JSDL-2型電力電子及電力拖動技術實驗臺
一、概述
“JSDL-2型電力電子技術實驗裝置”依據高等院校統編教材《電力電子技術》(第五版)(西安交通大學王兆安編著)、《電力拖動自動控制系統》（第三版）(上海大學陳伯時編著)等實驗大綱的要求，并考慮了實驗室的現狀和發展趨勢研制。
二、特點
1、綜合性強 本裝置綜合了目前國內各類學校電力電子、半導體變流、交直流調速、交流變頻、電機控制、控制理論等實驗項目。
2、能滿足各類學校相應課程的實驗教學，深度和廣度可根據需要作靈活調整，普及與提高可根據教學的進程作有機的結合，裝置采用積木式結構，更換便捷，如需要擴展功能或開發新實驗，只需添加部件即可。
3、整套性強 從專用電源、電機及其它實驗部件到實驗連接專用導線配套齊全，配套部件的性能、規格等均密切結合實驗的需要進行配套。
4、直觀性強 各實驗掛件采用分隔結構形式，組件面板示意、圖線分明，各掛件任務明確，操作、維護方便。
5、科學性強 裝置占地面積少，節約實驗用房，減少基建投資；配套的小電機均經特殊設計，可模擬中小型電機的特性和參數；小電機耗電省，節約能源，實驗噪聲小，整齊美觀，改善實驗環境；實驗內容豐富，設計合理，除了加深理論知識外還可結合實際開設設計性實驗。
6、開放性強 控制屏供電采用三相隔離變壓器隔離，并設有電壓型漏電保護裝置和電流型漏電保護裝置，確保操作者的安全；各電源輸出均有監示及短路保護等功能，各測量儀表均有可靠的保護功能，使用安全可靠；整套裝置經過精心設計，加上可靠的元器件質量及可靠的工藝作為保障，產品性能優良。
7、本裝置在保留了晶閘管實驗的基礎上，加入了新器件的特性、新器件的驅動以及新器件應用的大量現代電力電子技術實驗，讓學生對新器件有足夠的認識和了解。
三、實驗臺基本結構及綜合保護功能
實驗臺殼體全部采用鋼板制作、激光下料、數控折彎，經噴砂除油后噴塑處理，面板采用鋁板印字工藝，美觀耐用、永不變色。實驗臺設計時充分考慮了使用群體的特殊性，在人身安全設備安全方面設置了多種保護措施、形成一套完整的保護系統，如漏電、電源短路及過載、儀表超量程等等都具有保護功能。能滿足開展電力電子、電工電子、電機調速、電氣控制等多學科教學實驗的開放性要求。實驗臺控制屏采用鐵質雙面亞光密紋噴塑結構，2mm厚鋁面板，采用鋁板印字工藝。實驗桌采用全鋼結構，桌面采用1.5mm厚鋼板機制而成，強度和壽命是高密度板的幾十倍，桌體設有兩個大抽屜，無聲導軌安裝，用于放置工具及資料，實驗桌聯體設計，實驗桌下方設有元件儲存柜、可以放置多余的實驗模塊，底層設有四個帶剎車的輪子，便于移動和固定，造型美觀大方。
整機綜合保護裝置：這是我公司研制的一款實驗臺專用的綜合保護裝置，能夠對實驗臺的過壓、漏電、過流、短路做到100%的有效保護。能夠實時監測實驗臺內部是否存在故障，如有涉及人身安全或損壞設備的故障發生，系統會馬上保護并發出相應的保護報警信息。
綜合保護裝置主要具有以下幾項功能：
1、過壓保護：實驗臺電源經電源線、實驗臺總電源開關、進入實驗臺綜合保護裝置。當電網電壓出現過壓時（例如零火線接錯、三相電不平衡等因素）系統能夠及時發出保護指令，切斷各種用電設備的電源，包括實驗臺內部的用電設備（例如智能儀表、信號源、調壓器等等）和插在實驗臺上的示波器、電腦等設備。并在控制面板上輸出相應的聲光報警信號，過壓消除后自動恢復正常工作。
2、雙重漏電保護：實驗臺配置電流型漏電保護裝置，采用零序電流互感器實時監測剩余電流（即漏電電流），一旦超過設定值，裝置能在0.1S內斷開電源，符合IEC61009-1國家標準。實驗臺配置電壓型漏電保護裝置，該裝置實時監測機殼電壓，一旦電壓超過設定值，系統會立刻切斷輸出電源，并在控制面板上輸出相應的聲光報警信號，漏電消除后自動恢復正常工作。
3、過流、短路保護：實驗臺上都配有三相電源，其特點是電壓高、電壓可調、電流輸出能力強，在實驗過程中不可避免的會發生過載、短路，若果沒有一個有效的保護裝置，就會造成設備損壞甚者引起火災。保險絲具有低成本、高可靠性、一次性的特點，但是用在實驗臺上更換是個很大的麻煩，尤其是實驗臺數量多、人員多，有時玻璃管保險絲還會碎在保險管座內，給實驗帶來很大的麻煩。電流互感器更夠隔離強電，采集電流信號，但是在做半波整流輸出時，電源輸出的是直流電流，互感器只能耦合交流信號，此時保護失效。斷路保護器在低壓時保護失效。為此我公司研制了“電子保險”，結合綜合保護裝置，能夠在任何電壓值、任何形式的電流（交流、直流、半波等），只要達到設定值系統會立刻切斷電源，保護100%有效，并在控制面板上輸出相應的聲光報警信號，故障消除后，按復位按鍵恢復正常工作。
4、浪涌保護：系統在多處設有TVS管，能夠有效吸收電網或自身生產的浪涌電壓或電流，能夠有效保護自身電路正常有效工作。
5、自我診斷功能：系統在接通電源的第一刻，就會檢測是否有漏電、過壓及內部故障，若果有問題會發出報警信息，并切斷相應的供電，以保證設備和人員安全。
6、系統預留接口：系統預留無線、遠程控制接口，可以我公司實驗室無線控制系統直接連接，可以和網絡控制系統連接，各種報警信號均可以輸出給第二系統。
7、 三相隔離變壓器一組：使輸出與電網隔離（浮地設計），對人身安全起到一定的保護作用。
四、適用范圍
本裝置涵蓋了各高等院校等所開設的“電力電子技術(或稱半導體變流技術)”、“直流調速”、“交流調速”、“電機控制”、“電力拖動自動控制系統”及“控制理論”等專業課程所要求的實驗項目。
五、技術性能
1、輸入電源: 三相四線(或三相五線 380V±10％ 50HZ)
2、工作環境: 溫度-10℃－+40℃ 相對濕度＜85％（25℃） 海撥＜4000m
3、裝置容量：＜1.5KVA
4、外形尺寸：187×70×158
cm3
六、裝置的基本裝備
1、DL01電源控制屏（鐵質雙層亞光密紋噴塑結構，鋁質面板）
（1）交流電源
A、提供交流電源：直流調速檔為三相交流電 200V/3A(單相115V）
交流調速檔為三相交流電 240V/3A（單相139V）
B、電壓輸出指示：采用三個指針式電壓表，分別指示三相電壓的輸出狀態。
C、過流、短路保護：實驗臺上都配有三相電源，其特點是電壓高、電壓可調、電流輸出能力強，在實驗過程中不可避免的會發生過載、短路，若果沒有一個有效的保護裝置，就會造成設備損壞甚者引起火災。保險絲具有低成本、高可靠性、一次性的特點，但是用在實驗臺上更換是個很大的麻煩，尤其是實驗臺數量多、人員多，有時玻璃管保險絲還會碎在保險管座內，給實驗帶來很大的麻煩。電流互感器更夠隔離強電，采集電流信號，但是在做半波整流輸出時，電源輸出的是直流電流，互感器只能耦合交流信號，此時保護失效。斷路保護器在低壓時保護失效。為此我公司研制了“電子保險”，結合綜合保護裝置，能夠在任何電壓值、任何形式的電流（交流、直流、半波等），只要達到設定值系統會立刻切斷電源，保護100%有效，并在控制面板上輸出相應的聲光報警信號，故障消除后，按復位按鍵恢復正常工作。
（2） 勵磁電源：
采用IGBT及PWM脈寬調制控制方式，輸出穩壓值：220V連續調節設定，輸出電流:0.5A，具有恒壓輸出、,過流保護,過壓保護,過溫保護。安裝有數字表頭實時顯示輸出電流。
（3）數字式儀表
A、智能交直流（兩用）電壓表：（兩塊或根據用戶數量安裝）
六位LED（默認紅色）數碼管顯示（第一位顯示測量性質，正/負/交流，后五位顯示測量數值），輸入阻抗≥10MΩ。量程分別為10V（最大顯示9.9999）、100V（最大顯示99.999）、500V（最大顯示500.00），通過人機界面可以設置換檔模式（手動或自動）、具有軟件調零、軟件校準功能、通訊地址設置、濾波級數設置、顯示按鍵檢測、測量性質設置（交流、直流、自動判斷）、超量程報警等功能。帶有標準雙向串行通訊接口：RS485；采用標準MODBUS－RTU通訊協議。工業塑料外殼、嵌入式安裝，交流220V直接供電。
B、智能交直流（兩用）電流表：（兩塊或根據用戶數量安裝）
六位LED（默認紅色）數碼管顯示（第一位顯示測量性質，正/負/交流，后五位顯示測量數值），輸入阻抗≤100mΩ。量程分別為50.000mA、500.00mA、5000.0 mA，通過人機界面可以設置換檔模式（手動或自動）、具有軟件調零、軟件校準功能、通訊地址設置、濾波級數設置、顯示按鍵檢測、測量性質設置（交流、直流、自動判斷）、超量程報警等功能。帶有標準雙向串行通訊接口：RS485；采用標準MODBUS－RTU通訊協議。工業塑料外殼、嵌入式安裝，交流220V直接供電。
（4）指針式儀表
設有帶鏡面精密指針式直流電壓表±300V一塊，精度1.0級帶鏡面直流電流表±3A一塊。
（5）控制屏其它設施
控制屏正面大凹槽內，設有一根鋼管，可掛置實驗部件，凹槽底部設有3芯插座， 掛件的供電由這些插座提供?？刂破羶蛇呍O有單相三極220V電源插座及三相四極380V電源插座，還設有實驗臺照明用的40W日光燈一盞。
2、DL47－1固定電機導軌、測速系統及智能數顯轉速表
3、DL09三相可調電阻（每組900Ω×2/0.41A）
4、DL08晶閘管主電路
提供12只5A/1000V的晶閘管，分成正、反橋兩組，每只晶閘管均設有保護裝置，正、反橋晶閘管可通過外加信號進行觸發（實驗箱內含有三相觸發電路、功放電路，并留有多種波形觀察專用孔），可更好的完成各種實驗；還配有一個單相調功觸發電路和平波電抗器一組。
5、DL09晶閘管觸發電路實驗
提供單結晶體管觸發電路、正弦波同步移相觸發電路、鋸齒波同步移相觸發電路、單相交流調壓觸發電路及TC785集成觸發電路共五種觸發電路。
8、DL05電機調速控制實驗
提供以下模塊：給定（帶指示）、(ASR)速度調節器、(DPZ)零電流檢測、(AR)反號器、(DPT)轉矩極性鑒別、(FBS)轉速變換、(DLC)邏輯變換。(ACR)電流調節器
9、DL23直流斬波電路
主要由斬波器觸發電路及斬波主電路兩大部分組成。
10、DL11給定及實驗器件
提供給定（±15V可調電壓輸出）、壓敏電阻（作為過壓保護元件，內部已連成三角形接法）、二極管等。
11、DL10新器件特性實驗
提供SCR、MOSFET、IGBT、GTO 、GTR新器件，與DL22配套使用，可測定其特性曲線；與DJK12配套使用，可完成電力電子新器件的驅動特性實驗。
12、DL04可調電阻、電容箱
提供耐壓AC63V的可調電容三組，調節范圍為0.1～11.37uF。
12、DL03變壓器實驗
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220V/110V），用于異步電機串級調速實驗和三相橋式、單相橋式有源逆變電路實驗；還設有三相不控整流電路一組。
13、DL22功率器件驅動電路實驗箱
主要是為完成新器件特性實驗提供驅動和保護電路，使學生了解電力電子新器件的驅動特性。主要包括電源、驅動電路、PWM波形發生器。
（1）電源：為驅動電路提供電源，包括±5V、+20V、±15V直流電源。
（2）驅動電路：包括MOSFET、IGBT、GTR和GTO的驅動電路。其中IGBT的驅動電路采用了專用芯片EXB841。
（3）PWM波形發生器：由SG3525為核心的PWM波形發生器主要為新器件驅動電路提供PWM驅動波形；可以通過頻率調節旋鈕進行頻率調節；通過占空比電位器來調節PWM波的占空比；頻率范圍分為2擋，通過鈕子開關切換，高頻檔是為MOSFET和IGBT驅動電路提供PWM波形，頻率調節范圍4KHz～10KHz；低頻檔是為GTR和GTO驅動電路提供PWM波形，頻率調節范圍400Hz～1KHz；占空比均能從0%調至100%。
14、DL17單相交直交變頻原理
根據普通高等教育“九五”重點教材，王兆安、黃俊主編的《電力電子技術》(第四版)的相關內容進行開發，用于展示交直交變頻原理，主要讓學生了解SPWM正弦波脈寬調制信號的形成方法，了解IGBT管專用集成驅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載（電阻，電感和電機）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管專用集成驅動芯片的工作特性。
15、DL14雙閉環H橋DC/DC變換直流調速系統
通過對四個橋臂上IGBT管的觸發控制，來實現對可逆直流他勵電機進行調速的目的，主要由三大部分組成，即主回路部分、控制電路部分和調節部分。主回路由直流電源、四種IGBT管組成；控制回路部分由專用芯片產生PWM脈沖波，PWM波脈沖發生器產生的四路控制脈沖，分別驅動四個橋臂的IGBT管；調節部分由兩個PI調節器組成，并通過速度環、電流環構成的反饋回路使電機的轉速穩定運行在給定的轉速下。本實驗箱可完成的實驗項目有：（1）、全橋DC/DC變換電路實驗（2）、雙閉環可逆直流脈寬調速實驗。
16、DL13半橋型開關穩壓電源
提供了半橋型開關穩壓電源的主電路和控制電路，主電路中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，采用恒頻脈寬調制控制方案?？赏瓿?/span>“開關電路在開環與閉環下負載特性的測試”以及“電源電壓波動對輸出的影響”等實驗內容。
17、直流發電機(240W)
18、直流并勵電動機（180W )
19、三相線繞式異步電動機
20、線繞式異步電機轉子專用箱
21、 三相異步電機變頻調速系統
提供三菱變頻器D720-0.4KW變頻器1只，設有調速電位器一只，接線端子引出到面板。
22、實驗連接線：根據不同實驗項目的特點，配備兩種不同的實驗聯接線，強電部分采用高可靠護套結構手槍插連接線（不存在任何觸電的可能），里面采用無氧銅抽絲而成頭發絲般細的多股線，達到超軟目的，外包丁晴聚氯乙烯絕緣層，具有柔軟、耐壓高、強度大、防硬化、韌性好等優點，插頭采用實芯銅質件外套鈹輕銅彈片，接觸安全可靠；弱電部分采用彈性鈹輕銅裸露結構聯接線，兩種導線都只能配合相應內孔的插座，這樣大大提高了實驗的安全及合理性。
六、本裝置能開設的實驗項目
（一）基本實驗
1、單結晶體管觸發電路；
2、正弦波同步移相觸發電路實驗；
3、鋸齒波同步移相觸發電路實驗；
4、單相半波可控整流電路實驗
5、單相橋式半控整流電路實驗；
6、單相橋式全控整流及有源逆變電路實驗；
7、三相半波可控整流電路的研究；
8、三相橋式半控整流電路實驗；
9、三相半波有源逆變電路的實驗；
10、三相橋式全控整流及有源逆變電路實驗；
11、單相交流調壓實驗電路；
12、單相交流調功電路；
13、三相交流調壓實驗電路；
14、晶閘管直流斬波電路實驗；
15、單向晶閘管（SCR）特性研究；
16、可關斷晶閘管（GTO）特性研究；
17、場效應管（MOSFET）特性研究；
18、電力晶體管（GTR）特性研究；
19、絕緣雙極型晶體管(IGBT)特性研究；
20、功率場效應管(MOSFET)驅動電路研究；
21、電力晶體管(GTR)驅動電路研究；
22、絕緣雙極型晶體管(IGBT)驅動電路研究；
23、可關斷晶閘管（GTO）驅動電路研究；
（二）電力電子器件典型線路實驗
1、半橋型脈寬調制開關穩壓電源電路研究；
2、直流斬波電路(六種電路)性能的研究；
3、采用自關斷器件的單相交流調壓實驗；
4、單相正弦波脈寬調制(SPWM)逆變電路實驗；
5、全橋DC／DC變換電路實驗；
6、半橋DC/DC變換電路實驗
（三）直流調速實驗項目
1、晶閘管直流調速系統參數和環節特性的測定的研究；
2、晶閘管直流調速系統各主要單元的研究；
3、單閉環晶閘管不可逆直流調速系統靜特性的研究；
4、雙閉環晶閘管不可逆直流調速系統；
5、邏輯無環流可逆直流調速系統；
（四）變頻調速實驗
1、三相異步電機變頻調速實驗；
2、單相交-直-交變頻原理實驗
（五）交流調速實驗項目
1、雙閉環三相異步電動機電動機調壓調速；
2、雙閉環三相異步電動機串級調速；
3、單相交-直-交變頻調速控制實驗
4、三相空間電壓矢量SVPWM電機控制實驗
①變頻器的參數設定與操作
②變頻器的面板控制
③變頻器的電位器控制
④變頻器的電壓控制
⑤變頻器的多段速控制
