、自動換檔，功率測量精度 1.0 級，電壓、電流量程分別為 450V 、 5A ，還可儲存數據，供隨時查閱。

23 、 DQ03-1 不銹鋼電機導軌、光碼盤測速系統（日本歐姆龍 1024 光電編碼器）及數顯轉速表

24 、 DQ07-1 直流復勵發電機

25 、 DQ09 直流并勵電動機

26 、 DQ17 單相電阻啟動異步電動機

27 、實驗連接線：根據不同實驗項目的特點，配備兩種不同的實驗聯接線，強電部分采用高可靠護套結構插連接線（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、韌性好等優點，插頭采用實芯銅質件外套鈹輕銅彈片，接觸安全可靠；弱電部分采用彈性鈹輕銅裸露結構聯接線，兩種導線都只能配合相應內孔的插座，這樣大大提高了實驗的安全及合理性。

五、本裝置能開設的實驗項目（全配）

（一）晶閘管觸發電路實驗項目

1 ．單結晶體管觸發電路

2 ．正弦波同步移相觸發電路實驗

3 ．鋸齒波同步移相觸發電路實驗

4 ．單相集成鋸齒波觸發電路實驗（由 Tca785 組成）

5 ．三相集成鋸齒波觸發電路實驗（由 KC04 等組成）

6 ．三相集成鋸齒波觸發電路實驗（由 TC787 組成）

（二）晶閘管線路實驗項目

1 ．單相半波可控整流電路實驗

2 ．單相橋式半控整流電路實驗

3 ．單相橋式全控整流及有源逆變電路實驗

4 ．三相半波可控整流電路實驗

5 ．三相橋式半控整流電路實驗

6 ．三相半波有源逆變電路實驗

7 ．三相橋式全控整流及有源逆變電路實驗

8 ．單相并聯逆變電路實驗

9 ．單相交流調壓電路實驗

10 ．單相交流調功電路實驗

11 ．三相交流調壓電路實驗

（三）新器件特性及驅動保護實驗項目

1 ．單向晶閘管（ SCR ）特性實驗

2 ．可關斷晶閘管（ GTO ）特性實驗

3 ．功率場效應管（ MOSFET ）特性實驗

4 ．功率晶體管（ GTR ）特性實驗

5 ．絕緣雙極性晶體管（ IGBT ）特性實驗

6 ．可關斷晶閘管（ GTO ）驅動與保護電路實驗

7 ．功率場效應管（ MOSFET ）驅動與保護電路實驗

8 ．功率晶體管（ GTR ）驅動與保護電路實驗

9 ．絕緣雙極性晶體管（ IGBT ）驅動與保護電路實驗

（四）典型新器件線路實驗

1 ．單相正弦波脈寬調制（ SPWM ）逆變電路實驗

2 ．全橋 DC/DC 變換電路實驗

3 ．半橋型開關穩壓電源的性能研究

4 ．單端反激式隔離開關電源實驗

5 ．單端電流反饋他激式隔離開關電源實驗

6 ．直流斬波電路的性能研究（降壓斬波電路、升壓斬波電路、升降壓斬波的電路、 Cu ｋ斬波電路、 Sepic 斬波電路、 Zeta 斬波電路）

7 ．升、降壓與復合斬波電路實驗

8 ．單相斬控式交流調壓電路實驗

9 ．整流電路有源功率因數校正實驗

10 ．軟開關技術實驗

六、基本配置

七、基本配置實驗項目：

（一）晶閘管觸發電路實驗項目

1. 單結晶體管觸發電路

2. 鋸齒波同步移相觸發電路實驗

3. 三相集成鋸齒波觸發電路實驗（由 KC04 等組成）

（二）晶閘管線路實驗項目

1. 單相半波可控整流電路實驗

2. 單相橋式半控整流電路實驗

3. 單相橋式全控整流及有源逆變電路實驗

4. 三相半波可控整流電路實驗

5. 三相橋式半控整流電路實驗

6. 三相半波有源逆變電路實驗

7. 三相橋式全控整流及有源逆變電路實驗

8. 單相并聯逆變電路實驗

9. 單相交流調壓電路實驗

（三）新器件特性及驅動保護實驗項目

1. 單向晶閘管（ SCR ）特性實驗

2. 功率場效應管（ MOSFET ）特性實驗

3. 絕緣雙極性晶體管（ IGBT ）特性實驗

4. 功率場效應管（ MOSFET ）驅動與保護電路實驗

5. 絕緣雙極性晶體管（ IGBT ）驅動與保護電路實驗

（四）典型新器件線路實驗

1. 單相正弦波脈寬調制（ SPWM ）逆變電路實驗

2. 半橋型開關穩壓電源的性能研究

3. 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、 Cu ｋ斬波電路、 Sepic 斬波電路、 Zeta 斬波電路）