TWDD-2型 現(xiàn)代電力電子技術(shù)實驗裝置

一、概述

“TWDD-2型現(xiàn)代電力電子技術(shù)實驗臺”依據(jù)西安交通大學(xué)王兆安編著的《電力電子技術(shù)》（第四版）、《半導(dǎo)體變流技術(shù)》教材實驗大綱的要求，吸收國內(nèi)、外同類產(chǎn)品的優(yōu)點，充分考慮了實驗室的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢，對原“TWDD-1型電力電子技術(shù)及電機(jī)控制實驗裝置”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)課程所要求的實驗項目。
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℃　相對濕度＜85％（25℃）　海撥＜4000m
3、裝置容量：＜1000W
4、外形尺寸：155×79.5×147 cm3
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：可通過其下方的波段開關(guān)切換指示三相電網(wǎng)輸入線電壓，精度1.0級；
2．真有效值交流數(shù)字電壓表一只：測量范圍0～500V，量程自動判斷、自動切換，精度0.5級，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：測量范圍0～5A，量程自動判斷、自動切換，精度0.5級，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：測量范圍0～300V，三位半數(shù)顯，輸入阻抗為10MΩ，精度0.5級；
5．直流數(shù)字電流表一只：測量范圍0～5A，三位半數(shù)顯，精度0.5級，具有超量程報警、指示、切斷總電源等功能。
（4）帶鏡面的指針表：直流電壓表（測量范圍0～±300V，為中零式，精度為1.0級）直流電流表（測量范圍0～±2A，為中零式，精度為1.0級）
（5）三相可調(diào)電阻（90Ω×2/0.41A一個 、900Ω×2/0.41A兩個）
（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)的實驗提供可調(diào)交流電源，并帶過流保護(hù)。
（9）三相整流濾波電路：可對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（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驗。
（11）人身安全保護(hù)體系
三相隔離變壓器一組：三相電源首先通過三相漏電保護(hù)器，然后經(jīng)鑰匙開關(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），對人身安全起到保護(hù)作用。
電壓型漏電保護(hù)器1：對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：對隔離變壓器后的線路及實驗過程中的接線等出現(xiàn)的漏電現(xiàn)象進(jìn)行保護(hù)，發(fā)出報警信號并切斷電源，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，漏電流超過一定值，即切斷電源。
實驗連接線及插座：強、弱電連接及插座分開，不能混插。強電連接線及插座采用全封閉工藝，使用安全、可靠、防觸電。
（12）實驗管理器
具有設(shè)定實驗時間、定時報警、切斷電源等功能；還可以自動記錄與區(qū)分由于接線或操作錯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，可掛置實驗部件，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實驗桌
實驗桌為鐵質(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)堅固，形狀似長方體結(jié)構(gòu)，造形美觀大方；設(shè)有兩個大抽屜，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寬敞舒適的工作臺面。實驗桌還設(shè)有四個萬向輪和四個固定調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，便于移動和固定，有利于實驗室的布局。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吸收和保險絲保護(hù)裝置，晶閘管可通過外加觸發(fā)信號進(jìn)行觸發(fā)（留有觸發(fā)脈沖輸入接口），可完成設(shè)計性實驗。
三相觸發(fā)電路由KC04、KC41、KC42、4066等集成電路組成，可通過鈕子開關(guān)選擇雙窄脈沖或?qū)捗}沖，同時提供六路觸發(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)電路實驗、鋸齒波同步移相觸發(fā)電路實驗。
5、DX05晶閘管觸發(fā)電路（二）
提供正弦波同步移相觸發(fā)電路實驗、單相交流調(diào)壓觸發(fā)電路實驗及單相并聯(lián)逆變觸發(fā)電路實驗共三種。
6、DX06功率器件驅(qū)動與保護(hù)電路（一）
主要是為完成新器件特性實驗提供電源、驅(qū)動電路及PWM波形發(fā)生器。
（1）電源：為驅(qū)動電路提供電源，包括±5V、±15V和+20V直流電源。
（2）驅(qū)動電路：包括MOSFET和IGBT的驅(qū)動電路。其中IGBT的驅(qū)動電路采用專用芯片EXB841，其它的由運放、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)動電路提供PWM驅(qū)動波形，可以通過頻率調(diào)節(jié)旋鈕進(jìn)行頻率調(diào)節(jié)；通過占空比電位器來調(diào)節(jié)PWM波的占空比。頻率范圍分為2擋，通過鈕子開關(guān)切換，高頻檔是為MOSFET和IGBT驅(qū)動電路提供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)動與保護(hù)電路（二）
提供GTO和GTR的驅(qū)動保護(hù)電路，PWM信號和直流電源均從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”重點教材王兆安，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)制信號的形成方法，了解IGBT管專用集成驅(qū)動芯片的特點及其使用，能完成如下實驗項目：        1）SPWM波形成的過程；2）交直交變頻電路在不同負(fù)載（電阻，電感或電機(jī)）時的工作情況和波形，并研究工作頻率對電路工作波形的影響；3）IGBT管專用集成驅(qū)動芯片的工作特性。
9、DX09 DC/DC變換電路
提供了DC/DC變換電路實驗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孔。
10、DX10半橋型開關(guān)穩(wěn)壓電源
提供了半橋型開關(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“開關(guān)電路在開環(huán)與閉環(huán)下負(fù)載特性的測試”以及“電源電壓波動對輸出的影響”等實驗內(nèi)容。
11、DX11直流斬波實驗
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。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?？赏瓿山滩闹薪祲簲夭娐罚˙uck 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驗。
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，采用全控型器件IGBT管實現(xiàn)“斬控式交流調(diào)壓實驗”。
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，實現(xiàn)單相交流調(diào)壓和交流調(diào)功的實驗內(nèi)容。采用的電力電子器件為雙向晶閘管，在交流調(diào)壓實驗中采用由雙向觸發(fā)二極管構(gòu)成觸發(fā)控制電路；在交流調(diào)功實驗中采用由555時基電路組成觸發(fā)控制電路。
14、DX14單端反激式隔離開關(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)載變化時輸出電壓的變化率小于0.3%。
15、DX15 PS-ZVS-PWM軟開關(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關(guān)電源移相PWM控制芯片UCC3895和驅(qū)動芯片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。控制電路采用功率因數(shù)控制芯片UCC3817N和外圍元器件組成。最大輸出功率是100W（200V±5%，0.5A），工作頻率為100KHz。通過適當(dāng)?shù)倪B線可以完成下列實驗項目：
(1) 無濾波電容的整流電路帶純阻性負(fù)載的測試
(2) 有濾波電容的整流電路帶純阻性負(fù)載的測試
(3) 整流電路有源功率因數(shù)校正的測試
(4) 控制電路的波形測試，功率柵極控制信號觀察
(5) 整流電路有源功率因數(shù)校正電路的性能測試
17、DX17實驗元器件
提供晶閘管（均設(shè)有RC吸收和保險絲保護(hù)）、壓敏電阻（作為過壓保護(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關(guān)電源
采用專用集成電路UC3844作PWM控制器，可直接驅(qū)動MOSFET功率場效應(yīng)管。通過與直流可調(diào)電源、負(fù)載的配合可展示電路原理，各點波形測試，輸入電壓和負(fù)載改變時的波形變化和性能測試等項目。
19、DX19升、降壓與復(fù)合斬波電路
通過PWM控制器與兩個IGBT三極管，兩個二極管的簡單聯(lián)結(jié)，配以發(fā)電機(jī)、電動機(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。同時能展示以上三種狀態(tài)下的續(xù)流、臨界斷流、斷流時的電壓、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，實驗還可演示斬波電路電機(jī)負(fù)荷能耗制動、回饋制動等的實驗效果。
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吸收和保險絲保護(hù)裝置，晶閘管可通過外加觸發(fā)信號進(jìn)行觸發(fā)（留有觸發(fā)脈沖輸入接口），可完成設(shè)計性實驗。
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)電路實驗，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。通過鍵控、數(shù)顯窗口實現(xiàn)人機(jī)對話功能控制模式。在硬、軟件上均分八檔區(qū)域，自動判斷、自動換檔，功率測量精度1.0級，電壓、電流量程分別為450V、5A，還可儲存數(shù)據(jù)，供隨時查閱。
23、DQ03-1不銹鋼電機(jī)導(dǎo)軌、光碼盤測速系統(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)勵發(fā)電機(jī)
25、DQ09直流并勵電動機(jī)
26、DQ17單相電阻啟動異步電動機(jī)
27、實驗連接線：根據(jù)不同實驗項目的特點，配備兩種不同的實驗聯(lián)接線，強電部分采用高可靠護(hù)套結(jié)構(gòu)手槍插連接線（不存在任何觸電的可能），里面采用無氧銅抽絲而成頭發(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、強度大、防硬化、韌性好等優(yōu)點，插頭采用實芯銅質(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，這樣大大提高了實驗的安全及合理性。

五、本裝置能開設(shè)的實驗項目（全配）

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

（三）新器件特性及驅(qū)動保護(hù)實驗項目
1．單向晶閘管（SCR）特性實驗

2．可關(guān)斷晶閘管（GTO）特性實驗

3．功率場效應(yīng)管（MOSFET）特性實驗
4．功率晶體管（GTR）特性實驗
5．絕緣雙極性晶體管（IGBT）特性實驗
6．可關(guān)斷晶閘管（GTO）驅(qū)動與保護(hù)電路實驗
7．功率場效應(yīng)管（MOSFET）驅(qū)動與保護(hù)電路實驗
8．功率晶體管（GTR）驅(qū)動與保護(hù)電路實驗
9．絕緣雙極性晶體管（IGBT）驅(qū)動與保護(hù)電路實驗
（四）典型新器件線路實驗
1．單相正弦波脈寬調(diào)制（SPWM）逆變電路實驗
2．全橋DC/DC變換電路實驗
3．半橋型開關(guān)穩(wěn)壓電源的性能研究
4．單端反激式隔離開關(guān)電源實驗
5．單端電流反饋他激式隔離開關(guān)電源實驗
6．直流斬波電路的性能研究（降壓斬波電路、升壓斬波電路、升降壓斬波的電路、Cuｋ斬波電路、Sepic斬波電路、Zeta斬波電路）
7．升、降壓與復(fù)合斬波電路實驗
8．單相斬控式交流調(diào)壓電路實驗
9．整流電路有源功率因數(shù)校正實驗
10．軟開關(guān)技術(shù)實驗

六、部件明細(xì)價格表：

七、 用戶根據(jù)需要完成的實驗內(nèi)容及配置功能的檔次，選擇需要的實驗測量儀表組件、電機(jī)及掛箱。

基本配置（用戶可在基本配置的基礎(chǔ)上根據(jù)實際情況選購部件）

注：*為基本配置選擇項，其他項目根據(jù)學(xué)校需要完成的實驗內(nèi)容自行選擇。

基本配置實驗項目：

（一）晶閘管觸發(fā)電路實驗項目

1.單結(jié)晶體管觸發(fā)電路

2.鋸齒波同步移相觸發(fā)電路實驗

3.三相集成鋸齒波觸發(fā)電路實驗（由KC04等組成）

（二）晶閘管線路實驗項目

1.單相半波可控整流電路實驗

2.單相橋式半控整流電路實驗

3.單相橋式全控整流及有源逆變電路實驗

4.三相半波可控整流電路實驗

5.三相橋式半控整流電路實驗

6.三相半波有源逆變電路實驗

7.三相橋式全控整流及有源逆變電路實驗

8.單相并聯(lián)逆變電路實驗

9.單相交流調(diào)壓電路實驗

（三）新器件特性及驅(qū)動保護(hù)實驗項目

1.單向晶閘管（SCR）特性實驗

2.功率場效應(yīng)管（MOSFET）特性實驗

3.絕緣雙極性晶體管（IGBT）特性實驗

4.功率場效應(yīng)管（MOSFET）驅(qū)動與保護(hù)電路實驗

5.絕緣雙極性晶體管（IGBT）驅(qū)動與保護(hù)電路實驗

（四）典型新器件線路實驗

1.單相正弦波脈寬調(diào)制（SPWM）逆變電路實驗

2.半橋型開關(guān)穩(wěn)壓電源的性能研究

3.直流斬波電路的性能研究（降壓斬波電路、升壓斬波電路、升降壓斬波電路、Cuｋ斬波電路、Sepic斬波電路、Zeta斬波電路）