電力電子及電氣傳動(dòng)實(shí)驗(yàn)裝置：探索現(xiàn)代電氣工程的奧秘
2024-06-11 06:48 隨著科技的不斷發(fā)展，電力電子及電氣傳動(dòng)技術(shù)已經(jīng)成為現(xiàn)代電氣工程的重要組成部分。電力電子技術(shù)是將電能轉(zhuǎn)換為其他形式能量的技術(shù)，而電氣傳動(dòng)則是將電能從一個(gè)地方傳輸?shù)搅硪粋�(gè)地方的過(guò)程。這兩者結(jié)合在一起，為我們的生活帶來(lái)了許多便利，如電動(dòng)汽車、可再生能源等。本文將詳細(xì)介紹電力電子及電氣傳動(dòng)實(shí)驗(yàn)裝置的相關(guān)知識(shí)，幫助大家更好地理解這一領(lǐng)域的發(fā)展。
一、電力電子技術(shù)簡(jiǎn)介
電力電子技術(shù)是一門研究電能轉(zhuǎn)換、控制和傳輸?shù)男屡d學(xué)科。它主要包括半導(dǎo)體器件(如二極管、晶閘管、場(chǎng)效應(yīng)管等)的應(yīng)用、功率半導(dǎo)體器件(如IGBT、MOSFET等)的研究以及電力電子開關(guān)設(shè)備的研發(fā)。電力電子技術(shù)的發(fā)展可以追溯到20世紀(jì)50年代，當(dāng)時(shí)的研究主要集中在提高電力電子器件的可靠性和耐久性上。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和控制理論的發(fā)展，電力電子技術(shù)逐漸走向成熟，廣泛應(yīng)用于各種領(lǐng)域。
二、電氣傳動(dòng)技術(shù)簡(jiǎn)介
電氣傳動(dòng)是指利用電能作為動(dòng)力源，通過(guò)導(dǎo)體傳輸能量，實(shí)現(xiàn)機(jī)械運(yùn)動(dòng)的一種技術(shù)。它包括電機(jī)、變壓器、感應(yīng)器等多種元件。電氣傳動(dòng)技術(shù)的發(fā)展可以分為以下幾個(gè)階段：
1. 直流傳動(dòng)：最早的電氣傳動(dòng)系統(tǒng)采用直流電機(jī)，其優(yōu)點(diǎn)是效率高、啟動(dòng)容易。但由于直流電機(jī)存在許多缺點(diǎn)，如換向器損耗大、對(duì)環(huán)境污染嚴(yán)重等，因此逐漸被交流傳動(dòng)所取代。
2. 交流傳動(dòng)：20世紀(jì)初，隨著發(fā)電機(jī)和變壓器的發(fā)展，交流傳動(dòng)技術(shù)開始興起。交流電機(jī)具有無(wú)刷設(shè)計(jì)、效率高等優(yōu)點(diǎn)，因此在很多領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。
3. 高壓傳動(dòng)：隨著電力系統(tǒng)的不斷發(fā)展，人們對(duì)高壓電氣傳動(dòng)技術(shù)的需求越來(lái)越高。高壓傳動(dòng)技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)距離、大容量的能源傳輸，對(duì)于國(guó)家電網(wǎng)的建設(shè)具有重要意義。
三、電力電子及電氣傳動(dòng)實(shí)驗(yàn)裝置的重要性
電力電子及電氣傳動(dòng)實(shí)驗(yàn)裝置是學(xué)習(xí)和研究這一領(lǐng)域的重要工具。通過(guò)實(shí)驗(yàn)裝置，學(xué)生可以更直觀地了解電力電子技術(shù)和電氣傳動(dòng)技術(shù)的原理和應(yīng)用，加深對(duì)相關(guān)知識(shí)的理解。此外，實(shí)驗(yàn)裝置還可以幫助學(xué)生培養(yǎng)實(shí)際操作能力和解決問(wèn)題的能力，為將來(lái)從事相關(guān)工作打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
四、實(shí)驗(yàn)裝置的組成和功能
電力電子及電氣傳動(dòng)實(shí)驗(yàn)裝置通常由以下幾部分組成：電源系統(tǒng)、電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、負(fù)載設(shè)備和控制器。這些部分各自承擔(dān)著不同的功能，共同構(gòu)成了一個(gè)完整的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。
1. 電源系統(tǒng)：電源系統(tǒng)為實(shí)驗(yàn)裝置提供穩(wěn)定的電能。根據(jù)實(shí)驗(yàn)需求，電源系統(tǒng)可以采用直流電源或交流電源。此外，還可以根據(jù)需要配置恒流源、恒壓源等輔助功能。
2. 電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)：電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)決定了實(shí)驗(yàn)裝置的工作狀態(tài)和性能。常見的電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)有單相橋式整流電路、三相全波整流電路、PWM調(diào)制器等。通過(guò)改變電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，可以實(shí)現(xiàn)不同的電壓調(diào)節(jié)和電流控制效果。
3. 負(fù)載設(shè)備：負(fù)載設(shè)備是實(shí)驗(yàn)裝置中的關(guān)鍵組成部分，負(fù)責(zé)將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能或熱能。根據(jù)實(shí)驗(yàn)需求，負(fù)載設(shè)備可以采用直流電機(jī)、電動(dòng)機(jī)、變壓器等不同類型的元件。此外，還可以根據(jù)需要配置傳感器和執(zhí)行器等輔助功能。
4. 控制器：控制器是實(shí)驗(yàn)裝置的核心部分，負(fù)責(zé)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行控制和管理。常見的控制器有微機(jī)控制系統(tǒng)、PLC控制系統(tǒng)等。通過(guò)編寫相應(yīng)的控制程序，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)實(shí)驗(yàn)裝置的各種參數(shù)進(jìn)行精確控制，滿足不同實(shí)驗(yàn)需求。
五、結(jié)論
電力電子及電氣傳動(dòng)實(shí)驗(yàn)裝置作為現(xiàn)代電氣工程的重要工具，為我們提供了一個(gè)研究和探索這一領(lǐng)域的良好平臺(tái)。通過(guò)學(xué)習(xí)和實(shí)踐這一實(shí)驗(yàn)裝置，我們可以更好地理解電力電子技術(shù)和電氣傳動(dòng)技術(shù)的原理和應(yīng)用，為將來(lái)從事相關(guān)工作打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
一、概述
電力電子及電氣傳動(dòng)實(shí)驗(yàn)裝置依據(jù)高等院校最新統(tǒng)編教材《電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)》（第三版）(上海大學(xué)陳伯時(shí)編著)、《電力電子技術(shù)》(第五版)(西安交通大學(xué)王兆安編著)等實(shí)驗(yàn)大綱的要求，吸收國(guó)內(nèi)、外同類產(chǎn)品的優(yōu)點(diǎn)，充分考慮了實(shí)驗(yàn)室的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)，精心研制而成。在同類產(chǎn)品中結(jié)構(gòu)合理、功能完善、可靠性好、性價(jià)比高。
二、特點(diǎn)
1、綜合性強(qiáng)
電力電子及電氣傳動(dòng)實(shí)驗(yàn)裝置綜合了目前國(guó)內(nèi)各類學(xué)校電力電子、半導(dǎo)體變流、交直流調(diào)速、交流變頻、電機(jī)控制、控制理論等實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。
2、適應(yīng)性強(qiáng)
電力電子及電氣傳動(dòng)實(shí)驗(yàn)裝置能滿足各類學(xué)校相應(yīng)課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，深度和廣度可根據(jù)需要作靈活調(diào)整，普及與提高可根據(jù)教學(xué)的進(jìn)程作有機(jī)的結(jié)合，裝置采用積木式結(jié)構(gòu)，更換便捷，如需要擴(kuò)展功能或開發(fā)新實(shí)驗(yàn)，只需添加部件即可，永不淘汰。
3、整套性強(qiáng)
從專用電源、電機(jī)及其它實(shí)驗(yàn)部件到實(shí)驗(yàn)連接專用導(dǎo)線配套齊全，配套部件的性能、規(guī)格等均密切結(jié)合實(shí)驗(yàn)的需要進(jìn)行配套。
4、直觀性強(qiáng)
各實(shí)驗(yàn)掛件采用分隔結(jié)構(gòu)形式，組件面板示意、圖線分明，各掛件任務(wù)明確，操作、維護(hù)方便。
5、科學(xué)性強(qiáng)
裝置占地面積少，節(jié)約實(shí)驗(yàn)用房，減少基建投資；配套的小電機(jī)均經(jīng)特殊設(shè)計(jì)，可模擬中小型電機(jī)的特性和參數(shù)；小電機(jī)耗電省，節(jié)約能源，實(shí)驗(yàn)噪聲小，整齊美觀，改善實(shí)驗(yàn)環(huán)境；實(shí)驗(yàn)內(nèi)容豐富，設(shè)計(jì)合理，除了加深理論知識(shí)外還可結(jié)合實(shí)際開設(shè)設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)。
6、開放性強(qiáng)
控制屏供電采用三相隔離變壓器隔離，并設(shè)有電壓型漏電保護(hù)裝置和電流型漏電保護(hù)裝置，確保操作者的安全；各電源輸出均有監(jiān)示及短路保護(hù)等功能，使用安全可靠；控制屏還設(shè)有定時(shí)器兼報(bào)警記錄儀，為學(xué)生實(shí)驗(yàn)技能的考核提供一個(gè)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。由于整套裝置經(jīng)過(guò)精心設(shè)計(jì)，加上可靠的元器件質(zhì)量及可靠的工藝作為保障，產(chǎn)品性能優(yōu)良，所有這些均為開放性實(shí)驗(yàn)室，創(chuàng)造了條件。
7、先進(jìn)性強(qiáng)
電力電子及電氣傳動(dòng)實(shí)驗(yàn)裝置著重從新器件高度來(lái)考慮，在保留了晶閘管實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，加入了新器件的特性、新器件的驅(qū)動(dòng)以及典型的新器件應(yīng)用的大量現(xiàn)代電力電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生對(duì)新器件有足夠的認(rèn)識(shí)和了解，緊跟時(shí)代步伐。
三、適用范圍
電力電子及電氣傳動(dòng)實(shí)驗(yàn)裝置涵蓋了各高等院校等所開設(shè)的“電力電子技術(shù)(或稱半導(dǎo)體變流技術(shù))”、“直流調(diào)速”、“交流調(diào)速”、“電機(jī)控制”、“電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)”及“控制理論”等專業(yè)課程所要求的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。
四、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(duì)濕度＜85％（25℃） 海撥＜4000m
3、裝置容量：＜1.5KVA
4、外形尺寸：187×70×158 cm3
五、裝置的基本裝備
1、DK01電源控制屏（鐵質(zhì)雙層亞光密紋噴塑結(jié)構(gòu)）
（1）交流電源（均帶有過(guò)流保護(hù)措施）
提供交流電源：直流調(diào)速檔為三相交流電200V/3A。
交流調(diào)速檔為三相交流電240V/3A。
（2）高壓直流電源
勵(lì)磁電源：220V（0.5A），具有輸出短路保護(hù)。
（3）指示及測(cè)量?jī)x表
1．交流數(shù)字電壓表：可通過(guò)其下方的波段開關(guān)切換指示三相電網(wǎng)輸入線電壓；
2．真有效值交流數(shù)字電壓表一只：測(cè)量范圍0～500V，量程自動(dòng)判斷、自動(dòng)切換，精度0.5級(jí)，四位數(shù)字顯示，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(cè)量范圍0～5A，量程自動(dòng)判斷、自動(dòng)切換，精度0.5級(jí)，四位數(shù)字顯示，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(cè)量范圍0～500V，三位半數(shù)顯，輸入阻抗為10MΩ，精度0.5級(jí)，為調(diào)速系統(tǒng)提供電壓指示；
5．直流數(shù)字電流表一只：測(cè)量范圍為0～5A，三位半數(shù)顯，精度0.5級(jí)，為調(diào)速系統(tǒng)提供電流指示。
（4）人身安全保護(hù)體系
1）三相隔離變壓器一組：三相電源首先通過(guò)三相漏電保護(hù)器，然后經(jīng)鑰匙開關(guān)、接觸器到隔離變壓器，使輸出與電網(wǎng)隔離（浮地設(shè)計(jì)），對(duì)人身安全起到一定的保護(hù)作用。
2）電流型漏電保護(hù)裝置：控制屏若有漏電現(xiàn)象，漏電流超過(guò)一定值，即切斷電源。
3）實(shí)驗(yàn)連接線及插座：強(qiáng)、弱電連接及插座分開，不能混插。
4）強(qiáng)電連接線及插座采用全封閉工藝，使用安全、可靠、防觸電。
（5）控制屏其它設(shè)施
控制屏正面大凹槽內(nèi)，設(shè)有兩根鋼管，可掛置實(shí)驗(yàn)部件，凹槽底部設(shè)有3芯插座， 掛件的供電由這些插座提供�？刂破羶蛇呍O(shè)有單相三極220V電源插座及三相四極380V電源插座，還設(shè)有實(shí)驗(yàn)臺(tái)照明用的40W日光燈一盞。
2、DK02實(shí)驗(yàn)桌
1）實(shí)訓(xùn)桌采用四個(gè)工業(yè)鋁型材立柱為支撐，立柱端部可安裝調(diào)節(jié)腳，方便高度調(diào)節(jié)，主體結(jié)構(gòu)通過(guò)左、右各2個(gè)C字形鋁壓成型構(gòu)件聯(lián)接，臺(tái)面高度約800mm，桌面板下設(shè)支撐框架，截面尺寸為30×30mm，承受力不少于300kg。立柱采用工業(yè)鋁型材成型工藝，表面氧化處理，截面尺寸：70×70mm，四面帶槽，槽寬約8mm，端部配套塑料堵頭，槽內(nèi)適用工業(yè)鋁型材通配螺母及配件。C字形鋁壓成型構(gòu)件為左、右對(duì)稱件，采用壓鑄成型工藝，經(jīng)機(jī)加工、拋丸、噴砂，表面藍(lán)色靜電噴涂工藝。
2）實(shí)訓(xùn)桌桌面采用25mm麻灰色高密度層壓板封邊特制，有效提高絕緣等級(jí)；
3）實(shí)訓(xùn)儲(chǔ)物柜采用冷沖壓鈑金一體成型，封閉式結(jié)構(gòu)，表面靜電噴涂；柜體設(shè)有門柜用于放置實(shí)訓(xùn)掛箱，設(shè)有一個(gè)抽屜用于放置實(shí)訓(xùn)導(dǎo)線和指導(dǎo)書等。
3、DQ03-1固定電機(jī)導(dǎo)軌、測(cè)速系統(tǒng)及智能數(shù)顯轉(zhuǎn)速表
4、DQ27三相可調(diào)電阻（每組900Ω×2/0.41A）
5、DK03晶閘管主電路
提供12只5A/1000V的晶閘管，每只晶閘管均設(shè)有RC吸收和保險(xiǎn)絲保護(hù)裝置，晶閘管可通過(guò)外加觸發(fā)信號(hào)進(jìn)行觸發(fā)（留有觸發(fā)脈沖輸入接口），可更好的完成設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)。設(shè)有帶鏡面精密指針式直流電壓表±300V，精度1.0級(jí)帶鏡面直流電流表±2A，精度1.0級(jí)各一只和平波電抗器一組。
6、DK04三相晶閘管觸發(fā)電路
提供三相觸發(fā)電路、功放電路，脈沖變壓器等，與“DK03”配套使用。
7、DK05晶閘管觸發(fā)電路實(shí)驗(yàn)
提供單結(jié)晶體管、鋸齒波同步移向、正弦波同步移向觸發(fā)電路，KC05單相交流調(diào)壓，西門子TCA785集成觸發(fā)電路等。
8、DK06電機(jī)調(diào)速控制實(shí)驗(yàn)（Ⅰ）
提供以下模塊：電流反饋與過(guò)流保護(hù)（FBC+FA）、給定器（G）、轉(zhuǎn)速變換器（FBS）、速度調(diào)節(jié)器（ASR）、反號(hào)器（AR）、電流調(diào)節(jié)器（ACR）等
9、DK10可調(diào)電阻、電容箱
提供耐壓AC63V的可調(diào)電容三組，調(diào)節(jié)范圍為0.1～11.37µF，0～999kΩ十進(jìn)制可調(diào)電阻兩組；供電流調(diào)節(jié)器，速度調(diào)節(jié)器反饋回路使用，可靈活改變調(diào)節(jié)器的放大倍數(shù)及積分時(shí)間。
10、DK11單相調(diào)壓與可調(diào)負(fù)載
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(shí)驗(yàn)提供可調(diào)電源；一個(gè)整流濾波電路以及0～90Ω/1.3A（串聯(lián)）或0～45Ω/2.6A（并聯(lián)）瓷盤可調(diào)電阻，為相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)提供一個(gè)可調(diào)的阻性負(fù)載。
11、DK12變壓器實(shí)驗(yàn)
提供三相芯式變壓器一個(gè)（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），用于異步電機(jī)串級(jí)調(diào)速實(shí)驗(yàn)和三相橋式、單相橋式有源逆變電路實(shí)驗(yàn)；還設(shè)有三相不控整流電路等模塊。
12、DK14單相交直交變頻原理
根據(jù)普通高等教育"九五"國(guó)家級(jí)重點(diǎn)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(jìn)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(hào)的形成方法，了解IGBT管專用集成驅(qū)動(dòng)芯片的特點(diǎn)及其使用，能完成如下實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目：
1）SPWM波形成的過(guò)程；
2）交直交變頻電路在不同負(fù)載（電阻，電感）時(shí)的工作情況和波形，并研究工作頻率對(duì)電路工作波形的影響；
3）IGBT管專用集成驅(qū)動(dòng)芯片的工作特性。
13、DK17雙閉環(huán)H橋DC/DC變換直流調(diào)速系統(tǒng)
通過(guò)對(duì)四個(gè)橋臂上IGBT管的觸發(fā)控制，來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)可逆直流他勵(lì)電機(jī)進(jìn)行調(diào)速的目的，主要由三大部分組成，即主回路部分、控制電路部分和調(diào)節(jié)部分。主回路由直流電源、四種IGBT管組成；控制回路部分由專用芯片產(chǎn)生PWM脈沖波，PWM波脈沖發(fā)生器產(chǎn)生的四路控制脈沖，分別驅(qū)動(dòng)四個(gè)橋臂的IGBT管；調(diào)節(jié)部 分由兩個(gè)PI調(diào)節(jié)器組成，并通過(guò)速度環(huán)、電流環(huán)構(gòu)成的反饋回路使電機(jī)的轉(zhuǎn)速穩(wěn)定運(yùn)行在給定的轉(zhuǎn)速下。本實(shí)驗(yàn)箱可完成的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目有：（1）、全橋DC/DC 變換電路實(shí)驗(yàn)（2）雙閉環(huán)可逆直流脈寬調(diào)速實(shí)驗(yàn)。
14、DK06-1 電機(jī)調(diào)速控制電路（II）
提供以下模塊：零電平檢測(cè)（DPZ）、轉(zhuǎn)矩極性鑒別（DPT）、邏輯控制（DLC）。
15、DQ07-1直流發(fā)電機(jī)(DC220V，240W，n=1500RPM)
16、DQ09直流并勵(lì)電動(dòng)機(jī) （Un=DC220V ， IN=1.1A ， PN=185W ， n=1500RPM ，絕緣等級(jí)E ）
17、DQ11三相線繞式異步電動(dòng)機(jī)（AC220V，接法 Y，轉(zhuǎn)速 1380RPM，功率100W ,電流0.6A，絕緣等級(jí)E）
18、GDQ12線繞式異步電機(jī)起動(dòng)與調(diào)速電阻箱
提供0、2、5、15的三相繞線異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子起動(dòng)、調(diào)速電阻一組。
19、基于DSP的雙閉環(huán)空間矢量交流變頻調(diào)速系統(tǒng)
空間矢量脈寬調(diào)制-SVPWM，主要思想是把三相交流電機(jī)等效為直流電機(jī)，然后跟蹤圓形磁場(chǎng)。SVPWM主要由：波形發(fā)生器，Chark變換，扇區(qū)判斷，Park變換，橋臂作用時(shí)間，比較器，插入死區(qū)等模塊組成。
本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)是基于德州儀器TI公司的28335型C2000系列DSP而設(shè)計(jì)的高性能矢量控制變頻調(diào)速系統(tǒng)。系統(tǒng)由實(shí)驗(yàn)箱(含DSP控制板、IPM智能功率驅(qū)動(dòng)模塊和24V開關(guān)電源)、XDS100V2-USB2.0仿真器，三相鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)，增量式光電編碼器，聯(lián)軸器，固定電機(jī)導(dǎo)軌等組成。
本系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)在線編程，通過(guò)XDS100V2 USB2.0仿真器在線仿真，提供源程序，可在線燒寫DSP程序。
20、實(shí)驗(yàn)連接線：
根據(jù)不同實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的特點(diǎn)，配備兩種不同的實(shí)驗(yàn)聯(lián)接線，強(qiáng)電部分采用高可靠護(hù)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(wú)氧銅抽絲而成頭發(fā)絲般細(xì)的多股線，達(dá)到超軟目的，外包丁晴聚氯乙烯絕緣層，具有柔軟、耐壓高、強(qiáng)度大、防硬化、韌性好等優(yōu)點(diǎn)，插頭采用實(shí)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(shí)驗(yàn)的安全及合理性。
電力電子技術(shù)是一門研究電能轉(zhuǎn)換、控制和傳輸?shù)男屡d學(xué)科。它主要包括半導(dǎo)體器件(如二極管、晶閘管、場(chǎng)效應(yīng)管等)的應(yīng)用、功率半導(dǎo)體器件(如IGBT、MOSFET等)的研究以及電力電子開關(guān)設(shè)備的研發(fā)。電力電子技術(shù)的發(fā)展可以追溯到20世紀(jì)50年代，當(dāng)時(shí)的研究主要集中在提高電力電子器件的可靠性和耐久性上。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和控制理論的發(fā)展，電力電子技術(shù)逐漸走向成熟，廣泛應(yīng)用于各種領(lǐng)域。
二、電氣傳動(dòng)技術(shù)簡(jiǎn)介
電氣傳動(dòng)是指利用電能作為動(dòng)力源，通過(guò)導(dǎo)體傳輸能量，實(shí)現(xiàn)機(jī)械運(yùn)動(dòng)的一種技術(shù)。它包括電機(jī)、變壓器、感應(yīng)器等多種元件。電氣傳動(dòng)技術(shù)的發(fā)展可以分為以下幾個(gè)階段：
1. 直流傳動(dòng)：最早的電氣傳動(dòng)系統(tǒng)采用直流電機(jī)，其優(yōu)點(diǎn)是效率高、啟動(dòng)容易。但由于直流電機(jī)存在許多缺點(diǎn)，如換向器損耗大、對(duì)環(huán)境污染嚴(yán)重等，因此逐漸被交流傳動(dòng)所取代。
2. 交流傳動(dòng)：20世紀(jì)初，隨著發(fā)電機(jī)和變壓器的發(fā)展，交流傳動(dòng)技術(shù)開始興起。交流電機(jī)具有無(wú)刷設(shè)計(jì)、效率高等優(yōu)點(diǎn)，因此在很多領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。
3. 高壓傳動(dòng)：隨著電力系統(tǒng)的不斷發(fā)展，人們對(duì)高壓電氣傳動(dòng)技術(shù)的需求越來(lái)越高。高壓傳動(dòng)技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)距離、大容量的能源傳輸，對(duì)于國(guó)家電網(wǎng)的建設(shè)具有重要意義。
三、電力電子及電氣傳動(dòng)實(shí)驗(yàn)裝置的重要性
電力電子及電氣傳動(dòng)實(shí)驗(yàn)裝置是學(xué)習(xí)和研究這一領(lǐng)域的重要工具。通過(guò)實(shí)驗(yàn)裝置，學(xué)生可以更直觀地了解電力電子技術(shù)和電氣傳動(dòng)技術(shù)的原理和應(yīng)用，加深對(duì)相關(guān)知識(shí)的理解。此外，實(shí)驗(yàn)裝置還可以幫助學(xué)生培養(yǎng)實(shí)際操作能力和解決問(wèn)題的能力，為將來(lái)從事相關(guān)工作打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
四、實(shí)驗(yàn)裝置的組成和功能
電力電子及電氣傳動(dòng)實(shí)驗(yàn)裝置通常由以下幾部分組成：電源系統(tǒng)、電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、負(fù)載設(shè)備和控制器。這些部分各自承擔(dān)著不同的功能，共同構(gòu)成了一個(gè)完整的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。
1. 電源系統(tǒng)：電源系統(tǒng)為實(shí)驗(yàn)裝置提供穩(wěn)定的電能。根據(jù)實(shí)驗(yàn)需求，電源系統(tǒng)可以采用直流電源或交流電源。此外，還可以根據(jù)需要配置恒流源、恒壓源等輔助功能。
2. 電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)：電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)決定了實(shí)驗(yàn)裝置的工作狀態(tài)和性能。常見的電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)有單相橋式整流電路、三相全波整流電路、PWM調(diào)制器等。通過(guò)改變電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，可以實(shí)現(xiàn)不同的電壓調(diào)節(jié)和電流控制效果。
3. 負(fù)載設(shè)備：負(fù)載設(shè)備是實(shí)驗(yàn)裝置中的關(guān)鍵組成部分，負(fù)責(zé)將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能或熱能。根據(jù)實(shí)驗(yàn)需求，負(fù)載設(shè)備可以采用直流電機(jī)、電動(dòng)機(jī)、變壓器等不同類型的元件。此外，還可以根據(jù)需要配置傳感器和執(zhí)行器等輔助功能。
4. 控制器：控制器是實(shí)驗(yàn)裝置的核心部分，負(fù)責(zé)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行控制和管理。常見的控制器有微機(jī)控制系統(tǒng)、PLC控制系統(tǒng)等。通過(guò)編寫相應(yīng)的控制程序，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)實(shí)驗(yàn)裝置的各種參數(shù)進(jìn)行精確控制，滿足不同實(shí)驗(yàn)需求。
五、結(jié)論
電力電子及電氣傳動(dòng)實(shí)驗(yàn)裝置作為現(xiàn)代電氣工程的重要工具，為我們提供了一個(gè)研究和探索這一領(lǐng)域的良好平臺(tái)。通過(guò)學(xué)習(xí)和實(shí)踐這一實(shí)驗(yàn)裝置，我們可以更好地理解電力電子技術(shù)和電氣傳動(dòng)技術(shù)的原理和應(yīng)用，為將來(lái)從事相關(guān)工作打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
DBZ-780L 電力電子及電氣傳動(dòng)實(shí)驗(yàn)裝置
(參考圖片，也可以根據(jù)學(xué)校要求定做）
一、概述
電力電子及電氣傳動(dòng)實(shí)驗(yàn)裝置依據(jù)高等院校最新統(tǒng)編教材《電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)》（第三版）(上海大學(xué)陳伯時(shí)編著)、《電力電子技術(shù)》(第五版)(西安交通大學(xué)王兆安編著)等實(shí)驗(yàn)大綱的要求，吸收國(guó)內(nèi)、外同類產(chǎn)品的優(yōu)點(diǎn)，充分考慮了實(shí)驗(yàn)室的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)，精心研制而成。在同類產(chǎn)品中結(jié)構(gòu)合理、功能完善、可靠性好、性價(jià)比高。
二、特點(diǎn)
1、綜合性強(qiáng)
電力電子及電氣傳動(dòng)實(shí)驗(yàn)裝置綜合了目前國(guó)內(nèi)各類學(xué)校電力電子、半導(dǎo)體變流、交直流調(diào)速、交流變頻、電機(jī)控制、控制理論等實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。
2、適應(yīng)性強(qiáng)
電力電子及電氣傳動(dòng)實(shí)驗(yàn)裝置能滿足各類學(xué)校相應(yīng)課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，深度和廣度可根據(jù)需要作靈活調(diào)整，普及與提高可根據(jù)教學(xué)的進(jìn)程作有機(jī)的結(jié)合，裝置采用積木式結(jié)構(gòu)，更換便捷，如需要擴(kuò)展功能或開發(fā)新實(shí)驗(yàn)，只需添加部件即可，永不淘汰。
3、整套性強(qiáng)
從專用電源、電機(jī)及其它實(shí)驗(yàn)部件到實(shí)驗(yàn)連接專用導(dǎo)線配套齊全，配套部件的性能、規(guī)格等均密切結(jié)合實(shí)驗(yàn)的需要進(jìn)行配套。
4、直觀性強(qiáng)
各實(shí)驗(yàn)掛件采用分隔結(jié)構(gòu)形式，組件面板示意、圖線分明，各掛件任務(wù)明確，操作、維護(hù)方便。
5、科學(xué)性強(qiáng)
裝置占地面積少，節(jié)約實(shí)驗(yàn)用房，減少基建投資；配套的小電機(jī)均經(jīng)特殊設(shè)計(jì)，可模擬中小型電機(jī)的特性和參數(shù)；小電機(jī)耗電省，節(jié)約能源，實(shí)驗(yàn)噪聲小，整齊美觀，改善實(shí)驗(yàn)環(huán)境；實(shí)驗(yàn)內(nèi)容豐富，設(shè)計(jì)合理，除了加深理論知識(shí)外還可結(jié)合實(shí)際開設(shè)設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)。
6、開放性強(qiáng)
控制屏供電采用三相隔離變壓器隔離，并設(shè)有電壓型漏電保護(hù)裝置和電流型漏電保護(hù)裝置，確保操作者的安全；各電源輸出均有監(jiān)示及短路保護(hù)等功能，使用安全可靠；控制屏還設(shè)有定時(shí)器兼報(bào)警記錄儀，為學(xué)生實(shí)驗(yàn)技能的考核提供一個(gè)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。由于整套裝置經(jīng)過(guò)精心設(shè)計(jì)，加上可靠的元器件質(zhì)量及可靠的工藝作為保障，產(chǎn)品性能優(yōu)良，所有這些均為開放性實(shí)驗(yàn)室，創(chuàng)造了條件。
7、先進(jìn)性強(qiáng)
電力電子及電氣傳動(dòng)實(shí)驗(yàn)裝置著重從新器件高度來(lái)考慮，在保留了晶閘管實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，加入了新器件的特性、新器件的驅(qū)動(dòng)以及典型的新器件應(yīng)用的大量現(xiàn)代電力電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生對(duì)新器件有足夠的認(rèn)識(shí)和了解，緊跟時(shí)代步伐。
三、適用范圍
電力電子及電氣傳動(dòng)實(shí)驗(yàn)裝置涵蓋了各高等院校等所開設(shè)的“電力電子技術(shù)(或稱半導(dǎo)體變流技術(shù))”、“直流調(diào)速”、“交流調(diào)速”、“電機(jī)控制”、“電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)”及“控制理論”等專業(yè)課程所要求的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。
四、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(duì)濕度＜85％（25℃） 海撥＜4000m
3、裝置容量：＜1.5KVA
4、外形尺寸：187×70×158 cm3
五、裝置的基本裝備
1、DK01電源控制屏（鐵質(zhì)雙層亞光密紋噴塑結(jié)構(gòu)）
（1）交流電源（均帶有過(guò)流保護(hù)措施）
提供交流電源：直流調(diào)速檔為三相交流電200V/3A。
交流調(diào)速檔為三相交流電240V/3A。
（2）高壓直流電源
勵(lì)磁電源：220V（0.5A），具有輸出短路保護(hù)。
（3）指示及測(cè)量?jī)x表
1．交流數(shù)字電壓表：可通過(guò)其下方的波段開關(guān)切換指示三相電網(wǎng)輸入線電壓；
2．真有效值交流數(shù)字電壓表一只：測(cè)量范圍0～500V，量程自動(dòng)判斷、自動(dòng)切換，精度0.5級(jí)，四位數(shù)字顯示，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(cè)量范圍0～5A，量程自動(dòng)判斷、自動(dòng)切換，精度0.5級(jí)，四位數(shù)字顯示，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(cè)量范圍0～500V，三位半數(shù)顯，輸入阻抗為10MΩ，精度0.5級(jí)，為調(diào)速系統(tǒng)提供電壓指示；
5．直流數(shù)字電流表一只：測(cè)量范圍為0～5A，三位半數(shù)顯，精度0.5級(jí)，為調(diào)速系統(tǒng)提供電流指示。
（4）人身安全保護(hù)體系
1）三相隔離變壓器一組：三相電源首先通過(guò)三相漏電保護(hù)器，然后經(jīng)鑰匙開關(guān)、接觸器到隔離變壓器，使輸出與電網(wǎng)隔離（浮地設(shè)計(jì)），對(duì)人身安全起到一定的保護(hù)作用。
2）電流型漏電保護(hù)裝置：控制屏若有漏電現(xiàn)象，漏電流超過(guò)一定值，即切斷電源。
3）實(shí)驗(yàn)連接線及插座：強(qiáng)、弱電連接及插座分開，不能混插。
4）強(qiáng)電連接線及插座采用全封閉工藝，使用安全、可靠、防觸電。
（5）控制屏其它設(shè)施
控制屏正面大凹槽內(nèi)，設(shè)有兩根鋼管，可掛置實(shí)驗(yàn)部件，凹槽底部設(shè)有3芯插座， 掛件的供電由這些插座提供�？刂破羶蛇呍O(shè)有單相三極220V電源插座及三相四極380V電源插座，還設(shè)有實(shí)驗(yàn)臺(tái)照明用的40W日光燈一盞。
2、DK02實(shí)驗(yàn)桌
1）實(shí)訓(xùn)桌采用四個(gè)工業(yè)鋁型材立柱為支撐，立柱端部可安裝調(diào)節(jié)腳，方便高度調(diào)節(jié)，主體結(jié)構(gòu)通過(guò)左、右各2個(gè)C字形鋁壓成型構(gòu)件聯(lián)接，臺(tái)面高度約800mm，桌面板下設(shè)支撐框架，截面尺寸為30×30mm，承受力不少于300kg。立柱采用工業(yè)鋁型材成型工藝，表面氧化處理，截面尺寸：70×70mm，四面帶槽，槽寬約8mm，端部配套塑料堵頭，槽內(nèi)適用工業(yè)鋁型材通配螺母及配件。C字形鋁壓成型構(gòu)件為左、右對(duì)稱件，采用壓鑄成型工藝，經(jīng)機(jī)加工、拋丸、噴砂，表面藍(lán)色靜電噴涂工藝。
2）實(shí)訓(xùn)桌桌面采用25mm麻灰色高密度層壓板封邊特制，有效提高絕緣等級(jí)；
3）實(shí)訓(xùn)儲(chǔ)物柜采用冷沖壓鈑金一體成型，封閉式結(jié)構(gòu)，表面靜電噴涂；柜體設(shè)有門柜用于放置實(shí)訓(xùn)掛箱，設(shè)有一個(gè)抽屜用于放置實(shí)訓(xùn)導(dǎo)線和指導(dǎo)書等。
3、DQ03-1固定電機(jī)導(dǎo)軌、測(cè)速系統(tǒng)及智能數(shù)顯轉(zhuǎn)速表
4、DQ27三相可調(diào)電阻（每組900Ω×2/0.41A）
5、DK03晶閘管主電路
提供12只5A/1000V的晶閘管，每只晶閘管均設(shè)有RC吸收和保險(xiǎn)絲保護(hù)裝置，晶閘管可通過(guò)外加觸發(fā)信號(hào)進(jìn)行觸發(fā)（留有觸發(fā)脈沖輸入接口），可更好的完成設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)。設(shè)有帶鏡面精密指針式直流電壓表±300V，精度1.0級(jí)帶鏡面直流電流表±2A，精度1.0級(jí)各一只和平波電抗器一組。
6、DK04三相晶閘管觸發(fā)電路
提供三相觸發(fā)電路、功放電路，脈沖變壓器等，與“DK03”配套使用。
7、DK05晶閘管觸發(fā)電路實(shí)驗(yàn)
提供單結(jié)晶體管、鋸齒波同步移向、正弦波同步移向觸發(fā)電路，KC05單相交流調(diào)壓，西門子TCA785集成觸發(fā)電路等。
8、DK06電機(jī)調(diào)速控制實(shí)驗(yàn)（Ⅰ）
提供以下模塊：電流反饋與過(guò)流保護(hù)（FBC+FA）、給定器（G）、轉(zhuǎn)速變換器（FBS）、速度調(diào)節(jié)器（ASR）、反號(hào)器（AR）、電流調(diào)節(jié)器（ACR）等
9、DK10可調(diào)電阻、電容箱
提供耐壓AC63V的可調(diào)電容三組，調(diào)節(jié)范圍為0.1～11.37µF，0～999kΩ十進(jìn)制可調(diào)電阻兩組；供電流調(diào)節(jié)器，速度調(diào)節(jié)器反饋回路使用，可靈活改變調(diào)節(jié)器的放大倍數(shù)及積分時(shí)間。
10、DK11單相調(diào)壓與可調(diào)負(fù)載
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(shí)驗(yàn)提供可調(diào)電源；一個(gè)整流濾波電路以及0～90Ω/1.3A（串聯(lián)）或0～45Ω/2.6A（并聯(lián)）瓷盤可調(diào)電阻，為相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)提供一個(gè)可調(diào)的阻性負(fù)載。
11、DK12變壓器實(shí)驗(yàn)
提供三相芯式變壓器一個(gè)（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），用于異步電機(jī)串級(jí)調(diào)速實(shí)驗(yàn)和三相橋式、單相橋式有源逆變電路實(shí)驗(yàn)；還設(shè)有三相不控整流電路等模塊。
12、DK14單相交直交變頻原理
根據(jù)普通高等教育"九五"國(guó)家級(jí)重點(diǎn)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(jìn)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(hào)的形成方法，了解IGBT管專用集成驅(qū)動(dòng)芯片的特點(diǎn)及其使用，能完成如下實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目：
1）SPWM波形成的過(guò)程；
2）交直交變頻電路在不同負(fù)載（電阻，電感）時(shí)的工作情況和波形，并研究工作頻率對(duì)電路工作波形的影響；
3）IGBT管專用集成驅(qū)動(dòng)芯片的工作特性。
13、DK17雙閉環(huán)H橋DC/DC變換直流調(diào)速系統(tǒng)
通過(guò)對(duì)四個(gè)橋臂上IGBT管的觸發(fā)控制，來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)可逆直流他勵(lì)電機(jī)進(jìn)行調(diào)速的目的，主要由三大部分組成，即主回路部分、控制電路部分和調(diào)節(jié)部分。主回路由直流電源、四種IGBT管組成；控制回路部分由專用芯片產(chǎn)生PWM脈沖波，PWM波脈沖發(fā)生器產(chǎn)生的四路控制脈沖，分別驅(qū)動(dòng)四個(gè)橋臂的IGBT管；調(diào)節(jié)部 分由兩個(gè)PI調(diào)節(jié)器組成，并通過(guò)速度環(huán)、電流環(huán)構(gòu)成的反饋回路使電機(jī)的轉(zhuǎn)速穩(wěn)定運(yùn)行在給定的轉(zhuǎn)速下。本實(shí)驗(yàn)箱可完成的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目有：（1）、全橋DC/DC 變換電路實(shí)驗(yàn)（2）雙閉環(huán)可逆直流脈寬調(diào)速實(shí)驗(yàn)。
14、DK06-1 電機(jī)調(diào)速控制電路（II）
提供以下模塊：零電平檢測(cè)（DPZ）、轉(zhuǎn)矩極性鑒別（DPT）、邏輯控制（DLC）。
15、DQ07-1直流發(fā)電機(jī)(DC220V，240W，n=1500RPM)
16、DQ09直流并勵(lì)電動(dòng)機(jī) （Un=DC220V ， IN=1.1A ， PN=185W ， n=1500RPM ，絕緣等級(jí)E ）
17、DQ11三相線繞式異步電動(dòng)機(jī)（AC220V，接法 Y，轉(zhuǎn)速 1380RPM，功率100W ,電流0.6A，絕緣等級(jí)E）
18、GDQ12線繞式異步電機(jī)起動(dòng)與調(diào)速電阻箱
提供0、2、5、15的三相繞線異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子起動(dòng)、調(diào)速電阻一組。
19、基于DSP的雙閉環(huán)空間矢量交流變頻調(diào)速系統(tǒng)
空間矢量脈寬調(diào)制-SVPWM，主要思想是把三相交流電機(jī)等效為直流電機(jī)，然后跟蹤圓形磁場(chǎng)。SVPWM主要由：波形發(fā)生器，Chark變換，扇區(qū)判斷，Park變換，橋臂作用時(shí)間，比較器，插入死區(qū)等模塊組成。
本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)是基于德州儀器TI公司的28335型C2000系列DSP而設(shè)計(jì)的高性能矢量控制變頻調(diào)速系統(tǒng)。系統(tǒng)由實(shí)驗(yàn)箱(含DSP控制板、IPM智能功率驅(qū)動(dòng)模塊和24V開關(guān)電源)、XDS100V2-USB2.0仿真器，三相鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)，增量式光電編碼器，聯(lián)軸器，固定電機(jī)導(dǎo)軌等組成。
本系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)在線編程，通過(guò)XDS100V2 USB2.0仿真器在線仿真，提供源程序，可在線燒寫DSP程序。
20、實(shí)驗(yàn)連接線：
根據(jù)不同實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的特點(diǎn)，配備兩種不同的實(shí)驗(yàn)聯(lián)接線，強(qiáng)電部分采用高可靠護(hù)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(wú)氧銅抽絲而成頭發(fā)絲般細(xì)的多股線，達(dá)到超軟目的，外包丁晴聚氯乙烯絕緣層，具有柔軟、耐壓高、強(qiáng)度大、防硬化、韌性好等優(yōu)點(diǎn)，插頭采用實(shí)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(shí)驗(yàn)的安全及合理性。