TWB-117型 电力电子技术综合实训装置

一、概述

电力电子及电机拖动综合实训装置主要是用于机电及自动化各专业的如下专业课程：电机原理与电力拖动（电机与电气控制），电力电子技术（功率电子技术），电气传动控制系统（运动控制系统）等的实验教学工作，应能够担负完成相关实验教学任务，并拥有足够扩展自由度，以适应未来进一步的深化研究要求。

二、产品特点

1、采用固定式模块（负载、交直流电源、质量重的模块采用固定式结构）和挂箱式模块相结合的独特结构设计，不仅减少了老师实验前的准备工作强度，也为实验台功能的扩展给予了方便。

2、该实验台在完成传统的实验项目的同时，突出对现代电力电子器件和现代控制理论的研究。整个现代电力电子、电气传动实验及电机拖动实验。

学生顺利获得完成以上实验，能对各种器件在不同的场合的应用有了深刻的分析，对现在流行的各种线路均能熟练掌握，直至能够独立地设计各种线路甚至系统。

3、实验装置设置了完善的人身安全和设备安全保护功能。设备的研讨电源的输出设计了过流保护功能，并在各触发脉冲观察孔端设有高压保护电路，功率器件设有安全保护线路。为了不使强电信号加入弱电电路中，采用了三种实验导线，使学生接线时高低压线路不会插错，而导致低压电路的损坏。

4、实验装置设置了完善的人身安全和设备安全保护功能。设备的研讨电源的输出设计了过流保护功能，并在各触发脉冲观察孔端设有高压保护电路，功率器件设有安全保护线路。为了不使强电信号加入弱电电路中，采用了三种实验导线，使学生接线时高低压线路不会插错，而导致低压电路的损坏。

5、实验电机：采用的实验电机功率在100-200W之间，均经过特殊设计，其参数和特性可模拟中小型电机。

三、产品技术条件

1、整机容量：＜1.5kVA；

2、工作电源：～3N/380V/50Hz/3A；

3、尺    寸：1565mm*720mm*1650mm

4、重    量：＜150kg

四、完成的实验项目

电力电子实验

1、电力电子技术（传统的整流）

（1）单结晶体管同步移相触发电路实验

（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）TCA785触发电路实验

（5）单相半波整流电路实验

（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）晶闸管三相半波有源逆变电路的研究

（9）三相半波可控整流电路实验

（10）三相桥式半控整流电路实验

（11）三相桥式全控整流及有源逆变电路实验

（12）单相研讨调压电路实验

（13）三相研讨调压电路实验

2、电力电子器件实验（全控型器件特性部分）

（1）功率场效应晶体管(MOSFET)的主要参数测量

（2）功率场效应晶体管(MOSFET)的驱动电路研究

（3）绝缘栅双极型晶体管(IGBT)特性及其驱动电路的研究

3、电力电子技术（全控型器件典型线路部分）

（1）直流斩波电路（Buck、Cuk、Boost、Sepic、Buck-Boost、Zeta等六种电路）的性能研究

4、模拟直流调速实验

（1）晶闸管直流调速系统参数和环节特性的测定

（2）晶闸管直流调速主要单元调试

（3）不可逆单闭环直流调速系统静特性的研究

（4）双闭环晶闸管不可逆直流调速系统

5、研讨调速实验

（1）双闭环三相异步电机调压调速系统

（2）双闭环三相异步电机串级调速系统

6、电机控制实验

（1）无刷电机调速控制实验

五、产品技术功能说明

1、实验台的安全保护说明

1）设备的人身安全保护

◆三相隔离变压器的浮地保护,将实验用电与电网完全隔离，对人身安全起到有效的保护作用；

◆三相电源输入端设有电流型漏电保护器，设备的漏电流大于30mA即可断开开关，符合国家标准对低压电器安全的要求；

◆三相隔离变压器的输出端设有电压型漏电保护，一旦实验台有漏电压将会自动保护跳闸。

◆强电实验导线采用全塑封闭型手枪式导线，导线内部为无氧铜抽丝而成发丝般细的多股线，质地柔软，护套用粗线径、防硬化化学制品制成，插头采用实芯铜质件，避免学生触摸到金属部分而引起的双手带电操作触电的可能。

2）设备的安全保护体系

◆三相研讨电源输出设有电子线路及保险丝双重过流及短路保护功能，其输出电流大于3A即可断开电源，并告警指示；

◆晶闸管的门阴极和各触发电路的观察孔设有高压保护功能，避免学生误接线；

◆实验台采用三种实验导线，相互间不能互插，强电采用全塑型封闭安全实验导线，弱电采用金属裸露实验导线（其实芯铜直径大于强电导线），观察孔采用2＃实验导线，避免了学生误操作将强电接到弱点的可能；

◆实验台交直流电源设有过流保护功能。

2、控制屏技术说明

1）TWPE-02实验桌

实验桌为铝合金结构，桌面采用高密度度防腐防火板。造型美观大方，设有两只抽屉和存放柜，用于置放工具，挂箱及资料等。实验桌设有四个轮子，便于移动和固定，有利于u支付(中国)布置。

2）TWPE-01电源控制屏

◆ 给予三相0～450V可调研讨电源，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)。可调研讨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。配有三只指针式研讨电压表，顺利获得切换开关指示三相电网电压和三相调压电压。

3）ME-01A辅助功能屏

◆电机励磁电源

给予一组直流电机励磁电源，具有独立电源开关并配有一只数字电压表。

◆直流电动机电枢电源

给予0-250V(3A)电枢电源，具有过压、过流、过热及短路软截止自动恢复保护功能一组，并设有直流数显电流表及电源开关。

◆电抗器：给予直流调速实验中需要的平波电抗器及RC滤波，平波电抗器采用中心抽头方式，分别为50mH、100mH、200mH、700mH.在电流小于1.5A 时保持线性。电抗器还能作为电力电子技术实验中的电感负载。

◆直流电源

（1）+24V/3A直流稳压电源各一路；

（2）给予给定（±15V可调电压输出）；

◆三相组式变压器

原边220V/0.35A，副边55V/1.4A。

◆三相变压器：作为串级调速系统和有源逆变线路中的逆变变压器。

◆三相可调电阻：给予可调电阻90-1000/1A一组，供发电机负载电阻和其它实验阻性负载用以及作为电机起动电阻用。

4）其它：给予多功能单相三芯电源插座2只。

3、常用实验部件的技术说明

1）YB12数字单相功率、功率因数表

给予能测量电路的电压、电流、功率因数、频率、视在功率、有功功率、无功功率。功率测量精度为0.5级，功率因数测量范围0.3～1.0，电压电流量程为0-500V/0-5A（从0V/A起可测）。具有抗干扰功能。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）。带RS485通讯协议。内置TVS保护电路；通信地址即通信波特率可顺利获得轻触面板按键修改/查询信地址0位广播地址，非常方便学生实验时学习通讯实验，可使用地址为1~255，通信波特率可选择为1200bps、2400bps、4800bps、9600bps、19200bps。

2）TWPE-10A晶闸管触发电路Ⅰ组件

给予TCA785集成触发电路，锯齿波同步触发电路、正弦波同步触发电路引出各观察孔，使学生能够直观的分析各种触发电路的工作原理过程，每个触发电路的触发信号分别已经连到对应的晶闸管，操作方便安全。

3）TWPE-11A三相触发电路Ⅰ组件

触发电路：采用数字集成电路，抗干扰能力强，三相脉冲间隔均匀，一致性好，产生双窄脉冲，脉冲移相范围为0－160°。在面板上可观察三相同步电压的六个脉冲波形，并顺利获得“Uct”端对a角进行控制。另有两脉冲控制端“Ublr”、和”Ublf”，分别对I、II组脉冲放大电路进行控制并配有电流反馈与过流保护，可用于电流闭环实验。

4）TWPE-12三相晶闸管主回路组件

主回路：由12只可控硅，RC吸收回路组成。可控硅采用上海整流器厂生产的6A/800V金属封装，过载能力强、可靠性高、干扰能力强的可控硅。触发电路顺利获得琴键按钮进行控制。

直流电压表：给予测量范围±300V电压表1只。

直流电流表：给予测量范围±2A电流表1只。

5）TWPE-13A电机调速控制电路Ⅰ

给予以下模块：反号器、零封锁器、给定电压、转速变换、转速调节器单元和电流调节器单元。配有调节器的反馈电阻、电容，实验时可以灵活改变系统的参数，观测不同的参数对系统稳定性及相应时间等影响；更可以让学生从调速系统的各种参数(如电机的机电时间常数等)出发对调节器的放大倍数及积分时间的参数分别设计，同时进行实际结果的验证，从而完成设计性实验。

6）TWPE-14功率器件

此实验箱实验项目除含MOSFET、IGBT等器件的驱动电路和开关特性研究外,还可对快恢复二极管、高速光耦、电感等在电力电子线路中的应用进行分析。面板设计时，留有较多的波形观察孔，顺利获得改变线路参数，方便学生分析各工作点的情况以及分析参数改变对器件特性的变化。线路设计时，遵循先易后难，先分离后集成的原则，挑选了几种常见的、比较具有实用价值的驱动电路，使学生可学以致用。

7）TWPE-15直流斩波电路

给予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。可完成降压斩波电路(Buck ChopTWPEr)、升压斩波电路(Boost ChopTWPEr)、升降压斩波电路(Boost-Buck ChopTWPEr)、Cuk斩波电路、Sepic斩波电路、Zeta斩波电路六种典型实验。所有电路采用分立元件学生顺利获得自己搭建进行实验。

8）TWPE-10B晶闸管触发电路Ⅱ组件

给予6只二极管组成的三相桥式整流电路以及单结晶体管触发电路引出各观察孔，使学生能够直观的分析各种触发电路的工作原理过程，每个触发电路的触发信号分别已经连到对应的晶闸管，操作方便安全。

9）TWDT33整流电路有源功率因数校正

主要有整流电路、升压变换器、控制电路三部分组成。控制电路采用功率因数控制芯片UCC3817N和外围元器件组成，最大输出功率为100W(200V±5%，0.5A)，工作频率为100kHz。采用模块化设计，顺利获得适当的连线可以完成下列实验项目：

(1) 无滤波电容整流电路带纯阻性负载的测试

(2) 有滤波电容整流电路带纯阻性负载的测试

(3) 整流电路有源功率因数校正的测试

(4) 控制电路波形测试，功率栅极控制信号观察

(5) 整流电路有源功率因数校正电路的性能测试

10）TWDT34半桥型开关稳压电源的性能研究（MOSFET）

给予了半桥型开关稳压电源的主电路和控制电路，主电路的电力电子器件为电力MOSFET管；控制电路采用专用PWM控制集成电路SG3525，采用恒频脉宽调制控制方案。可完成“开关电路在开环与闭环下负载特性的测试”以及“电源电压波动对输出的影响”等实验内容。

11）TWDT39软开关技术实验（MOSFET）

主要包括H桥电路、控制电路和稳压反馈电路，用于展现移相零电压开关的电路结构和工作原理。H桥电路由四只MOSFET管组成，控制电路采用全桥软开关电源移相PWM控制芯片UCC3895和驱动芯片HIP4081组成，稳压反馈电路由TL431等元件组成。

12）MD41研究型电机运动控制模块

主控：TMS320F28335。外扩：RAM512*16位，Flash512K*16位，使用拨码开关实现模式选择。功率板：采用集成IPM模块，可外接刹车电阻，母线电容充电缓冲电路、母线电压检测电路，相电流检测电路，动力电源位AC220V供电，功率3KW。控制板：液晶屏采用4.3寸串口屏 ，5个独立按键按键（分别为RUN、STOP、REST、UP、DOW）。通信接口：RS232、RS485（异步串口不够时可将RS232、RS485采用同一个串口使用短路帽进行短路条线）、CAN、以太网口（SPI接口，设计W5500模块模块接口使用现有的成品模块）；CAN、RS232、RS485为隔离通信接口与TMS320F28335无直接电气连接。串口感器接口：霍尔信号接口及差分编码器接口统一使用DB15连接。模拟量输出：不使用到的PWM用于RC滤波运放跟随实现DAC输出。模拟量输入：芯片内部不使用的ADC接口用于外部模拟量输入，接口为0~10V输入。开关量输出：2组，分别用于报警信号输出、准备完成信号输出。开关量输入：开关量输入3组。EEPROM存储：有剩余IO可考虑设计24C02存储器。测试点：预留环形测试点测试PWM信号、ADC信号、DAC信号、电源。本地控制：本地串口屏显示参数电压、电流、设定值、实时值，本地按键操作。远程控制：远程采用RS485或RS232接口使用FreeModbus-RTU协议实现与远程工控屏的串口通信，显示电压、电流、设定值、实时值，在远程触摸屏上可进行控制实现5个独立按键的功能。

4、电机导轨及电机技术说明

（1）DJ02直流并励电动机：PN=185W，nN=1600r/min，IN=1.1A，UN=220V

（2）DJ11三相线绕式异步电动机：PN=100W,IN=0.6A,nN=1400r/min，UN=220，Y 接法

（3）DJ09校正直流测功机：UN=220V、IN=2.0A、PN=350W、nN=1500r/min，即可作电动机又可作测功机使用。

（4）DJ10三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。

（5）DJ01电机导轨、光电码盘和转速表

含有编码器、电动机及固定电机的安装导轨以及数字式转速表配有模拟量输出，保证电机与电机之间同轴的同心度不超过±5丝。

5、PJ-01实验导线

实验连接导线采用高可靠全封闭手枪插型式，内部为无氧铜抽丝而成发丝般细的多股线，质地柔软，护套用粗线径、防硬化化学制品制成，插头采用实芯铜质件。强弱电分开。

六、配置清单

序号	型号与名称	数量	备注
1	TWPE-02实验桌	1
2	TWPE-01电源控制屏	1
3	TWPE-01A辅助功能屏	1
4	YB12数字单相功率、功率因数表	1
5	TWPE-10A晶闸管触发电路Ⅰ组件	1
6	TWPE-11A三相触发电路Ⅰ组件	1
7	TWPE-12三相晶闸管主回路组件	1
8	TWPE-13A电机调速控制电路Ⅰ组件	1
9	TWPE-14功率器件	1
10	TWPE-15直流斩波电路	1
11	TWPE-10B晶闸管触发电路Ⅱ组件	1
12	TWDT33整流电路有源功率因数校正	1
13	TWDT34半桥型开关稳压电源的性能研究（MOSFET）	1
14	TWDT39软开关技术实验（MOSFET）	1
15	MD41研究型电机运动控制模块	1
16	电机导轨及电机	1
17	PJ-01实验导线	1