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高联教仪电力电子实验系列GLDDSX-1型电力电子及电机控制实验系统（实验参考指导书）浙江高联仪器技术有限公司1目录目录--------------------------------------------------------------------------------------------1前言--------------------------------------------------------------------------------------------3第一章GLDDSX-1型电力电子技术及电气传动实验系统简介---51-1概述1-2GLDDSX-01型电力电子技术及电气传动实验系统简介第二章DDS型实验挂箱简介82-1GLDDSX01“电源控制屏”简介2-2DDS02“一、二组桥晶闸管电路”实验挂箱2-3DDS03“晶闸管触发电路”实验挂箱2-4DDS11“锯齿波同步触发电路”实验挂箱2-5DDS12“单相交流调压触发电路”实验挂箱2-6DDS16“电力电子自关断器件特性与驱动电路”实验挂箱2-7DDS30“BoostAPFC与UC3854电路”实验挂箱2-8DDS31“BuckBuck-Boost电路”实验挂箱2-9DDS32“BoostCuk电路”实验挂箱2-10DDS33“半桥、全桥电路”实验挂箱2-11DDS34“移相全桥电路”实验挂箱2-12DDS35“准谐振软开关电路”实验挂箱2-13DDS37“单相正弦波逆变电源（SPWM）”实验挂箱2-14DT10“直流电压、电流表”实验挂箱2-15DT15“交流电压、电流表”实验挂箱2-16DT16“多功能交流仪表”实验挂箱2-17DT20“三相可调电阻”实验挂箱2-18DT22“三相可调电抗”实验挂箱2-19DT23“三相可变电容”实验挂箱2-20DT41“三相芯式变压器”实验挂箱第三章电力电子技术实验介绍163-1锯齿波同步移相触发电路实验23-2单相桥式半控整流电路实验3-3三相桥式全控整流及有源逆变电路和实验3-4三相半波可控整流电路实验3-5单相交流调压电路实验3-6三相交流调压电路实验3-7直流斩波电路（Buck变换器）研究3-8直流斩波电路（Buck-Boost变换器）研究3-9直流斩波电路（Boost变换器）研究3-10直流斩波电路（Cuk变换器）研究3-11电力晶体管（GTR）特性与驱动电路研究3-12功率场效应晶体管(MOSFET)特性与驱动电路研究3-13绝缘栅双极型晶体管（IGBT）特性与驱动电路研究3-14单相正弦波（SPWM）逆变电源研究3-15单相交流斩控调压实验3-16功率因数校正研究3-17半桥、全桥开关电路变换器实验3-18移相全桥零电压（PhaseshiftZVS）开关变换电路实验3-19BuckZCS软开关电路实验3-20BoostZVS软开关电路实验第四部分：直流电机调速系统实验------------------------------------------------------152实验一：晶闸管直流调速系统参数和环节特性的测定实验实验二：单闭环晶闸管直流调速系统实验实验三：双闭环晶闸管不可逆直流调速系统实验实验四：逻辑无环流可逆直流调速系统实验实验五：双闭环直流电机斩波调速系统实验实验六：直流脉宽调制（PWM）调速系统实验第五部分：交流电机调速系统实验-------------------------------------------------------166实验一：双闭环三相异步电动机调压调速系统实验实验二：双闭环三相异步电动机串级调速系统实验实验三：正弦脉宽调制（SPWM）变频调速系统实验实验四：空间电压矢量脉宽调制（SVPWM）变频调速系统实验3前言近年来，由于微电子、计算机技术和微电子精细加工技术的广泛运用，使得电力电子技术领域发生了巨大的变化，涌现了大量的功能接近理想化的新器件。新思想、新理论层出不穷。电力电子技术越来越和微电子技术、现代控制理论、材料科学、电机工程等紧密结合，发展成一门多学科互相渗透的综合性技术学科。运用现代电力电子技术，可以高效精确实现大功率电能的变换与传输，可以大幅度的节能，降低材耗。在资源日见匮乏的今天，尤现重要。因此，电力电子技术在国民经济建设中发挥着巨大作用。和传统电力电子技术相比，现代电力电子技术具有如下特点：(1)全控化这是现代电力电子器件在功能上的重大突破。无论从双极型器件的GTO、GTR，单极型器件MOSFET、SIT到混合型器件IGBT、MGT、MCT等等，都实现了自关断全控型。从而使得控制更加简单精确和“随心所欲”。(2)高频化从GTO的工作频率十几KHZ，到SIT的几十MHZ，标志着电力电子技术进入高频化时代。(3)模块化将各种单元功能电路和功率器件结合在一起做成模块，用少量外接元件，甚至不用外接元件，就能达到某一使用功能。可靠性高，保密性好，方便使用，便于大规模生产。这是电力电子技术最重要的发展趋势之一。(4)小型化追求最少的材耗，最小的空间，高频化和模块化使得小型化变的易于实现。这正是现代电力电子技术追求的目标。(5)控制技术数字化、智能化由于微电子技术的飞速发展，有力的推动现代控制理论的不断发展。控制技术的数字化，智能化已成主流。例如，目前被广泛使用的专用集成控制芯片，DSP专用芯片，带智能化的专用模块等等。面对潮水般的新技术的挑战，培养适应21世纪的合格人才，是当前教育的紧迫任务。新世纪的人才不仅要有深厚扎实的理论基础，更要有卓越的解决实际问题的能力，方能应对21世纪存在的各种问题。电力电子技术的本质是一门实验科学，而实验是检验理论的最重要的手段。对学生来说，实验质量的好坏，直接关系到理论学习的成败。为学生创造一个良好的实验条件，让学生在有着良好实验设备的环境中，通过精心编排的实验项目的实验，其对理论的理解和动手实践能力，必将有极大的提高。4GLDDSX-1型电力电子及电气传动实验系统，是浙江大学电气工程学院和我公司合作研制的最新实验装置。本书是根据“电力电子技术基础”、“半导体变流技术”等教材教学大纲中的实验内容，并结合当前最新的一些电力电子技术方面的专著的资料，配合GLDDSX-1型电力电子及电气传动实验系统而编写的。本书共分3章。第一章是DDSX-1型电力电子及电气传动实验系统简介。第二章是GLDDSX-1型电力电子及电气传动实验系统各模块挂箱功能简介。第三章是电力电子技术实验介绍。设计编写了20个实验。其中，半导体变流技术实验6个；自关断器件实验3个；直流斩波电路实验4个；其它有单相正弦波（SPWM）逆变电源研究、功率因数校正研究、BoostZVS软开关电路实验等7个实验。由于我们知识水平有限，错误在所难免，欢迎广大读者批评指正。5第一章电力电子技术实验系统简介1-1概述环顾当今世界，科技进步神速，电子科技更是一日千里，我们就是极力追赶，仍有落后之忧。如何培养理论基础知识扎实具有创新能力的合格人才，以应对21世纪的严峻挑战，是我们教育工作者殚精竭虑的头等课题。但是，以前由于种种原因，我们对教育工作并未引起足够的重视。投入不足，教材陈旧，设备老化，制约着我们的人才培养，制约着我们的建设事业。随着科技立国，教育为本思想的深入人心，国家对教育的不断投入，浙江大学电气工程学院决定对教材和实验设备进行大刀阔斧的改革。围绕着电子信息工程、工业自动化等相关专业的教学大纲中的实验要求，综合当前电力电子技术发展的最新动向，浙江大学电气工程学院和我公司共同合作，研制生产了新型的实验设备“GLDDSX-1型电力电子及电气传动实验系统”，为教学实验创造了很好的条件。为了配合新设备的教学实验，特编写本实验教程。书中所设计的实验项目，既要保持继承学科的传统完整性，又要体现当前学术界的最新学术热点。同时，要更多的考虑同学的主动参与性、设计性，以提高学生的创新能力。比如，在新设计的半导体变流技术类实验，在直流斩波电路类实验中，我们适当的压缩了验证性课目，增加了很多可调节、可组合、可设计的环节，摈弃了过去那种线路接对就成功的传统套路，以期提高同学的学习效率。在器件实验方面也和过去有很大的不同，内容更丰富、更精练、更实用化。在介绍电力电子技术新发展的实验方面，既强调新技术的优点，也指出存在的缺点，强调主动参与性、设计性。如功率因数校正研究实验，既研究有源功率因数校正技术，也研究无源功率因数校正技术，同学们也可以自己参与设计。在移相全桥零电压（PhascshiftZVT）电路实验、准谐振软开关电路等实验中，既验证了软开关的优点，也指出了占空比丢失等问题，引导同学们进一步思考。当然，我们介绍的电力电子技术新发展，只是很小的一部分，实验教学中还会不断有新问题出现，我们的实验系统以被设计成模块挂箱式结构，我们可以不断的更新升级，以满足教学实践的需求。61-2GLDDSX-1型电力电子技术实验系统简介本实验系统是新一代综合性大型实验系统。本实验系统采用挂箱式结构。各个不同内容的单元实验电路板，都做成模块式挂箱，可根据实验的需要，自由组合。故结构紧凑，使用方便。本实验系统设有完备的安全保护功能，切实把人的安全操作和保护放在首位。各种功能齐全的防护措施能确保学生教师和设备的安全。本实验系统的控制屏经过精心设计，各种开关、指示灯、仪表布局合理，图文指示简洁明了；实验台宽阔实用，配有机箱和抽屉，并且装有滚轮，移动方便。整个实验系统显得美观大方。电路接线采用接插线方式，实验者可非常方便舒适的操作。单元实验内容全部选择经典电路，完全符合教学大纲要求。同时也提供一些单元电路模块和元件，供学生做创新实验自由选用。模块挂箱内的实验电路板，最大限度采用集成电路制作，尽可能少的采用分立元件，故可靠性和一致性都很高。实验系统的背面开门，维修保养方便快捷。技术参数：1．输入电压：三相四线，380伏±10%，50Hz1±%2．装置容量：1kVA3．外型尺寸：长×宽×高=1.8m×0.72m×1.6m4．工作环境条件：环境温度范围为-5~40ºC；相对湿度75%（25ºC）；海拔1000m。实验项目1．锯齿波同步移相触发电路实验2．单相桥式半控整流电路实验3．单相交流调压电路实验4．三相交流调压电路实验5．三相半波可控整流电路实验6．三相桥式全控整流及有源逆变电路实验7．电力晶体管（GTR）特性与驱动电路研究实验8．功率场效应晶体管（MOSFET）特性与驱动电路研究实验9．绝缘栅双极型晶体管（IGBT）特性与驱动电路研究实验710．直流斩波电路（Buck变换器）研究实验11．直流斩波电路（Buck-Boost变换器）研究实验12．直流斩波电路（Boost变换器）研究实验13．直流斩波电路（Cuk变换器）研究实验14．单相正弦波逆变（SPWM）电源研究15．单相交流斩控调压实验16．半桥、全桥开关电路变换器研究实验17．功率因数校正研究实验18．移相全桥零电压（Phase-shift-ZVS）开关变换电路实验19．BuckZCS软开关电路实验20．BoostZVS软开关电路实验等等……8第二章DDS型实验挂箱简介本章主要将各DDS型实验挂箱面板设置、实验功能作一简单介绍。2-1DDSX01“电源控制屏”简介DDSX01“电源控制屏”固定于实验系统正面。其面板如下图所示：图2-1DDSX01“电源控制屏”面板图该控制屏内设有总电源开关，由钥匙控制开或关。三只交流电压表分别显示a、b、c三相电压数值。电压表的右下方的拨动开关可选择显示“输入线电压”或“输出线电压”9的电压数值；电压表左下方的拨动开关可选择“电力电子（220V）”或“电机系统（380V）”。当然，这些输入电压仍可通过调压器进行调压。当实验系统发生过载、过压、漏电等故障，相关报警指示灯立即闪亮，提示采取相应措施；待故障排除后，按复位按钮，使其复位。当三相电源相序发生错误，相关相序报警指示灯立即闪亮，待故障排除后，相序报警指示灯会自动熄灭。实验系统发生故障而报警的次数会自动记录并显示在“告警记录”显示屏上。三