電力電子及交直流調速綜合實驗台

ZX-DLDZ-III型

電力電子及交直流調速綜合實驗台

電力電子及交直流調速綜合實驗台（實物參考）

産品說明：

一、設備簡介：

ZX-DLDZ-III型電力電子及交直流調速綜合實驗台是面向大學校本科自動化專業以及機電等專業的實驗教學而設計的，主要完成《電力電子技術》、《半導體變流技術》、《自動控制》、《計算機控制技術》、《電機拖動》等課程的教學實驗。

本實驗台吸收國内、外同類産品的優點，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，精心研制而成的。

二、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 : 144×52×3675px（長寬高）；

三、實驗台的基本功能 

1 、電源控制屏（鐵質雙層亞光密紋噴塑結構，面闆爲鐵闆噴塑覆膜材質，實驗桌采用鋼木材質的實驗桌，桌邊采用塑料包邊） 

（ 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 (380V/ 1A )；

（ 2 ）高壓直流電源，直流電源：輸出 110V/220V/ 0.5A ，具有輸出短路保護。 

（ 3 ）數字式儀表 

1．交流數字電壓表一隻：測量範圍 0 ～ 500V ，量程自動切換，精度 0.5 級。 

2．交流數字電流表一隻：測量範圍 0 ～ 5A ，量程自動切換，精度 0.5 級； 

3．直流數字電壓表一隻：測量範圍 0 ～ 300V，精度 0.5 級； 

4．直流數字電流表一隻：測量範圍 0 ～ 5A ，三位半數顯，精度 0.5 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 電感。 

（ 7 ）給定： ±5V 可調電壓輸出，帶數顯，指示輸出電壓。 

（ 8 ）單相調壓：提供了一隻 0 ～ 250V/0.5KVA 單相交流自耦調壓器，爲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、副邊繞組的電壓爲 100V/13.6V/6.8V ），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 

1.三相隔離變壓器一組：三相電源首先通過三相漏電保護器，然後經鑰匙開關、接觸器到隔離變壓器，對人身安全起到一定的保護作用。 

2.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。 

3.實驗連接線及插座：強、弱電連接及插座分開，不能混插。 

（ 12 ）控制屏其它設施 

控制屏正面大凹槽内，設有兩根方型不鏽鋼管，可挂置實驗部件，凹槽底部設有 7 芯、 3 芯等插座， 挂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。  

四、實驗屏功能介紹

（1）電源控制單元  

Ø 提供多種工作電源：提供交流（0-250V、380V）/直流（0-110V-220V）等多種可選電源功能；

Ø 多層電源控制：采用多級電源控制，确保教師能夠更好的對設備的管理，第一層采用帶有漏電和過流保護的空氣開關作爲三相電源總閘，空氣開關采用上海人民電氣品牌，第二層采用鑰匙開關作爲控制電路的工作開關；

Ø 多層故障保護：具有保險管、漏電、過流、欠磁等故障報警與檢測功能。

Ø 轉速檢測及變換：具有檢測光電編碼器速度脈沖經過轉換并在轉速表上顯示，轉速顯示範圍可達0～+2000rpm，同時将轉速信号進行轉化成0V～+10V的模拟量，用于實驗需要。

（2）檢測單元  

Ø 三相電流檢測及變換：此單元提供兩組通用電流檢測單元，檢測元件采用我廠自行研發的的電流傳感器，實驗中可同時測量兩路交流電流、或者直流電流，測量範圍0～2A。

Ø 三相電壓檢測及變換：本單元用于檢測對稱三相交流電壓，檢測元件我廠自行研發的的電壓傳感器，輸入範圍三相交流 0～300V。

Ø 電壓檢測及變換：通用電壓檢測單元，可檢測交直流電壓，測量範圍0V~+400V。

Ø 自動負載控制器，可用作控制磁粉制動器使用，單元模塊采用市場上成熟産品，集成到我廠實驗台上，拆裝維修方便，該可提供轉矩0～2N.m，可以通過按鍵選擇，實現函數型負載給定、功率型負載給定、恒轉矩型給定3種模式，方便可靠，輸出信号顯示分爲N.M和W兩種單位模式，設備參考如下圖所示：

（3）電機接口單元  

Ø 可調勵磁電源：直流0～110V可調開關穩壓電源，電源具有過載及短路保護功能。

Ø 平波電抗器：提供一個100mH/1A的工頻電抗器。

Ø 直流電機接口：電機與實驗台之間的連接采用電纜相連。

Ø 交流電機接口：電機與實驗台之間的連接采用電纜相連。

（4）主電源接口單元

Ø 三相隔離主電路選擇單元：旋檔輸出，分别爲220V、380V，帶有輸出指示表頭。

Ø 主電源隔離測試點：隔離測試主電源電壓波形和相位。

（5）計算機程序數字控制電機研究系統（新開發）：

Ø 該單元内置有高精度的2路獨立AD、2路DA、10路DI/DO單元模塊,每路AD精度12位，采樣速率高,可實現PC機模式下的智能算法電機實驗；

Ø 配套計算機調速研究集成開發軟件，提供10多個C語言算法的實驗控制程序，可實現對三相交流電機及直流電機的計算機數控開發；

Ø 配套計算機開發界面簡潔友好，參考下圖：

（6）人機交互工業控制單元

Ø 該控制單元操作平台大氣美觀，規格345*300（mm），操作平台集成有液晶屏及驅動電路、德國西門子生産的工業微程序控制器、自定義控制IO、232通信與控制接口、帶有常開和常閉觸點的平頭型工業按鈕、帶隔離的220V繼電器型工業開關、AD采集模塊、開發好的（嵌入式型）工業交互控制界面軟件樣例等；

Ø 液晶屏爲TFT真彩色液晶，帶有觸摸控制功能，屏幕尺寸爲7寸，分辨率爲800*480，帶液晶驅動電路，驅動CPU爲ARM處理器，400M主頻，内置64M RAM，128M FLASH等；

Ø 工業CPU主控制器，CPU工作符合歐洲及中國工業産品應用及使用安全檢測标準，對供電環境不好的環境适應強，特别是在電機控制系統中，三相電路通電和斷電，以及電機啓停過程中，也不會造成“主控制器”死機；

Ø 除了系統使用之外，該控制單元具有10個數據編程接口供用戶進行二次開發；

Ø AD采集模塊，AD采集模塊配合工業CPU及ARM處理器來使用，其中，AD獨立采集通道爲4路，采樣精度爲10位，采樣範圍0-10V，采集模塊采用獨立的模塊，可以更換升級。

Ø 系統提供軟件，軟件具有可以顯示電機工作動畫及轉速顯示、電機電流、電機電壓、電源運行狀态、還可以人工操控整套實驗設備的工作等功能。

（7）重力負載實物測試模型（新研發）

Ø 模型重力反饋範圍0-100KG，爲各類電機調速閉環系統提供一個“大動态範圍”和“随機性”特點的電機負載裝置，具有以下指标：

Ø 重力和扭矩數據均采用數碼顯示；

Ø 重力測量精度：±0.01Kg；

Ø 扭矩轉換精度：±0.1N.M；

Ø 産品供電電源：交流220V；

Ø 數據接口：封閉式航空插頭/座；

Ø 規格尺寸（長寬高mm）：480*320*780

（8）電力電子新器件實驗箱A（獨立箱式）

1、 高壓交流電源1組：220V交流電源1路，電源輸出帶有過流熔斷保護裝置，帶有高壓電源開關；

2、 低壓交流電源2組：具有交流15V、交流30V輸出，帶輸出過流保護，同時該電源區域配有一個獨立整流濾波電路，可根據實際電路組合，獲得24V-30V的直流電輸出；

3、 固定輸出的直流電源3路：具有+5V/3A、+12V/500mA、-12V/500mA，都帶有過流保護；

4、 可調輸出的直流電源1路：1.3～10.5V可調，帶有過流保護；

5、 多功能PWM、SPWM波形發生器單元：2組信号輸出接口，該單元能夠産生PWM信号、SPWM信号、功率脈沖信号、軟開關控制信号，面闆上有詳細原理示意圖，注意事項及操作流程圖，以及載波頻率調節旋鈕、正弦波幅頻調節旋鈕、直流電壓給定旋鈕及給定範圍切換開關、信号疊加切換開關、死區調節旋鈕、正/反PWM輸出端、同步信号輸入端、調功控制脈沖輸出端、軟開關主輻管控制脈沖輸出端、脈沖封鎖輸入端、兩組脈沖驅動等電路；

6、 2路燈泡負載單元：額定電壓220V，燈泡帶有防爆護罩；

7、 3組功率電阻負載單元：750歐姆/50W功率電路2組、500歐姆/50W功率電路1組；

8、 1組電感負載單元：用于進行電力電子器件特性測試；

9、 1個指針式電壓表：測量量程，直流0-200V（默認）或交流0-250V，

10、 1個指針式電流表：測量範圍，直流0-2A；

11、 1個高精度數顯直流電壓表：測量範圍，直流0-20V；

12、 1組脈沖變壓器隔離驅動測試實驗單元，用于信号保護隔離，保護實驗過程誤操作及強弱電信号串擾，減少設備損毀概率；

13、 典型器件及驅動模塊（獨立模塊式）：該電力電子器件爲獨立模塊形式，獨立模塊規格（長寬高cm）：23 *14 *5；獨立模塊結構采用“模塊電路闆+有機玻璃罩+彈簧固定座”模式，有效保護模塊電路，同時便于學生觀察到器件實物；模塊電路闆采用雙層電路闆，電路闆正面采用覆膜絲印技術，有實驗插接導線孔，孔徑爲Ø2規格，預留調節部件及顯示窗口等，電路闆背面有實驗所需的電子器件，并用透明有機玻璃罩住，具體模塊及參考實物如下：

1）1個型号爲2P4M的SCR晶閘管器件、驅動電路、RC吸收輔助電路；

2）1個型号爲TIP122的GTR器件及隔離型驅動測試實驗電路模塊；

3）1個型号爲IRF830的MOSFET器件及光電隔離驅動測試實驗電路模塊；

4）1個型号爲G20N60的IGBT器件及IGBT驅動測試實驗電路模塊；

（9）高級DSP電機控制實驗開發平台

系統采用DSP開發闆+功率驅動部分+傳感檢測+電機組，共4部分構成，接口完全開放，是教師科研及研究生理想的學習研發平台，主要由以下幾部分組成：

（一）、DSP開發闆采用TI公司的2407、2812、28335等電機控制系統核心控制部件作爲 DSP開發闆的控制器。

（二）、功率驅動部分：

1、大功率驅動：可驅動30W-200W電機；

2、采用單相220V交流輸入（輸入爲220V/50Hz交流電壓）；

3、具有電機接線錯誤報警、過壓、過流保護、自動死區保護、上電保護、溫度過熱保護功能；

4、所有控制和回饋信号均采用光電隔離措施，保護數字系統和人身安全，方便實驗與信号測量

5、可實現速度環、電流環等閉環控制及無傳感器控制方案，并提供相應閉環控制的DSP矢量控制算法；

6、采用電機驅動采用美國仙童公司的大功率IPM模塊；

7、具備多種傳感器信号輸入接口，适用于各種電機的傳感器方案；

（四）電機組

支持交流異步、直流無刷、直流有刷、永磁同步、步進電機五種電機的DSP控制的實驗和開發。

DSP電機控制實驗開發平台

五、實驗項目

（1） 電力電子技術實驗項目

1、 三相鋸齒波移相觸發電路的研究

2、 單相PWM、SPWM脈寬調制波形發生電路研究

3、 基本型三相SPWM脈寬調制波形發生電路的研究

4、 改進型SPWM脈寬調制波形發生電路研究

5、 SCR（單向和雙向）特性與觸發實驗

6、 MOSFET的特性、驅動與保護實驗

7、 單相橋式半控整流電路

8、 三相橋式全控整流電路

9、 Buck變換電路研究

10、 Boost變換電路研究

11、 Buck-Boost變換電路研究

12、 Cuk變換電路研究

13、 Zeta變換電路研究

14、 Sepic變換電路研究

15、 單相SPWM電壓型逆變電路研究

16、 單相交流調壓電路

17、 ZVS PWM實驗

18、 ZCS PWM實驗

（2） 直流調速實驗

1、 帶電流截止負反饋的轉速負反饋直流調速系統

2、 轉速、電流雙閉環直流調速系統

3、 轉速、電流、電流變化率三閉環直流調速系統

4、 轉速、電流、電壓三閉環直流調速系統

5、 邏輯無環流可逆直流調速系統

6、 帶電流截止負反饋的轉速負反饋單極性PWM不可逆直流調速系統

7、 轉速、電流雙閉環單極性PWM不可逆直流調速系統

8、 帶電流截止負反饋的轉速負反饋雙極性PWM不可逆直流調速系統

9、 轉速、電流雙閉環雙極性PWM不可逆直流調速系統

10、 轉速、電流雙閉環雙極性PWM可逆直流調速系統

（3） 交流調速實驗

1、 鼠籠式轉子異步電動機開環變壓調速系統

2、 轉速、電流雙閉環控制的鼠籠式轉子異步電動機變壓調速系統

3、 恒壓頻比控制的異步電動機的機械特性研究

4、 轉速開環的電壓源型異步電動機變頻調速系統

5、 轉速閉環的電壓源型異步電動機變頻調速系統

6、 轉速、電流雙閉環的電壓源型異步電動機變頻調速系統

7、 轉速閉環、轉差頻率控制的異步電動機變頻調速系統

8、 開環系統實驗

9、 多段恒速運轉實驗

10、 閉環系統矢量應用實驗

11、 速度定位系統矢量應用實驗

12、 PID控制系統

（4） 計算機軟件控制電機調速技術實驗

1、 計算機控制直流開環調速實驗

2、 計算機控制直流單閉環調速實驗

3、 計算機控制直流雙閉環調速實驗

4、 計算機控制直流不可逆直流調速實驗

5、 計算機控制交流電機開環實驗

6、 計算機控制交流電機閉環控制實驗

（5） DSP電機控制實驗開發實驗

1、 三相異步電動機矢量控制實驗

2、 直流有刷電動機雙閉環PWM實驗

3、 直流無刷電動機PWM控制實驗

4、 永磁同步電動機矢量控制實驗

5、 步進電機DSP控制實驗

（6） 自動控制原理實驗：

1、 典型環節及其階躍響應實驗

2、 狀态反饋與狀态觀測器實驗

3、 采樣定理驗證實驗