TWDD-2型 現(xiàn)代電力電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)裝置

一、概述

“TWDD-2型現(xiàn)代電力電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)大綱的要求，吸收國內(nèi)、外同類產(chǎn)品的優(yōu)點(diǎn)，充分考慮了實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)項(xiàng)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(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)。
（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(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)連接線及插座：強(qiáng)、弱電連接及插座分開，不能混插。強(qiáng)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(shí)驗(yàn)管理器
具有設(shè)定實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)桌
實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)。
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(shí)驗(yàn)、鋸齒波同步移相觸發(fā)電路實(shí)驗(yàn)。
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(shí)驗(yàn)、單相交流調(diào)壓觸發(fā)電路實(shí)驗(yàn)及單相并聯(lián)逆變觸發(fā)電路實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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(yùn)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(diǎn)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(diǎn)及其使用，能完成如下實(shí)驗(yàn)項(xiàng)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(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)內(nèi)容。
11、DX11直流斬波實(shí)驗(yàn)
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。可完成教材中降壓斬波電路（Buck 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(shí)驗(yàn)。
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(shí)現(xiàn)“斬控式交流調(diào)壓實(shí)驗(yàn)”。
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(shí)現(xiàn)單相交流調(diào)壓和交流調(diào)功的實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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?？刂齐娐凡捎霉β室驍?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(shí)驗(yàn)項(xiàng)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(shí)驗(yàn)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(diǎn)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(xiàng)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(diǎn)，實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)。
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(shí)驗(yàn)，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(shí)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(shí)驗(yàn)連接線：根據(jù)不同實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的特點(diǎn)，配備兩種不同的實(shí)驗(yàn)聯(lián)接線，強(qiáng)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(qiáng)度大、防硬化、韌性好等優(yōu)點(diǎn)，插頭采用實(shí)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(shí)驗(yàn)的安全及合理性。

五、本裝置能開設(shè)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目（全配）

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

（三）新器件特性及驅(qū)動保護(hù)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目
1．單向晶閘管（SCR）特性實(shí)驗(yàn)

2．可關(guān)斷晶閘管（GTO）特性實(shí)驗(yàn)

3．功率場效應(yīng)管（MOSFET）特性實(shí)驗(yàn)
4．功率晶體管（GTR）特性實(shí)驗(yàn)
5．絕緣雙極性晶體管（IGBT）特性實(shí)驗(yàn)
6．可關(guān)斷晶閘管（GTO）驅(qū)動與保護(hù)電路實(shí)驗(yàn)
7．功率場效應(yīng)管（MOSFET）驅(qū)動與保護(hù)電路實(shí)驗(yàn)
8．功率晶體管（GTR）驅(qū)動與保護(hù)電路實(shí)驗(yàn)
9．絕緣雙極性晶體管（IGBT）驅(qū)動與保護(hù)電路實(shí)驗(yàn)
（四）典型新器件線路實(shí)驗(yàn)
1．單相正弦波脈寬調(diào)制（SPWM）逆變電路實(shí)驗(yàn)
2．全橋DC/DC變換電路實(shí)驗(yàn)
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(shí)驗(yàn)
5．單端電流反饋他激式隔離開關(guān)電源實(shí)驗(yàn)
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(shí)驗(yàn)
8．單相斬控式交流調(diào)壓電路實(shí)驗(yàn)
9．整流電路有源功率因數(shù)校正實(shí)驗(yàn)
10．軟開關(guān)技術(shù)實(shí)驗(yàn)

六、部件明細(xì)價格表：

七、 用戶根據(jù)需要完成的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及配置功能的檔次，選擇需要的實(shí)驗(yàn)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(shí)際情況選購部件）

注：*為基本配置選擇項(xiàng)，其他項(xiàng)目根據(jù)學(xué)校需要完成的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容自行選擇。

基本配置實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目：

（一）晶閘管觸發(fā)電路實(shí)驗(yàn)項(xiàng)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(shí)驗(yàn)

3.三相集成鋸齒波觸發(fā)電路實(shí)驗(yàn)（由KC04等組成）

（二）晶閘管線路實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目

1.單相半波可控整流電路實(shí)驗(yàn)

2.單相橋式半控整流電路實(shí)驗(yàn)

3.單相橋式全控整流及有源逆變電路實(shí)驗(yàn)

4.三相半波可控整流電路實(shí)驗(yàn)

5.三相橋式半控整流電路實(shí)驗(yàn)

6.三相半波有源逆變電路實(shí)驗(yàn)

7.三相橋式全控整流及有源逆變電路實(shí)驗(yàn)

8.單相并聯(lián)逆變電路實(shí)驗(yàn)

9.單相交流調(diào)壓電路實(shí)驗(yàn)

（三）新器件特性及驅(qū)動保護(hù)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目

1.單向晶閘管（SCR）特性實(shí)驗(yàn)

2.功率場效應(yīng)管（MOSFET）特性實(shí)驗(yàn)

3.絕緣雙極性晶體管（IGBT）特性實(shí)驗(yàn)

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

5.絕緣雙極性晶體管（IGBT）驅(qū)動與保護(hù)電路實(shí)驗(yàn)

（四）典型新器件線路實(shí)驗(yàn)

1.單相正弦波脈寬調(diào)制（SPWM）逆變電路實(shí)驗(yàn)

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）