电力电子及电气传动实验装置：探索现代电气工程的奥秘
随着科技的不断发展，电力电子及电气传动技术已经成为现代电气工程的重要组成部分。电力电子技术是将电能转换为其他形式能量的技术，而电气传动则是将电能从一个地方传输到另一个地方的过程。这两者结合在一起，为我们的生活带来了许多便利，如电动汽车、可再生能源等。本文将详细介绍电力电子及电气传动实验装置的相关知识，帮助大家更好地理解这一领域的发展。
一、电力电子技术简介
电力电子技术是一门研究电能转换、控制和传输的新兴学科。它主要包括半导体器件(如二极管、晶闸管、场效应管等)的应用、功率半导体器件(如IGBT、MOSFET等)的研究以及电力电子开关设备的研发。电力电子技术的发展可以追溯到20世纪50年代，当时的研究主要集中在提高电力电子器件的可靠性和耐久性上。随着计算机技术和控制理论的发展，电力电子技术逐渐走向成熟，广泛应用于各种领域。
二、电气传动技术简介
电气传动是指利用电能作为动力源，通过导体传输能量，实现机械运动的一种技术。它包括电机、变压器、感应器等多种元件。电气传动技术的发展可以分为以下几个阶段：
1. 直流传动：最早的电气传动系统采用直流电机，其优点是效率高、启动容易。但由于直流电机存在许多缺点，如换向器损耗大、对环境污染严重等，因此逐渐被交流传动所取代。
2. 交流传动：20世纪初，随着发电机和变压器的发展，交流传动技术开始兴起。交流电机具有无刷设计、效率高等优点，因此在很多领域得到了广泛应用。
3. 高压传动：随着电力系统的不断发展，人们对高压电气传动技术的需求越来越高。高压传动技术可以实现长距离、大容量的能源传输，对于国家电网的建设具有重要意义。
三、电力电子及电气传动实验装置的重要性
电力电子及电气传动实验装置是学习和研究这一领域的重要工具。通过实验装置，学生可以更直观地了解电力电子技术和电气传动技术的原理和应用，加深对相关知识的理解。此外，实验装置还可以帮助学生培养实际操作能力和解决问题的能力，为将来从事相关工作打下坚实的基础。
四、实验装置的组成和功能
电力电子及电气传动实验装置通常由以下几部分组成：电源系统、电路拓扑结构、负载设备和控制器。这些部分各自承担着不同的功能，共同构成了一个完整的实验平台。
1. 电源系统：电源系统为实验装置提供稳定的电能。根据实验需求，电源系统可以采用直流电源或交流电源。此外，还可以根据需要配置恒流源、恒压源等辅助功能。
2. 电路拓扑结构：电路拓扑结构决定了实验装置的工作状态和性能。常见的电路拓扑结构有单相桥式整流电路、三相全波整流电路、PWM调制器等。通过改变电路拓扑结构，可以实现不同的电压调节和电流控制效果。
3. 负载设备：负载设备是实验装置中的关键组成部分，负责将电能转化为机械能或热能。根据实验需求，负载设备可以采用直流电机、电动机、变压器等不同类型的元件。此外，还可以根据需要配置传感器和执行器等辅助功能。
4. 控制器：控制器是实验装置的核心部分，负责对整个系统进行控制和管理。常见的控制器有微机控制系统、PLC控制系统等。通过编写相应的控制程序，可以实现对实验装置的各种参数进行精确控制，满足不同实验需求。
五、结论
电力电子及电气传动实验装置作为现代电气工程的重要工具，为我们提供了一个研究和探索这一领域的良好平台。通过学习和实践这一实验装置，我们可以更好地理解电力电子技术和电气传动技术的原理和应用，为将来从事相关工作打下坚实的基础。
(参考图片，也可以根据学校要求定做）
一、概述
电力电子及电气传动实验装置依据高等院校最新统编教材《电力拖动自动控制系统》（第三版）(上海大学陈伯时编著)、《电力电子技术》(第五版)(西安交通大学王兆安编著)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、特点
1、综合性强
电力电子及电气传动实验装置综合了目前国内各类学校电力电子、半导体变流、交直流调速、交流变频、电机控制、控制理论等实验项目。
2、适应性强
电力电子及电气传动实验装置能满足各类学校相应课程的实验教学，深度和广度可根据需要作灵活调整，普及与提高可根据教学的进程作有机的结合，装置采用积木式结构，更换便捷，如需要扩展功能或开发新实验，只需添加部件即可，永不淘汰。
3、整套性强
从专用电源、电机及其它实验部件到实验连接专用导线配套齐全，配套部件的性能、规格等均密切结合实验的需要进行配套。
4、直观性强
各实验挂件采用分隔结构形式，组件面板示意、图线分明，各挂件任务明确，操作、维护方便。
5、科学性强
装置占地面积少，节约实验用房，减少基建投资；配套的小电机均经特殊设计，可模拟中小型电机的特性和参数；小电机耗电省，节约能源，实验噪声小，整齐美观，改善实验环境；实验内容丰富，设计合理，除了加深理论知识外还可结合实际开设设计性实验。
6、开放性强
控制屏供电采用三相隔离变压器隔离，并设有电压型漏电保护装置和电流型漏电保护装置，确保操作者的安全；各电源输出均有监示及短路保护等功能，使用安全可靠；控制屏还设有定时器兼报警记录仪，为学生实验技能的考核提供一个统一的标准。由于整套装置经过精心设计，加上可靠的元器件质量及可靠的工艺作为保障，产品性能优良，所有这些均为开放性实验室，创造了条件。
7、先进性强
电力电子及电气传动实验装置着重从新器件高度来考虑，在保留了晶闸管实验的基础上，加入了新器件的特性、新器件的驱动以及典型的新器件应用的大量现代电力电子技术实验，让学生对新器件有足够的认识和了解，紧跟时代步伐。
三、适用范围
电力电子及电气传动实验装置涵盖了各高等院校等所开设的“电力电子技术(或称半导体变流技术)”、“直流调速”、“交流调速”、“电机控制”、“电力拖动自动控制系统”及“控制理论”等专业课程所要求的实验项目。
四、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：187×70×158 cm3
五、装置的基本装备
1、DK01电源控制屏（铁质双层亚光密纹喷塑结构）
（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）指示及测量仪表
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，四位数字显示，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，四位数字显示，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0～500V，三位半数显，输入阻抗为10MΩ，精度0.5级，为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，为调速系统提供电流指示。
（4）人身安全保护体系
1）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。
2）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。
3）实验连接线及插座：强、弱电连接及插座分开，不能混插。
4）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）控制屏其它设施
控制屏正面大凹槽内，设有两根钢管，可挂置实验部件，凹槽底部设有3芯插座， 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、DK02实验桌
1）实训桌采用四个工业铝型材立柱为支撑，立柱端部可安装调节脚，方便高度调节，主体结构通过左、右各2个C字形铝压成型构件联接，台面高度约800mm，桌面板下设支撑框架，截面尺寸为30×30mm，承受力不少于300kg。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，槽内适用工业铝型材通配螺母及配件。C字形铝压成型构件为左、右对称件，采用压铸成型工艺，经机加工、抛丸、喷砂，表面蓝色静电喷涂工艺。
2）实训桌桌面采用25mm麻灰色高密度层压板封边特制，有效提高绝缘等级；
3）实训储物柜采用冷冲压钣金一体成型，封闭式结构，表面静电喷涂；柜体设有门柜用于放置实训挂箱，设有一个抽屉用于放置实训导线和指导书等。
3、DQ03-1固定电机导轨、测速系统及智能数显转速表
4、DQ27三相可调电阻（每组900Ω×2/0.41A）
5、DK03晶闸管主电路
提供12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。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、DK04三相晶闸管触发电路
提供三相触发电路、功放电路，脉冲变压器等，与“DK03”配套使用。
7、DK05晶闸管触发电路实验
提供单结晶体管、锯齿波同步移向、正弦波同步移向触发电路，KC05单相交流调压，西门子TCA785集成触发电路等。
8、DK06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）等
9、DK10可调电阻、电容箱
提供耐压AC63V的可调电容三组，调节范围为0.1～11.37µF，0～999kΩ十进制可调电阻两组；供电流调节器，速度调节器反馈回路使用，可灵活改变调节器的放大倍数及积分时间。
10、DK11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。
11、DK12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等模块。
12、DK14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）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。
13、DK17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。
14、DK06-1 电机调速控制电路（II）
提供以下模块：零电平检测（DPZ）、转矩极性鉴别（DPT）、逻辑控制（DLC）。
15、DQ07-1直流发电机(DC220V，240W，n=1500RPM)
16、DQ09直流并励电动机 （Un=DC220V ， IN=1.1A ， PN=185W ， n=1500RPM ，绝缘等级E ）
17、DQ11三相线绕式异步电动机（AC220V，接法 Y，转速 1380RPM，功率100W ,电流0.6A，绝缘等级E）
18、GDQ12线绕式异步电机起动与调速电阻箱
提供0、2、5、15的三相绕线异步电动机转子起动、调速电阻一组。
19、基于DSP的双闭环空间矢量交流变频调速系统
空间矢量脉宽调制-SVPWM，主要思想是把三相交流电机等效为直流电机，然后跟踪圆形磁场。SVPWM主要由：波形发生器，Chark变换，扇区判断，Park变换，桥臂作用时间，比较器，插入死区等模块组成。
本实验系统是基于德州仪器TI公司的28335型C2000系列DSP而设计的高性能矢量控制变频调速系统。系统由实验箱(含DSP控制板、IPM智能功率驱动模块和24V开关电源)、XDS100V2-USB2.0仿真器，三相鼠笼式异步电动机，增量式光电编码器，联轴器，固定电机导轨等组成。
本系统可实现在线编程，通过XDS100V2 USB2.0仿真器在线仿真，提供源程序，可在线烧写DSP程序。
20、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手枪插连接线（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。
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