电力拖动运动控制系统实验台_电力电子技术综合教学实训装置

一、概述

“电力拖动运动控制系统实验装置”依据高等院校最新统编教材《电力电子技术》(第五版)(西安交通大学王兆安编著)、《电力拖动自动控制系统》（第三版）(上海大学陈伯时编著)等实验大纲的要求，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，精心研制而成。在同类产品中结构合理、功能完善、可靠性好、性价比高。

二、特点

1、综合性强：本装置综合了目前国内各类学校电力电子、半导体变流、交直流调速、交流变频、电机控制、控制理论等实验项目。

2、适应性强：能满足各类学校相应课程的实验教学，深度和广度可根据需要作灵活调整，普及与提高可根据教学的进程作有机的结合，装置采用积木式结构，更换便捷，如需要扩展功能或开发新实验，只需添加部件即可，永不淘汰。

3、整套性强：从专用电源、电机及其它实验部件到实验连接专用导线配套齐全，配套部件的性能、规格等均密切结合实验的需要进行配套。

4、直观性强各实验挂件采用分隔结构形式，组件面板示意、图线分明，各挂件任务明确，操作、维护方便。

5、科学性强：装置占地面积少，节约实验用房，减少基建投资；配套的小电机均经特殊设计，可模拟中小型电机的特性和参数；小电机耗电省，节约能源，实验噪声小，整齐美观，改善实验环境；实验内容丰富，设计合理，除了加深理论知识外还可结合实际开设设计性实验。

6、开放性强：控制屏供电采用三相隔离变压器隔离，并设有电压型漏电保护装置和电流型漏电保护装置，确保操作者的安全；各电源输出均有监示及短路保护等功能，使用安全可靠；控制屏还设有定时器兼报警记录仪，为学生实验技能的考核提供一个统一的标准。由于整套装置经过精心设计，加上可靠的元器件质量及可靠的工艺作为保障，产品性能优良，所有这些均为开放性实验室，创造了条件。

7、先进性：强本装置着重从新器件高度来考虑，在保留了晶闸管实验的基础上，加入了新器件的特性、新器件的驱动以及典型的新器件应用的大量现代电力电子技术实验，让学生对新器件有足够的认识和了解，紧跟时代步伐。

三、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(或称半导体变流技术)”、“直流调速”、“交流调速”、“电机控制”、“电力拖动自动控制系统”及“控制理论”等专业课程所要求的实验项目。

四、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：＜1.5KVA

4、外形尺寸：187×70×158cm3（也可按客户要求定制长2.1米，宽80公分的台面，便于放置示波器）

五、装置的基本装备

1、DK01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（均带有过流保护措施）

提供交流电源：直流调速档为三相交流电200V/3A。

交流调速档为三相交流电240V/3A。

（2）高压直流电源

励磁电源：220V（0.5A），具有输出短路保护。

（3）指示及测量仪表

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0～500V，三位半数显，输入阻抗为10MΩ，精度0.5级，为调速系统提供电压指示；

5．直流数字电流表一只：测量范围为0～5A，三位半数显，精度0.5级，为调速系统提供电流指示。

（4）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。

电压型漏电保护装置：控制屏若有漏电现象，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。

（5）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。

（6）控制屏其它设施

控制屏正面大凹槽内，设有两根钢管，可挂置实验部件，凹槽底部设有3芯插座，挂件的供电由这些插座提供。控制屏两边设有单相三极220V电源插座及三相四极380V电源插座，还设有实验台照明用的40W日光灯一盏。

2、DK02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，形状似长方体封闭式结构，造形美观大方；设有两个大抽屉、柜门，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。

3、DQ03－1固定电机导轨、测速发电机及智能数显转速表

4、DQ27三相可调电阻（每组900Ω×2/0.41A）

5、DK03晶闸管主电路

提供12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。设有带镜面精密指针式直流电压表±300V，精度1.0级带镜面直流电流表±2A，精度1.0级各一只和平波电抗器一组。

6、DK04三相晶闸管触发电路

提供三相触发电路、功放电路，脉冲变压器等，与“DK03”配套使用。

7、DK06电机调速控制实验（Ⅰ）

提供以下模块：电流反馈与过流保护（FBC+FA）、给定器（G）、转速变换器（FBS）、速度调节器（ASR）、反号器（AR）、电流调节器（ACR）等

8、DK10可调电阻、电容箱

提供耐压AC63V的可调电容三组，调节范围为0.1～11.37µF，0～999kΩ十进制可调电阻两组；供电流调节器，速度调节器反馈回路使用，可灵活改变调节器的放大倍数及积分时间。

9、DK12变压器实验

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），用于异步电机串级调速实验和三相桥式、单相桥式有源逆变电路实验；还设有三相不控整流电路等模块。

10、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（电阻，电感）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。

11、DK17双闭环H桥DC/DC变换直流调速系统

通过对四个桥臂上IGBT管的触发控制，来实现对可逆直流他励电机进行调速的目的，主要由三大部分组成，即主回路部分、控制电路部分和调节部分。主回路由直流电源、四种IGBT管组成；控制回路部分由专用芯片产生PWM脉冲波，PWM波脉冲发生器产生的四路控制脉冲，分别驱动四个桥臂的IGBT管；调节部分由两个PI调节器组成，并通过速度环、电流环构成的反馈回路使电机的转速稳定运行在给定的转速下。本实验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。

12、DK06-1电机调速控制电路（II）

提供以下模块：零电平检测（DPZ）、转矩极性鉴别（DPT）、逻辑控制（DLC）。

13、DQ07-1直流发电机(DC220V，240W)

14、DQ09直流并励电动机（Un=DC220V，IN=1.1A，PN=185W，n=1500RPM，绝缘等级E）

15、DQ11三相线绕式异步电动机（AC220V，接法Y，转速1380RPM，功率120W,电流0.6A，绝缘等级E）

16、GDQ12线绕式异步电机起动与调速电阻箱

提供0、2、5、15、35五档同轴联调的三相绕线异步电动机转子起动、调速电阻一组。

17、SVPWM变频器调速系统

提供工业变频器（单相220V供电，0.4KW）1只，采用专用DSP电机主控IC，电压矢量控制，纯正的SVPWM输出；主电路IPM模块为功率驱动核心部件，内置过流、短路、过温等多种可靠保护，故障率极低；输出频率范围从0.1－400HZ，精度：0.1HZ。

18、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。

19、教学软件

1、用电安全与触电急救仿真教学软件

软件采用二维与三维结合的虚拟画面，教导学生用电的安全和急救方法，软件内设有单相触电、两相触电、跨步触电、低压触电急救、高压触电急救、人工呼吸救护法、牵手呼吸救护法、胸外心脏按压就护法等原理讲解与教学，单相触电分维修带电断线、维修插座触电、室外触电等原理演示。低压触电和高压触电教学主要为学生讲解演示如何解救处于低压触电或者高压触电时的人，人工呼吸救护法、牵手呼吸救护法、胸外心脏按压就护法采用采用3D虚拟仿真技术展示，经过渲染和润色，使模型看起来与真实部件一般无二，画面逼真。通过实训能够对学生进行实训室安全用电教育，提高学生的安全意识，使学生学会一些自救的方法，让学生在遇到危险时能采取一定的安全措施，保护自己，以及熟悉各种电气事故产生的原因和处理电气事故的实用操作措施，减少电气事故的发生。

2、维修电工电子电机与职业资格培训考评仿真软件

本软件为apk的格式，可在PC端使用，也可在移动端使用，本软件即可手动设置故障也能自动设置故障，本软件通过电路图中绿色的框选择手动设置故障点（最多可以设置39个故障点），也可以通过系统自动进行随机1个故障点设置，随机两个故障点设置，随机三个故障点设置，随机四个故障点设置，随机五个故障点设置，本软件内有工具箱，元件库，放大镜，电路图等功能，可通过工具箱可选择万用表进行检测，通过元件库选择合适的元件，通过放大镜可以清楚的了解各个元器件及电路。本软件通过电动机星三角启动控制电路故障的设置，并经过种种排查，让学生了解电动机星三角启动控制电路的工作原理及电路结构。

3、虚拟频谱仪、逻辑分析仪、示波器、三用表仿真软件：

本软件为apk的格式，可在PC端使用，也可在移动端使用，本软件的功能有：电阻的测量、交流电压的测量（测量变压器，若变压器测量烧坏多用表时，冒黑烟提示并可以重置多用表）、晶体管的极性判断、直流电压测量（通电流表档时灯光亮）、直流电流的测量、以及电容好坏的判断。本软件可任意拖动红色与黑色笔头，2个笔头拖拽至被测物体上定位时显示红圈，如未定位准确无红圈显示，并在进行错误操作的时（如所选量程错误、所测数据错误等等），仪表指针将无反应、提示错误重新测量等，本多用表可选择交流电压档，直流电压档，电阻档，电流档，电阻调0，并且可放大显示数据，可清楚观看所测数据大小。学生可以通过本软件学习多用表的正确使用方法。

4、单片机、plc可编程设计与控制虚拟仿真软件：

本软件基于unity3d开发，内置实验步骤、实验指导书、电路图、组件列表、连接线路、接通电源、电路图、场景重置、返回等按钮，在连线及代码正确后，可以通过启动/停止、正向运动、反向运动按钮操作三维机床模型运动，在连接线路状态下，三维机床模型可进行放大/缩小、平移。

1.继电器控制：阅读实验指导书，并进入实验，通过识读电路图，选择组件列表中的继电器、热继电器、开关等元器件以拖拽的形式布局至电器柜中，限位器置于三维机床模型上，可选择盖盖子，部分元器件名称可重命名，然后点击连接线路按钮，将端子对端子进行连线，将机床电路连接成功后，选择接通电源，进行操作，若组件或线路连接错误将弹出提示错误框，可随时进行场景重置。

2.PLC控制：实验同继电器控制，增加PLC控制功能，在连线完成后，通过PLC编码按钮，进入程序编写界面，编写正向与反向2条程序，共有12个梯形图符号，编写完成后，选择提交进行程序验证。验证成功后，接通电源进行操作，组件、线路连接、代码错误将弹出提示错误框，可随时进行场景重置。

3.单片机控制：实验同继电器控制，增加单片机控制功能，在连线完成后，通过C编码按钮进入编程界面，输入正确的C语言代码，提交验证成功后，接通电源进行操作，组件、线路连接、代码错误将弹出提示错误框，可随时进行场景重置。

六、本装置能开设的实验项目

（一）电力电子技术实验项目

1．三相半波可控整流电路实验

2．三相桥式半控整流电路实验

3．三相半波有源逆变电路实验

4．三相桥式全控整流及有源逆变电路实验

5．单相交流调压电路实验

6．三相交流调压电路实验

(二）典型电力电子器件线路实验

1．单相正弦波脉宽调制（SPWM）逆变电路实验

2．全桥DC/DC变换电路实验

（三）直流电机调速实验（直流电机运动控制系统）

1．晶闸管直流调速系统参数和环节主要单元的调试

2．带电流截止负反馈的转速单闭环直流调速系统实验

3．转速、电流双闭环直流调速系统实验

4．逻辑无环流可逆直流调速系统实验

5．转速、电流双闭环可逆直流脉宽调制PWM调速系统（H桥、IGBT）

（四）交流电机调速系统实验（交流电机运动控制系统）

1．双闭环三相绕线异步电机调压调速系统实验

2．双闭环三相绕线异步电机串极调速系统实验

3．基于DSP空间电压矢量调制SVPWM变频器的三相异步电机变频调速实验。

七、装置配置清单

序号	编号	名称	数量	备注
1	DK01	电源控制屏	1件
2	DK02	实验桌	1张
3	DQ03-1	电机导轨、测速发电机及数显转速表	1件
4	DQ27	三相可调电阻（每组900Ω*2/0.41A）	1件
5	DK03	晶闸管主电路	1件
6	DK04	三相晶闸管触发电路	1件
7	DK06	电机调速控制实验（Ⅰ）	1件
8	DK10	可调电阻、电容箱	1件
9	DK12	变压器实验	1件
10	DK14	SPWM单相交直交变频原理	1件
11	DK17	双闭环H桥DC/DC变直流调速系统	1件
12	DK06-1	电机调速控制系统（Ⅱ）	1件
13	DQ07-1	直流发电机（220W）	1台
14	DQ09	直流他（并)励电动机	1台
15	DQ11	三相线绕式异步电动机	1台
16	GDQ12	线绕式异步电机转子专用箱	1件
17	BP	变频器调速系统	1件
18		高可靠护套结构手枪插实验连接线及配件	1套
19	指导书	实验指导书	1套