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1、电力电子技术第1章 MCL系列电机电力电子及电气传动教学实验台介绍一 概 述1特点：（1）采用组件式结构，可根据不同内容进行组合，故结构紧凑，使用方便灵活，并且可随着功能的扩展只需增加组件即可，能在一套装置上完成电力电子学，电力拖动自动控制系统等课程的主要实验。（2）装置布局合理，外形美观，面板示意图明确，直观，学生可通过面板的示意查寻故障，分析工作原理。电机采用导轨式安装，更换机组简捷，方便，所采用的电机经过特殊设计，其参数特性能模拟3KW左右的通用实验机组，能给学生正确的感性认识。除实验控制屏外，还设置有实验用台，内可放置机组，实验组件等，并有可活动的抽屉，内可放置导线，工具等，使实验更方
2、便。（3）实验线路典型，配合教学内容，满足教学大纲要求。控制电路全部采用模拟和数字集成芯片，可靠性高，维修，检测方便。触发电路采用数字集成电路双窄脉冲。（4）装置具有较完善的过流、过压、RC吸收、熔断器等保护功能，提高了设备的运行可靠性和抗干扰能力。（5）面板上有多只发光二极管指示每一个脉冲的有无和熔断器的通断。触发脉冲可外加，也可采用内部的脉冲触发可控硅，并可模拟整流缺相和逆变颠覆等故障现象。2技术参数（1）输入电源： 380V 10% 50HZ1HZ（2）工作条件：环境温度：-5 400C 相对湿度：75% 海 拔：1000m（3）装置容量：1KVA（4）电机容量：200W（5）外形尺寸：
3、长1600mm X宽700mm（长1300mm X宽700mm）3能开设的实验电力电子技术半控型器件：1单结晶体管同步移相触发电路及单相半波可控整流电路2正弦波同步移相触发电路及单相半波可控整流电路3锯齿波同步移相触发电路4单相桥式半控整流电路5单相桥式全控整流电路6单相桥式有源逆变电路7三相半波可控整流电路8三相半波有源逆变电路9三相桥式半控整流电路10三相桥式全控整流电路11三相桥式有源逆变电路12直流斩波电路13单相并相逆变电路14单相交流调压电路15三相交流调压电路电力电子技术全控型器件特性部分1功率场效应晶体管(MOSFET)的主要参数测量2功率场效应晶体管(MOSFET)的驱动电路
4、研究3绝缘栅双极型晶体管(IGBT)特性及其驱动电路的研究4电力晶体管（GTR）驱动电路的研究5电力晶体管（GTR）的特性研究电力电子技术全控型器件典型线路部分1直流斩波电路（升压斩波、降压斩波）的性能研究2单相交直交变频电路的性能研究3半桥型开关稳压电源的性能研究4电流控制型脉宽调制开关稳压电源研究5直流斩波电路（Buck-Boost变换器）的研究6采用自关断器件的单相交流调压实验7单相正弦波（SPWM）逆变电路实验8全桥DC/DC变换电路实验9整流电路的有源功率因数校正实验10软开关实验直流调速实验1晶闸管直流调速系统参数和环节特性的测定 2晶闸管直流调速主要单元调试3不可逆单闭环直流调速
5、系统静特性的研究4双闭环晶闸管不可逆直流调速系统 5逻辑无环流可逆直流调速系统 6双闭环控制的直流脉宽调速系统(PWM) 交流调速实验1双闭环三相异步电机调压调速系统 2双闭环三相异步电机串级调速系统 3微机控制的脉宽调制SPWM变频调速系统（IPM）4空间矢量控制的变频调速系统5采用DSP的磁场定向变频调速系统与直接转矩变频调速系统6采用DSP控制的直流方波无刷电机调速系统4. 组件配置：41实验机组：（1）直流电动机：PN=185W，UN=220V，IN=1.1A，n=1500r/min（2）绕线式异步电机：PN=100W，UN=220V，IN=0.55A，n=1350r/min（3）直流
6、复励发电机M01：PN=100W，UN200V，IN0.5A，n1500/min（4）三相笼型异步电动机M04：PN=100W，UN220V，IN0.48A，n1400/min（5）直流方波无刷电机M15：PN=40W，UN36V，IN1.3A，n1500/min42实验挂箱：（1）MCL-05 单结晶体管，正弦波，锯齿波触发电路（2）MCL-06 单相并联逆变器，斩波器（3）MCL-07 IGBT、VDMOS、GTR电力电子器件实验箱MCL-03 速度变换器，转速调节器，电流调节器（4）MCL-08 直流斩波电路（Buck-Boost）和电流控制型脉宽调制开关稳压电源实验箱MCL-04 反号
7、器，转矩极性鉴别器，零电流检测器,逻辑控制器.（5）MCL-09 微机控制的SPWM变频调速及空间矢量控制变频调速实验箱（6）MCL-10A 全桥DC/DC变换、直流脉宽调速系统实验箱（7）MCL-11 单相交流调压实验、单相正弦波（SPWM）逆变电路实验（8）MCL-13A 采用DSP控制的变频调速实验箱（9）MCL-14A 采用DSP控制的直流方波无刷电机调速实验箱（10）MCL-15 整流电路的有源功率因数校正实验箱（11）MCL-16 直流斩波电路（升压斩波、降压斩波）、单相交直交变频电路的性能研究、半桥型开关稳压电源的性能研究 （12）MCL-17 软开关（13）MCL-18 速度变
8、换器，转速调节器，电流调节器，电流互感器，电压互感器,过流保护，给定，电流反馈（14）MCL-20 给定，触发电路，组晶闸管，平波电抗器，RC阻容吸收,二极管三相整流桥（15）MCL-22 现代电力电子电路和直流脉宽调速系统实验（16）MCL-33 触发电路，组晶闸管，组晶闸管，平波电抗器，RC阻容吸收,二极管三相整流桥（17）MEL-11 电容箱（18）MEL-02 三相芯式变压器（19）MCL-34挂箱：反号器(AR)，转矩极性鉴别器(DPT)，零电流检测器(DPZ)，逻辑控制器(DLC)43 选配挂箱：（1）MEL03挂箱：可调电阻器（2）电机导轨及测速发电机 直流发电机M01：PN=1
9、00W，UN=200V（3）电机导轨及测功机、测速发电机 MEL13组件。二 MCL系统挂箱介绍和使用说明一MCL18挂箱（MCL31）MCL18由G（给定），零速封锁器（DZS），速度变换器（FBS），转速调节器（ASR），电流调节器（ACR），过流过压保护等部份组成。1. G（给定）：原理图如图1-1。它的作用是得到下列几个阶跃的给定信号：（1）0V突跳到正电压，正电压突跳到0V；（2）0V突跳到负电压，负电压突跳到0V；（3）正电压突跳到负电压，负电压突跳到正电压。正负电压可分别由RP1、RP2两多圈电位器调节大小（调节范围为0-13V左右）。数值由面板右边的数显窗读出。只要依次扳动S1
10、、S2的不同位置即能达到上述要求。（1）若S1放在“正给定”位，扳动S2由“零”位到“给定”位即能获得0V突跳到正电压的信号，再由“给定”位扳到“零”位能获得正电压到0V的突跳；（2）若S1放在“负给定”位，扳动S2，能得到0V到负电压及负电压到0V的突跳；（3）S2放在“给定”位，扳动S1，能得到正电压到负电压及负电压到正电压的突跳。使用注意事项：给定输出有电压时，不能长时间短路，特别是输出电压较高时，否则容易烧坏限流电阻。2FBC+FA+FT（电流变送器与过流过压保护）：此单元有三种功能：一是检测电流反馈信号，二是发出过流信号，三是发出过压信号。电路图为1-2。（1）电流变送器电流变送器适
11、用于可控硅直流调速装置中，与电流互感器配合，检测可控硅变流器交流进线电流，以获得与变流器电流成正比的直流电压信号，零电流信号和过电流逻辑信号等。电流互感器的输出接至输入TA1，TA2，TA3，反映电流大小的信号经三相桥式整流电路整流后加至9R1、9R2、VD7及RP1、9R3、9R20组成的各支路上，其中：a9R2与VD7并联后再与9R1串联，在其中点取零电流检测信号。b将RP1的可动触点输出作为电流反馈信号，反馈强度由RP1进行调节。c将可动触点RP2与过流保护电路相联，输出过流信号，可调节过流动作电流的大小。（2）过流保护（FA）当主电路电流超过某一数值后(2A左右)，由9R3，9R20上
12、取得的过流信号电压超过运算放大器的反向输入端，使D触发器的输出为高电平，使晶体三极管V由截止变为导通，结果使继电器K的线圈得电，继电器K由释放变为吸引，它的常闭触点接在主回路接触器的线圈回路中，使接触器释放，断开主电路。并使发光二极管亮，作为过流信号指示，告诉操作者已经过流跳闸。SA为解除记忆的复位按钮，当过流动作后，如过流故障已经排除，则须按下以解除记忆，恢复正常工作。图1-2 电流变送器与过流保护原理图3零速封锁器（DZS）零速封锁器的作用是当调速系统处于静车状态，即速度给定电压为零，同时转速也确为零时，封锁调节系统中的所有调节器，以避免静车时各放大器零漂引起可控硅整流电路有输出使电机爬行
13、的不正常现象。原理电路如图13所示。图13 零速封锁器它的总输入输出关系是：（1）当1端和2端的输入电压的绝对值都小于0.07 V左右时，则3端的输出电压应为0V；（2）当1端和2端的输入电压绝对值或者其中之一或者二者都大于0.2V时，其3端的输出电压应为15V；（3）当3端的输出电压已为15V，后因1端和2端的电压绝对值都小于0.07V，使3端电压由15V变为0V时，需要有100毫秒的延时。3端为OV时输入到各调节器反馈网络中的场效应管，使其导通，调节器反馈网络短路而被封锁，3端为15V时输入到上述场效应管使其夹断，而解除封锁。具体原理如下：它是由两个山形电平检测器和开关延时电路组成。（1）
14、DZS前半部分别由线性集成电路A1：A和A1：B组成二个山形电平检测器，山形电平极测器的输入输出特性如图14所示，输入电压是指1或2端送入的电压（S3放在封锁位），输出电压是指在4或5上得到的电压。调整参数到输出电压突跳的几个输入电压为：Ua=0.2V Ub=0.07V Uc=+0.07V Ud=+0.2V输出正向电压无限幅，约为+12V，输出负向电压用二极管VD9和VD10箝位到0.7V。（2）DZS的后关部为开关延时电路（a）当1和2端电压绝对值均小于0.07V，则4和5得到的电压都为+15V，高电平为“1”态，输入单与门4011，其输出10脚也为“1”态，二极管VD11截止，这样单与非门的输入为“1”态，输出3脚为“0”态，VD12导通，使稳压管VST不能击穿，所以三极管VT1截止，从而3端输出为0V。（b）当1和2端电压绝对值或其中之一或二者都大于0.2V时，则在4和5上或者4为0.7V，或者5为0.7V，或者4、5均为0.7V，低电平为“0”态，三种情况输入D：C，其输出都为“0”态，VD11导通，接0V，D:A输入为“0”态，其输出为“1”态，使VD12截止，稳压管VST在30V的电压作用下而击穿，VT1饱和导通，可使3端输出为15V。（c）当已在（b）的情况，3端子输出为15V，此时D:C的输出为0V
