ZRDJK-4电机电力电子及运动控制实验装置

一 、概述

  “电机电力电子及运动控制实验装置”综合了目前我国高等院校“电机学”、“电机与拖动”、“控制微电机”、“电机控制”、“工厂电气控制”“电力电子技术”“电力拖动自动控制系统”等课程实验大纲的要求。特别适用于高等院校现有的电机、电气技术实验设备的更新改造，同时也为中等专业学校、职业技术学院等新建或扩建实验室，迅速开设实验课提供了理想的实验设备，为教师或研究生开发新实验或进行科学研究工作提供良好的实验条件。

二、特点

1、综合性强 本装置综合了目前国内各类院校电机及电气类课程的全部实验项目。

2、适应性强 能满足各类学校相应课程的实验教学，实验的深度与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地结合。装置采用组件式结构，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 从仪器仪表、专用电源、电机及其它实验部件到实验连接专用导线等均配套齐全，配套部件的性能、规格等均密切结合实验的需要进行配置。

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；电气控制实验，内容丰富，设计合理，除了加深理论知识外，还为学生走向社会打下良好的基础；测量仪表采用指针式（带超量程告警等）、数字式、智能化及人机对话等相结合，密切结合教学实验需要进行配置，使装置测量手段现代化；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。

6、开放性强 控制屏供电隔离（浮地设计），并设有内、外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，使用方便；各测量仪表均有保护功能。整套装置经过精心设计，加上可靠的元器件质量及可靠工艺作为保障，产品性能优良，所有这些均为开放性实验创造了条件，有利于提高学生分析问题和解决问题的能力。

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℃)  海拔＜4000m

3、装置容量：＜1.5KVA

4、重 量： 480Kg

5、外形尺寸：187×700×160cm3

四、实验项目

（一）电力电子技术实验

1、 电力电子技术实验项目（晶闸管电路）

(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) 西门子TCA785集成触发电路实验

(5) 单相半波可控整流电路实验

(6) 单相桥式半控整流电路实验

(7) 单相桥式全控整流及有源逆变电路实验

(8) 三相半波可控整流电路及有源逆变电路实验

(9) 三相桥式半控整流电路实验

(10) 三相桥式全控整流及有源逆变电路实验

(11) 单相交流调压电路实验

(12) 三相交流调压电路实验

2、 电力电子技术实验项目（电力电子器件特性及驱动保护）

(13) 单向晶闸管(SCR)特性实验

(14) 功率场效应管(MOSFET)特性实验

(15) 电力晶体管(GTR)特性实验

(16) 绝缘双极型晶体管(IGBT)特性实验

(17) 功率场效应管(MOSFET)驱动与保护电路实验

(18) 绝缘双极型晶体管(IGBT)驱动与保护电路实验

3、 电力电子技术实验项目（电力电子器件的典型线路实验）

（1）单相正弦波脉宽调制（SPWM）逆变电路实验

（2）直流斩波电路的性能研究

（降压斩波电路、升压斩波电路、升降压斩波的电路、Cuｋ斩波电路、Sepic斩波电路、Zeta斩波电路）

（3）全桥DC/DC变换电路（IGBT）　

4、 电力拖动自动控制实验

(1)晶闸管直流调速系统主要单元的调试(SCR)

(2)开环晶闸管直流调速系统实验

(3)单闭环(电压单闭环、转速单闭环、电流单闭环)不可逆直流调速系统实验(SCR)

（4）电流转速双闭环控制晶闸管不可逆直流调速系统实验 

（5 电流转速双闭环控制可逆直流脉宽调速系统(H桥、IGBT)

（6）三相异步电动机调压调速系统实验

（二）电机与拖动基础实验

1、 变压器实验 

 (1) 单相变压器  

 (2) 三相变压器   

 (3) 三相变压器的联接组和不对称短路

 (4) 三相三绕组变压器 

 (5) 单相变压器的并联运行  

 (6) 三相变压器的并联运行

2、 直流电机实验 

(1) 直流电机认识实验  

(2) 直流发电机  

(3) 直流并励电动机的启动与调速实验

3、 异步电机实验

(1) 三相鼠笼异步电动机的工作特性  

(2）三相异步电动机的起动与调速

5、电动机机械特性的测定 

(1) 直流他励电动机在各种运转状态下的机械特性  

(2) 三相异步电动机在各种运行状态下的机械特性

(3) 三相异步电机M-S曲线的测绘

五、装置的配置

1、DQ01电源控制屏(铁质喷塑结构，铝质面板)

(1) 交流电源

提供三相0～450V可调交流电源，同时可得到单相0～250V可调电源(配有一台三相同轴联动自耦调压器（规格1.5KVA、0～450V），克服了三只单相调压器采用链条结构或齿轮结构组成的许多缺点)。可调交流电源输出处设有过流保护技术，相间、线间过电流及直接短路均能自动保护，克服了调换保险丝带来的麻烦。配有三只指针式交流电压表，通过切换开关指示三相电网电压和三相调压电压。

提供三相同步变压器1只，电压380V//3*15V。

(2) 高压直流电源两路

提供220V(0.5A)励磁电源及0～250V(3A)连续可调稳压电枢电源(内部具有过压、过流保护功能)各一组，并设有直流数显电压表及切换开关。

(3) 人身安全保护体系    

设有三相隔离变压器一组(三相电源经钥匙开关、接触器后，到隔离变压器，再经三相调压器输出)，使输出与电网隔离，对人身安全起到一定的保护作用；设有电流型漏电保护器，控制屏若有漏电现象，漏电流超过一定值，即切断电源。强电连接线及插座，采用全封闭结构，使用安全、可靠、防触电。设有电压型漏电保护器，实验中若有漏电现象，发出报警功能，切断电源。强电连接线及插座，采用全封闭结构，使用安全、可靠、防触电。

(4) 控制屏正面大凹槽内，设有两根圆钢管，可挂仪表及实验部件。凹槽底部设有多个小圆形单相三芯220V电源插座，供仪表等部件供电用。控制屏两侧设有三极220V电源插座及三相四极380V电源插座。设有实验台照明用的220V、40W日光灯一盏。
（5）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。

2、DQ02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电机导轨、测速系统及智能数显转速表

包括测速发电机及固定电机的导轨等。导轨平整度好，无应力变形，加工精细，同心度好，互换性好，能保证电机与电机、电机与测功机之间很好的连接，电机运行噪声小，实验参数典型，能较好满足实验要求。

4、DQ05三相组式变压器（三只相同的单相变压器组成，原边220V/0.35A，副边55V/1.4A）

5、DQ07直流复励发电机（Un=DC200V ， IN=0.5A ，  PN=100W ， n=1600RPM ，绝缘等级E ）

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

7、DQ10三相鼠笼式异步电动机（ AC3800V/220V，接法 Y/Δ，转速 1420 RPM，功率100W ,电流0.5A，绝缘等级E）

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

9、GDQ12线绕式异步电机起动与调速电阻箱

提供0、2、5、15三相绕线异步电动机转子起动、调速电阻一组。

10、DQ19校正直流测功机（220V、2.2A、 355W、1500r/min）

即可作电动机又可作测功机，做电动机使用时，可作为发电机的原动机，也可用于拖动电动机完成四象限测试；作测功机使用时，由于电机经特殊设计，容量是被测电机的2～3倍，并经精密仪器校正，能很好的完成被测电机的加载输出转矩的测试。

11、DQ22直流数字电压、毫安、安培表(三只)

    直流数显电压表一只，采用ICL公司高性能AD转换器配以高速MPU单元设计尔成，通过键控、数显窗口实现人机对话功能控制模式。具有自动与手动量程，测量范围0-300V。手动量程为：2V、20V、300V。测量精度为0.5级。具有数据存储与查询功能。具有超量程报警、指示及切断总电源等功能。

    直流数显毫安表一只，采用ICL公司高性能AD转换器配以高速MPU单元设计尔成，通过键控、数显窗口实现人机对话功能控制模式。具有自动与手动量程，测量范围：0-2000mA。手动量程为：20mA、200mA、2000mA。测量精度为0.5级。具有数据存储与查询功能。具有超量程报警、指示及切断总电源等功能。 

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

12、DQ25单三相智能型功率、功率因数表

    由24位专用DSP、16位高精度AD转换器和高速MPU单元设计尔成，通过键控、数显窗口实现人机对话功能控制模式。软件上采用RTOS设计思路，同时配有PC监控软件来加强分析能力。能同时测量两路单相功率P1、P2，三相功率等于两路功率之和（两表法测量三相总功率）。功率测量精度为1.0级，功率因数测量范围0.3-1.0，电压电流量程为450V和5A，能自动判别负载性质（感性显示“L”，容性显示“C”，纯电阻不显示），并可存储测量数据，供随时查阅。

13、DQ26三相可调电阻器(三组90Ω×2/1.3A瓷盘电阻)

14、DQ27三相可调电阻器(三组900Ω×2/0.41A瓷盘电阻)

15、DQ29可调电阻器、电容器

    提供90Ω×2/1.3A及900Ω×2/0.41A瓷盘电阻各一组，35μF/450V、4μF/450V电力电容各1只。

16、DQ31波形测试及开关板

    由变压器波形测试部分和两个三刀双掷开关、一个双刀双掷开关组成。

17、DQ44数/模交流电流表

由三只数字交流电流表和一只指针式精密交流电流组成。 测量范围0～5A，量程自动判断、自动切换，精度0.5级，四位数码显示。指针式精密交流电流表一只，采用带镜面、双刻度线（红、黑）表头（不同的量程读取相应的刻度线），测量范围0～5A，分0.3A、1A、3A、5A四档，精度1.0级，直键开关切换，设有超量程指示，告警等功能。

18、DQ45数/模交流电压表

由三只数字交流电压表和一只指针式精密交流电流组成。 测量范围0～450V，量程自动判断、自动切换，精度0.5级，四位数码显示。指针式精密交流电压表一只，采用带镜面、双刻度线（红、黑）表头（不同的量程读取相应的刻度线），测量范围0～500V，分10V、30V、100V、300V，500V五档，精度1.0级，直键开关切换，设有超量程指示、告警等功能。

19、DK03晶闸管主电路

  提供6只5A/1000V的晶闸管，6只5A/1000V的二极管，每只晶闸管均设有保护装置，晶闸管可通过外加信号进行触发（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。  

20、DK04三相晶闸管触发电路

   提供三相晶闸管触发电路、功放电路等，与“DK03”配套使用，留有波形测试孔。

21、DK05 单相晶闸管触发电路

提供单结晶体管触发电路、正弦波同步移相触发电路、锯齿波同步移相触发电路、单相交流调压触发电路及西门子TCA785触发电路共五种触发电路。  

22、DK06电机调速控制实验（Ⅰ）

提供以下模块：给定（带数显）、调节器I、转速变换（FBS）、调节器II、反号器（AR）、电流变换（FBC）。其中调节器I和调节器II的比例增益由电位器调节。

23、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)中相关的直流斩波内容而设计的；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。

24、DK08给定及实验器件

    提供给定（±15V可调电压输出）、压敏电阻（作为过压保护元件，内部已连成三角形接法）、二极管、BCR等。

25、DK10可调电阻器，电容器

提供耐压AC100V的可调电容三组，调节范围为0.1～11.37uF，0～999KΩ十进制可调电阻两组。

26、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。

27、DK13功率器件驱动电路实验（一）

    主要是为完成新器件特性实验提供驱动和保护电路，使学生了解电力电子新器件的驱动特性。主要包括电源、驱动电路、PWM波形发生器。

（1）电源：为驱动电路提供电源，包括±5V、+20V、±15V直流电源。

（2）驱动电路：包括MOSFET、IGBT的驱动电路。其中IGBT的驱动电路采用了专用芯片EXB841。

（3）PWM波形发生器：由SG3525为核心的PWM波形发生器主要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 频率调节范围4KHz～10KHz。

28、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)的相关内容进行开发，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。

29、DK17双闭环H桥DC/DC变换直流调速系统

提供了DC/DC变换电路实验的主电路和控制电路，采用LEM传感器作为电流检测，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。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。

30、实训连接线及配件

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，接触优良。

 

七 设备配置清单

序 号	编 号	名  称	数量	备注
1	DQ01	电源控制屏	1套
2	DQ02	实验桌	1张
3	DQ03-1	电机导轨、测速系统及智能数显转速表	1件
4	DQ05	三相组式变压器	1件
5	DQ07	直流复励发电机	1台
6	DQ09	直流并励电动机	1台
7	DQ10	三相鼠笼式异步电动机	1台
8	DQ11	三相线绕式异步电动机	1台
9	GDQ12	线绕式异步电动机起动与调速电阻箱	1件
10	DQ19	校正直流测功机	1台
11	DQ22	直流数字电压、毫安、安培表（三只表） （注：按实验要求每套需配2件）	2件
12	DQ44	数/模交流电流表	1件
13	DQ45	数/模交流电压表	1件
14	DQ25	单/三相智能功率、功率因数表	1件
15	DQ26	三相可调电阻器（每组90Ω*2/1.3A）	1件
16	DQ27	三相可调电阻器（每组900Ω*2/0.41A）	1件
17	DQ29	可调电阻器、电容器	1件
18	DQ31	波形测试及开关板	1件
19	DK03	晶闸管主电路	1件
20	DK04	三相晶闸管触发电路	1件
21	DK05	单相晶闸管触发电路	1件
22	DK06	电机调速控制实验（Ⅰ）	1件
23	DK07	直流斩波电路	1件
24	DK08	给定及实验器件	1件
25	DK10	可调电阻器，电容器	1件
26	DK12	变压器实验	1件
27	DK13	功率器件驱动电路实验箱	1件
28	DK14	单相交直交变频原理	1件
29	DK17	双闭环H桥DC/DC变换直流调速系统	1件
30		高可靠护套结构手枪插实验连接线及配件	1套