電力電子技術及電機控制實驗裝置功能探析

電力電子技術及電機控制實驗裝置，采用掛件結構，可根據不同實驗內容進行自由組合，故結構緊湊，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》、《自動控制系統》、《直流調速系統》、《交流調速系統》、《電機控制》及《控制理論》等課程所開設的主要實驗項目。
其中電力電子技術實驗部分，廠家推薦了十八個實驗，內容豐富，涵蓋了西安交大王兆安主編，上海理工大學莫正康主編等國內主流教材的全部內容。推薦實驗包括控制電路(弱電)實驗、控制電路加主電路綜合實驗、新器件特性實驗及其驅動與保護電路實驗三部分。
1/功能概述
1．1 控制電路(弱電) 實驗控制電路主要為主電路提供觸發脈沖，根據不同需要可提供觸發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、單相交流調壓電路、三相交流調壓電路。
在DJK03—1掛箱中布置了單結晶體管觸發電路，正弦波同步移相觸發電路、鋸齒波同步移相觸發電路，單相交流調壓觸發電路。西門子TCA785觸發電路，用來給單相電路提供觸發脈沖。DJK02—1掛箱為三相晶閘管觸發電路，主要為三相電路提供觸發脈沖。
在這一部分廠家推薦了四個實驗，分別是：一、單結晶體管觸發電路實驗；二、正弦波同步移相觸發電路實驗；三、鋸齒波同步移相觸發電路實驗； 四、西門子TCA785集成觸發電路實驗。實驗目的是熟悉觸發電路的工作原理及電路中各元件的作用；掌握觸發電路的調試步驟和方法。主要任務是用示波器測量，觀察，記錄各觀測點的波形。
1．2 控制電路加主電路綜合實驗
這一部分推薦了十二個實驗，分別是：五、單相半波可控整流電路實驗；六、單相橋式半控整流電路實驗；七、單相橋式全控整流及有源逆變電路實驗；八、三相半波可控整流電路實驗；九、三相半波有源逆變電路實驗；十、三相橋式半控整流電路實驗；十一、三相橋式全控整流及有源逆變電路實驗；十二、單相交流調壓電路實驗(1)；十三、單相交流調壓電路實驗(2)；十四、單相交流調功電路實驗；十五、三相交流調壓電
路實驗；十六、直流斬波電路原理實驗。
這部分實驗的目的為：加深理解整流、逆變、交流調壓電路的工作原理及其帶電阻負載，電阻電感負載，帶與不帶續流二極管時的工作情況。主要測量不同觸發角時(如30。60。90。120。150。180。)輸出電壓的大小，測量不同觸發角時負載兩端及晶閘管兩端的電壓波形。
隨著觸發角的增大輸出電壓逐漸減小，通過觸發脈沖移相來改變輸出電壓。
1．3 新器件特性實驗及其驅動與保護電路實驗這一部分推薦了兩個實驗， 即十七、SCR，GTO，MOSFET，GTR，IGBT特性試驗，其目的為掌握各種電力電子器件的工作特性及其對觸發信號的要求。主要調節、觀察、記錄給定觸發電壓ug，調節過程中回路電流Id以及各器件的管壓降Ur。；十八、GTO，MOSFET，GTR，IGBT驅動與保護電路實驗，其實驗目的為： 理解各種自關斷器件對驅動與保護電路的要求， 電路結構及特點；掌握由自關斷器件構成PWM直流斬波電路原理與方法。
DJK12掛件是功率器件驅動與保護電路試驗箱，可拖動直流電機進行調壓調速實驗。掛件有以下幾部分組成：PWM信號與發生電路(PWM)、GTO驅動與保護電路(GTO)、GTR驅動與保護電路(GTR)、MOSFET驅動與保護電路(MOSFET)、IGBT驅動與保護電路(IGBT)。
PWM波形發生器是為新器件驅動電路提供PWM波形，其工作原理是由SG3525為核心的PWM發生器。實驗時，把PWM波形發生器的輸出接至各驅動電路輸入，用示波器在驅動電路的輸出端觀察相應的驅動波形。用紐子開關進行切換， 可選擇高頻和低頻的PWM波形，高頻檔是為MOSFET和IGBT驅動電路所用，頻率調節范圍從2～10k， 低頻檔是為GTR和GTO驅動電路所用，頻率范圍從200～1000Hz。通過調節電位器WI，可對頻率進行調節；輸出PWM波的占空比由電位器W2進行調節。在驅動電路正常工作后，將占空比調小，然后合上主電路電源開關，再調節占空比，用示波器觀測，記錄不同占空比時基極的驅動電壓、自關斷器件管壓降及負載上的波形。測定并記錄不同占空比a時負載的電壓平均值Ua。
2、實驗安排與實施
2．1 實驗安排
該實驗臺功能強大，可開出的有關電力電子技術實驗很多，而一般說來，學生的電力電子技術試驗課程大綱實驗課時有限(一般為8～10學時)，我們選擇五次典型實驗作為必修，如：一、鋸齒波同步移相觸發電路實驗；二、單相橋式全控整流及有源逆變電路實驗；三、三相橋式全控整流及有源逆變電路實驗； 四、三相交流調壓電路實驗； 五、SCR、GTO、OSFET、GTR、IGBT特性實驗。其他未選中的實驗采用開放性實驗的形式供有興趣的同學自主選擇。利用晚上和周日的時間進行實驗室開放， 由同學們自主選擇實驗。這樣既提高
了學生的受益面，又提高了設備的利用率。起到了好的效果。
2．2 實驗前的準備
實驗準備即為實驗的預習階段，是保證實驗能否順利進行的必要步驟。每次實驗前都應先進行預習，從而提高實驗質量和效率，否則就有可能在實驗時不知如何下手，浪費時間，完不成實驗要求，甚至有可能損壞實驗裝置。因此，實驗前應做到：
(1)復習教材中與實驗有關的內容，熟悉與本次實驗相關的理論知識。
(2)閱讀不同類型實驗的相應實驗指導書， 了解本次實驗的目的和內容；掌握本次實驗系統的工作原理和方法；明確實驗過程中應注意的問題。
(3)寫出預習報告，其中包括實驗系統的詳細接線圖、實驗步驟、數據記錄表格等。
(4)實驗中使用的zui關鍵性的儀器為示波器，實驗前應首先學會示波器的使用，能進行熟練操作。
2．3 實驗實施
在完成理論學習、實驗預習等環節后，就可進入實驗實施階段。實驗時要做到以下幾點：
(1) 實驗開始前，對學生的預習報告作檢查，要求學生了解本次實驗的目的、內容和方法，只有滿足此要求后，方能允許實驗。
(2)對實驗裝置作介紹，要求學生熟悉本次實驗使用的實驗儀器、設備，明確這些設備的功能與使用方法。
(3)按實驗小組進行實驗， 實驗小組成員進行明確的分工， 以保證實驗操作協調，記錄數據準確可靠，各人的任務在實驗進行中實行輪換， 以便實驗參加者能全面掌握實驗技術，提高動手能力。
(4)按預習報告上的實驗系統詳細線路圖進行接線，一般情況下，接線次序為先主電路，后控制電路；先串聯，后并聯。完成實驗系統接線后，必須進行自查。串聯回路從電源的某一端出發，按回路逐項檢查各儀表、設備、負載的位置、極性等是否正確；并聯支路則檢查其兩端的連接點是否在的位置。距離較遠的兩連接端必須選用長導線直接跨接，不允許用2根導線在實驗裝置上的某接線端進行過渡連接。
(5)實驗時，按實驗指導書所提出的要求及步驟，逐項進行實驗和操作。除作階躍啟動試驗外，系統啟動前，使負載電阻值zui大，給定電位器處于零位；測試記錄點的分布應均勻；改接線路時，必須斷開主電源方可進行。實驗中應觀察實驗現象是否正常，所得數據是否合理，實驗結果是否與理論相一致。
(6)完成本次實驗全部內容后，請指導教師檢查實驗數據、記錄的波形。經指導教師認可后拆除接線，整理好連接線、儀器、工具，使之物歸原位。
2．4 實驗總結
實驗結束后及時整理實驗數據、圖表，寫出實驗報告，分析觀察到的現象，回答相關問題，交給實驗指導教師。教師按預習30％，操作30％，實驗報告40％的比率給學生打分，提交實驗成績。
實驗設備交貨驗收后，經過三年的運行，取得了良好的效果。證實了驗證性實驗、綜合性實驗、開放性實驗及設計性實驗相結合的實驗教學方法的可行性和有效性，取得了良好的實驗效果。