電力電子技術(shù)及電機控制實(shí)驗裝置功能探析

電力電子技術(shù)及電機控制實(shí)驗裝置，采用掛件結構，可根據不同實(shí)驗內容進(jìn)行自由組合，故結構緊湊，使用方便，功能齊全，綜合性能好，能在一套裝置上完成《電力電子技術(shù)》、《自動(dòng)控制系統》、《直流調速系統》、《交流調速系統》、《電機控制》及《控制理論》等課程所開(kāi)設的主要實(shí)驗項目。
其中電力電子技術(shù)實(shí)驗部分，廠(chǎng)家推薦了十八個(gè)實(shí)驗，內容豐富，涵蓋了西安交大王兆安主編，上海理工大學(xué)莫正康主編等國內主流教材的全部?jì)热?。推薦實(shí)驗包括控制電路(弱電)實(shí)驗、控制電路加主電路綜合實(shí)驗、新器件特性實(shí)驗及其驅動(dòng)與保護電路實(shí)驗三部分。
1/功能概述
1．1 控制電路(弱電) 實(shí)驗控制電路主要為主電路提供觸發(fā)脈沖，根據不同需要可提供觸發(fā)脈沖控制單相半波可控整流電路、單相橋式半控整流電路、單相橋式全控整流及有源逆變電路、三相半波可控整流及有源逆變電路、三相橋式半控整流電路、三相橋式全控整流及有源逆變電路、單相交流調壓電路、三相交流調壓電路。
在DJK03—1掛箱中布置了單結晶體管觸發(fā)電路，正弦波同步移相觸發(fā)電路、鋸齒波同步移相觸發(fā)電路，單相交流調壓觸發(fā)電路。西門(mén)子TCA785觸發(fā)電路，用來(lái)給單相電路提供觸發(fā)脈沖。DJK02—1掛箱為三相晶閘管觸發(fā)電路，主要為三相電路提供觸發(fā)脈沖。
在這一部分廠(chǎng)家推薦了四個(gè)實(shí)驗，分別是：一、單結晶體管觸發(fā)電路實(shí)驗；二、正弦波同步移相觸發(fā)電路實(shí)驗；三、鋸齒波同步移相觸發(fā)電路實(shí)驗； 四、西門(mén)子TCA785集成觸發(fā)電路實(shí)驗。實(shí)驗目的是熟悉觸發(fā)電路的工作原理及電路中各元件的作用；掌握觸發(fā)電路的調試步驟和方法。主要任務(wù)是用示波器測量，觀(guān)察，記錄各觀(guān)測點(diǎn)的波形。
1．2 控制電路加主電路綜合實(shí)驗
這一部分推薦了十二個(gè)實(shí)驗，分別是：五、單相半波可控整流電路實(shí)驗；六、單相橋式半控整流電路實(shí)驗；七、單相橋式全控整流及有源逆變電路實(shí)驗；八、三相半波可控整流電路實(shí)驗；九、三相半波有源逆變電路實(shí)驗；十、三相橋式半控整流電路實(shí)驗；十一、三相橋式全控整流及有源逆變電路實(shí)驗；十二、單相交流調壓電路實(shí)驗(1)；十三、單相交流調壓電路實(shí)驗(2)；十四、單相交流調功電路實(shí)驗；十五、三相交流調壓電
路實(shí)驗；十六、直流斬波電路原理實(shí)驗。
這部分實(shí)驗的目的為：加深理解整流、逆變、交流調壓電路的工作原理及其帶電阻負載，電阻電感負載，帶與不帶續流二極管時(shí)的工作情況。主要測量不同觸發(fā)角時(shí)(如30。60。90。120。150。180。)輸出電壓的大小，測量不同觸發(fā)角時(shí)負載兩端及晶閘管兩端的電壓波形。
隨著(zhù)觸發(fā)角的增大輸出電壓逐漸減小，通過(guò)觸發(fā)脈沖移相來(lái)改變輸出電壓。
1．3 新器件特性實(shí)驗及其驅動(dòng)與保護電路實(shí)驗這一部分推薦了兩個(gè)實(shí)驗， 即十七、SCR，GTO，MOSFET，GTR，IGBT特性試驗，其目的為掌握各種電力電子器件的工作特性及其對觸發(fā)信號的要求。主要調節、觀(guān)察、記錄給定觸發(fā)電壓ug，調節過(guò)程中回路電流Id以及各器件的管壓降Ur。；十八、GTO，MOSFET，GTR，IGBT驅動(dòng)與保護電路實(shí)驗，其實(shí)驗目的為： 理解各種自關(guān)斷器件對驅動(dòng)與保護電路的要求， 電路結構及特點(diǎn)；掌握由自關(guān)斷器件構成PWM直流斬波電路原理與方法。
DJK12掛件是功率器件驅動(dòng)與保護電路試驗箱，可拖動(dòng)直流電機進(jìn)行調壓調速實(shí)驗。掛件有以下幾部分組成：PWM信號與發(fā)生電路(PWM)、GTO驅動(dòng)與保護電路(GTO)、GTR驅動(dòng)與保護電路(GTR)、MOSFET驅動(dòng)與保護電路(MOSFET)、IGBT驅動(dòng)與保護電路(IGBT)。
PWM波形發(fā)生器是為新器件驅動(dòng)電路提供PWM波形，其工作原理是由SG3525為核心的PWM發(fā)生器。實(shí)驗時(shí)，把PWM波形發(fā)生器的輸出接至各驅動(dòng)電路輸入，用示波器在驅動(dòng)電路的輸出端觀(guān)察相應的驅動(dòng)波形。用紐子開(kāi)關(guān)進(jìn)行切換， 可選擇高頻和低頻的PWM波形，高頻檔是為MOSFET和IGBT驅動(dòng)電路所用，頻率調節范圍從2～10k， 低頻檔是為GTR和GTO驅動(dòng)電路所用，頻率范圍從200～1000Hz。通過(guò)調節電位器WI，可對頻率進(jìn)行調節；輸出PWM波的占空比由電位器W2進(jìn)行調節。在驅動(dòng)電路正常工作后，將占空比調小，然后合上主電路電源開(kāi)關(guān)，再調節占空比，用示波器觀(guān)測，記錄不同占空比時(shí)基極的驅動(dòng)電壓、自關(guān)斷器件管壓降及負載上的波形。測定并記錄不同占空比a時(shí)負載的電壓平均值Ua。
2、實(shí)驗安排與實(shí)施
2．1 實(shí)驗安排
該實(shí)驗臺功能強大，可開(kāi)出的有關(guān)電力電子技術(shù)實(shí)驗很多，而一般說(shuō)來(lái)，學(xué)生的電力電子技術(shù)試驗課程大綱實(shí)驗課時(shí)有限(一般為8～10學(xué)時(shí))，我們選擇五次典型實(shí)驗作為必修，如：一、鋸齒波同步移相觸發(fā)電路實(shí)驗；二、單相橋式全控整流及有源逆變電路實(shí)驗；三、三相橋式全控整流及有源逆變電路實(shí)驗； 四、三相交流調壓電路實(shí)驗； 五、SCR、GTO、OSFET、GTR、IGBT特性實(shí)驗。其他未選中的實(shí)驗采用開(kāi)放性實(shí)驗的形式供有興趣的同學(xué)自主選擇。利用晚上和周日的時(shí)間進(jìn)行實(shí)驗室開(kāi)放， 由同學(xué)們自主選擇實(shí)驗。這樣既提高
了學(xué)生的受益面，又提高了設備的利用率。起到了好的效果。
2．2 實(shí)驗前的準備
實(shí)驗準備即為實(shí)驗的預習階段，是保證實(shí)驗能否順利進(jìn)行的必要步驟。每次實(shí)驗前都應先進(jìn)行預習，從而提高實(shí)驗質(zhì)量和效率，否則就有可能在實(shí)驗時(shí)不知如何下手，浪費時(shí)間，完不成實(shí)驗要求，甚至有可能損壞實(shí)驗裝置。因此，實(shí)驗前應做到：
(1)復習教材中與實(shí)驗有關(guān)的內容，熟悉與本次實(shí)驗相關(guān)的理論知識。
(2)閱讀不同類(lèi)型實(shí)驗的相應實(shí)驗指導書(shū)， 了解本次實(shí)驗的目的和內容；掌握本次實(shí)驗系統的工作原理和方法；明確實(shí)驗過(guò)程中應注意的問(wèn)題。
(3)寫(xiě)出預習報告，其中包括實(shí)驗系統的詳細接線(xiàn)圖、實(shí)驗步驟、數據記錄表格等。
(4)實(shí)驗中使用的zui關(guān)鍵性的儀器為示波器，實(shí)驗前應首先學(xué)會(huì )示波器的使用，能進(jìn)行熟練操作。
2．3 實(shí)驗實(shí)施
在完成理論學(xué)習、實(shí)驗預習等環(huán)節后，就可進(jìn)入實(shí)驗實(shí)施階段。實(shí)驗時(shí)要做到以下幾點(diǎn)：
(1) 實(shí)驗開(kāi)始前，對學(xué)生的預習報告作檢查，要求學(xué)生了解本次實(shí)驗的目的、內容和方法，只有滿(mǎn)足此要求后，方能允許實(shí)驗。
(2)對實(shí)驗裝置作介紹，要求學(xué)生熟悉本次實(shí)驗使用的實(shí)驗儀器、設備，明確這些設備的功能與使用方法。
(3)按實(shí)驗小組進(jìn)行實(shí)驗， 實(shí)驗小組成員進(jìn)行明確的分工， 以保證實(shí)驗操作協(xié)調，記錄數據準確可靠，各人的任務(wù)在實(shí)驗進(jìn)行中實(shí)行輪換， 以便實(shí)驗參加者能全面掌握實(shí)驗技術(shù)，提高動(dòng)手能力。
(4)按預習報告上的實(shí)驗系統詳細線(xiàn)路圖進(jìn)行接線(xiàn)，一般情況下，接線(xiàn)次序為先主電路，后控制電路；先串聯(lián)，后并聯(lián)。完成實(shí)驗系統接線(xiàn)后，必須進(jìn)行自查。串聯(lián)回路從電源的某一端出發(fā)，按回路逐項檢查各儀表、設備、負載的位置、極性等是否正確；并聯(lián)支路則檢查其兩端的連接點(diǎn)是否在的位置。距離較遠的兩連接端必須選用長(cháng)導線(xiàn)直接跨接，不允許用2根導線(xiàn)在實(shí)驗裝置上的某接線(xiàn)端進(jìn)行過(guò)渡連接。
(5)實(shí)驗時(shí)，按實(shí)驗指導書(shū)所提出的要求及步驟，逐項進(jìn)行實(shí)驗和操作。除作階躍啟動(dòng)試驗外，系統啟動(dòng)前，使負載電阻值zui大，給定電位器處于零位；測試記錄點(diǎn)的分布應均勻；改接線(xiàn)路時(shí)，必須斷開(kāi)主電源方可進(jìn)行。實(shí)驗中應觀(guān)察實(shí)驗現象是否正常，所得數據是否合理，實(shí)驗結果是否與理論相一致。
(6)完成本次實(shí)驗全部?jì)热莺?，請指導教師檢查實(shí)驗數據、記錄的波形。經(jīng)指導教師認可后拆除接線(xiàn)，整理好連接線(xiàn)、儀器、工具，使之物歸原位。
2．4 實(shí)驗總結
實(shí)驗結束后及時(shí)整理實(shí)驗數據、圖表，寫(xiě)出實(shí)驗報告，分析觀(guān)察到的現象，回答相關(guān)問(wèn)題，交給實(shí)驗指導教師。教師按預習30％，操作30％，實(shí)驗報告40％的比率給學(xué)生打分，提交實(shí)驗成績(jì)。
實(shí)驗設備交貨驗收后，經(jīng)過(guò)三年的運行，取得了良好的效果。證實(shí)了驗證性實(shí)驗、綜合性實(shí)驗、開(kāi)放性實(shí)驗及設計性實(shí)驗相結合的實(shí)驗教學(xué)方法的可行性和有效性，取得了良好的實(shí)驗效果。