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一、概述
该实验装置包括电力拖动系统的动力学,交流和直流电动机的电力拖动、常用低压电器及基本控制电路系统的设计等内容,同时增加了基于PLC及变频器的电机基本控制线路,以及常用机床的控制。该实验装置适用于自动化专业与机电一体化专业开设的《电机及拖动基础》、《工厂继电器接触控制》、《PLC原理及应用技术》、《变频调速技术》等课程的技能训练。 二、装置特点
提供6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。 三相触发电路由KC04、KC41、KC42、4066等集成电路组成,可通过钮子开关选择双窄脉冲或宽脉冲,同时提供六路触发脉冲功放电路等。 15、DK05晶闸管触发电路 提供单结晶体管触发电路实验、单相交流调压触发电路,锯齿波同步移相触发电路实验,正弦波触发电路及TCA785集成触发电路。 16、DK07直流斩波实验 根据西安交通大学王兆安教授和黄俊教授主编的《电力电子技术》(第五版)中相关的直流斩波内容而设计的;提供组成直流斩波电路所需的元器件和采用专用的PWM控制集成电路SG3525。可完成教材中降压斩波电路(Buck Chopper)、升压斩波电路(Boost Chopper)、升降压斩波电路(Boost -Buck Chopper)、Cuk斩波电路、Sepic斩波电路、Zeta斩波电路六种典型实验。 17、DK09电力电子器件特性实验 提供SCR、GTO、MOSFET、IGBT、GTR新器件,与DK13配套使用,可完成电力电子新器件的驱动特性实验。 18、DK13功率器件驱动与保护电路 主要是为完成新器件特性实验提供电源、驱动电路及PWM波形发生器。 (1)电源:为驱动电路提供电源,包括±5V、±15V和+20V直流电源。 (2)驱动电路:包括GTO 和 GTR, MOSFET和IGBT的驱动电路。其中IGBT的驱动电路采用专用芯片EXB841,其它的由运放、门电路及分立元件组成。 (3)PWM波形发生器:以SG3525为核心的PWM波形发生器主要是为新器件驱动电路提供PWM驱动波形,可以通过频率调节旋钮进行频率调节;通过占空比电位器来调节PWM波的占空比。频率范围分为2挡,通过钮子开关切换,高频档是为MOSFET和IGBT驱动电路提供PWM波形,频率调节范围4KHz~10KHz;低频档是为GTR和GTO驱动电路提供PWM波形,频率调节范围400Hz~1KHz;占空比可从 0%调至100%。 19、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。 20、DK19半桥型开关稳压电源 提供了半桥型开关稳压电源的主电路和控制电路,主电路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"等实验内容。 21、维修电工电子电机与职业资格培训考评仿真软件(投标时提供版权证书并现场演示,要求版权证书所有人与设备厂家一致):本软件为apk的格式,可在PC端使用,也可在移动端使用,本软件即可手动设置故障也能自动设置故障,本软件通过电路图中绿色的框选择手动设置故障点(最多可以设置39个故障点),也可以通过系统自动进行随机1个故障点设置,随机两个故障点设置,随机三个故障点设置,随机四个故障点设置,随机五个故障点设置,本软件内有工具箱,元件库,放大镜,电路图等功能,可通过工具箱可选择万用表进行检测,通过元件库选择合适的元件,通过放大镜可以清楚的了解各个元器件及电路。本软件通过电动机星三角启动控制电路故障的设置,并经过种种排查,让学生了解电动机星三角启动控制电路的工作原理及电路结构。 22.用电安全与触电急救虚拟仿真系统(投标时提供版权证书并现场演示,要求版权证书所有人与设备厂家一致):软件采用二维与三维结合的虚拟画面,教导学生用电的安全和急救方法,软件内设有单相触电、两相触电、跨步触电、低压触电急救、高压触电急救、人工呼吸救护法、牵手呼吸救护法、胸外心脏按压就护法等原理讲解与教学,单相触电分维修带电断线、维修插座触电、室外触电等原理演示。低压触电和高压触电教学主要为学生讲解演示如何解救处于低压触电或者高压触电时的人,人工呼吸救护法、牵手呼吸救护法、胸外心脏按压就护法采用采用3D虚拟仿真技术展示,经过渲染和润色,使模型看起来与真实部件一般无二,画面逼真。通过实训能够对学生进行实训室安全用电教育,提高学生的安全意识,使学生学会一些自救的方法,让学生在遇到危险时能采取一定的安全措施,保护自己,以及熟悉各种电气事故产生的原因和处理电气事故的实用操作措施,减少电气事故的发生。 23.虚拟频谱仪、逻辑分析仪、示波器、三用表仿真软件(投标时提供版权证书并现场演示,要求版权证书所有人与设备厂家一致):本软件为apk的格式,可在PC端使用,也可在移动端使用,本软件的功能有:电阻的测量、交流电压的测量(测量变压器,若变压器测量烧坏多用表时,冒黑烟提示并可以重置多用表)、晶体管的极性判断、直流电压测量(通电流表档时灯光亮)、直流电流的测量、以及电容好坏的判断。本软件可任意拖动红色与黑色笔头,2个笔头拖拽至被测物体上定位时显示红圈,如未定位准确无红圈显示,并在进行错误操作的时(如所选量程错误、所测数据错误等等),仪表指针将无反应、提示错误重新测量等,本多用表可选择交流电压档,直流电压档,电阻档,电流档,电阻调0,并且可放大显示数据,可清楚观看所测数据大小。学生可以通过本软件学习多用表的正确使用方法。 24.单片机、plc可编程设计与控制虚拟仿真软件(投标时提供版权证书并现场演示,要求版权证书所有人与设备厂家一致):本软件基于unity3d开发,内置实验步骤、实验指导书、电路图、组件列表、连接线路、接通电源、电路图、场景重置、返回等按钮,在连线及代码正确后,可以通过启动/停止、正向运动、反向运动按钮操作三维机床模型运动,在连接线路状态下,三维机床模型可进行放大/缩小、平移。 继电器控制:阅读实验指导书,并进入实验,通过识读电路图,选择组件列表中的继电器、热继电器、开关等元器件以拖拽的形式布局至电器柜中,限位器置于三维机床模型上,可选择盖盖子,部分元器件名称可重命名,然后点击连接线路按钮,将端子对端子进行连线,将机床电路连接成功后,选择接通电源,进行操作,若组件或线路连接错误将弹出提示错误框,可随时进行场景重置。 PLC控制:实验同继电器控制,增加PLC控制功能,在连线完成后,通过PLC编码按钮,进入程序编写界面,编写正向与反向2条程序,共有12个梯形图符号,编写完成后,选择提交进行程序验证。验证成功后,接通电源进行操作,组件、线路连接、代码错误将弹出提示错误框,可随时进行场景重置。 单片机控制:实验同继电器控制,增加单片机控制功能,在连线完成后,通过C编码按钮进入编程界面,输入正确的C语言代码,提交验证成功后,接通电源进行操作,组件、线路连接、代码错误将弹出提示错误框,可随时进行场景重置。 (四)DQ03-1固定电机导轨、增量式光电编码盘测速系统及智能数显转速表 导轨平整度好,无应力变形,加工精细,同心度与互换性好,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。电机运行时噪声小,参数典型,能较好满足实验的要求。 (五)电机 1.DQ09直流并励电动机(DC220V、185W、1500RPM) 一台 2.DQ19校正直流测功机(DC220V、355W、1500RPM) 一台 3.DQ10三相鼠笼异步电动机(AC220V/△、100W、1420RPM) 一台 4.DQ11三相线绕式异步电动机(AC220V/Y、120W、1380RPM) 一台 5.DQ20三相鼠笼异步电动机(AC380V/△) 一台 6.DQ18三相双速异步电动机(AC380V△/YY) 一台 (六)实验连接线及配件 根据不同实验项目的特点,配备两种不同的实验连接线,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;弱电部分也护套结构手枪插连接线;数模信号部分采用弹性铍轻铜裸露结构连接线。三种导线只能连接对应的配套插座,这样大大提高了实验的安全及合理性。 (七)、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。 六 、装置的安全保护体系 1.控制屏电源由接触器通过启、停按钮进行控制,同时具有漏电声光告警、过压保护、过流保护、短路软截止保护等功能,通过急停按钮可方便地切断电源。 2.屏上装有电压型漏电保护装置,控制屏内或强电输出若有漏电现象,即告警并切断总电源,确保实验进程安全。 3.屏上三相调压器原、副边各设有一套过流保护装置。调压器短路或所带负载电流超过设定值,系统即告警并切断总电源。 4.设有定时器兼报警记录仪(服务管理器),通过键控单元完成时间设定、定时报警设定、解除设置等操作、具有切断电源及记录各种告警次数等功能。 5.强、弱电连接及插座分开,不会混淆,实验连接线安全、可靠、防触电。 七 、实验项目 1.电机及变压器基础实验 (1)直流他励电动机的认识 (2)直流他励电动机的空载试验 (3)直流他励电动机的工作特性 (4)三相鼠笼式异步电动机认识 (5)三相鼠笼式异步电动机空载试验 (6)三相鼠笼式异步电动机堵转试验 (7)三相鼠笼式异步电动机工作特性 2.电机拖动部分 直流他励电动机拖动实验 (1)直流他励电动机固有机械特性 (2)直流他励电动机人为机械特性 (3)直流他励电动机能耗制动机械特性 (4)直流他励电动机倒拉反转制动机械特性 (5)直流他励电动机电源反接制动机械特性 (6)直流他励电动机回馈制动机械特性 三相异步电动机拖动实验 (1)三相异步电动机固有机械特性 (2)三相异步电动机人为机械特性 (3)三相异步电动机能耗制动机械特性 (4)三相异步电动机反接制动机械特性 (5)三相异步电动机回馈制动机械特性 3.电机控制部分 直流他励电动机控制实验 (1)电枢回路串电阻起动及调速 (2)减压起动及降低电源电压调速 (3)弱磁调速 三相异步电动机控制实验 (1)三相异步电动机点动与自锁控制线路 (2)三相异步电动机的正反转控制线路 (3)顺序控制线路 (4)三相异步电动机全压起动控制线路 (5)三相异步电动机降压起动控制线路 (6)三相绕线转子异步电动机起动控制线路 (7)三相异步电动机能耗制动控制线路 (8)三相异步电动机的调速控制线路 (9)三相异步电动机单向起动及反接制动控制线路 (10)两地控制线路 (11)工作台自动往返循环控制线路 (12)三相异步电动机双向起动及反接制动控制线路 (13)三相双速异步电动机的控制线路 4.基于PLC下的电机控制实验 (1)三相异步电动机直接点动与自锁控制 (2)三相异步电动机的正、反转控制 (3)三相异步电动机的星形-三角形降压起动控制 (4)三相线绕式异步电动机的起动控制 (5)三相异步电动机带延时正、反转控制 (6)三相异步电动机带限位自动返回控制 (7)三相双速异步电动机的起动与调速控制 (8) PLC,变频器的综合应用 5.基于变频器的电机拖动与控制实验 (1)变频器的认识 (2)变频器的参数设定与操作 (3)变频器的面板控制 (4)变频器的电位器控制 (5)变频器的电压控制 (6)变频器的电流控制 (7)变频器的多段速控制 (8)三相异步电动机的变频调速 6.PLC、变频器的电机拖动与控制实验 (1)基于PLC通信方式的多段速选择变频调速 (2)基于PLC通信方式的变频器开环调速 (3)基于PLC通信方式的变频器闭环调速 (4)基于PLC模拟量方式的变频器闭环调速 7.电力电子技术实训项目 (一)晶闸管触发电路实验项目 1)单结晶体管触发电路 2)正弦波同步移相触发电路实验 3)锯齿波同步移相触发电路实验 4)单相集成锯齿波触发电路实验(由 Tca785 组成) 5)三相集成锯齿波触发电路实验(由 KC04/KC09 等组成) (二)晶闸管线路实验项目 1)单相半波可控整流电路实验 2)单相桥式半控整流电路实验 3)单相桥式全控整流及有源逆变电路实验 4)三相半波可控整流电路实验 5)三相桥式半控整流电路实验 6)三相半波有源逆变电路实验 7)三相桥式全控整流及有源逆变电路实验 8)单相并联逆变电路实验 9)单相交流调压电路实验 10)单相交流调功电路实验 11)三相交流调压电路实验 (三)新器件特性及驱动保护实验项目 1)单向晶闸管( SCR )特性实验 2)可关断晶闸管( GTO )特性实验 3)功率场效应管( MOSFET )特性实验 4)功率晶体管( GTR )特性实验 5)绝缘双极性晶体管( IGBT )特性实验 6)可关断晶闸管( GTO )驱动与保护电路实验 7)功率场效应管( MOSFET )驱动与保护电路实验 8)功率晶体管( GTR )驱动与保护电路实验 9)绝缘双极性晶体管( IGBT )驱动与保护电路实验 (四)典型新器件线路实验 1)单相正弦波脉宽调制( SPWM )逆变电路实验 2)半桥型开关稳压电源的性能研究 3)直流斩波电路的性能研究(降压斩波电路、升压斩波电路、升降压斩波的电路、 Cuk斩波电路、 Sepic 斩波电路、 Zeta 斩波电路) (五)DSP变频调速系统实验 1)DSP28335的认识。 2)CCS编程软件的使用 3)三相异步电机双闭环矢量控制变频调速原理实验(FOC/SVPWM ) 基于DSP的双闭环空间矢量交流变频调速系统实验平台 一、概 述 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。 二、系统特点 1.系统安全性强:控制板与驱动板独立分开、DSP控制电源与电机动力电源分开设计、强弱电隔离设计,同时强电部分采用隔离变压器输出。 2.DSP控制板功能齐全: 控制板采用24V供电,设有1路CAN总线接口, 1路RS232接口, 1路RS485接口,1路增量光电编码器接口,集成LCD显示和键盘,引出5路ADC接口,引出QEP接口。 3.功率驱动板功能完善:驱动板的控制电源采用DC24V电源。高压电源输入采用单相220V(安全隔离变压器输入)。功率器件采用IPM(20A/600V),驱动板最大输出电流15A。设有高精度霍尔电流传感器采集相电流,同时也采集了直流母线电压,设备具有软启动保护功能。 4.人机交互界面直观:设有液晶显示窗口,直接显示电机运行参数,提供配套上位机软件,通过串口通讯,可提供4通道示波器,具有动态波形显示,曲线录波.波形缩放,更具有波形数据保存的功能,便于数据分析,4通道的数据更是能方便导入EXCEL中。 5.提供C语言程序源代码:提供配套的C语言程序,可自行修改与烧写下载运行及仿真。 三、基本实验项目 1.DSP28335的认识。 2.CCS编程软件的使用 3. 三相异步电机双闭环矢量控制变频调速原理实验(FOC/SVPWM ) 八、设备清单列表 序号 型号 名称 数量 备注 1 GDQ01 电源控制屏 1套 2 GDQ02 实验桌 1张 3 DQ03-1 固定电机导轨、光电编码器及智能数显转速表 1件 4 GDQ39-1 继电接触控制组件(一) 1件 5 GDQ39-2 继电接触控制组件(二) 1件 6 GDQ39-3 继电接触控制组件(三) 1件 7 GDQ39-4 继电接触控制组件(四) 1件 8 GDQ28 PLC可编程控制器 1件 9 GDQ28 三相异步电机变频调速组件 1件 10 DQ22 直流数字电压、毫安、安培表 2件 11 GDQ25 交流电参数表 1件 12 DQ26 三相可调电阻器 1件 13 DQ27 三相可调电阻 1件 14 DQ29 可调电阻器,电容器 1件 15 GDQ12 线绕式异步电动机起动与调速电阻箱 1件 16 DQ31C 熔断器及开关板 1件 17 DQ19 校正直流测功机 1台 18 DQ09 直流并励电动机 1台 19 DQ10 三相鼠笼式异步电动机 1台 20 DQ11 三相线绕式异步电动机 1台 21 DQ18 三相双速异步电动机(AC380V△/YY) 1台 22 DQ20 三相鼠笼式异步电动机(AC380V/Y,带速度继电器一只) 1台 23 DX03-1 三相可控整流电路(一) 1件 24 DK05 晶闸管触发电路 1件 25 DK07 直流斩波实验(六种典型线路) 1件 26 DK09 电力电子器件特性实验 1件 27 DK13 功率器件驱动与保护电路 1件 28 DK14 单相交直交变频原理 1件 29 DK19 半桥型开关稳压电源 1件 30 DSP 基于DSP的双闭环空间矢量交流变频调速系统 1套 31 连接线 高可靠护套结构手枪插实验连接线及配件 1套 32 电脑桌 1套 |
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