SGD-14电力电子技术与自动控制系统实验实训装置

时间：2022-02-28 17:13:55

一、概述
电力电子技术与自动控制系统实验实训装置是根据《维修电工（高级）》（中国劳动社会保障出版社出版）培训教材中关于电力电子与自动控制部分的技能培训要求，吸收国内同类产品的优点，充分考虑了实验室的现状和发展趋势精心研制而成。它不仅涵盖了各职业院校、高级技校所开设的《电力电子技术》、《半导体变流技术》、《直流调速系统》、《电力拖动自动控制系统》等专业课程所要求的主要实验项目，还可以用于对从业人员进行岗位培训、就业培训以及各省、市的维修电工培训和鉴定考核使用。

二、产品特点
1．体现"工程环境"理念，效仿生产现场实际：系统应从相关工业产品移植而来，可很好实现对学生能力（波形分析和系统调试能力）的培养和技术知识的应用。

2．各个系统的配置合理：各个系统采用的元件、触发（驱动）电路、主电路、控制方式、控制对象及保护环节等，应能概括当前工业上的技术应用，内容丰富多样，体现了"典型性、先进性、实用性和可行性"的要求，能引起学生兴趣，能使学生获得很大的收获。

3．部分模块采用PCB烤漆工艺制成，正面为原理图和测试点，背面焊有对应的元件，增强了学生对实验内容的感性认识与理性认识。

4．元件与单元电路性能实验，在小系统环境中进行：这样有利于学生理解该元件和该单元用于何处、它们的性能对整个系统的影响，有利于学生知识的巩固和实际应用。

5．本装置通过隔离变压器供电，而且具有接地保护、漏电保护功能，安全性符合相关的国家标准，确保人身安全。

6.电工电子电拖及自动控制技能鉴定3D动画模拟实训特点：
（1）在指导方针上，不以某专业或课程的教学大纲为依据，而是以国家维修电工职业标准为指导。
（2）在系统定位上，不以理论性系统性为主线，而是以职业技能的训练养成为主要任务。
（3）在内容选择上，不以验证性的实训为主要目的，而是以职业标准规定的技能点的仿真实训为主线。
（4）在媒体使用上，不以简单的播放式动画为主，而是侧重于动画编程、受训者的参与交互性训练上。
（5）在表现形式上，不以实物照片而满足，而是为追求最佳情景性效果采用三维建模技术。
（6）在教学设计上，不以简单完成某个技能为满足而是围绕该技能设置了诸如目的、原理、认识、结构、拆装、布局、连线、操作、排故、考评等尽可能完备的模块。
（7）该软件包含初级工与中级工、高级工全部12个实训单元的研制工作，总共包含了近100多个实训项目，基本覆盖了电工、电子、电拖、维修电工、PLC等职业技能实训和鉴定设备技术规范中所列出的主要技能项目。网络版用于学生独自仿真模拟练习，单机版用于老师教学实训。

三、电力电子技术与自动控制系统实验实训装置的配置说明
1．PE-1 电源控制屏
（1）交直流电源
三相四线（或五线）电网输入经电源总开关漏电保护器（容量10A，漏电动作电流≤30mA，动作时间≤0.1S）和交流接触器再到三相隔离变压器给实训设备供电；通过起动、停止、急停按钮控制交流接触器，设有供电指示灯及缺相指示。
提供三相0～450V可调交流电源，同时可得到单相0～250V可调的交流电源，配有一台三相同轴联动自耦调压器（规格：1.5kVA、0～450V）。可调交流电源输出处设有过流保护装置，当相间、线间过电流及直接短路均能自动保护，克服了调换保险丝带来的麻烦，并具有过流声光告警。控制屏的供电由三相电网经三相漏电保护开关、电网电压指示表、熔断器、启/停按钮控制交流接触器输出，具有漏电声光告警、过流保护等功能，同时配有一只急停按钮，便于切断电源，还配有一只指针式交流电压表，通过切换和转换开关，可方便地指示三相电网和三相调压输出的每一相的线电压。
（2）同步变压器:一组三相同步变压器，380V/15V三只。
（3）直流励磁电源：220V/0.5A，具有输出短路保护。
（4）交流电参数表
①交流真有效值数字电压表1只，测量范围0～500V，量程自动切换，三位半数显，精度0.5级，输入阻抗10MΩ。
②交流真有效值数字电流表1只，测量范围0～5A，量程自动切换，三位半数显，精度0.5级，具有超量程声光报警、指示及切断总电源等功能。
（5）交直流电源、直流仪表
提供～220V/24V、20V、±15V、±12V、±5V，100VA直流电源（具有短路及过载保护功能），不控整流元件，单相同步变压器（包括～220V/～60V、～30V、～15V、双～7V）、三相同步变压器（380V/15V），给定显示与0～±15V给定，直流300V/2.5级中零表一只、2A/2.5级中零表一只。
（6）智能故障考核实训组件
提供蓝色宽屏液晶智能故障考核仪一只，一次故障设置多达24个，并带有扩展接口，可扩展更多的故障设置。故障设置方便、灵活，可以对学生的技能进行鉴定考核。

2.PE-2 实训桌
实训桌面为防火、防水、耐磨高密度板,结构坚固，形状似长方体封闭式结构，造型美观大方；设有抽屉、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。实训桌底部装有四个带刹车的万向轮，

3.DQ03-1提供不锈钢电机导轨、编码器测速系统及智能数显转速表（带0-10V速度反馈，并可在线设置编码器分辨系数，速度反馈系数，提供人机交互界面）
（1）不锈钢导轨平整度好，无应力变形，加工精细，同心度好，互换性好，能保证电机与电机、电机与测功机之间连接的同心度不超过±5丝，电机运行噪声小，实验参数典型，能较好满足实验要求。导轨还带有便携式手柄和减振底脚。
（2）测速可以实现电机转速0～9999r/min的精确测量，并通过单片机实现转速数字信号与电压信号的线性转换V=f（n），能提供精确稳定的转速反馈电压信号，正反转输出电压对称性误差≤1‰，克服了采用测速发电机测速精度低、测量范围小、对称性差及非线性变化等缺点。

4.DQ09 直流他（并）励电动机（220V、1.1A、185W、1500r/min）

5.DQ10三相鼠笼式异步电动机（380 /Y /220V/△）、0.5A、100W、1420r/min）

6.DQ19校正直流测功机（220V、2.2A、 355W、1500r/min）
电机经特殊设计，容量是被测电机的2～3倍，并经精密仪器校正，能很好的完成被测电机的加载和输出转矩的测试）各一台。

7.DQ22直流数字电压、毫安、安培表
（1）直流数显电压表1只，测量范围0～300V，分2V、20V、300V三档，直键开关切换，三位半数显，精度为0.5级，输入阻抗为10MΩ，具有超量程声光报警、指示及切断总电源等功能。
（2）直流数显毫安表1只，测量范围0～2000mA，分20mA、200mA、2000mA三档，直键开关切换,三位半数显,精度为0.5级，具有超量程声光报警、指示及切断总电源等功能。
（3）直流数显安培表1只，测量范围0～5A，三位半数显，精度为0.5级，具有超量程声光报警、指示及切断总电源等功能。

8.DQ29可变电阻器
提供阻值容量150W 、1.5A 、0～90Ω/×2连续可调的瓷盘电阻器1只及150W 、0.5A 0～900Ω/×2连续可调的瓷盘电阻1只，电阻接线端均已连接至操作面板上，可方便地组合串联、并联、串并联等多种方式使用，可在0.5A、1A、1.5A、3A不同电流要求的负载下使用。

9.PE-15晶闸管及电抗器组件
提供6只单向晶闸管，带阻容保护电路，另提供0～700mH带抽头电抗器，分为100mH，200mH，700mH三档。

10.PE-26新型电力电子器件
提供SCR、MOSFET、IGBT、GTR新型电力电子器件，可测定其特性曲线；与新器件驱动与保护电路组件配套使用,可完成电力电子新器件的驱动与保护实训。
提供3只双向晶闸管,带阻容保护，用于交流调压电路、单相三相交流调功。

11.PE-16 三相TCA785脉冲列触发电路组件
提供由西门子TCA785等专用的集成触发电路构成的三相触发电路、正反桥功放电路。

12.DK05 晶闸管触发电路组件
提供由分立元件构成的单结晶体管触发电路，两路由分立元件构成的锯齿波同步移相触发电路I和Ⅱ，可完成单相晶闸管全控及半控整流实验；一路KC05集成锯齿波触发电路。
（1）提供由独立器件以BT33为核心的锯齿波触发电路，可完成单相锯齿波晶闸管触发电路实训内容；
（2）提供由独立器件组成的典型正弦波同步移相触发电路，以原理性的形式，与晶闸管组合成同步触发实训电路。
（3）提供锯齿波同步移相触发电路Ⅰ、Ⅱ，与晶闸管组合，可完成单相晶闸管全控及半控整流实训内容。
（4）提供以KC05集成块为核心的锯齿波触发电路，与晶闸管组合，可完成单相全波半控整流电路及交流调压电路实训内容

13. PE-07 IGBT直流斩波电路。
EXB841实现的IGBT直流斩波；频率1.2K，占空比12%-98%。

14.DK19半桥型开关稳压电源电路
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"等实训内容。直流输出0～30V/2A，具有短路及过载保护功能。

15.PE-14 单相交流(过零触发)调功电路组件
采用专用KC08晶闸管过零集成触发电路，导通周期由555时钟电路的电位器控制输出触发脉冲。配合双向晶闸管构成的主电路，完成交流调功特性的实训内容。

16.PE-12 GTR单相并联逆变电路组件
提供555时基电路作为逆变触发电路，工作频率可以从45Hz～55Hz之间调节，功率主回路采用GTR功率三极管作为开关器件，完成单相并联逆变电路实训内容。

17.DK06直流调速组件（Ⅰ）
提供用于调速系统的速度、电流调节器（调节器I、II）、转速变换器(FBS)、电流反馈和保护电路（FBC+FA）及电压反馈的电压隔离器(TVD)、反号器（AR），实训时可以灵活改变系统的控制参数，观测不同的参数对系统的动态性能、稳态性能稳定性及相应时间等影响；更可以让学生从调速系统的各种参数(如电机的机电时间常数等)出发对调节器的放大倍数及积分时间的参数分别设计，同时进行实际结果的验证。系统无静差精度高达0.3%以上。

18.DK06-1直流调速组件（Ⅱ）
提供以下模块：反桥主电路、转矩极性鉴别（DPT）、零电平检测（DPZ）及逻辑控制器，与直流调速组件（一）配合使用，完成逻辑无环流可逆直流调速系统实训内容。

19.PE-22 SG3731专用 PWM 集成电路控制直流位置随动系统
提供以SG3731为核心的专用PWM控制的直流电机电源电路，与电机及反馈装置结合，可完成如下实训内容:
（1）SG3731控制的不可逆PWM直流调速系统，可完成直流电机工作在Ⅰ、Ⅱ象限时的开环机械特性测试实训，闭环控制的直流电机在Ⅰ、Ⅱ象限时的机械特性测试实训。
（2）SG3731控制的可逆PWM直流调速系统，可完成直流电机的四象限运行实训，及闭环控制的直流电机四象限运行实训。
（3）SG3731控制的PWM直流电机位置随动系统，可完成闭环位置随动系统的性能研究实训内容。

20.SGLPDCM-1小容量晶闸管直流调速系统组件
提供工业上常用的典型小容量晶闸管直流调速系统KZD-II控制电路，可完成KZD-II型小容量晶闸管直流调速系统的电压负反馈、电流正反馈闭环的相关实训内容。

21.PE-21 灯组负载
提供三只丝口型220V/ 25W彩色灯泡负载，可作为单、三相负载，实训结果直观。

22.SG06 实训连接线及配件
根据不同实训项目的特点，配备两种不同的实训联接线，强电部分采用高可靠护套结构手枪插连接线，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，这样大大提高了实训的安全及合理性。

23、电工电子3D建模模拟实训系统1套
模块分为电工基础、照明电路、仪器仪表、低压电器、电力拖动、电子器件、电子技术、机床电路、PLC控制等100多个实训内容，学校可以根据学生学习进度选择相应的训练模块进行训练。

四.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，然后经接触器到隔离变压器，使输出与电网隔离(浮地设计)。
（2）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。
（3）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。
（4）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。

五.可完成的实训内容 (全配时)
1.电力电子器件特性
（1）晶闸管（SCR）
（2）双向晶闸管（TRIAC）
（3）电力晶体管（GTR）
（4）场效应管（MOSFET）
（5）绝缘栅双极型晶体管（IGBT）

2.触发（驱动）单元电路的测试
（1）单结晶体管触发电路（分列元件）
（2）正弦波同步移相触发电路（分列元件）
（3）锯齿波移相触发电路（分列元件）
（4）KC05锯齿波触发电路
（5）KC08过零触发电路
（6）EXB841大规模集成（绝缘栅双极型晶体管IGBT）驱动与保护电路
（7）电力晶体管（GTR）驱动与保护电路
（8）功率场效应管（MOSFET）驱动与保护电路
（9）三相TCA785脉冲列触发电路
（10）SG3525触发模块
（11）SG3731专用PWM控制电路
（12）IR2110专用集成（IGBT）驱动电路

3.电力电子电路
（1）单相晶闸管可控半波整流电路
（2）单相晶闸管半控桥式整流电路
（3）单相晶闸管全控桥式整流电路
（4）三相晶闸管可控半波整流电路
（5）三相晶闸管半控桥式整流电路
（6）三相晶闸管全控桥式整流电路
（7）GTR单相并联逆变电路
（8）单相双向晶闸管交流调功电路
（9）直流（IGBT）斩波电路的性能研究
（10）单相（双向晶闸管）交流调压电路
（11）三相交流调压电路
（13）PWM控制（MOSFET）开关型稳压电源电路
（14）SG3731 专用 PWM 集成电路控制的直流PWM系统（GTR）H型可逆供电电路

4.自动控制系统
（1）晶闸管直流调速系统参数和环节特性的测定实验(SCR)
（2）晶闸管直流调速系统主要单元的调试(SCR)
（3）电压负反馈、电流正反馈直流调速系统
（4）转速负反馈单闭环直流调速系统
（5）电流单闭环直流调速系统
（6）电压单闭环直流调速系统
（7）转速、电流双闭环不可逆直流调速系统
（8）V-M转速、电流双闭环逻辑无环流可逆直流调速系统
（9）转速、电流双闭环交流调压调速系统的研究
（12）SG3731专用PWM集成电路控制的直流位置随动系统

5.电机特性
（1）直流电动机特性的测试
（2）三相异步电机特性的测试

六．电力电子技术与自动控制系统实验实训装置配置清单

序号	编号	名称	数量
1	PE-1	电源控制屏	1套
2	PE-2	实验桌	1张
3	DQ03-1	不锈钢电机导轨、光码盘测速系统（光电编码器）及智能数显转速表（0-10V电压反馈）	1件
4	DQ09	直流并励电动机	1台
5	DQ10	三相鼠笼式异步电动机	1台
6	DQ19	校正直流测功机	1台
7	DQ22	直流数字电压、毫安、安培表（三只表）	1件
8	DQ29	可调电阻器、电容器90Ω2/1.3A、900Ω2/0.41A	1件
9	PE-15	晶闸管及电抗器组件	1件
10	PE-26	新型电力电子器件	1件
11	PE-16	三相TCA785脉冲列触发电路组件	1件
12	DK05	单相晶闸管触发电路	1件
13	PE07	IGBT直流斩波电路	1件
14	DK19	半桥型开关稳压电源电路	1件
15	PE-14	单相交流(过零触发)调功电路组件	1件
16	PE-12	GTR单相并联逆变电路	1件
17	DK06	直流调速组件（Ⅰ）	1件
18	DK06-1	直流调速组件（Ⅱ）	1件
19	PE-22	SG3731专用 PWM 集成电路控制直流位置随动系统	1件
20	SGLPDCM-1	小容量晶闸管直流调速系统组件	1件
21	PE-21	灯组负载	1件
22	SG06	实训连接线及配件	1套
23		实验指导书（纸质+电子文档）	1件
24		电工电子电拖及自动控制技能鉴定3D仿真软件（电类虚拟实验教学）	1套

附件一
模拟培训内容（电工电子电拖及自动控制技能鉴定仿真，3D动画建模）
模块分为电工基础、照明电路、仪器仪表、低压电器、电力拖动、电子器件、电子技术、机床电路、PLC控制等100多个实训内容，学校可以根据学生学习进度选择相应的训练模块进行训练。

利用生动的动画演示，配合语音对电路工作原理进行讲解；可通过半透明的原理图上的提示进行相关操作；具有与设备一致的实训项目和实物元件介绍；具有实训目的的描述、实训器材的展示、典型电路的分析、电路原理声动同步的解说、元件布局模拟操作、电路原理的模拟接线，模拟现场的工业仿真等功能。该软件所有图标及器件均采用3D建模，通过美工处理，整体画面美观大方。通过软件的教学及仿真，能激发学员的思维、增强学员的感性认识，更好地剖析教学的重点、难点。

软件中的项目内容都和实训设备相关，学生在去实训室之前，就可以对实操项目在理论和感观上有个初步的认识，具体见以下示例：
1、电工电拖部分：
（1）实训器材
    利用3D建模，使实训设备上所用到的元器件真实的放映给学生，另学生有个直观的认识。
（2）典型电路
    实训设备相应电路的原理图和实物接线图都将反应在这个栏目里。用鼠标点击原理图上相应的元器件符号，真实电路中就会指示对应的器件，并且在提示窗里出现该元件在电路中的作用
（3）电路原理
    该电路的电路工作原理讲解，利用生动的动画演示，配合上专业的语音讲解使得该教学课件达到一定的深度。枯燥的原理授课变得生动易懂，是老师最有力的教学工具之一。
（4）接线练习
    学生通过半透明的原理图上的提示，按照原理图对电路进行模拟接线，接线的同时系统也有相应的提示。可以训练学生的规范接线和提供对电路的熟悉程度
（5）实训仿真
     学员可以操作空气开关，按钮等元器件来操控相应项目的电路。界面上的接触器、时间继电器等元器件就可以根据操作控制电机的转动。

2、电子技术部分：
（1）实训器材
   利用3D建模，使实训设备上所用到的元器件真实的放映给学生，包括电阻色环细节，使学生有个直观的认识。
（2）电路原理
该电路的电路工作原理讲解，利用生动的动画演示，配合上专业的语音讲解使得该教学软件达到一定的深度。枯燥的原理授课变得生动易懂，是老师最有力的教学工具之一。
（3）实训仿真
    真实的反映出实训现象，包括示波器的波形、电压（可测多点），调节电位计或操作某些按钮开关，电路的参数会跟随变化。直观生动的模拟出了实训所要达到的效果，也能使学生熟悉实训仪器的使用。

3、照明电路部分：
使用方法同上，本模块包括日光灯接线、两地灯控制。

4、仪器仪表部分：
本模块包括万用表、兆欧表、电流表、电压表、钳形电流表。

5、机床电路排故部分：
   （电动葫芦）

6、 PLC控制部分：

附件二智能考核单元说明
1．操作单元
智能考核系统是通过计算机控制、采集所有教学设备的所有故障的教学系统，并且可以管理学生信息，分数自动计算，考核设备可以任意分配给每个学生，自动传输学号，允许学生分批考核并具有单机模式与多机模式考核，可以任意组合或设置设备故障，操作单元采用中文人机对话，允许联网考核或脱机考核。学生与老师操作简单方便.

以下以单机模式考核设置为例介绍智能考核的操作方法：
（1）、智能考核装置--主要包括操作单元、故障单元两部分。
0-9键为数字键'供输入数据、菜单选择、操作使用。
    上、下箭头键'供显示数据上、下移动时使用。
    回车键      '供操作后确认使用。
取消        '供取消操作、清除数据、返回上一级菜单使用。
菜单        '进入当前窗体的菜单时使用。
Ｇ：１２Ｖ电源负极　　　Ｖ：１２Ｖ电源正极　　Ｌ、Ｈ：网络连接端子

（2）、智能考核的操作方法
通过配套的排线对应连接（如：故障单元接口1及故障单元接口2）故障设置接口单元

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