HYDD-505型現(xiàn)代電力電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)裝置

一、概述
“HYDD-505型現(xiàn)代電力電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)臺(tái) ” 依據(jù)《電力電子技術(shù)》、《半導(dǎo)體變流技術(shù)》教材實(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)，對(duì)原電力電子技術(shù)及電機(jī)控制實(shí)驗(yàn)裝置 ” 在外形、功能上進(jìn)行優(yōu)化組合，精心研制而成。

二、適用范圍 
本裝置涵蓋了各高等院校等所開(kāi)設(shè)的 “ 電力電子技術(shù) ” 、 “ 半導(dǎo)體變流技術(shù) ” 等專業(yè)課程所要求的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。
三、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：＜ 1000W 
4 、外形尺寸： 155×79.5× 147 cm 3 
四、裝置的基本裝備 
1 、 DX-01 電源控制屏（鐵質(zhì)雙層亞光密紋噴塑結(jié)構(gòu)，鋁質(zhì)面板）（ 1 ）交流電源（帶有過(guò)流保護(hù)措施） 
提供交流電源：三相交流電源 (220V/ 1.5A ) 
（ 2 ）高壓直流電源 
直流電源：輸出 220V/ 0.5A ，具有輸出短路保護(hù)。 
（ 3 ）數(shù)字式儀表 
1 ．交流數(shù)字電壓表：可通過(guò)其下方的波段開(kāi)關(guān)切換指示三相電網(wǎng)輸入線電壓，精度 1.0 級(jí)； 
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)，三位半數(shù)顯，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)，三位半數(shù)顯，具有超量程告警、指示及切斷總電源功能，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 ～ 300V ，三位半數(shù)顯，輸入阻抗為 10M Ω ，精度 0.5 級(jí)； 
5 ．直流數(shù)字電流表一只：測(cè)量范圍 0 ～ 5A ，三位半數(shù)顯，精度 0.5 級(jí)，具有超量程報(bào)警、指示、切斷總電源等功能。 
（ 4 ）帶鏡面的指針表：直流電壓表（測(cè)量范圍 0 ～ ±300V ，為中零式，精度為 1.0 級(jí)）直流電流表（測(cè)量范圍 0 ～ ± 2A ，為中零式，精度為 1.0 級(jí)） 
（ 5 ）三相可調(diào)電阻（ 90Ω×2/ 0 .41A 一個(gè) 、 900Ω×2/ 0 .41A 兩個(gè)） 
（ 6 ）平波電抗器：提供 100mH 、 200mH 、 700mH 電感，在 1A 下保持線性。 
（ 7 ）給定： ±15V 可調(diào)電壓輸出，帶數(shù)顯，指示輸出電壓。 
（ 8 ）單相調(diào)壓：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)交流電源，并帶過(guò)流保護(hù)。 
（ 9 ）三相整流濾波電路：可對(duì)單相及三相交流電源進(jìn)行整流和濾波，具有輸出短路保護(hù)。 
（ 10 ）變壓器：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 ），用于三相橋式、單相橋式有源逆變電路實(shí)驗(yàn)。 
（ 11 ）人身安全保護(hù)體系 
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(kāi)關(guān)、接觸器到隔離變壓器，使主電路輸出與電網(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。 
電壓型漏電保護(hù)器 1 ：對(duì)隔離變壓器前的線路出現(xiàn)的漏電現(xiàn)象進(jìn)行保護(hù)，使控制屏內(nèi)的接觸器跳閘，切斷電源。 
電壓型漏電保護(hù)器 2 ：對(duì)隔離變壓器后的線路及實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的接線等出現(xiàn)的漏電現(xiàn)象進(jìn)行保護(hù)，發(fā)出報(bào)警信號(hào)并切斷電源，確保人身安全。 
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。 
實(shí)驗(yàn)連接線及插座：強(qiáng)、弱電連接及插座分開(kāi)，不能混插。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。 
（ 12 ）實(shí)驗(yàn)管理器 
具有設(shè)定實(shí)驗(yàn)時(shí)間、定時(shí)報(bào)警、切斷電源等功能；還可以自動(dòng)記錄與區(qū)分由于接線或操作錯(cuò)誤所造成的漏電告警、儀表超量程告警等。 
（ 13 ）控制屏其它設(shè)施 
控制屏正面大凹槽內(nèi)，設(shè)有兩根方型不銹鋼管，可掛置實(shí)驗(yàn)部件，凹槽底部設(shè)有 7 芯、 3 芯等插座， 掛件的供電由這些插座提供?？刂破羶蓚?cè)設(shè)有單相三極 220V 電源插座及三相四極 380V 電源插座。 
2 、 DX02 實(shí)驗(yàn)桌 
實(shí)驗(yàn)桌為鐵質(zhì)雙層亞光密紋噴塑結(jié)構(gòu)，桌面為防火、防水、耐磨高密度板 , 結(jié)構(gòu)堅(jiān)固，形狀似長(zhǎng)方體結(jié)構(gòu)，造形美觀大方；設(shè)有兩個(gè)大抽屜，用于放置工具、存放掛件及資料等。桌面用于安裝電源控制屏并提供一個(gè)寬敞舒適的工作臺(tái)面。實(shí)驗(yàn)桌還設(shè)有四個(gè)萬(wàn)向輪和四個(gè)固定調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，便于移動(dòng)和固定，有利于實(shí)驗(yàn)室的布局。配有示波器擱板。 
3 、 DX03 三相可控整流電路（一） 
提供 6 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)。 
三相觸發(fā)電路由 KC04 、 KC41 、 KC42 、 4066 等集成電路組成，可通過(guò)鈕子開(kāi)關(guān)選擇雙窄脈沖或?qū)捗}沖，同時(shí)提供六路觸發(fā)脈沖功放電路等。 
4 、 DX04 晶閘管觸發(fā)電路（一） 
提供單結(jié)晶體管觸發(fā)電路實(shí)驗(yàn)、鋸齒波同步移相觸發(fā)電路實(shí)驗(yàn)。 
5 、 DX05 晶閘管觸發(fā)電路（二） 
提供正弦波同步移相觸發(fā)電路實(shí)驗(yàn)、單相交流調(diào)壓觸發(fā)電路實(shí)驗(yàn)及單相并聯(lián)逆變觸發(fā)電路實(shí)驗(yàn)共三 種。 
6 、 DX06 功率器件驅(qū)動(dòng)與保護(hù)電路（一） 
主要是為完成新器件特性實(shí)驗(yàn)提供電源、驅(qū)動(dòng)電路及 PWM 波形發(fā)生器。 
（ 1 ）電源：為驅(qū)動(dòng)電路提供電源，包括 ±5V 、 ±15V 和 +20V 直流電源。 
（ 2 ）驅(qū)動(dòng)電路：包括 MOSFET 和 IGBT 的驅(qū)動(dòng)電路。其中 IGBT 的驅(qū)動(dòng)電路采用專用芯片 EXB841 ，其它的由運(yùn)放、門電路及分立元件組成。 
（ 3 ） PWM 波形發(fā)生器：以 SG3525 為核心的 PWM 波形發(fā)生器主要是為新器件驅(qū)動(dòng)電路提供 PWM 驅(qū)動(dòng)波形，可以通過(guò)頻率調(diào)節(jié)旋鈕進(jìn)行頻率調(diào)節(jié)；通過(guò)占空比電位器來(lái)調(diào)節(jié) PWM 波的占空比。頻率范圍分為 2 擋，通過(guò)鈕子開(kāi)關(guān)切換，高頻檔是為 MOSFET 和 IGBT 驅(qū)動(dòng)電路提供 PWM 波形，頻率調(diào)節(jié)范圍 4KHz ～ 10KHz ；低頻檔是為 GTR 和 GTO 驅(qū)動(dòng)電路提供 PWM 波形，頻率調(diào)節(jié)范圍 400Hz ～ 1KHz ；占空比可從 0% 調(diào)至 100% 。 
7 、 DX07 功率器件驅(qū)動(dòng)與保護(hù)電路（二） 
提供 GTO 和 GTR 的驅(qū)動(dòng)保護(hù)電路， PWM 信號(hào)和直流電源均從 PE14 上取。 
8 、 DX08 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(kāi)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，電感或電機(jī)）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。 
9 、 DX09 DC/DC 變換電路 
提供了 DC/DC 變換電路實(shí)驗(yàn)的主電路和控制電路。電力電子器件為 IGBT ，控制電路采用 PWM 控制集成電路 SG3525 ，掛箱面板上還提供了所需的觀測(cè)孔。 
10 、 DX10 半橋型開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源 
提供了半橋型開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源的主電路和控制電路，主電路的電力電子器件為電力 MOSFET 管；控制電路采用專用 PWM 控制集成電路 SG3525 ，采用恒頻脈寬調(diào)制控制方案。可完成 “ 開(kāi)關(guān)電路在開(kāi)環(huán)與閉環(huán)下負(fù)載特性的測(cè)試 ” 以及 “ 電源電壓波動(dòng)對(duì)輸出的影響 ” 等實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。 
11 、 DX11 直流斬波實(shí)驗(yàn) 
根據(jù)西安交通大學(xué)王兆安教授和黃俊教授主編的《電力電子技術(shù)》 ( 第四版 ) 中相關(guān)內(nèi)容而設(shè)計(jì)。提供組成直流斬波電路所需的元器件和采用專用的 PWM 控制集成電路 SG3525 。可完成教材中降壓斬波電路（ Buck Chopper ）、升壓斬波電路（ Boost Chopper ）、升降壓斬波電路（ Boost -Buck Chopper ）、 Cuk 斬波電路、 Sepic 斬波電路、 Zeta 斬波電路六種典型實(shí)驗(yàn)。 
12 、 DX12 斬控式交流調(diào)壓電路 
根據(jù)西安交通大學(xué)王兆安教授和黃俊教授主編的《電力電子技術(shù)》（第四版）中相關(guān)內(nèi)容而設(shè)計(jì)，采用全控型器件 IGBT 管實(shí)現(xiàn) “ 斬控式交流調(diào)壓實(shí)驗(yàn) ” 。 
13 、 DX13 單相交流調(diào)壓 / 調(diào)功電路 
根據(jù)西安交通大學(xué)王兆安教授和黃俊教授主編的《電力電子技術(shù)》（第四版）中相關(guān)內(nèi)容而設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)單相交流調(diào)壓和交流調(diào)功的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。采用的電力電子器件為雙向晶閘管，在交流調(diào)壓實(shí)驗(yàn)中采用由雙向觸發(fā)二極管構(gòu)成觸發(fā)控制電路；在交流調(diào)功實(shí)驗(yàn)中采用由 555 時(shí)基電路組成觸發(fā)控制電路。 
14 、 DX14 單端反激式隔離開(kāi)關(guān)電源 
輸入交流電壓范圍為 50V ～ 200V ，輸出為三組直流電源，分別為 +5V 、 5A ； +12V 、 1A ； -12V 、 1A ，在輸入交流電壓和直流輸出負(fù)載變化時(shí)輸出電壓的變化率小于 0.3% 。 
15 、 DX15 PS-ZVS-PWM 軟開(kāi)關(guān)技術(shù) 
主要包括 H 橋電路、控制電路和穩(wěn)壓反饋電路，用于展現(xiàn)移相零電壓開(kāi)關(guān)的電路結(jié)構(gòu)和工作原理。 H 橋電路有四只 MOSFET 管組成，控制電路采用全橋軟開(kāi)關(guān)電源移相 PWM 控制芯片 UCC3895 和驅(qū)動(dòng)芯片 HIP4081 組成，穩(wěn)壓反饋電路由 TL431 等元件組成。 
16 、 DX16 整流電路有源功率因數(shù)校正 
主要有整流電路、升壓變換器、控制電路三部分組成?？刂齐娐凡捎霉β室驍?shù)控制芯片 UCC3817N 和外圍元器件組成。大輸出功率是 100W （ 200V±5% ， 0.5A ），工作頻率為 100KHz 。通過(guò)適當(dāng)?shù)倪B線可以完成下列實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目： 
(1) 無(wú)濾波電容的整流電路帶純阻性負(fù)載的測(cè)試 
(2) 有濾波電容的整流電路帶純阻性負(fù)載的測(cè)試 
(3) 整流電路有源功率因數(shù)校正的測(cè)試 
(4) 控制電路的波形測(cè)試，功率柵極控制信號(hào)觀察 
(5) 整流電路有源功率因數(shù)校正電路的性能測(cè)試 
17 、 DX17 實(shí)驗(yàn)元器件 
提供晶閘管（均設(shè)有 RC 吸收和保險(xiǎn)絲保護(hù)）、壓敏電阻（作為過(guò)壓保護(hù)元件，內(nèi)部已連成三角形接法）、二極管及燈座、 RC 吸收電路。 
18 、 DX18 單端電流反饋他激式隔離開(kāi)關(guān)電源 
采用專用集成電路 UC3844 作 PWM 控制器，可直接驅(qū)動(dòng) MOSFET 功率場(chǎng)效應(yīng)管。通過(guò)與直流可調(diào)電源、負(fù)載的配合可展示電路原理，各點(diǎn)波形測(cè)試，輸入電壓和負(fù)載改變時(shí)的波形變化和性能測(cè)試等項(xiàng)目。 
19 、 DX 19 升 、降壓與復(fù)合斬波電路 
通過(guò) PWM 控制器與兩個(gè) IGBT 三極管，兩個(gè)二極管的簡(jiǎn)單聯(lián)結(jié)，配以發(fā)電機(jī)、電動(dòng)機(jī)的組合負(fù)荷，用雙蹤示波器能展示降壓電路的第一象限電壓 - 電流圖，升壓電路的第二象限電壓 - 電流圖，復(fù)合電路的第一、第二象限電壓－電流圖。同時(shí)能展示以上三種狀態(tài)下的續(xù)流、臨界斷流、斷流時(shí)的電壓、電流波形 ( 改變輸入電壓、改變 PWM 脈寬、改變負(fù)荷電機(jī)力矩 ) 。并可簡(jiǎn)單地聯(lián)結(jié)成升、降壓與復(fù)合電路，由于結(jié)構(gòu)上的特點(diǎn)，實(shí)驗(yàn)還可演示斬波電路電機(jī)負(fù)荷能耗制動(dòng)、回饋制動(dòng)等的實(shí)驗(yàn)效果。 
20 、 DX20 三相可控整流電路（二） 
提供 6 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)。 
三相觸發(fā)電路由專用晶閘管新型集成觸發(fā)電路 Tc787 組成，體現(xiàn)了現(xiàn)代晶閘管觸發(fā)技術(shù)的新應(yīng)用；同時(shí)提供六路觸發(fā)脈沖功放電路等。 
21 、 DX21 晶閘管觸發(fā)電路（三） 
由西門子專用晶閘管集成觸發(fā)電路 Tca785 組成，可完成單相集成觸發(fā)電路實(shí)驗(yàn)，體現(xiàn)了現(xiàn)代晶閘管觸發(fā)技術(shù)的新應(yīng)用。 
22 、 DX22 單相智能功率、功率因數(shù)表 
由微電腦、高精度 A/D 轉(zhuǎn)換芯片和全數(shù)顯電路構(gòu)成。通過(guò)鍵控、數(shù)顯窗口實(shí)現(xiàn)人機(jī)對(duì)話功能控制模式。在硬、軟件上均分八檔區(qū)域，自動(dòng)判斷、自動(dòng)換檔，功率測(cè)量精度 1.0 級(jí)，電壓、電流量程分別為 450V 、 5A ，還可儲(chǔ)存數(shù)據(jù)，供隨時(shí)查閱。 
23 、 DQ03-1 不銹鋼電機(jī)導(dǎo)軌、光碼盤測(cè)速系統(tǒng)（日本歐姆龍 1024 光電編碼器）及數(shù)顯轉(zhuǎn)速表 
24 、 DQ07-1 直流復(fù)勵(lì)發(fā)電機(jī) 
25 、 DQ09 直流并勵(lì)電動(dòng)機(jī) 
26 、 DQ17 單相電阻啟動(dòng)異步電動(dòng)機(jī) 
27 、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)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。 
五、本裝置能開(kāi)設(shè)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目（全配）

（一）晶閘管觸發(fā)電路實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目 
1 ．單結(jié)晶體管觸發(fā)電路 
2 ．正弦波同步移相觸發(fā)電路實(shí)驗(yàn) 
3 ．鋸齒波同步移相觸發(fā)電路實(shí)驗(yàn) 
4 ．單相集成鋸齒波觸發(fā)電路實(shí)驗(yàn)（由 Tca785 組成） 
5 ．三相集成鋸齒波觸發(fā)電路實(shí)驗(yàn)（由 KC04 等組成） 
6 ．三相集成鋸齒波觸發(fā)電路實(shí)驗(yàn)（由 TC787 組成） 
（二）晶閘管線路實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目 
1 ．單相半波可控整流電路實(shí)驗(yàn) 
2 ．單相橋式半控整流電路實(shí)驗(yàn) 
3 ．單相橋式全控整流及有源逆變電路實(shí)驗(yàn) 
4 ．三相半波可控整流電路實(shí)驗(yàn) 
5 ．三相橋式半控整流電路實(shí)驗(yàn) 
6 ．三相半波有源逆變電路實(shí)驗(yàn) 
7 ．三相橋式全控整流及有源逆變電路實(shí)驗(yàn) 
8 ．單相并聯(lián)逆變電路實(shí)驗(yàn) 
9 ．單相交流調(diào)壓電路實(shí)驗(yàn) 
10 ．單相交流調(diào)功電路實(shí)驗(yàn) 
11 ．三相交流調(diào)壓電路實(shí)驗(yàn)