开放实验室电力电子技术实验台

来源：作者：发布时间：2016-12-13 11:11:33

开放实验室电力电子技术实验台

一、概述

本设备依据西安交通大学王兆安编著的《电力电子技术》（第五版）、《半导体变流技术》《电力拖动自动控制系统》教材实验大纲的要求，吸收国内、外同类产品的优点，充分考虑了实验室的现状和发展趋势，在外形、功能上进行优化组合，精心研制而成。

二、适用范围

本装置涵盖了各高等院校等所开设的“电力电子技术”、“半导体变流技术”等专业课程所要求的实验项目。

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：＜1000W

4、外形尺寸：155×79.5×147 cm3

四、装置的配置介绍

1、DX-01电源控制屏（铁质双层亚光密纹喷塑结构，铝质面板）

（1）交流电源（带有过流保护措施）

提供交流电源：三相交流电源(220V/1.5A)

（2）高压直流电源

直流电源：输出220V/0.5A，具有输出短路保护。

（3）数字式仪表

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，精度1.0级；

2．真有效值交流数字电压表一只：测量范围0～500V，量程自动判断、自动切换，精度0.5级，三位半数显，为交流调速系统提供电压指示。

3．真有效值交流数字电流表一只：测量范围0～5A，量程自动判断、自动切换，精度0.5级，三位半数显，具有超量程告警、指示及切断总电源功能，为调速系统提供电流的指示；

4．直流数字电压表一只：测量范围0～300V，三位半数显，输入阻抗为10MΩ，精度0.5级；

5．直流数字电流表一只：测量范围0～5A，三位半数显，精度0.5级，具有超量程报警、指示、切断总电源等功能。

（4）带镜面的指针表：直流电压表（测量范围0～±300V，为中零式，精度为1.0级）直流电流表（测量范围0～±2A，为中零式，精度为1.0级）

（5）三相可调电阻（90Ω×2/0.41A一个、900Ω×2/0.41A两个）

（6）平波电抗器：提供100mH、200mH、700mH电感，在1A下保持线性。

（7）给定：±15V可调电压输出，带数显，指示输出电压。

（8）单相调压：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交流电源，并带过流保护。

（9）三相整流滤波电路：可对单相及三相交流电源进行整流和滤波，具有输出短路保护。

（10）变压器：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），用于三相桥式、单相桥式有源逆变电路实验。

（11）人身安全保护体系

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，使主电路输出与电网隔离（浮地设计），对人身安全起到一定的保护作用。

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。

实验连接线及插座：强、弱电连接及插座分开，不能混插。强电连接线及插座采用全封闭工艺，使用安全、可靠、防触电。

（12）实验管理器

具有设定实验时间、定时报警、切断电源等功能；还可以自动记录与区分由于接线或操作错误所造成的漏电告警、仪表超量程告警等。

（13）控制屏其它设施

控制屏正面大凹槽内，设有两根方型不锈钢管，可挂置实验部件，凹槽底部设有7芯、3芯等插座，挂件的供电由这些插座提供。控制屏两侧设有单相三极220V电源插座及三相四极380V电源插座。

2、DX02实验桌

实验桌为铁质双层亚光密纹喷塑结构，桌面为防火、防水、耐磨高密度板,结构坚固，形状似长方体结构，造形美观大方；设有两个大抽屉，用于放置工具、存放挂件及资料等。桌面用于安装电源控制屏并提供一个宽敞舒适的工作台面。实验桌还设有四个万向轮和四个固定调节机构，便于移动和固定，有利于实验室的布局。配有示波器搁板。

3、DX03三相可控整流电路（一）

提供6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验。

三相触发电路由KC04、KC41、KC42、4066等集成电路组成，可通过钮子开关选择双窄脉冲或宽脉冲，同时提供六路触发脉冲功放电路等。

4、DK05晶闸管触发电路（一）

提供单结晶体管触发电路实验、锯齿波同步移相触发电路实验，KC05单相交流调压电路。

5、DK05-1晶闸管触发电路（二）

提供正弦波同步移相触发电路实验、单相并联逆变触发电路实验。

6、DK13功率器件驱动与保护电路

主要是为完成新器件特性实验提供电源、驱动电路及PWM波形发生器。

（1）电源：为驱动电路提供电源，包括±5V、±15V和+20V直流电源。

（2）驱动电路：包括MOSFET和IGBT的驱动电路。其中IGBT的驱动电路采用专用芯片EXB841，其它的由运放、门电路及分立元件组成。

（3）PWM波形发生器：以SG3525为核心的PWM波形发生器主要是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。频率范围分为2挡，通过钮子开关切换，高频档是为MOSFET和IGBT驱动电路提供PWM波形，频率调节范围4KHz～10KHz；低频档是为GTR和GTO驱动电路提供PWM波形，频率调节范围400Hz～1KHz；占空比可从0%调至100%。

7、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，能完成如下实验项目： 1）SPWM波形成的过程；2）交直交变频电路在不同负载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。

8、DK19半桥型开关稳压电源

提供了半桥型开关稳压电源的主电路和控制电路，主电路的电力电子器件为电力MOSFET管；控制电路采用专用PWM控制集成电路SG3525，采用恒频脉宽调制控制方案。可完成“开关电路在开环与闭环下负载特性的测试”以及“电源电压波动对输出的影响”等实验内容。

9、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。

10、DK22单相交流调压/调功电路

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，实现单相交流调压和交流调功的实验内容。采用的电力电子器件为双向晶闸管，在交流调压实验中采用由双向触发二极管构成触发控制电路；在交流调功实验中采用由555时基电路组成触发控制电路。

11、DX17 实验器件

提供晶闸管（均设有RC吸收和保险丝保护）、二极管及灯座、RC吸收电路。

12、DX09 DC/DC 变换电路

提供了 DC/DC 变换电路实验的主电路和控制电路。电力电子器件为 IGBT ，控制电路采用 PWM 控制集成电路 SG3525 ，挂箱面板上还提供了所需的观测孔。

13、 DX12 斩控式交流调压电路

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，采用全控型器件 IGBT 管实现 “ 斩控式交流调压实验 ”

14、多功能网络虚拟仪器（不需电脑配合使用）：（开标现场实物演示，如不满足视为实质性不满足招标要求）

A、终端部分（装学生实验屏上）同时配有虚拟信号源、虚拟示波器、虚拟逻辑分折仪、虚拟频谱仪、虚拟三用表、虚拟数字量输入输出模块。

B、基于LabVIEW虚拟仪器程序的编程方法，学生可自行设计各种虚拟仪器。

C、参数：

　　1）、两路虚拟任意波形信号发生器，输出频率可编程，电压幅度可调；

　　　　通道数：2路

　　　　分辨率：8 bits

　　　　电压范围：-5~5V

　　　　频率步长：1HZ

　　　　波形：任意信号

　　　　输出频率：>1MHZ

　　2）、双踪存贮示波器，多种同步方式，存贮深度可编程；

　　　　通道数：2路

　　　　带宽：20MHZ

　　　　分辨率：8位

　　　　电压范围：-10~+10V

　　　　存贮深度：64K

　　3）、双通道频谱分折仪；

　　4）、八通道逻辑分折仪，多种同步方式，存贮深度可编程；

　　　　8路输入

　　　　分率：25nS

　　　　存贮深度：64KHZ

　　5）.数字三用表，可测电阻、电容、电感、电压等；

　　　　数字IO口

　　　　通道数：8路IO

　　　　输入电平：TTL

　　　　输出电平：TTL

　　　　电流驱动：20mA/通道

15、SY07实验连接线：

根据不同实验项目的特点，配备两种不同的实验联接线，强电部分采用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；弱电部分采用弹性铍轻铜裸露结构联接线，两种导线都只能配合相应内孔的插座，这样大大提高了实验的安全及合理性。

五、本装置能开设的实验项目

1、单结晶体管触发电路；

2、正弦波同步移相触发电路实验；

3、锯齿波同步移相触发电路实验；

4、单相半波可控整流电路实验

5、单相桥式半控整流电路实验；

6、单相桥式全控整流及有源逆变电路实验；

7、三相半波可控整流电路的研究；

8、三相桥式半控整流电路实验；

9、三相半波有源逆变电路的实验；

10、三相桥式全控整流及有源逆变电路实验；

11、单相并联逆变电路实验；

12、单相交流调压实验电路；

13、单相交流调功实验电路

14、三相交流调压实验电路；

15、直流斩波电路实验；

16、单向晶闸管（SCR）特性研究；

17、可关断晶闸管（GTO）特性研究；

18、场效应管（MOSFET）特性研究；

19、电力晶体管（GTR）特性研究；

20、绝缘双极型晶体管(IGBT)特性研究；

21、功率场效应管(MOSFET)驱动电路研究；

22、电力晶体管(GTR)驱动电路研究；

23、绝缘双极型晶体管(IGBT)驱动电路研究；

24、可关断晶闸管（GTO）驱动电路研究；

25、脉宽调制开关稳压电源电路的性能研究；

26、直流斩波电路(六种电路)性能的研究；

27、采用自关断器件的单相交流调压实验；

28、单相正弦波脉宽调制(SPWM)逆变电路实验；

29、全桥DC／DC变换电路实验；

30、半桥DC/DC变换电路实验

开放实验室信息管理系统：（全室配一套）

A、．开放实验室信息管理系统的必要性

学生动手能力的培养、分折问题解决问题能力的培养、自主实验和创新实验能力的培养均需要一个宽松的、开放的、设备齐全的实验环境。但是目前很多学校因师资力量有限无法将实验室开放，这一方面造成资源浪费另一方面学生又得不到煅炼。针对这一问题，配备本实验室信息化管理系统，它可有效解决上述矛盾。具备这样条件的实验室可以不必配备固定的老师管理和辅导，学生可以自主按排实验时间并通过刷卡确定机位，并通过学生终端计算机中的实验课件、仪器仪表介绍课件、自主实验题库、在线帮助等资源完成各类实验。

B、智能开放实验室管理系统简介

智能实验室管理系统（以下称：本系统）是以标准化实验室管理思想为基础、网络技术为驱动最新开发的管理系统。本系统能对实验室设备及学生实验过程进行智能化管理，以实时了解实验室设备状态及学生实验完成状况，跟踪记录实验痕迹，确保老师能了解学生做实验的流程。

实验室管理手段包括：短信，邮件，web页面。

C．开放实验室资源配置

建设开放实验室应具备必要的硬件和软件资源：

（一）硬件资源：

1、手机（可选）：发送和接收实验室设备管理及状态信息。

2、管理员PC：用于发送和接收实验室管理及状态信息，接收学生的实验数据（波形，数据包等实验数据），发送提示信息及试题到学生实验设备上。

3、服务器：服务器为本系统的核心部分，完成接收管理员控制信息，发送采集到的终端实验数据到web页面，对终端设备的控制，终端实验数据的采集。

4、网络设备：路由器等，传输各种数据。

5、终端：虚拟示波器，发送及接收数据，直接控制设备

（二）软件资源：