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现代电力电子技术实验装置,院校电力电子变流技术实验台

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　　 随着新能源电力、电气自动化产业高速发展，电力电子技术已成为中职、高职及本科院校电气自动化、电力系统、机电一体化等专业的核心主干课程。课程涵盖晶闸管变流、直流斩波、功率器件驱动、SPWM变频逆变等复杂电路原理，理论抽象难懂，传统简易实验设备项目零散、功能缺失，无法完整匹配经典教材实验大纲教学要求。MY-C4现代电力电子技术实验装置严格依据王兆安版《电力电子技术》教材研发，吸收国内外同类设备设计优势，贴合院校实验室建设与实训教学发展需求，集成电源控制、多类实验挂箱、精密测量仪表与完善安全防护体系，全覆盖课程全部实验项目，并配套仿真教学软件、课件资源与在线教学平台，是各类院校开展电力电子技术课程实训、技能考核、教学研究的专业核心实验装置。
MY-C4现代电力电子技术实验装置采用实物模块化、课程全覆盖、安全教学化设计思路，整机结构标准化、单元独立化，从供电控制、实验挂箱、测量仪表、功率器件到安全防护形成完整实训体系，核心由五大模块组成：
（一）电源控制屏模块
作为整套装置的供电与控制中枢，电源控制屏模块采用铁质双层亚光密纹喷塑结构与铝质面板，集成三相隔离输入、多路高低压直流电源、可调给定与单相调压单元。配备全套真有效值数字表、中零式指针表及平波电抗器、可调电阻负载，内置三相漏电保护、浮地隔离安全体系，强弱电插座分区布局，从源头保障实训供电稳定与人身操作安全。
（二）多品类实验挂箱模块
多品类实验挂箱模块配置三相可控整流、晶闸管触发、直流斩波、新器件特性、功率器件驱动、SPWM交直交变频、全桥DC/DC变换、开关稳压电源等全套专用挂箱，严格匹配教材大纲实验内容，可完成从晶闸管基础变流、MOSFET/IGBT器件特性到直流斩波、变频逆变的全层级实验，支持验证性实训与综合性课程设计。
（三）测量与信号发生模块
测量与信号发生模块集成高精度交直流数字电压电流表、真有效值测量表、中零式指针仪表，搭配以SG3525为核心的PWM波形发生器、多路可调给定电源，频率与占空比连续可调，可直观观测电路波形、功率器件工作状态及各类变流电路运行特性，满足原理分析与数据测试需求。
（四）实验桌与结构框架模块
实验桌与结构框架模块配套专用铝型材实验桌，采用非焊接压铸成型工艺，表面氧化静电喷涂，结构稳固、拆装便捷，底部预留空间、布局规整，适配实训室常规摆放与移动教学，长期使用不易变形。

一、概述
现代电力电子技术实验装置是依据西安交通大学王兆安编著的《电力电子技术》（第五版）、《半导体变流技术》教材实验大纲的要求，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。
二、适用范围
装置涵盖了各类院校所开设的"电力电子技术"、"半导体变流技术"等专业课程所要求的实验项目。
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℃）　海拨＜4000m 
3、装置容量：＜1000W
4、外形尺寸：1650×700×1600 mm
四、装置的基本装备
1、DX01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（带有过流保护措施）提供交流电源：三相交流电源220V/1.5A,经过380V//220V 隔离变压器输出) 
（2）高压直流电源：输出220V/0.5A，具有输出短路保护。 
（3）数字式仪表
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； 
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。
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； 
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； 
⑤直流数字电流表一只：测量范围0～5A，三位半数显，精度0.5级，具有短路保护等功能。 
（4）带镜面的指针表：直流电压表（测量范围0～±300V，为中零式，精度为1.0级）直流电流表（测量范围0～±2A，为中零式，精度为1.0级） 
（5）三相可调电阻（90Ω×2/0.41A一个 、900Ω×2/0.41A两个） 
（6）平波电抗器：提供100mH、200mH、700mH电感，在1A下保持线性。 
（7）给定：±15V可调电压输出，带数显，指示输出电压。 
（8）单相调压：提供了一只0～250V/0.5KVA单相交流自耦调压器，为相应的实验提供可调交流电源，并带短路保护。
（9）三相整流滤波电路：可对单相及三相交流电源进行整流和滤波，具有输出短路保护。 
（10）变压器：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），用于三相桥式、单相桥式有源逆变电路实验。 
（11）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，使主电路输出与电网隔离（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。
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。 
（12）控制屏其它设施 控制屏正面大凹槽内，可挂置实验部件，凹槽底部设3芯插座， 挂件的供电由这些插座提供。控制屏右侧设有单相三极220V电源插座。
2、DX02实验桌
外形尺寸为1600（长）*700（宽）*1600（高），实验桌主体结构全部采用高性能表面氧化的铝型材及一次成型铝压铸框架连接构件，连接构件采用压铸成型工艺（非焊接工艺），经机加工、抛丸、喷砂，表面静电喷涂工艺，安装方便、快捷，用户可自行DIY组装。桌体立柱采用工业铝型材成型工艺，表面氧化处理，截面尺寸：70×70mm，四面带槽，槽宽约8mm，端部配套塑料堵头。
3、DX03三相可控整流电路（一）
提供6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。 三相触发电路由KC04、KC41、KC42、4066等集成电路组成，可通过钮子开关选择双窄脉冲或宽脉冲，同时提供六路触发脉冲功放电路等。 
4、DK05晶闸管触发电路 
提供单结晶体管触发电路实验、单相交流调压触发电路，锯齿波同步移相触发电路实验，正弦波触发电路及TCA785集成触发电路。
5、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》(第五版)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。
6、DK09新器件特性实验
提供SCR、MOSFET、IGBT、GTO 、GTR新器件，与给定模块配套使用，可测定其特性曲线。
7、DK13功率器件驱动与保护电路
主要是为完成新器件特性实验提供电源、驱动电路及PWM波形发生器。
（1）电源：为驱动电路提供电源，包括±5V、±15V和+20V直流电源。
（2）驱动电路：包括 MOSFET和IGBT的驱动电路。其中IGBT的驱动电路采用专用芯片EXB841，其它的由运放、门电路及分立元件组成。
（3）PWM波形发生器：以SG3525为核心的PWM波形发生器主要是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。频率范围分为2挡，通过钮子开关切换，高频档是为MOSFET和IGBT驱动电路提供PWM波形，频率调节范围4KHz～10KHz；低频档是为GTR和GTO驱动电路提供PWM波形，频率调节范围400Hz～1KHz；占空比可从　0%调至100%。
8、DK14单相SPWM交直交变频原理
根据普通高等教育"九五"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。 
9、DK17 全桥DC/DC变换电路
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；
10、DK19半桥型开关稳压电源
提供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、DX17实验元器件
提供晶闸管（均设有RC吸收和保险丝保护）、压敏电阻（作为过压保护元件，内部已连成三角形接法）二极管及灯座、RC吸收电路。
12、DK22单相交流调压/调功电路
单相交流调压/调功电路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)中相关内容而设计，实现单相交流调压和交流调功的实验内容。采用的电力电子器件为双向晶闸管，在交流调压实验中采用由双向触发二极管构成触发控制电路；在交流调功实验中采用由555时基电路组成触发控制电路。
13、DX14 单端反激式隔离开关电源
输入交流电压～220V，输出为一组直流电源，分别为+5V2A。
14、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。
五、本装置能开设的实验项目（以上配置）
（一）晶闸管触发电路实验项目
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）单相集成锯齿波触发电路实验（由 Tca785 组成） 
5）三相集成锯齿波触发电路实验（由 KC04/KC09 等组成）
（二）晶闸管线路实验项目 
1）单相半波可控整流电路实验 
2）单相桥式半控整流电路实验 
3）单相桥式全控整流及有源逆变电路实验 
4）三相半波可控整流电路实验 
5）三相桥式半控整流电路实验 
6）三相半波有源逆变电路实验 
7）三相桥式全控整流及有源逆变电路实验 
8）单相交流调压电路实验 
9）单相交流调功电路实验 
10）三相交流调压电路实验
（三）电力电子器件特性及驱动保护实验项目
1）单向晶闸管（ SCR ）特性实验
2）可关断晶闸管（GTO）特性实验
3）功率场效应管（MOSFET）特性实验 
4）功率晶体管（GTR ）特性实验 
5）绝缘双极性晶体管（IGBT）特性实验 
6）可关断晶闸管（GTO）驱动与保护电路实验
7）功率场效应管（MOSFET）驱动与保护电路实验
8）功率晶体管（GTR）驱动与保护电路实验
9）绝缘双极性晶体管（IGBT）驱动与保护电路实验
（四）典型新器件线路实验 
1）单相正弦波脉宽调制（ SPWM ）电源逆变电路实验 
2）半桥型开关稳压电源的性能研究 
3）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） 
5）全桥DC/DC电源变换电路
六、实验测量仪表组件及挂箱明细表：

序号	编号	名     称	数量	备注
1	DX01	电源控制屏	1套
2	DX02	实验桌	1张
3	DX03	三相可控整流电路（一）	1件
4	DK05	晶闸管触发电路	1件
5	DK07	直流斩波实验（六种典型线路）	1件
6	DK09	新器件特性实验	1件
7	DK13	功率器件驱动与保护电路	1件
8	DK14	单相交直交变频原理	1件
9	DK17	全桥DC/DC变换电路	1件
10	DK19	半桥型开关稳压电源	1件
11	DX17	实验元器件	1件
12	DK22	单相交流调压/调功电路	1件
13	DX14	单端反激式隔离开关电源	1件
14	连接线	高可靠护套结构手枪插实验连接线及配件	1套