电力电子技术及电机控制实验装置功能探析

电力电子技术及电机控制实验装置，采用挂件结构，可根据不同实验内容进行自由组合，故结构紧凑，使用方便，功能齐全，综合性能好，能在一套装置上完成《电力电子技术》、《自动控制系统》、《直流调速系统》、《交流调速系统》、《电机控制》及《控制理论》等课程所开设的主要实验项目。
其中电力电子技术实验部分，厂家推荐了十八个实验，内容丰富，涵盖了西安交大王兆安主编，上海理工大学莫正康主编等国内主流教材的全部内容。推荐实验包括控制电路(弱电)实验、控制电路加主电路综合实验、新器件特性实验及其驱动与保护电路实验三部分。
1/功能概述
1．1 控制电路(弱电) 实验控制电路主要为主电路提供触发脉冲，根据不同需要可提供触发脉冲控制单相半波可控整流电路、单相桥式半控整流电路、单相桥式全控整流及有源逆变电路、三相半波可控整流及有源逆变电路、三相桥式半控整流电路、三相桥式全控整流及有源逆变电路、单相交流调压电路、三相交流调压电路。
在DJK03—1挂箱中布置了单结晶体管触发电路，正弦波同步移相触发电路、锯齿波同步移相触发电路，单相交流调压触发电路。西门子TCA785触发电路，用来给单相电路提供触发脉冲。DJK02—1挂箱为三相晶闸管触发电路，主要为三相电路提供触发脉冲。
在这一部分厂家推荐了四个实验，分别是：一、单结晶体管触发电路实验；二、正弦波同步移相触发电路实验；三、锯齿波同步移相触发电路实验； 四、西门子TCA785集成触发电路实验。实验目的是熟悉触发电路的工作原理及电路中各元件的作用；掌握触发电路的调试步骤和方法。主要任务是用示波器测量，观察，记录各观测点的波形。
1．2 控制电路加主电路综合实验
这一部分推荐了十二个实验，分别是：五、单相半波可控整流电路实验；六、单相桥式半控整流电路实验；七、单相桥式全控整流及有源逆变电路实验；八、三相半波可控整流电路实验；九、三相半波有源逆变电路实验；十、三相桥式半控整流电路实验；十一、三相桥式全控整流及有源逆变电路实验；十二、单相交流调压电路实验(1)；十三、单相交流调压电路实验(2)；十四、单相交流调功电路实验；十五、三相交流调压电
路实验；十六、直流斩波电路原理实验。
这部分实验的目的为：加深理解整流、逆变、交流调压电路的工作原理及其带电阻负载，电阻电感负载，带与不带续流二极管时的工作情况。主要测量不同触发角时(如30。60。90。120。150。180。)输出电压的大小，测量不同触发角时负载两端及晶闸管两端的电压波形。
随着触发角的增大输出电压逐渐减小，通过触发脉冲移相来改变输出电压。
1．3 新器件特性实验及其驱动与保护电路实验这一部分推荐了两个实验， 即十七、SCR，GTO，MOSFET，GTR，IGBT特性试验，其目的为掌握各种电力电子器件的工作特性及其对触发信号的要求。主要调节、观察、记录给定触发电压ug，调节过程中回路电流Id以及各器件的管压降Ur。；十八、GTO，MOSFET，GTR，IGBT驱动与保护电路实验，其实验目的为： 理解各种自关断器件对驱动与保护电路的要求， 电路结构及特点；掌握由自关断器件构成PWM直流斩波电路原理与方法。
DJK12挂件是功率器件驱动与保护电路试验箱，可拖动直流电机进行调压调速实验。挂件有以下几部分组成：PWM信号与发生电路(PWM)、GTO驱动与保护电路(GTO)、GTR驱动与保护电路(GTR)、MOSFET驱动与保护电路(MOSFET)、IGBT驱动与保护电路(IGBT)。
PWM波形发生器是为新器件驱动电路提供PWM波形，其工作原理是由SG3525为核心的PWM发生器。实验时，把PWM波形发生器的输出接至各驱动电路输入，用示波器在驱动电路的输出端观察相应的驱动波形。用纽子开关进行切换， 可选择高频和低频的PWM波形，高频档是为MOSFET和IGBT驱动电路所用，频率调节范围从2～10k， 低频档是为GTR和GTO驱动电路所用，频率范围从200～1000Hz。通过调节电位器WI，可对频率进行调节；输出PWM波的占空比由电位器W2进行调节。在驱动电路正常工作后，将占空比调小，然后合上主电路电源开关，再调节占空比，用示波器观测，记录不同占空比时基极的驱动电压、自关断器件管压降及负载上的波形。测定并记录不同占空比a时负载的电压平均值Ua。
2、实验安排与实施
2．1 实验安排
该实验台功能强大，可开出的有关电力电子技术实验很多，而一般说来，学生的电力电子技术试验课程大纲实验课时有限(一般为8～10学时)，我们选择五次典型实验作为必修，如：一、锯齿波同步移相触发电路实验；二、单相桥式全控整流及有源逆变电路实验；三、三相桥式全控整流及有源逆变电路实验； 四、三相交流调压电路实验； 五、SCR、GTO、OSFET、GTR、IGBT特性实验。其他未选中的实验采用开放性实验的形式供有兴趣的同学自主选择。利用晚上和周日的时间进行实验室开放， 由同学们自主选择实验。这样既提高
了学生的受益面，又提高了设备的利用率。起到了好的效果。
2．2 实验前的准备
实验准备即为实验的预习阶段，是保证实验能否顺利进行的必要步骤。每次实验前都应先进行预习，从而提高实验质量和效率，否则就有可能在实验时不知如何下手，浪费时间，完不成实验要求，甚至有可能损坏实验装置。因此，实验前应做到：
(1)复习教材中与实验有关的内容，熟悉与本次实验相关的理论知识。
(2)阅读不同类型实验的相应实验指导书， 了解本次实验的目的和内容；掌握本次实验系统的工作原理和方法；明确实验过程中应注意的问题。
(3)写出预习报告，其中包括实验系统的详细接线图、实验步骤、数据记录表格等。
(4)实验中使用的zui关键性的仪器为示波器，实验前应首先学会示波器的使用，能进行熟练操作。
2．3 实验实施
在完成理论学习、实验预习等环节后，就可进入实验实施阶段。实验时要做到以下几点：
(1) 实验开始前，对学生的预习报告作检查，要求学生了解本次实验的目的、内容和方法，只有满足此要求后，方能允许实验。
(2)对实验装置作介绍，要求学生熟悉本次实验使用的实验仪器、设备，明确这些设备的功能与使用方法。
(3)按实验小组进行实验， 实验小组成员进行明确的分工， 以保证实验操作协调，记录数据准确可靠，各人的任务在实验进行中实行轮换， 以便实验参加者能全面掌握实验技术，提高动手能力。
(4)按预习报告上的实验系统详细线路图进行接线，一般情况下，接线次序为先主电路，后控制电路；先串联，后并联。完成实验系统接线后，必须进行自查。串联回路从电源的某一端出发，按回路逐项检查各仪表、设备、负载的位置、极性等是否正确；并联支路则检查其两端的连接点是否在的位置。距离较远的两连接端必须选用长导线直接跨接，不允许用2根导线在实验装置上的某接线端进行过渡连接。
(5)实验时，按实验指导书所提出的要求及步骤，逐项进行实验和操作。除作阶跃启动试验外，系统启动前，使负载电阻值zui大，给定电位器处于零位；测试记录点的分布应均匀；改接线路时，必须断开主电源方可进行。实验中应观察实验现象是否正常，所得数据是否合理，实验结果是否与理论相一致。
(6)完成本次实验全部内容后，请指导教师检查实验数据、记录的波形。经指导教师认可后拆除接线，整理好连接线、仪器、工具，使之物归原位。
2．4 实验总结
实验结束后及时整理实验数据、图表，写出实验报告，分析观察到的现象，回答相关问题，交给实验指导教师。教师按预习30％，操作30％，实验报告40％的比率给学生打分，提交实验成绩。
实验设备交货验收后，经过三年的运行，取得了良好的效果。证实了验证性实验、综合性实验、开放性实验及设计性实验相结合的实验教学方法的可行性和有效性，取得了良好的实验效果。