TYDD-504型电力电子技术及电机控制实验装置

一、概述

“TYDD-504型电力电子技术及电机控制实验装置 " 依据高等院校统编教材《电力电子技术》、《电力拖动自动控制系统 等实验大纲的要求，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。在同类产品中结构合理、功能完善、可靠性好、性价比高。

二、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：＜ 1.5KVA

4 、外形尺寸： 187.3×72.5× 162.2 cm 3

三、装置的基本装备

1 、 TY01 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（均带有过流保护措施）

提供交流电源：直流调速档为三相交流电 200V/ 3A

交流调速档为三相交流电 240V/ 3A

（ 2 ）高压直流电源

励磁电源： 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，精度 1.0 级；

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，为交流调速系统提供电压指示；

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，具有超量程告警、指示及切断总电源功能，为调速系统提供电流的指示；

4 ．直流数字电压表一只：测量范围 0 ～ 300V ，三位半数显，输入阻抗为 10M Ω ，精度 0.5 级，为可逆调速系统提供电压指示；

5 ．直流数字电流表一只：测量范围为 0 ～ 5A ，三位半数显，精度 0.5 级，具有超量程报警、指示、切断总电源等功能，为可逆调速系统提供电流指示。

（ 4 ）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。

电压型漏电保护器 1 ：对隔离变压器前的线路出现的漏电现象进行保护，使控制屏内的接触器跳闸，切断电源。

电压型漏电保护器 2 ：对隔离变压器后的线路及实验过程中的接线等出现的漏电现象进行保护，发出报警信号并切断电源，确保人身安全。

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。

（ 5 ）实验管理器

具有设定实验时间、定时报警、切断电源等功能；还可以自动记录与区分由于接线或操作错误所造成的漏电告警、仪表超量程告警等。

（ 6 ）控制屏其它设施

控制屏正面大凹槽内，设有两根不锈钢管，可挂置实验部件，凹槽底部设有 12 芯、 10 芯、 4 芯、 3 芯等插座， 挂件的供电由这些插座提供。控制屏两边设有单相三极 220V 电源插座及三相四极 380V 电源插座，还设有实验台照明用的 40W 日光灯一盏。

2 、 TY02 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 、 TY03 － 1 不锈钢电机导轨、光码盘测速系统（日本欧姆龙 1024 光电编码器）及数显转速表

4 、 TY27 三相可调电阻（每组 900Ω×2/0 .41A ）

5 、 TY03 晶闸管主电路

提供 12 只 5A /1000V 的晶闸管，分成正、反桥两组，每只晶闸管均设有保护装置，正、反桥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。

6 、 TY04 三相晶闸管触发电路

提供三相触发电路、功放电路等，与 “TY03" 配套使用。

7 、 TY05 晶闸管触发电路实验

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单相并联逆变触发电路共五种触发电路。

8 、 TY06 电机调速控制实验（ Ⅰ ）

提供以下模块：电流反馈与过流保护（ FBC+FA ）、给定器（ G ）、转速变换器（ FBS ）、速度调节器（ ASR ）、反号器（ AR ）、电流调节器（ ACR ）、转矩极性鉴别（ DPT ）、零电平检测（ DPZ ）及逻辑控制器（ DLC ）。

9 、 TY07 直流斩波电路

主要由斩波器触发电路及斩波主电路两大部分组成。

10 、 TY08 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、 24V 电源及电感。

11 、 TY09 新器件特性实验

提供 SCR 、 MOSFET 、 IGBT 、 GTO 、 GTR 新器件，与 DJK06 配套使用，可测定其特性曲线；与 DJK12 配套使用，可完成电力电子新器件的驱动特性实验。

12 、 TY10 可调电阻、电容箱

提供耐压 AC63V 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。

13 、 TY11 单相调压与可调负载

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电源；一个整流滤波电路以及 0 ～ 90Ω/ 1.3A （串联）或 0 ～ 45Ω/ 2.6A （并联）瓷盘可调电阻，为相应的实验提供一个可调的阻性负载。

14 、 TY12 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和逆变变压器各一组。

15 、 TY13 功率器件驱动电路实验箱

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 、 GTR 和 GTO 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 ；占空比均能从 0% 调至 99% 。

16 、 TY14 单相交直交变频原理

根据普通高等教育教材《电力电子技术》 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（电阻，电感和电机）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。

17 、 TY15 自控原理实验

提供稳压电源、交 / 直流数字电压表、低频函数信号发生器、六位数显频率计、阶跃信号发生器及典型的控制环节（比例环节、惯性环节、积分环节、超前滞后校正环节，还可以组成微分、延迟等各种电路）等。

18 、 TY16 自控原理实验

提供稳压电源、阶跃信号发生器、典型的控制环节（比例环节、惯性环节、积分环节、超前滞后校正环节，还可以组成微分、延迟等各种电路）及自由布线区（以便自由组合实验线路进行实验）

19 、 TY17 双闭环 H 桥 DC/DC 变换直流调速系统

通过对四个桥臂上 IGBT 管的触发控制，来实现对可逆直流他励电机进行调速的目的，主要由三大部分组成，即主回路部分、控制电路部分和调节部分。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；调节部分由两个 PI 调节器组成，并通过速度环、电流环构成的反馈回路使电机的转速稳定运行在给定的转速下。本实验箱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。

20 、 TY18 电机调速控制实验（ Ⅱ ）

提供以下模块：触发选择器（ TS ）、值放大器（ GAB ）、电流符号选择器（ CSS ）、电压调节器（ AVR ）、零速器（ DZS ）及电压隔离器（ TVD ）。与 “TY06" 配合使用完成 “ 三闭环错位选触无环流可逆直流调速系统实验 " 。

21 、 TY19 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，主电路中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。

22 、 TY20 直流斩波实验

根据《电力电子技术》 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。

23 、 TY21 斩控式交流调压电路

根据西《电力电子技术》中相关的内容而设计的，采用全控型器件 IGBT 管实现 “ 斩控式交流调压实验 " 。

24 、 TY22 单相调压 / 调功电路

根据西的相关内容而设计的，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。

25 、 TY23 单端反激式隔离开关电源

输入交流电压范围为 50V ～ 200V ，输出为三组直流电源，分别为 +5V 、 5A ； +12V 、 1A ； -12V 、 1A ，在输入交流电压和直流输出负载变化时输出电压的变化率小于 0.3% 。

26 、 TY24 PS-ZVS-PWM 软开关技术

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 桥电路有四只 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 ，稳压反馈电路由 TL431 等元件组成。

27 、 TY25 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 , 输出功率为 100W （ 200V±5% ， 0.5A ），工作频率为 100KHz 。采用模块化设计，通过适当的连线可以完成下列实验项目：

(1) 无滤波电容的整流电路带纯阻性负载的测试

(2) 有滤波电容的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) 控制电路的波形测试，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

28 、 TY26 单端电流反馈他激式隔离开关电源

采用专用集成电路 UC3844 作 PWM 控制器，可直接驱动 MOSFET 功率场效应管。通过与直流可调电源、负载的配合可展示电路原理，各点波形测试，输入电压和负载改变时的波形变化和性能测试等项目。

29 、 TY 27 升 、降压与复合斩波电路

30 、 TY28 三相异步电机变频调速控制

31 、 TY29 单相智能功率、功率因数表

32 、 TY07-1 直流发电机 (220W)

33 、 TY09 直流并励电动机

34 、 TY11 三相线绕式异步电动机

35 、 TY30 线绕式异步电机转子专用箱

36 、 TY17 单相电阻启动异步电动机

37 、 TY20 三相鼠笼异步电动机

38 、实验连接线：

六、本装置能开设的实验项目（所列器材全部配置时）
（一）电力电子技术实验项目

（二）典型电力电子器件线路实验
1 ．单相正弦波脉宽调制（ SPWM ）逆变电路实验
2 ．全桥 DC/DC 变换电路实验
3 ．半桥型开关稳压电源的性能研究
4 ．单端反激式隔离开关电源实验
5 ．单端电流反馈他激式隔离开关电源实验
6 ．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、 Cu ｋ斩波电路、 Sepic 斩波电路、 Zeta 斩波电路）
7 ．升、降压与复合斩波电路实验
8 ．单相斩控式交流调压电路实验
9 ．整流电路有源功率因数校正实验
10 ．软开关技术实验
（三）直流电机调速实验
1 ．晶闸管直流调速系统参数和环节特性的测定实验
2 ．晶闸管直流调速系统主要单元的调试
3 ．单闭环不可逆直流调速系统实验
4 ．双闭环不可逆直流调速系统实验
5 ．逻辑无环流可逆直流调速系统实验
6 ．三闭环错位选触无环流可逆直流调速系统实验
7 ．双闭环控制的直流脉宽调速系统（ H 桥、 IGBT ）
（四）变频原理实验
1 ．三相正弦波脉宽调制（ SPWM ）变频原理实验
2 ．三相马鞍波（三次谐波注入）脉宽调制变频原理实验
3 ．三相空间电压矢量 SVPWM 变频原理实验
4 ． SPWM 调制方式下 V/F 曲线测定
5 ．马鞍波调制方式下 V/F 曲线测定
6 ．空间电压矢量调制方式下 V/F 曲线测定
7 ．不同的变频模式下磁通轨迹观测实验
（五）交流电机调速系统实验
1 ．双闭环三相异步电机调压调速系统实验
2 ．双闭环三相异步电机串极调速系统实验
3 ．单相正弦波脉宽调制 SPWM 变频调速系统实验
4 ．三相正弦波脉宽调制（ SPWM ）变频调速系统实验
—— 可联计算机进行实验，还留有可编程控制器（ PLC ）接口
5 ．三相马鞍波脉宽调制变频调速系统实验
—— 可联计算机进行实验，还留有可编程控制器（ PLC ）接口
6 ．三相空间电压矢量 SVPWM 变频调速系统实验
—— 可联计算机进行实验，还留有可编程控制器（ PLC ）接口
( 六 ) 自控原理实验项目