電機拖動自動控制系統實驗裝置

 

JGDJK-4電機拖動自動控制系統實驗裝置

電機與電力拖動實訓室設備是電氣自動化控制實訓基地之一，主要承擔著機電工程系電氣自動化專業、機電一體化技術專業電機與電氣控制電氣控制與PLC等課程教學和實訓教學任務。

一、概述

電機拖動自動控制系統實驗裝置特別適用于高等院?，F有的電機、電力電子技術及電氣控制實驗設備的更新改造，同時也為中等專業學校、職業技術學院等新建或擴建實驗室，迅速開設實驗課提供了理想的實驗設備，為教師或研究生開發新實驗或進行科學研究工作提供良好的實驗條件。

二、實驗裝置特點

1、 綜合性強 本裝置掛件配齊時可完成目前國內各類院校電機，電力電子及電氣控制學科課程的全部實驗項目。

2、 適應性強 能滿足各類學校相應課程的實驗教學，實驗的深度與廣度可根據需要作靈活調整，普及與提高可根據教學的進程作有機地結合。裝置采用組件式結構，更換便捷，如需要擴展功能或開發新實驗，只需添加部件即可。

3、 整套性強 從儀器儀表、專用電源、電機及其它實驗部件到實驗連接專用導線等均配套齊全，配套部件的性能、規格等均密切結合實驗的需要進行配置。

4、 直觀性強 各實驗掛件采用分隔結構形式，組件面板示意、圖線分明，各掛件任務明確，操作、維護方便。

5、 科學性強 裝置占地面積少，節約實驗用房，減少基建投資；配套的小電機均經特殊設計，可模擬中小型電機的特性和參數；小電機耗電省，節約能源；實驗噪聲小，整齊美觀，改善實驗環境；電氣控制實驗，內容豐富，設計合理，除了加深理論知識外，還為學生走向社會打下良好的基礎；

6、 開放性強 控制屏供電隔離（浮地設計），并設有外電壓型漏電保護裝置和電流型漏電保護裝置，確保操作者的安全；各電源輸出均有監示及短路保護等功能，使用方便；各測量儀表均有保護功能。整套裝置經過精心設計，加上可靠的元器件質量及可靠工藝作為保障，產品性能優良，所有這些均為開放性實驗創造了條件，有利于提高學生分析問題和解決問題的能力。

三、技術性能

1、輸入電源：三相四線 ( 或三相五線 ) ～ 380V ± 10% 50Hz

2、工作環境：溫度 -10 ℃～ +40 ℃ 相對濕度＜ 85%(25 ℃ ) 海拔＜ 4000m

3、裝置容量：＜ 1.5KVA

4、重 量： 480Kg

5、外形尺寸： 187 × 70 × 160cm3

四、裝置的基本裝備

1、 DQ01 電源控制屏 ( 鐵質噴塑結構，鋁質面板 )

(1) 交流電源

提供三相 0 ～ 450V 可調交流電源，同時可得到單相 0 ～ 250V 可調電源 ( 配有一臺三相同軸聯動自耦調壓器（規格 1.5KVA 、 0 ～ 450V ），克服了三只單相調壓器采用鏈條結構或齒輪結構組成的許多缺點 ) ?？烧{交流電源輸出處設有過流保護技術，相間、線間過電流及直接短路均能自動保護，克服了調換保險絲帶來的麻煩。配有三只指針式交流電壓表，通過切換開關指示三相電網電壓和三相調壓電壓。

2)高壓直流電源兩路

提供 220V(1A) 勵磁電源及 0 ～ 250V(3A) 連續可調穩壓電樞電源（內設過流過壓保護措施）各一組，并設有直流數顯電壓表及切換開關。

3)人身安全保護五大體系

設有三相隔離變壓器一組 ( 三相電源經鑰匙開關、接觸器后，到隔離變壓器，再經三相調壓器輸出 ) ，使輸出與電網隔離，對人身安全起到一定的保護作用；

設有電流型漏電保護器，控制屏若有漏電現象，漏電流超過一定值，即切斷電源。實驗連接線及插座，采用全封閉結構，使用安全、可靠、防觸電。

4)儀表保護體系

設有多只信號插座，與儀表相連，儀表超量程，即能告警并切斷電源，對儀表起到良好的保護作用。

5)實驗管理器： 具有設定時間、到時報警、切斷電源及記錄各種告警次數等功能。

6)控制屏正面大凹槽內 ，設有兩根不銹鋼鋼管，可掛儀表及實驗部件。凹槽底部設有多個小圓形單相三芯 220V 電源插座，供儀表等部件供電用。控制屏兩側設有三極 220V 電源插座及三相四極 380V 電源插座。設有實驗裝置照明用的 220V 、 40W 日光燈一盞。

2、 DQ02 實驗桌

實驗桌為鐵質雙層亞光密紋噴塑結構，桌面為防火、防水、耐磨高密度板 , 結構堅固，形狀似長方體封閉式結構，造形美觀大方；設有兩個大抽屜、柜門，用于放置工具、存放掛件及資料等。桌面用于安裝電源控制屏并提供一個寬敞舒適的工作臺面。實驗桌還設有四個萬向輪和四個固定調節機構，便于移動和固定，有利于實驗室的布局。

3、 DQ03-1 固定電機導軌、測速系統及轉速表。

4、 DQ05 三相組式變壓器（三只相同的單相變壓器組成，原邊 220V/0.35A ，副邊 55V/1.4A ）

5、 DQ07 直流復勵發電機（ Un=DC200V ， IN=0.5A ， PN=100W ， n=1600RPM ，絕緣等級 E ）

6、 DQ09 直流并勵電動機（（ Un=DC220V ， IN=1.1A ， PN=185W ， n=1500RPM ，絕緣等級 E ）

7、 DQ10 三相鼠籠式異步電動機（ Un= AC3800V/220V ，接法 Y/ Δ，轉速 1420 RPM ，功率 100W , 電流 0.5A ，絕緣等級 E ）

8、 DQ11 三相線繞式異步電動機（ AC220V ，接法 Y ，轉速 1380RPM ，功率 120W , 電流 0.6A ，絕緣等級 E ）

9、 GDQ12 線繞式異步電機起動與調速電阻箱

提供 0 、 2 、 5 、 15 、 35 五檔同軸聯調的三相繞線異步電動機轉子起動、調速電阻一組。

10、 DQ19 校正直流測功機（（ Un=220V 、 IN=2.2A 、 PN=355W 、 n=1500r/min ，絕緣等級 E ）

即可作電動機又可作測功機，做電動機使用時，可作為發電機的原動機，也可用于拖動電動機完成四象限測試；作測功機使用時，由于電機經特殊設計，容量是被測電機的 2 ～ 3 倍，并經精密儀器校正，能很好的完成被測電機的加載輸出轉矩的測試。

11、 DQ22 直流數字電壓、毫安、安培表 ( 三只 )

直流數顯電壓表一只，采用 ICL 公司高性能 AD 轉換器配以高速 MPU 單元設計爾成，通過鍵控、數顯窗口實現人機對話功能控制模式。具有自動與手動量程，測量范圍 0-300V 。手動量程為： 2V 、 20V 、 300V 。測量精度為 0.5 級。具有數據存儲與查詢功能。具有超量程報警、指示及切斷總電源等功能。

直流數顯毫安表一只，采用 ICL 公司高性能 AD 轉換器配以高速 MPU 單元設計爾成，通過鍵控、數顯窗口實現人機對話功能控制模式。具有自動與手動量程，測量范圍： 0-2000mA 。手動量程為： 20mA 、 200mA 、 2000mA 。測量精度為 0.5 級。具有數據存儲與查詢功能。具有超量程報警、指示及切斷總電源等功能。

直流數顯電流表一只，測量范圍 0 ～ 5A ，三位半數顯，精度為 0.5 級，具有超量程報警、指示及切斷總電源等功能。

12、 DQ25 單三相智能型功率 、功率因數表由 24 位專用 DSP 、 16 位高精度 AD 轉換器和高速 MPU 單元設計爾成，通過鍵控、數顯窗口實現人機對話功能控制模式。軟件上采用 RTOS 設計思路，同時配有 PC 監控軟件來加強分析能力。能同時測量兩路單相功率 P1 、 P2 ，三相功率等于兩路功率之和（兩表法測量三相總功率）。功率測量精度為 1.0 級，功率因數測量范圍 0.3-1.0 ，電壓電流量程為 450V 和 5A ，能自動判別負載性質（感性顯示 "L" ，容性顯示 "C" ，純電阻不顯示），并可存儲測量數據，供隨時查閱。

13、 DQ26 三相可調電阻器 ( 三組 90 Ω× 2/1.3A/150W 瓷盤電阻 )

14、 DQ27 三相可調電阻器 ( 三組 900 Ω× 2/0.41A/150W 瓷盤電阻 )

15、 DQ29 可調電阻器、電容器

提供 90 Ω× 2/1.3A 及 900 Ω× 2/0.41A 瓷盤電阻各一組， 35 μ F/450V 、 4 μ F/450V 電力電容各 1 只。

16、 DQ31 波形測試及開關板

由變壓器波形測試部分和兩個三刀雙擲開關、一個雙刀雙擲開關組成。

17、 DQ44 數 / 模交流電流表

由三只數字交流電流表和一只指針式精密交流電流組成。 測量范圍 0 ～ 5A ，量程自動判斷、自動切換，精度 0.5 級，四位數碼顯示。指針式精密交流電流表一只，采用帶鏡面、雙刻度線（紅、黑）表頭（不同的量程讀取相應的刻度線），測量范圍 0 ～ 5A ，分 0.3A 、 1A 、 3A 、 5A 四檔，精度 1.0 級，直鍵開關切換，設有超量程指示，告警等功能。

18、 DQ45 數 / 模交流電壓表

由三只數字交流電壓表和一只指針式精密交流電壓表組成。

指針式精密交流電壓表 1 只，采用帶鏡面、雙刻度線（紅、黑）表頭（不同的量程讀取相應的刻度線），測量范圍 0 ～ 500V ，分 10V 、 30V 、 100V 、 300V 、 500V 五檔，輸入阻抗 1M Ω，精度 1.0 級，直鍵開關切換，每檔均有超量程告警、指示及切斷總電源功能。

19、 DK03 晶閘管主電路

提供 12 只 6A/1000V 的晶閘管，每只晶閘管均設有 RC 吸收和保險絲保護裝置，晶閘管可通過外加觸發信號進行觸發（留有觸發脈沖輸入接口）。另外有一組平波電抗器（ 200mH 、 500mH 和 1000mH ）和一組續流二極及精度 1.0 級帶鏡面指針± 300V 的直流電壓表、精度 1.0 級帶鏡面指針± 2A 的直流電流表，兩表均為正負顯示。

20、 DK04 三相晶閘管集成觸發電路

提供三相晶閘管觸發電路、功放電路等，與 DK03 配套使用。設有觸發脈沖觀察孔、同步信號觀察孔、鋸齒波斜率調節觀察孔等。

21、 DK05 單相晶閘管觸發電路實驗

提供單結晶體管、正弦波觸發電路，鋸齒波同步移向、單相交流調壓觸發電路， TCA785 集成觸發電路

22、 DK06 電機調速控制實驗（Ⅰ）

電流反饋與過流保護 (FBC+FA) 、給定器 (G) 、轉速變換器 (FBS) 、反號器 (AR) 、電壓隔離器 (TVD) 、調節器 I 和調節器 II 。其中調節器 I 和調節器 II 的反饋電阻、電容均外接 ( 從 DK10 上獲得 ) ，實驗時可以靈活改變系統的參數，觀測不同的參數對系統穩定性及相應時間等影響；更可以讓學生從調速系統的各種參數 ( 如電機的機電時間常數等 ) 出發對調節器的放大倍數及積分時間的參數分別設計，同時進行實際結果的驗證，從而完成設計性實驗。

23、 DK07 直流斬波實驗

根據西安交通大學王兆安教授和黃俊教授主編的《電力電子技術》 ( 第四版 ) 中相關的直流斬波內容而設計的；提供組成直流斬波電路所需的元器件和采用專用的 PWM 控制集成電路 SG3525 ?？赏瓿山滩闹薪祲簲夭娐罚?Buck Chopper ）、升壓斬波電路（ Boost Chopper ）、升降壓斬波電路（ Boost -Buck Chopper ）、 Cuk 斬波電路、 Sepic 斬波電路、 Zeta 斬波電路六種典型實驗。

24、 DK08 給定及實訓器件

提供給定（± 15V 可調電壓輸出）、壓敏電阻（作為過壓保護元件，內部已連成三角形接法）、二極管等。

25、 DK09 新器件特性實驗

提供 SCR 、 MOSFET 、 IGBT 、 GTO 、 GTR 新器件，可完成電力電子新器件特性實驗。

26、 DK10 可調電阻器，電容器

提供耐壓 AC100V 的可調電容三組，調節范圍為 0.1 ～ 11.37uF ， 0 ～ 999K Ω十進制可調電阻兩組。

27、 DK12 變壓器實訓

提供三相芯式變壓器一個（該變壓器有 2 套副邊繞組，原、副邊繞組的電壓為 127V/63.6V/31.8V ），用于異步電機串級調速實訓和三相橋式、單相橋式有源逆變電路實訓；還設有三相不控整流電路等模塊。

28、 DK14 單相交直交變頻原理

根據普通高等教育 " 九五 " 國家級重點教材，王兆安、黃俊主編的《電力電子技術》 ( 第四版 ) 的相關內容進行開發，用于展示交直交變頻原理，主要讓學生了解 SPWM 正弦波脈寬調制信號的形成方法，了解 IGBT 管專用集成驅動芯片的特點及其使用。能完成如下實驗項目： 1 、 SPWM 波形成的過程； 2 、交直交變頻電路在不同負載（阻感）時的工作情況和波形，并研究工作頻率對電路工作波形的影響； 3 、 IGBT 管專用集成驅動芯片的工作特性。

29、 DK19 半橋型開關穩壓電源

提供了半橋型開關穩壓電源的主電路和控制電路，主電路的電力電子器件為電力 MOSFET 管；控制電路采用專用 PWM 控制集成電路 SG3525 ，采用恒頻脈寬調制控制方案。可完成 " 開關電路在開環與閉環下負載特性的測試 " 以及 " 電源電壓波動對輸出的影響 " 等實驗內容。

30、 GDK28 三相異步電機變頻調速控制系統

提供日本三菱 FR-D720-0.4KW-CHR 變頻器一只，設有 BOP 操作面板及外圍接口。

31、實驗連接線

采用高可靠護套結構手槍插連接線（不存在任何觸電的可能），里面采用無氧銅抽絲而成頭發絲般細的多股線，達到超軟目的，外包丁晴聚氯乙烯絕緣層，具有柔軟、耐壓高、強度大、防硬化、韌性好等優點，插頭采用實芯銅質件外套鈹輕銅彈片，接觸優良。

32、歐式導線架 1 件

設有 5 個萬向輪和托盤，便于移動及懸掛連接線。

★ 33 、提供多功能網絡虛擬儀器 1 套（全室共配 1 套，教員可根據需要測控實訓中的數據與波形分析）（一體式結構，規格： 28*25*20CM ，不需電腦配套使用）

A、終端部分采用 7 寸彩色觸摸屏同時配有虛擬示波器、虛擬邏輯分折儀、虛擬頻譜儀、虛擬三用表、虛擬數字量輸入輸出模塊。

B、基于 LabVIEW 虛擬儀器程序的編程方法，學生可自行設計各種虛擬儀器。

C、儀器包括

1）、雙蹤存貯示波器，多種同步方式，存貯深度可編程；

通道數： 2 路

帶寬： 20MHZ

分辨率： 8 位

電壓范圍： -10~+10V

存貯深度： 64K

2）、頻譜分折儀；

3）、數字三用表，可測電阻、電流、電壓等；

數字 IO 口

通道數： 8 路 IO

輸入電平： TTL

輸出電平： TTL

電流驅動： 20mA/ 通道

4）、四路智能遠程電源控制

5）、數據具有上傳與保存功能并能通過服務器顯示

6)、提供 LabVIEW 虛擬儀器軟件（拷貝版）

★ 34 、電類綜合仿真軟件

一、軟件特點

1．在指導方針上，不以某專業或課程的教學大綱為依據，而是以國家維修電工職業標準為指導。

2．在系統定位上，不以理論性系統性為主線，而是以職業技能的訓練養成為主要任務。

3．在內容選擇上，不以驗證性的實驗為主要目的，而是以職業標準規定的技能點的仿真實訓為主線。

4．在媒體使用上，不以簡單的播放式動畫為主，而是側重于動畫編程、受訓者的參與交互性訓練上。

5．在表現形式上，不以實物照片而滿足，而是為追求最佳情景性效果采用三維建模技術。

6．在教學設計上，不以簡單完成某個技能為滿足而是圍繞該技能設置了諸如目的、原理、認識、結構、拆裝、布局、連線、操作、排故、考評等盡可能完備的模塊。

7．該軟件包含初級工與中級工、高級工全部 12 個實訓單元的研制工作，總共包含了近 100 多個實訓項目，基本覆蓋了電工、電子、電拖、維修電工、 PLC 等職業技能實訓和鑒定設備技術規范中所列出的主要技能項目。網絡版用于學生獨自仿真模擬練習，單機版用于老師教學實訓

★ 35 ：安全用電仿真軟件

■安全用電常識

1．人體觸電的方式：單相觸電、兩相觸電、跨步電壓觸電、懸浮電路觸電。

2．安全防護措施：預防直接觸電的措施、預防間接觸電的措施、個人防護用品的使用。

3．保護接地與保護接零：保護接地、保護接零。

4．觸電現場急救措施：使觸電者盡快脫離電源、判斷觸電者傷害程度、對不同情況的救治。

■常用電工工具

1．通用電工工具：測電筆、螺絲刀、鋼絲鉗、活絡扳手、電工刀、鑷子。

2．線路裝修工具：沖擊電鉆、管子鉗、剝線鉗、緊線器、彎管器、切割器具、套絲器具。

3．設備裝修工具：拉具、噴燈、梯子。

■常用導線的連接

1．線頭絕緣層的剖削：塑料硬線、塑料軟線、塑料護套線、花線、塑套軟線、漆包線。

2．導線線頭的連接：單股銅芯導線、股銅芯導線、鋁導線。

3．線頭與接線樁的連接：針孔式接線樁、平壓式接線樁、瓦型接線樁。

4．線頭絕緣的恢復：絕緣材料、包纏方法、熱縮管。

四、適用范圍

各類院校電工電子實驗教學中心、實訓中心、基地、電工電子實驗室、實訓室。

五、裝置可完成的實驗項目

（一） 電機及拖動部分實訓

1.1 直流電機

(1)電機認知（銘牌，冷態電阻，啟動，換向，調速）

(2)直流發電機

(3)直流他勵（或并勵）電機實驗（工作特性、機械特性和調速方法）

(4)直流電動機轉動慣量測試

1.2變壓器實驗

(1)單相變壓器 ( 空載、短路和負載實驗 )

(2)三相變壓器 ( 空載、短路和負載實驗 )

(3)三相變壓器的聯接組和不對稱短路

(4)三相三繞組變壓器

(5)單相變壓器的并聯運行

(6)三相變壓器的并聯運行

1.3 異步電機

(1)三相鼠籠異步電動機的工作特性

(2)三相異步電動機的起動與調速（直接起動， Y- △起動，自耦變壓器起動和繞線式異步電動機轉子串電阻起動和調速）

(3)三相鼠籠異步電動機的不對稱運行

(4)三相鼠籠異步電動機的溫升

(5)三相鼠籠式異步電動機轉子轉動慣量的測試

1.4 電動機機械特性的測定

(1)直流他勵電動機在各種運轉狀態下的機械特性

(2)三相異步電動機在各種運行狀態下的機械特性

(3)三相異步電機 M-S 曲線測繪

（二）電力電子技術及自動控制部分實驗

2.1電力電子技術實驗項目

(1)單結晶體管觸發電路

(2)正弦波觸發電路

(3)鋸齒波同步移相觸發電路實驗

(4)TCA785集成觸發電路

(5)單相橋式半控整流電路實驗

(6)單相橋式全控整流電路實驗

(7)單相橋式有源逆變電路實驗

(8)三相半波可控整流電路的研究

(9)晶閘管三相半波有源逆變電路的研究

(10)三相橋式半控整流電路實驗

(11)三相橋式全控整流及有源逆變電路實驗

(12)單相交流調壓電路實驗

(13)三相交流調壓電路實驗

(14)單向晶閘管 (SCR) 特性實驗

(15)可關斷晶閘管 (GTO) 特性實驗

(16)功率場效應管 (MOSFET) 特性實驗

(17)電力晶體管 (GTR) 特性實驗

(18)絕緣雙極型晶體管 (IGBT) 特性實驗

2.2典型電力電子器件線路實驗

(1)單相正弦波脈寬調制（ SPWM ）逆變電路實驗

(2)半橋型開關穩壓電源的性能研究

(3)直流斬波電路的性能研究 ( 降壓斬波電路、升壓斬波電路、升降壓斬波電路、 Cu ｋ斬波電路、 Sepic 斬波電路、 Zeta 斬波電路六種典型線路 )(IGBT)

2.3直流電機調速實驗

(1)晶閘管直流調速系統參數和環節特性的測定實驗 (SCR)

(2)晶閘管直流調速系統主要單元的調試 (SCR)

(3)單閉環 ( 電壓單閉環、轉速單閉環、電流單閉環 ) 不可逆直流調速系統實驗 (SCR)

(4)雙閉環不可逆直流調速系統實驗 (SCR)

2.4交流電機調速實驗

(1)單相正弦波脈寬調制 SPWM 變頻調速系統實驗 (IGBT)

(2)雙閉環三相異步電機調壓調速系統實驗 (SCR)

(3)變頻器的認識

(4)變頻器的參數設定與操作

(5)變頻器的面板控制

(6)變頻器的電位器控制

(7)變頻器的多段速控制

(8)三相異步電動機的變頻調速

六、裝置的配置清單

序 號	編 號	名 稱	數量
1	DQ01B	電源控制屏	1套
2	DQ02	實驗桌	1張
3	DQ03-1	固定電機導軌、測速系統及轉速表	1套
4	DQ05	三相組式變壓器	1件
5	DQ07	直流復勵發電機	1件
6	DQ09	直流他（并）勵電動機	1臺
7	DQ10	三相鼠籠式異步電動機	1臺
8	DQ11	三相線繞異步電機	1臺
9	GDQ12	三相線繞異步電機啟動調速電阻箱	1件
10	DQ19	校正直流測功機	1臺
11	DQ22	直流數字電壓、毫安、安培表（三只表）（注：按實驗要求每套需配 2 件）	2件
12	DQ25	單 / 三相智能功率、功率因數表	1件
13	DQ26	三相可調電阻器（每組 90Ω*2/1.3A ）	1件
14	DQ27	三相可調電阻器（每組 900Ω*2/0.41A ）	1件
15	DQ29	可調電阻器、電容器 90Ω*2/1.3A 、 900Ω*2/0.41A	1件
16	DQ31	波形測試及開關板	1件
17	DQ44	數 / 模交流電流表	1件
18	DQ45	數 / 模交流電壓表	1件
19	DK03	晶閘管主電路	1件
20	DK04	三相晶閘管觸發電路	1件
21	DK05	單相晶閘管觸發電路	1件
22	DK06	電機調速控制實驗（Ⅰ）	1件
23	DK07	直流斬波實驗	1件
24	DK08	給定及實驗器件	1件
25	DK09	電力電子器件特性實驗	1件
26	DK10	可調電阻，電容器	1件
27	DK12	變壓器實驗	1件
28	GDK28	三相異步電機變頻調速電路	1件
29	DK14	單相交直交變頻原理	1件
30	DK19	半橋型開關穩壓電源	1件
31	連接線	實驗連接線及易損配件	1件
32	導線架	歐式導線架	1件
33	軟件	多功能網絡虛擬儀器	1件
34	軟件	電類綜合仿真軟件	1件
35	軟件	安全用電仿真軟件	1件

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