现代电力电子技术实验装置

发布时间：2020-12-21 丨 浏览次数：

HYDD-505型  现代电力电子技术实验装置

一、概述

　　“HYDD-505型现代电力电子技术实验台 ” 依据《电力电子技术》、《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，对原电力电子技术及电机控制实验装置 ” 在外形、功能上进行优化组合，精心研制而成。

二、适用范围

　 本装置涵盖了各高等院校等所开设的 “ 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： 155×79.5× 147 cm 3

四、装置的基本装备

1 、 DX-01 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 )

（ 2 ）高压直流电源

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，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；

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，具有超量程报警、指示、切断总电源等功能。

（ 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，并带过流保护。

（ 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。

（ 12 ）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。

（ 13 ）控制屏其它设施

控制屏正面大凹槽内，设有两根方型不锈钢管，可挂置实验部件，凹槽底部设有 7 芯、 3 芯等插座， 挂件的供电由这些插座提供。控制屏两侧设有单相三极 220V 电源插座及三相四极 380V 电源插座。

2 、 DX02 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，形状似长方体结构，造形美观大方；设有两个大抽屉，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。配有示波器搁板。

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 、 DX04 晶闸管触发电路（一）

提供单结晶体管触发电路实验、锯齿波同步移相触发电路实验。

5 、 DX05 晶闸管触发电路（二）

提供正弦波同步移相触发电路实验、单相交流调压触发电路实验及单相并联逆变触发电路实验共三 种。

6 、 DX06 功率器件驱动与保护电路（一）

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% 。

7 、 DX07 功率器件驱动与保护电路（二）

提供 GTO 和 GTR 的驱动保护电路， PWM 信号和直流电源均从 PE14 上取。

8 、 DX08 单相交直交变频原理

根据普通高等教育 “ 九五 ” 国家级重点教材王兆安，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，电感或电机）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。

9 、 DX09 DC/DC 变换电路

提供了 DC/DC 变换电路实验的主电路和控制电路。电力电子器件为 IGBT ，控制电路采用 PWM 控制集成电路 SG3525 ，挂箱面板上还提供了所需的观测孔。

10 、 DX10 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 、 DX11 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》 ( 第四版 ) 中相关内容而设计。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。

12 、 DX12 斩控式交流调压电路

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，采用全控型器件 IGBT 管实现 “ 斩控式交流调压实验 ” 。

13 、 DX13 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。

14 、 DX14 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% 。

15 、 DX15 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 组成，稳压反馈电路由 TL431 等元件组成。

16 、 DX16 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。大输出功率是 100W （ 200V±5% ， 0.5A ），工作频率为 100KHz 。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

17 、 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。

18 、 DX18 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。

19 、 DX 19 升 、降压与复合斩波电路

通过 PWM 控制器与两个 IGBT 三极管，两个二极管的简单联结，配以发电机、电动机的组合负荷，用双踪示波器能展示降压电路的第一象限电压 - 电流图，升压电路的第二象限电压 - 电流图，复合电路的第一、第二象限电压－电流图。同时能展示以上三种状态下的续流、临界断流、断流时的电压、电流波形 ( 改变输入电压、改变 PWM 脉宽、改变负荷电机力矩 ) 。并可简单地联结成升、降压与复合电路，由于结构上的特点，实验还可演示斩波电路电机负荷能耗制动、回馈制动等的实验效果。

20 、 DX20 三相可控整流电路（二）

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。

三相触发电路由专用晶闸管新型集成触发电路 Tc787 组成，体现了现代晶闸管触发技术的新应用；同时提供六路触发脉冲功放电路等。

21 、 DX21 晶闸管触发电路（三）

由西门子专用晶闸管集成触发电路 Tca785 组成，可完成单相集成触发电路实验，体现了现代晶闸管触发技术的新应用。

22 、 DX22 单相智能功率、功率因数表

由微电脑、高精度 A/D 转换芯片和全数显电路构成。通过键控、数显窗口实现人机对话功能控制模式。在硬、软件上均分八档区域，自动判断、自动换档，功率测量精度 1.0 级，电压、电流量程分别为 450V 、 5A ，还可储存数据，供随时查阅。

23 、 DQ03-1 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

24 、 DQ07-1 直流复励发电机

25 、 DQ09 直流并励电动机

26 、 DQ17 单相电阻启动异步电动机

27 、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插连接线（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（全配）

（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 等组成）

6 ．三相集成锯齿波触发电路实验（由 TC787 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 ．单相并联逆变电路实验

9 ．单相交流调压电路实验

10 ．单相交流调功电路实验

11 ．三相交流调压电路实验

（三）新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 ）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

六、基本配置

七、基本配置实验项目：

（一）晶闸管触发电路实验项目

1. 单结晶体管触发电路

2. 锯齿波同步移相触发电路实验

3. 三相集成锯齿波触发电路实验（由 KC04 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. 单相并联逆变电路实验

9. 单相交流调压电路实验

（三）新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. 功率场效应管（ MOSFET ）特性实验

3. 绝缘双极性晶体管（ IGBT ）特性实验

4. 功率场效应管（ MOSFET ）驱动与保护电路实验

5. 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 ）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、升降压斩波电路、 Cu ｋ斩波电路、 Sepic 斩波电路、 Zeta 斩波电路）