电机拖动及电气控制技术实训装置

装置特点

1.采用挂件结构，搭配灵活、可任意更改实验组件增加实验内容，便于二次开发及功能扩展。

2.实验装置由电源控制屏、实验桌、实验组件、电机、电机导轨及实验导线等组成。

3.实验装置包含了部分电机学试验及所有电机拖动及控制的实验项目，使学生能够了解基本的理论知识及熟练掌握操作技能。

技术性能

1.输入电源：三相四线（或三相五线）～V±10%50Hz

2.工作环境：温度-10℃～+40℃相对湿度＜85%(25℃)海拔＜m

3.装置容量：≤1.5kVA

4.重量：kg

5.外形尺寸：cm×70cm×cm

配置及功能介绍

（一）GDQ01电源控制屏(铁质双层亚光密纹喷塑结构，铝质面板)

1.交流电源部分

提供三相0～V可调交流电源，同时可得到单相0～V可调的交流电源，配有一台三相同轴联动自耦调压器（规格：1.5kVA、0～V）。可调交流电源输出处设有过流保护装置，当相间、线间过电流及直接短路均能自动保护，克服了调换保险丝带来的麻烦，并具有过流声光告警。控制屏的供电由启、停按钮进行控制，具有漏电声光告警、过压保护、过流保护等功能，同时配有一只急停按钮，便于切断电源，还配有一只指针式交流电压表，通过切换和转换开关，可方便地指示三相电网输入和三相调压输出的每一相的线电压。

提供3相同步变压器1组，V/3*15V。

2.高压直流电源两路

提供V(0.5A)励磁电源（具有短路保护）及0～V(3A)连续可调电枢电源(内部具有过载保护功能)各一路，并设有一只直流数显电压表用以监测可调直流电枢电源输出。

3.信号源部分

提供0～10V的恒压源一路，4～20mA的恒流源一路，可方便地完成变频器调速实验，6.3V交流电源一路，作为机床信号指示灯的电源。

4.制动电阻

提供制动电阻10Ω/25W一只，Ω/25W三只。

5.控制屏其它设施

控制屏正面大凹槽内，设有两根圆钢管，可挂置实验组件。凹槽底部设有多个单相三芯V电源插座、控制屏两侧设有单相三极V电源插座、三相四极V电源插座及通讯接口，为实验组件的供电和通讯、控制屏之间的供电提供了方便。

（二）GDQ02实验桌

实验桌为铁质双层亚光密纹喷塑结构，桌面为防火、防水、耐磨高密度板,结构坚固，形状似长方体封闭式结构，电脑桌联体设计，造型美观大方；设有一个抽屉用于放置工具、存放资料等。桌面用于安装电源控制屏并提供一个宽敞舒适的工作台面。实验桌底部装有四个万向轮，便于移动。

（三）实验挂箱

1.GDQ39-1继电接触控制组件（一）

熔断器1只（RT18-32/3P/3A）、普通保险丝座1只（2A）、6.3V信号灯2只、热继电器1只、热继电器座1只、按钮5只、交流接触器3只、辅助触头3只。

2.GDQ39-2继电接触控制组件（二）

交流接触器2只、辅助触头2只、热继电器1只、热继电器座1只、行程开关4只。

3.GDQ39-3继电接触控制组件（三）

交流接触器2只、辅助触头2只、通电延时时间继电器2只（每只继电器分别引出二组动合、动断触点）、时间继电器座2只。

4.GDQ39-4继电接触控制组件（四）

带灯按钮3只、十字摇杆开关1只、电磁阀1只、行程开关3只、DC24V继电器8只（继电器分别焊接在PCB板上，其线圈和触点均引线至面板上，通过外部直观、明确、安全的连线，可以提高学生对PLC控制系统的理解能力和动手操作能力）

5.GDQ41PLC可编程控制器

配备西门子SR40型可编程控制器主机一台，配有模拟量模块一台，提供通讯模块一块。提供实验所需的DC24V直流电源。

6.GDK28变频器

配备西门子V20变频器一台（带BOP操作控制面板）、1K电位器一个。

7.DQ22直流数字电压、毫安、安培表

直流数显电压表（1只）：测量范围0～V，分2V、20V、V三档，直键开关切换，

三位半数显，输入阻抗为10MΩ，精度为0.5级，具有超量程报警、指示等功能。

直流数显毫安表（1只）：测量范围0～0mA，分20mA、mA、0mA三档，直键开关切换,三位半数显,精度为0.5级，具有超量程报警、指示等功能。

直流数显电流表（1只）：测量范围0～5A，三位半数显，精度为0.5级，具有超量程报警、指示等功能。

虚拟多用表参数：

交流电压量程档位分：10、50、、

直流电压档位分：0.25、1、2.5、10、50、、

欧姆档分：x1，x10，,，,，,1K，x10K，xK

电流表档位：50μa、0.5、5、50、

BATT：1.2-3.6V，RL=12Ω

BUZZ：R×3

红外发射检测功能：垂直角度±15°距离1-30cm

三极管测量孔

8.GDQ25交流参数表

智能功率、功率因数表（1只）：由一套微电脑，高速、高精度A/D转换芯片和全数显电路构成。

通过键控、数显窗口实现人机对话的智能控制模式。为了提高测量范围和测试精度，将被测电压、电流瞬时值的取样信号经A/D变换，采用专用的DSP计算有功功率、无功功率。单相功率P的测量，其精度为0.5级；电压、电流量程分别为V、5A，可测量单相、三相负载的有功功率、无功功率、功率因数及负载的性质等；此外还可以贮存、记录15组功率和功率因数的测试结果数据，并可逐组查询。

真有效值交流数字电流表（1只）：测量范围0～5A，量程自动判断、自动切换，精度0.5级，三位半数显，具有超量程告警、指示等功能。

交流电流表（1只）：精密指针式，采用带镜面、双刻度线（红、黑）表头（不同的量程读取相应的刻度线），测量范围0～5A，分0.3A、1A、3A、5A四档，精度1.0级，直键开关切换，设有超量程告警、指示等功能。

交流电压表（1只）：精密指针式，采用带镜面、双刻度线（红、黑）表头（不同的量程读取相应的刻度线），测量范围0～V，分10V、30V、V、V、V五档，输入阻抗1MΩ，精度1.0级，直键开关切换，每档均有超量程告警、指示等功能。

9.DQ26三相可调电阻器

三组90Ω×2/1.3A瓷盘电阻，各绕组端均引线至面板上，可完成串联、并联及串并联多种结合方式。

10.DQ27三相可调电阻器

三组Ω×2/0.41A瓷盘电阻，各绕组端均引线至面板上，可完成串联、并联及串并联多种结合方式。

11.DQ29电阻器组件

一组90Ω×2/1.3A瓷盘电阻、一组Ω×2/0.41A瓷盘电阻，各绕组端均引线至面板上，可完成串联、并联及串并联多种结合方式。

12.GDQ12线绕式异步电动机转子专用箱

一组线绕式异步电动机转子专用电阻（测量范围0～35Ω，分0Ω、2Ω、5Ω、15Ω、，用于线绕式异步电动机起动与调速等实验）。

13.DQ31C熔断器及开关板

提供熔断器及开关组件。

14、DX03三相可控整流电路（一） 　　提供6只5A/V的晶闸管，每只晶闸管均设有RC吸收和保险丝保护装置，晶闸管可通过外加触发信号进行触发（留有触发脉冲输入接口），可更好的完成设计性实验。三相触发电路由KC04、KC41、KC42、等集成电路组成，可通过钮子开关选择双窄脉冲或宽脉冲，同时提供六路触发脉冲功放电路等。15、DK05晶闸管触发电路 　　提供单结晶体管触发电路实验、单相交流调压触发电路，锯齿波同步移相触发电路实验，正弦波触发电路及TCA集成触发电路。

16、DK07直流斩波实验

根据西安交通大学王兆安教授和黄俊教授主编的《电力电子技术》(第五版)中相关的直流斩波内容而设计的；提供组成直流斩波电路所需的元器件和采用专用的PWM控制集成电路SG。可完成教材中降压斩波电路（BuckChopper）、升压斩波电路（BoostChopper）、升降压斩波电路（Boost-BuckChopper）、Cuk斩波电路、Sepic斩波电路、Zeta斩波电路六种典型实验。

17、DK09电力电子器件特性实验

提供SCR、GTO、MOSFET、IGBT、GTR新器件，与DK13配套使用，可完成电力电子新器件的驱动特性实验。

18、DK13功率器件驱动与保护电路 　　

主要是为完成新器件特性实验提供电源、驱动电路及PWM波形发生器。 　　（1）电源：为驱动电路提供电源，包括±5V、±15V和+20V直流电源。 　　（2）驱动电路：包括GTO和GTR，MOSFET和IGBT的驱动电路。其中IGBT的驱动电路采用专用芯片EXB，其它的由运放、门电路及分立元件组成。 　　（3）PWM波形发生器：以SG为核心的PWM波形发生器主要是为新器件驱动电路提供PWM驱动波形，可以通过频率调节旋钮进行频率调节；通过占空比电位器来调节PWM波的占空比。频率范围分为2挡，通过钮子开关切换，高频档是为MOSFET和IGBT驱动电路提供PWM波形，频率调节范围4KHz～10KHz；低频档是为GTR和GTO驱动电路提供PWM波形，频率调节范围Hz～1KHz；占空比可从　0%调至%。

19、DK14单相交直交变频原理 　　根据普通高等教育"九五"国家级重点教材王兆安，黄俊主编的《电力电子技术》（第四版）的内容进行开发。用于展示交直交变频原理，主要让学生了解SPWM正弦波脉宽调制信号的形成方法，了解IGBT管专用集成驱动芯片的特点及其使用，能完成如下实验项目： 　　1）SPWM波形成的过程； 　　2）交直交变频电路在不同负载（电阻，电感）时的工作情况和波形，并研究工作频率对电路工作波形的影响； 　　3）IGBT管专用集成驱动芯片的工作特性。　20、DK19半桥型开关稳压电源 　　提供了半桥型开关稳压电源的主电路和控制电路，主电路的电力电子器件为电力MOSFET管；控制电路采用专用PWM控制集成电路SG，采用恒频脉宽调制控制方案。可完成"开关电路在开环与闭环下负载特性的测试"以及"电源电压波动对输出的影响"等实验内容。（四）DQ03-1固定电机导轨、增量式光电编码盘测速系统及智能数显转速表

导轨平整度好，无应力变形，加工精细，同心度与互换性好，能保证电机与电机、电机与测功机之间连接的同心度不超过±5丝。电机运行时噪声小，参数典型，能较好满足实验的要求。

（五）电机

1.DQ09直流并励电动机（DCV、W、1RPM）

2.DQ19校正直流测功机（DCV、W、1RPM）

3.DQ10三相鼠笼异步电动机（ACV/△、W、RPM）

4.DQ11三相线绕式异步电动机（ACV/Y、W、1RPM）

5.DQ20三相鼠笼异步电动机（ACV/△）

6.DQ18三相双速异步电动机（ACV△/YY）

（六）实验连接线及配件

（七）、基于DSP的双闭环空间矢量交流变频调速系统

空间矢量脉宽调制-SVPWM，主要思想是把三相交流电机等效为直流电机，然后跟踪圆形磁场。SVPWM主要由：波形发生器，Chark变换，扇区判断，Park变换，桥臂作用时间，比较器，插入死区等模块组成。

本实验系统是基于德州仪器TI公司的型C0系列DSP而设计的高性能矢量控制变频调速系统。系统由实验箱(含DSP控制板、IPM智能功率驱动模块和24V开关电源)、XDSV2-USB2.0仿真器，三相鼠笼式异步电动机，增量式光电编码器，联轴器，固定电机导轨等组成。

本系统可实现在线编程，通过XDSV2USB2.0仿真器在线仿真，提供源程序，可在线烧写DSP程序。

六、装置的安全保护体系

1.控制屏电源由接触器通过启、停按钮进行控制，同时具有漏电声光告警、过压保护、过流保护、短路软截止保护等功能，通过急停按钮可方便地切断电源。

2.屏上装有电压型漏电保护装置，控制屏内或强电输出若有漏电现象，即告警并切断总电源，确保实验进程安全。

3.屏上三相调压器原、副边各设有一套过流保护装置。调压器短路或所带负载电流超过设定值，系统即告警并切断总电源。

4.设有定时器兼报警记录仪（服务管理器），通过键控单元完成时间设定、定时报警设定、解除设置等操作、具有切断电源及记录各种告警次数等功能。

5.强、弱电连接及插座分开，不会混淆，实验连接线安全、可靠、防触电。

七、实验项目

1.电机及变压器基础实验

2.电机拖动部分

直流他励电动机拖动实验

三相异步电动机拖动实验

3.电机控制部分

直流他励电动机控制实验

三相异步电动机控制实验

4.基于PLC下的电机控制实验

5.基于变频器的电机拖动与控制实验

6.PLC、变频器的电机拖动与控制实验

（1）基于PLC通信方式的多段速选择变频调速

（2）基于PLC通信方式的变频器开环调速

（3）基于PLC通信方式的变频器闭环调速

（4）基于PLC模拟量方式的变频器闭环调速

7.电力电子技术实训项目

（一）晶闸管触发电路实验项目

（二）晶闸管线路实验项目

（三）新器件特性及驱动保护实验项目

（四）典型新器件线路实验

（五）DSP变频调速系统实验

1）DSP的认识。

2）CCS编程软件的使用

3）三相异步电机双闭环矢量控制变频调速原理实验（FOC/SVPWM）

附件基于DSP的双闭环空间矢量交流变频调速系统实验平台

一、概述

空间矢量脉宽调制-SVPWM，主要思想是把三相交流电机等效为直流电机，然后跟踪圆形磁场。SVPWM主要由：波形发生器，Chark变换，扇区判断，Park变换，桥臂作用时间，比较器，插入死区等模块组成。

本实验系统是基于德州仪器TI公司的型C0系列DSP而设计的高性能矢量控制变频调速系统。系统由实验箱(含DSP控制板、IPM智能功率驱动模块和24V开关电源)、XDSV2-USB2.0仿真器，三相鼠笼式异步电动机，增量式光电编码器，联轴器，固定电机导轨等组成。

本系统可实现在线编程，通过XDSV2USB2.0仿真器在线仿真，提供源程序，可在线烧写DSP程序。

二、系统特点

1.系统安全性强：控制板与驱动板独立分开、DSP控制电源与电机动力电源分开设计、强弱电隔离设计，同时强电部分采用隔离变压器输出。

2.DSP控制板功能齐全：控制板采用24V供电，设有1路CAN总线接口,1路RS接口,1路RS接口,1路增量光电编码器接口，集成LCD显示和键盘,引出5路ADC接口,引出QEP接口。

3.功率驱动板功能完善：驱动板的控制电源采用DC24V电源。高压电源输入采用单相V（安全隔离变压器输入）。功率器件采用IPM(20A/V),驱动板最大输出电流15A。设有高精度霍尔电流传感器采集相电流，同时也采集了直流母线电压，设备具有软启动保护功能。

4.人机交互界面直观：设有液晶显示窗口，直接显示电机运行参数，提供配套上位机软件，通过串口通讯，可提供4通道示波器,具有动态波形显示，曲线录波.波形缩放,更具有波形数据保存的功能,便于数据分析,4通道的数据更是能方便导入EXCEL中。

5.提供C语言程序源代码：提供配套的C语言程序，可自行修改与烧写下载运行及仿真。

三、基本实验项目

1.DSP的认识。

2.CCS编程软件的使用

3.三相异步电机双闭环矢量控制变频调速原理实验（FOC/SVPWM）

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