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電力電子技術(shù)及電機(jī)控制實(shí)驗(yàn)裝置功能探析
電力電子技術(shù)及電機(jī)控制實(shí)驗(yàn)裝置,,采用掛件結(jié)構(gòu),可根據(jù)不同實(shí)驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)行自由組合,,故結(jié)構(gòu)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(tǒng)》,、《直流調(diào)速系統(tǒng)》,、《交流調(diào)速系統(tǒng)》,、《電機(jī)控制》及《控制理論》等課程所開(kāi)設(shè)的主要實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目,。
其中電力電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)部分,廠家推薦了十八個(gè)實(shí)驗(yàn),,內(nèi)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(guó)內(nèi)主流教材的全部?jī)?nèi)容,。推薦實(shí)驗(yàn)包括控制電路(弱電)實(shí)驗(yàn),、控制電路加主電路綜合實(shí)驗(yàn)、新器件特性實(shí)驗(yàn)及其驅(qū)動(dòng)與保護(hù)電路實(shí)驗(yàn)三部分,。
1/功能概述
1.1 控制電路(弱電) 實(shí)驗(yàn)控制電路主要為主電路提供觸發(fā)脈沖,,根據(jù)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(diào)壓電路、三相交流調(diào)壓電路,。
在DJK03—1掛箱中布置了單結(jié)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(diào)壓觸發(fā)電路,。西門子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,。
在這一部分廠家推薦了四個(gè)實(shí)驗(yàn),分別是:一,、單結(jié)晶體管觸發(fā)電路實(shí)驗(yàn),;二,、正弦波同步移相觸發(fā)電路實(shí)驗(yàn);三,、鋸齒波同步移相觸發(fā)電路實(shí)驗(yàn),; 四、西門子TCA785集成觸發(fā)電路實(shí)驗(yàn),。實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖鞘煜び|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(diào)試步驟和方法。主要任務(wù)是用示波器測(cè)量,,觀察,記錄各觀測(cè)點(diǎn)的波形,。
1.2 控制電路加主電路綜合實(shí)驗(yàn)
這一部分推薦了十二個(gè)實(shí)驗(yàn),分別是:五,、單相半波可控整流電路實(shí)驗(yàn),;六、單相橋式半控整流電路實(shí)驗(yàn),;七,、單相橋式全控整流及有源逆變電路實(shí)驗(yàn);八,、三相半波可控整流電路實(shí)驗(yàn),;九,、三相半波有源逆變電路實(shí)驗(yàn),;十,、三相橋式半控整流電路實(shí)驗(yàn);十一,、三相橋式全控整流及有源逆變電路實(shí)驗(yàn),;十二、單相交流調(diào)壓電路實(shí)驗(yàn)(1),;十三,、單相交流調(diào)壓電路實(shí)驗(yàn)(2);十四,、單相交流調(diào)功電路實(shí)驗(yàn),;十五、三相交流調(diào)壓電
路實(shí)驗(yàn),;十六,、直流斬波電路原理實(shí)驗(yàn)。
這部分實(shí)驗(yàn)的目的為:加深理解整流,、逆變,、交流調(diào)壓電路的工作原理及其帶電阻負(fù)載,,電阻電感負(fù)載,,帶與不帶續(xù)流二極管時(shí)的工作情況。主要測(cè)量不同觸發(fā)角時(shí)(如30,。60,。90。120,。150,。180。)輸出電壓的大小,,測(cè)量不同觸發(fā)角時(shí)負(fù)載兩端及晶閘管兩端的電壓波形,。
隨著觸發(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(yàn)及其驅(qū)動(dòng)與保護(hù)電路實(shí)驗(yàn)這一部分推薦了兩個(gè)實(shí)驗(yàn),, 即十七、SCR,,GTO,,MOSFET,,GTR,IGBT特性試驗(yàn),,其目的為掌握各種電力電子器件的工作特性及其對(duì)觸發(fā)信號(hào)的要求,。主要調(diào)節(jié)、觀察,、記錄給定觸發(fā)電壓ug,,調(diào)節(jié)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(qū)動(dòng)與保護(hù)電路實(shí)驗(yàn),其實(shí)驗(yàn)?zāi)康臑椋?理解各種自關(guān)斷器件對(duì)驅(qū)動(dòng)與保護(hù)電路的要求,, 電路結(jié)構(gòu)及特點(diǎn),;掌握由自關(guān)斷器件構(gòu)成PWM直流斬波電路原理與方法。
DJK12掛件是功率器件驅(qū)動(dòng)與保護(hù)電路試驗(yàn)箱,,可拖動(dòng)直流電機(jī)進(jìn)行調(diào)壓調(diào)速實(shí)驗(yàn),。掛件有以下幾部分組成:PWM信號(hào)與發(fā)生電路(PWM)、GTO驅(qū)動(dòng)與保護(hù)電路(GTO),、GTR驅(qū)動(dòng)與保護(hù)電路(GTR),、MOSFET驅(qū)動(dòng)與保護(hù)電路(MOSFET)、IGBT驅(qū)動(dòng)與保護(hù)電路(IGBT),。
PWM波形發(fā)生器是為新器件驅(qū)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(yàn)時(shí),,把PWM波形發(fā)生器的輸出接至各驅(qū)動(dòng)電路輸入,,用示波器在驅(qū)動(dòng)電路的輸出端觀察相應(yīng)的驅(qū)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(qū)動(dòng)電路所用,頻率調(diào)節(jié)范圍從2~10k,, 低頻檔是為GTR和GTO驅(qū)動(dòng)電路所用,,頻率范圍從200~1000Hz。通過(guò)調(diào)節(jié)電位器WI,,可對(duì)頻率進(jìn)行調(diào)節(jié),;輸出PWM波的占空比由電位器W2進(jìn)行調(diào)節(jié)。在驅(qū)動(dòng)電路正常工作后,將占空比調(diào)小,,然后合上主電路電源開(kāi)關(guān),,再調(diào)節(jié)占空比,用示波器觀測(cè),,記錄不同占空比時(shí)基極的驅(qū)動(dòng)電壓,、自關(guān)斷器件管壓降及負(fù)載上的波形。測(cè)定并記錄不同占空比a時(shí)負(fù)載的電壓平均值Ua,。
2,、實(shí)驗(yàn)安排與實(shí)施
2.1 實(shí)驗(yàn)安排
該實(shí)驗(yàn)臺(tái)功能強(qiáng)大,可開(kāi)出的有關(guān)電力電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)很多,,而一般說(shuō)來(lái),,學(xué)生的電力電子技術(shù)試驗(yàn)課程大綱實(shí)驗(yàn)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(yàn)作為必修,,如:一,、鋸齒波同步移相觸發(fā)電路實(shí)驗(yàn);二,、單相橋式全控整流及有源逆變電路實(shí)驗(yàn),;三、三相橋式全控整流及有源逆變電路實(shí)驗(yàn),; 四,、三相交流調(diào)壓電路實(shí)驗(yàn); 五,、SCR,、GTO、OSFET,、GTR,、IGBT特性實(shí)驗(yàn),。其他未選中的實(shí)驗(yàn)采用開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)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(yàn)室開(kāi)放, 由同學(xué)們自主選擇實(shí)驗(yàn),。這樣既提高
了學(xué)生的受益面,,又提高了設(shè)備的利用率。起到了好的效果,。
2.2 實(shí)驗(yàn)前的準(zhǔn)備
實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備即為實(shí)驗(yàn)的預(yù)習(xí)階段,,是保證實(shí)驗(yàn)?zāi)芊耥樌M(jìn)行的必要步驟。每次實(shí)驗(yàn)前都應(yīng)先進(jìn)行預(yù)習(xí),,從而提高實(shí)驗(yàn)質(zhì)量和效率,,否則就有可能在實(shí)驗(yàn)時(shí)不知如何下手,浪費(fèi)時(shí)間,完不成實(shí)驗(yàn)要求,,甚至有可能損壞實(shí)驗(yàn)裝置,。因此,實(shí)驗(yàn)前應(yīng)做到:
(1)復(fù)習(xí)教材中與實(shí)驗(yàn)有關(guān)的內(nèi)容,,熟悉與本次實(shí)驗(yàn)相關(guān)的理論知識(shí),。
(2)閱讀不同類型實(shí)驗(yàn)的相應(yīng)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū), 了解本次實(shí)驗(yàn)的目的和內(nèi)容,;掌握本次實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的工作原理和方法,;明確實(shí)驗(yàn)過(guò)程中應(yīng)注意的問(wèn)題。
(3)寫(xiě)出預(yù)習(xí)報(bào)告,,其中包括實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的詳細(xì)接線圖,、實(shí)驗(yàn)步驟、數(shù)據(jù)記錄表格等,。
(4)實(shí)驗(yàn)中使用的zui關(guān)鍵性的儀器為示波器,,實(shí)驗(yàn)前應(yīng)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(yàn)實(shí)施
在完成理論學(xué)習(xí),、實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)等環(huán)節(jié)后,就可進(jìn)入實(shí)驗(yàn)實(shí)施階段,。實(shí)驗(yàn)時(shí)要做到以下幾點(diǎn):
(1) 實(shí)驗(yàn)開(kāi)始前,,對(duì)學(xué)生的預(yù)習(xí)報(bào)告作檢查,要求學(xué)生了解本次實(shí)驗(yàn)的目的,、內(nèi)容和方法,,只有滿足此要求后,方能允許實(shí)驗(yàn),。
(2)對(duì)實(shí)驗(yàn)裝置作介紹,,要求學(xué)生熟悉本次實(shí)驗(yàn)使用的實(shí)驗(yàn)儀器、設(shè)備,,明確這些設(shè)備的功能與使用方法,。
(3)按實(shí)驗(yàn)小組進(jìn)行實(shí)驗(yàn), 實(shí)驗(yàn)小組成員進(jìn)行明確的分工,, 以保證實(shí)驗(yàn)操作協(xié)調(diào),,記錄數(shù)據(jù)準(zhǔn)確可靠,各人的任務(wù)在實(shí)驗(yàn)進(jìn)行中實(shí)行輪換,, 以便實(shí)驗(yàn)參加者能全面掌握實(shí)驗(yàn)技術(shù),,提高動(dòng)手能力。
(4)按預(yù)習(xí)報(bào)告上的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)詳細(xì)線路圖進(jìn)行接線,,一般情況下,,接線次序?yàn)橄戎麟娐罚罂刂齐娐罚幌却?lián),,后并聯(lián),。完成實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)接線后,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(xiàng)檢查各儀表、設(shè)備,、負(fù)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(yuǎn)的兩連接端必須選用長(zhǎng)導(dǎo)線直接跨接,,不允許用2根導(dǎo)線在實(shí)驗(yàn)裝置上的某接線端進(jìn)行過(guò)渡連接。
(5)實(shí)驗(yàn)時(shí),,按實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)所提出的要求及步驟,,逐項(xiàng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)和操作。除作階躍啟動(dòng)試驗(yàn)外,,系統(tǒng)啟動(dòng)前,,使負(fù)載電阻值z(mì)ui大,給定電位器處于零位,;測(cè)試記錄點(diǎn)的分布應(yīng)均勻,;改接線路時(shí),必須斷開(kāi)主電源方可進(jìn)行,。實(shí)驗(yàn)中應(yīng)觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象是否正常,,所得數(shù)據(jù)是否合理,實(shí)驗(yàn)結(jié)果是否與理論相一致,。
(6)完成本次實(shí)驗(yàn)全部?jī)?nèi)容后,,請(qǐng)指導(dǎo)教師檢查實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、記錄的波形,。經(jīng)指導(dǎo)教師認(rèn)可后拆除接線,,整理好連接線、儀器,、工具,,使之物歸原位。
2.4 實(shí)驗(yàn)總結(jié)
實(shí)驗(yàn)結(jié)束后及時(shí)整理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),、圖表,寫(xiě)出實(shí)驗(yàn)報(bào)告,,分析觀察到的現(xiàn)象,,回答相關(guān)問(wèn)題,交給實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)教師。教師按預(yù)習(xí)30%,,操作30%,,實(shí)驗(yàn)報(bào)告40%的比率給學(xué)生打分,提交實(shí)驗(yàn)成績(jī),。
實(shí)驗(yàn)設(shè)備交貨驗(yàn)收后,,經(jīng)過(guò)三年的運(yùn)行,取得了良好的效果,。證實(shí)了驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn),、綜合性實(shí)驗(yàn)、開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)及設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法的可行性和有效性,,取得了良好的實(shí)驗(yàn)效果,。